廣州市生態(tài)安全的景觀格局與動(dòng)態(tài)特征

廣州市生態(tài)安全的景觀格局與動(dòng)態(tài)特征

城市化對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響深遠(yuǎn)，改變了城市區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，呈現(xiàn)出不同的空間特征。這些生態(tài)系統(tǒng)的空間分異與人類、經(jīng)濟(jì)等活動(dòng)的空間地域特點(diǎn)一起,決定了城市生態(tài)安全的空間格局特征以及空間異質(zhì)性特點(diǎn),開(kāi)展生態(tài)安全空間格局異質(zhì)性的研究,了解其成因與機(jī)制,是理解人類活動(dòng)與區(qū)域生態(tài)安全相互作用關(guān)系的重要途徑。景觀格局分析是景觀生態(tài)學(xué)研究景觀空間異質(zhì)性的主要方法,已被廣泛應(yīng)用于城市生態(tài)系統(tǒng)、自然生態(tài)系統(tǒng)以及區(qū)域的研究中,研究結(jié)果表明該方法是進(jìn)行景觀空間結(jié)構(gòu)的有效方法。其主要方法包括一些傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和新的、專門(mén)解決空間問(wèn)題的格局分析方法。主要為景觀指數(shù)法和空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法等。這兩大類主要方法已經(jīng)成為量化空間格局的有效工具。其主要區(qū)別是分別針對(duì)不同的數(shù)據(jù)特點(diǎn),從不同角度、不同方面揭示景觀空間格局特征。如,馬克明等對(duì)生態(tài)安全景觀格局進(jìn)行研究,擬從區(qū)域景觀狀態(tài)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性探討生態(tài)安全;王耕等對(duì)流域生態(tài)安全空間分異特征進(jìn)行探討。盡管如此,由于生態(tài)安全問(wèn)題的復(fù)雜性,評(píng)價(jià)手段方法的局限性,已有的區(qū)域生態(tài)安全空間分布特征的研究仍然還顯得單薄與不足?；谧髡咭呀?jīng)完成的廣州市生態(tài)安全模糊評(píng)價(jià)數(shù)字成果,本研究對(duì)研究區(qū)生態(tài)安全的空間分異特征進(jìn)行景觀指數(shù)法和空間統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,擬從生態(tài)安全的不同等級(jí)以及生態(tài)安全指數(shù)值的空間分布等層面剖析生態(tài)安全的空間結(jié)構(gòu),更清楚地認(rèn)識(shí)廣州城市生態(tài)安全水平特征、空間異質(zhì)性特征以及動(dòng)態(tài)變化。1研究領(lǐng)域的總結(jié)和研究方法1.1廣州的“三大分區(qū)方案”廣州市位于珠江三角洲的中心腹地,地處E112°57′～114°3′,N22°26′～23°56′,行政區(qū)域調(diào)整前后都包括10區(qū)2市,考慮歷史資料一致性問(wèn)題,本文仍采用舊的行政分區(qū)方案。即芳村、荔灣、越秀、東山、海珠、天河、黃埔、白云、番禺、花都等10區(qū)和從化、增城2個(gè)市。總面積7434.4km2,地勢(shì)東北高,西南低,北部和東北部是山區(qū),中部是丘陵、盆地,南部是珠江三角洲沿海沖積平原。廣州是中國(guó)走向世界的優(yōu)良海港和重要的進(jìn)出口岸,同時(shí)還與全國(guó)各地密切聯(lián)系,素有中國(guó)“南大門(mén)”之稱。改革開(kāi)放以來(lái),廣州憑其優(yōu)良的地理優(yōu)勢(shì)和豐厚的文化底蘊(yùn),經(jīng)濟(jì)得以迅速發(fā)展,城市以驚人的速度擴(kuò)展。同時(shí)給城市生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力,產(chǎn)生了大量的城市環(huán)境問(wèn)題,嚴(yán)重影響了人們的生活質(zhì)量,影響到區(qū)域中心城市的形象。1.2數(shù)據(jù)來(lái)源與生態(tài)安全分布圖的生成1.2.1輔助圖件數(shù)據(jù)研究所用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括:覆蓋廣州市域的LandsatTM遙感影像數(shù)據(jù)(1990.10.13、1995.12.30、2000.10.14、2005.10.22),為研究的主要圖件數(shù)據(jù),遙感衛(wèi)星軌道號(hào)為122/04385(122/44上移15%),以此為基礎(chǔ)生成許多衍生數(shù)據(jù);輔助圖件數(shù)據(jù)包括廣州市行政區(qū)劃圖(2000年區(qū)劃圖);還有源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒》的人文社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),以及源于各行政區(qū)域的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。1.2.2生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果用模糊評(píng)價(jià)方法對(duì)研究區(qū)生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、模糊評(píng)價(jià)模型方法以及生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果與指數(shù)分布圖參見(jiàn)作者另一研究成果(快速城市化區(qū)域生態(tài)安全空間模糊綜合評(píng)價(jià))。評(píng)價(jià)最小單元為像元(30m×30m)。為此,所有數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換成grid圖層文件格式,柵格大小為30m×30m。1.3城市空間布局的性面積單元問(wèn)題廣州市轄10區(qū)2市,各行政區(qū)之間面積差異較大。為避免或減小可塑性面積單元問(wèn)題對(duì)景觀格局分析研究影響,將城市中心所轄的8個(gè)行政面積合并,統(tǒng)稱為中心城區(qū)。因此,區(qū)域分異的研究按從化、花都、增城、番禺、中心城區(qū)共5個(gè)區(qū)域范圍展開(kāi),并與整個(gè)研究區(qū)域進(jìn)行比較分析。1.3.1生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)首先,計(jì)算斑塊面積百分比(PLAND)指數(shù);然后,從斑塊破碎、分布狀態(tài)和景觀多樣性共3個(gè)方面,選取PD、FRAC_MN和辛農(nóng)多樣性(SHDI)3個(gè)指數(shù),研究景觀水平上生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)各等級(jí)斑塊的空間格局。景觀指數(shù)的計(jì)算公式見(jiàn)fragstats3.3的幫助文件,指數(shù)計(jì)算在fragstats3.3下完成。1.3.2空間變異特征的自相關(guān)性空間結(jié)構(gòu)的研究主要是運(yùn)用一系列空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,如空間自相關(guān)分析、半方差分析、趨勢(shì)面分析、譜分析以及空間插值法等。本文選取前兩種方法,以變權(quán)模糊評(píng)價(jià)的單值化結(jié)果分布圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對(duì)全市及從化、增城、花都、番禺和中心城區(qū)進(jìn)行以下兩方面的分析:一是計(jì)算空間自相關(guān)Moran的I系數(shù)和Geary的C系數(shù),探討生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)空間分布的自相關(guān)性;二是用半方差函數(shù)分析空間變異特征。MoranI系數(shù)和GearyC兩系數(shù)的計(jì)算公式見(jiàn)文獻(xiàn)。其中,I系數(shù)的取值在-1和1之間:小于0表示負(fù)相關(guān),等于0表示不相關(guān),大于0表示正相關(guān),I系數(shù)的絕對(duì)值越大,表示相關(guān)關(guān)系越強(qiáng);C系數(shù)的取值在0～2之間:大于1表示負(fù)相關(guān),等于1表示不相關(guān),小于1為正相關(guān),C系數(shù)的值越靠近區(qū)間兩端(0或2),相關(guān)關(guān)系越強(qiáng)。半方差函數(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)圖,為30m×30m的grid格式數(shù)據(jù)。如果直接進(jìn)行半方差分析,數(shù)據(jù)量很大?；谧髡叩牧６刃?yīng)研究成果,廣州市景觀在幅度500m,等級(jí)結(jié)構(gòu)明顯;幅度1000m時(shí),仍表現(xiàn)為自相關(guān),因此可以選取1000m為分析數(shù)據(jù)的粒度,對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣(用三次卷積重采樣方法確定中心像元的值),生成粗化的生態(tài)安全指數(shù)分布圖。將結(jié)果調(diào)入GS+進(jìn)行半方差分析計(jì)算。半方差函數(shù)的計(jì)算見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn),以擬合模型的殘差最大及散點(diǎn)的趨勢(shì)為準(zhǔn),選擇最優(yōu)擬合模型。2結(jié)果與分析2.1生態(tài)安全景觀結(jié)構(gòu)的特征分析2.2.1生態(tài)安全評(píng)估等級(jí)以生態(tài)安全指數(shù)分布圖為分析數(shù)據(jù),在Arc/Info的Grid模塊中,用slice命令對(duì)廣州市生態(tài)安全指數(shù)分布圖進(jìn)行分級(jí),等級(jí)劃分為Ⅰ:0～30,Ⅱ:30～50,Ⅲ:50～70,Ⅳ:70～90,Ⅴ:90～100。其中,等級(jí)劃分按照人們對(duì)安全性認(rèn)知的習(xí)慣,并參考相關(guān)研究成果而設(shè)置;依等級(jí)由低到高(Ⅰ→Ⅴ)的順序,依次分別表示生態(tài)安全狀況為差、較差、一般、良、優(yōu)。統(tǒng)計(jì)各等級(jí)生態(tài)安全的面積,繪制成如圖1的等級(jí)構(gòu)成圖。(1)般不同等級(jí)的面積比例上升從圖1a可以看出,廣州城市生態(tài)環(huán)境以一般安全等級(jí)為主,其比例在36.89%～56.4%;其次,等級(jí)良也占有相當(dāng)?shù)谋壤?在22.9%～39.2%之間;沒(méi)有出現(xiàn)等級(jí)差的評(píng)價(jià)單元。從時(shí)間動(dòng)態(tài)看,1995年的安全等級(jí)Ⅲ的區(qū)域面積百分比有較大幅度的下降,下降的比例值為6.45%;同期,等級(jí)良的區(qū)域面積減小7.04%,這兩個(gè)等級(jí)都轉(zhuǎn)化為較差的等級(jí)Ⅱ,使等級(jí)Ⅱ的面積增加13.4%。這種狀況與作者已經(jīng)完成的植被覆蓋度、土地利用變化的研究所揭示的生態(tài)環(huán)境特征與動(dòng)態(tài)相吻合。到2000年,屬一般安全等級(jí)的面積比例上升。然而,等級(jí)良的比例仍然減小,表明人們已有意識(shí)地保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境,但城市生態(tài)安全狀況仍然存在諸多問(wèn)題,城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量亟待進(jìn)一步改善。最后,至2005年,一般安全等級(jí)的面積比例減少了16.53%,幾乎都轉(zhuǎn)變到高等級(jí)的良,增幅為16.31%。同時(shí),扭轉(zhuǎn)了前期最高等級(jí)優(yōu)消失的惡化態(tài)勢(shì),出現(xiàn)了0.86%的優(yōu)等安全等級(jí)區(qū)域。表明廣州城市建設(shè)轉(zhuǎn)向理性發(fā)展階段,城市生態(tài)安全向良好趨勢(shì)發(fā)展。(2)生態(tài)安全等級(jí)結(jié)構(gòu)的變化從圖1b～f可以看出,不同行政區(qū)域的生態(tài)安全各等級(jí)的比例構(gòu)成各異,反映出各區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)速度、進(jìn)程以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的差異,由此形成的生態(tài)安全水平及動(dòng)態(tài)的時(shí)間與空間分異特征。從化市生態(tài)安全的等級(jí)構(gòu)成及變化趨勢(shì)比較類似于全廣州市域的變化(圖1b),說(shuō)明從化市的生態(tài)環(huán)境狀況對(duì)全市具有舉足輕重的意義。仍然以一般、良兩個(gè)等級(jí)為主。除1995年外,屬于等級(jí)良的比例持續(xù)升高,并且到2005年,該等級(jí)成為從化市域生態(tài)安全的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)等級(jí),其比例為68.04%,表明境內(nèi)生態(tài)安全狀況良好。從圖1c可以看出,增城市的生態(tài)安全比較特殊,尤其是其動(dòng)態(tài)變化過(guò)程:在1990～2000年間,等級(jí)良與優(yōu)的比例持續(xù)減小,甚至到2000年時(shí),等級(jí)優(yōu)消失,這些較高安全等級(jí)的比例都轉(zhuǎn)變?yōu)橐话愫洼^差等級(jí);之后,這種惡化的趨勢(shì)得以扭轉(zhuǎn),到2005年時(shí),出現(xiàn)了等級(jí)優(yōu)的區(qū)域,增幅最大的是等級(jí)良,而一般與較差等級(jí)的比例有大的降幅,降幅分別為15.49%、3.13%。反映出增城經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的特殊性以及由此對(duì)生態(tài)安全破壞的獨(dú)特性?；ǘ紖^(qū)內(nèi)生態(tài)安全等級(jí)水平的構(gòu)成比例較穩(wěn)定,以一般安全的比例占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),在2005年,該等級(jí)比例為54.9%,其余年份內(nèi)中等安全的比例都高于60%(圖1d)。另外,從圖還可以看出,到2005年,較差安全的等級(jí)增加14.54%的比例值,表明局部生態(tài)安全出現(xiàn)惡化的趨勢(shì),值得引起重視。相比而言,番禺區(qū)的生態(tài)安全狀況較差。雖然屬等級(jí)Ⅲ的比例仍然占優(yōu)勢(shì),但同時(shí),較差安全等級(jí)Ⅱ也占有相當(dāng)?shù)姆萘俊Ａ硗?在1990～2005年間,等級(jí)Ⅲ和等級(jí)Ⅳ的比例出現(xiàn)兩高兩低的波動(dòng),即1990和2000年值較高,1995和2005年的值低。且減少的部分都轉(zhuǎn)化為更低的安全等級(jí)Ⅱ。表明同期番禺區(qū)生態(tài)環(huán)境遭受破壞較大,并且至研究末期,惡化趨勢(shì)仍未有好轉(zhuǎn)的跡象。中心城區(qū)與番禺區(qū)的生態(tài)安全狀況十分相似(圖1f),但是,從生態(tài)安全各等級(jí)的比例構(gòu)成來(lái)看,中心城區(qū)的生態(tài)安全更差。表現(xiàn)為以等級(jí)Ⅱ?yàn)槠渲饕陌踩燃?jí),除1990年僅為36.72%外,其余都在63.5%～67.29%之間變化。另外,從動(dòng)態(tài)變化來(lái)看,1990～1995年為中心城區(qū)生態(tài)安全重創(chuàng)時(shí)段,之后,各安全等級(jí)之間的比例構(gòu)成動(dòng)態(tài)變化不大,表明其生態(tài)安全等級(jí)構(gòu)成穩(wěn)定,未向好的方向發(fā)展。與城市景觀格局緊密聯(lián)系的,中心城區(qū)是人口、商業(yè)高度集中的區(qū)域,改善其城市生態(tài)環(huán)境極其重要。綜上所述,城市生態(tài)安全不同等級(jí)的百分比構(gòu)成,展示出研究區(qū)域內(nèi)部的生態(tài)安全水平與動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,了解城市生態(tài)安全狀態(tài)與空間區(qū)位差異,映射出人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境安全水平影響的印跡。2.1.2景觀生態(tài)特征的特點(diǎn)3個(gè)景觀指數(shù)的動(dòng)態(tài)特征如圖2至圖4。從圖可以看出,生態(tài)安全的空間格局呈現(xiàn)出區(qū)域差異,具有各自不同的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。(1)生態(tài)安全演變?nèi)鐖D2,根據(jù)PD曲線的形狀,可將行政區(qū)分成三類:一是中心城區(qū)、增城、從化和全市四個(gè)區(qū)域,PD曲線呈“∩”型變化。其中,從化的PD曲線在1995年出現(xiàn)一個(gè)峰,然后持續(xù)下降;其余3條曲線都在2000年出現(xiàn)峰值,說(shuō)明4個(gè)區(qū)域都曾出現(xiàn)生態(tài)安全的景觀破碎化程度加劇的時(shí)段,而從化境內(nèi)破碎化時(shí)期相對(duì)較短。另一類是番禺區(qū),表現(xiàn)為在1995年以前,曲線變化平穩(wěn),到2000年時(shí)曲線下跌,2000年以后上升。說(shuō)明番禺生態(tài)安全受破壞主要自2000年開(kāi)始。正好與番禺區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段相吻合,即2000年以后,廣州城市化南移以及大力開(kāi)發(fā)南沙政策的實(shí)施,使境內(nèi)生態(tài)環(huán)境遭到較大的破壞,代表生態(tài)安全不同等級(jí)的斑塊更加破碎化;番禺境內(nèi)幾條高速公路的修建運(yùn)行也是引起生態(tài)安全水平下降并破碎化的重要因素。另外,從圖2曲線反映出的趨勢(shì)看,至研究末期,只有番禺區(qū)PD呈增大的態(tài)勢(shì),生態(tài)安全各等級(jí)斑塊更加破碎化,表明其生態(tài)安全尤其是這種破碎化趨勢(shì)值得高度重視。最后,花都區(qū)正好與番禺區(qū)相對(duì),PD曲線呈降升降的起伏變化,說(shuō)明境內(nèi)人類活動(dòng)對(duì)城市生態(tài)環(huán)境干擾呈現(xiàn)出分時(shí)間段,并且這種階段性正好與番禺相逆的特征。至研究期末,生態(tài)安全沒(méi)有出現(xiàn)更加破碎化的分布格局。據(jù)圖2指數(shù)的絕對(duì)值看,從化市區(qū)PD值最大,番禺較小,各等級(jí)斑塊分別是廣州市生態(tài)安全破碎化程度的極端狀態(tài)。究其原因,番禺城內(nèi)以低的安全等級(jí)斑塊占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),而從化市則因?yàn)橐恍┥⒉嫉母甙踩燃?jí)的斑塊而使生態(tài)安全等級(jí)景觀趨于破碎化。(2)分維數(shù)曲線單調(diào)圖3顯示,分維數(shù)的絕對(duì)值變化幅度不大,這是由其計(jì)算公式以及城市生態(tài)安全的景觀格局特征所決定的。但是,曲線仍然錯(cuò)綜復(fù)雜,呈現(xiàn)出區(qū)域及時(shí)間動(dòng)態(tài)分異。全市、中心城區(qū)、增城和番禺的指數(shù)曲線變化類似,曲線在一個(gè)時(shí)段內(nèi)先降低,然后上揚(yáng)。其中,中心城區(qū)以1995年為曲線變化趨勢(shì)的拐點(diǎn),先降后升,其余3個(gè)區(qū)域則以2000年為拐點(diǎn)。因此,從景觀斑塊形狀看,四個(gè)區(qū)域的生態(tài)安全景觀變化出現(xiàn)了“時(shí)差”現(xiàn)象?；ǘ嫉姆志S數(shù)曲線單調(diào)上升,表明其生態(tài)安全景觀形狀復(fù)雜性單調(diào)增加;從化則以1995年為曲線拐點(diǎn),先升后單調(diào)下降,表明其生態(tài)安全景觀形狀呈現(xiàn)出復(fù)雜至簡(jiǎn)單的交替變化。(3)空間分布的敏感性SHDI動(dòng)態(tài)曲線如圖4所示,可以看出,中心城區(qū)的SHDI曲線比較特殊,呈“∪”的弧型曲線變化,弧度變化不大。由前面的分析知,1990～1995年間是廣州市中心城區(qū)城市化過(guò)程較快的時(shí)段,城市化過(guò)程使其景觀類型趨于單一,城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積比例增大,同時(shí)較大區(qū)域的綠地被毀,因而其生態(tài)安全景觀多樣性指數(shù)減小。之后的年份里,生態(tài)安全的這種逆轉(zhuǎn)趨勢(shì)得以緩解?；ǘ寂c全廣州市的情況相似,曲線呈升降升波浪變化,總的研究時(shí)段內(nèi)其多樣性指數(shù)值增大。從化、增城和番禺區(qū)的多樣性指數(shù)曲線變化相似,曲線呈“∩”型變化,曲線峰值出現(xiàn)在1995年。綜上所述,不同的景觀指數(shù)可以從不同角度考察生態(tài)安全景觀格局的特征,據(jù)此將景觀區(qū)域分成不同的組別類型。為定量化區(qū)域之間生態(tài)安全水平的空間分布格局特征的差異,以及比較3個(gè)指數(shù)描述生態(tài)安全水平空間分布的敏感性,分別計(jì)算各指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù),結(jié)果如表1所示。從表1中指數(shù)平均值看(表中最后一行),標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)都顯示,PD指數(shù)的空間變異最大,其次是SHDI,最小的是FRAC_MN。表明描述景觀特征時(shí),不同的景觀指數(shù)具有不同的敏感程度,其中,PD指數(shù)最為敏感,而敏感性最差的是FRAC_MN。從3個(gè)指數(shù)的變異系數(shù)平均值(表1的最后一列),生態(tài)安全景觀特征的區(qū)域差異也是明顯的,平均值最大的是增城區(qū),3個(gè)指數(shù)的變異系數(shù)平均值為0.15732;其次是從化區(qū)和花都,平均值分別為0.14601和0.12033。最小平均值的是全市和番禺,其值分別為0.09748、0.09912。2.2生態(tài)安全空間結(jié)構(gòu)區(qū)域生態(tài)安全是特定地理位置下自然、社會(huì)等現(xiàn)象與過(guò)程綜合作用的結(jié)果,進(jìn)而形成不同區(qū)位的生態(tài)安全空間結(jié)構(gòu)特征。通過(guò)研究這種空間結(jié)構(gòu),將有助于對(duì)生態(tài)安全水平及空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋,找出生態(tài)安全水平影響因子,從而提高對(duì)區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)的認(rèn)識(shí),使目前生態(tài)安全較薄弱的定量研究更加深入。2.2.1moran、table1的空間自相關(guān)分析基于變權(quán)—模糊評(píng)價(jià)指數(shù)分布圖,進(jìn)行區(qū)域生態(tài)安全指數(shù)的空間自相關(guān)和結(jié)構(gòu)特征分析。其中,空間自相關(guān)分析通過(guò)計(jì)算自相關(guān)系數(shù),系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表2。從表中可以看出,Moran的I系數(shù)都大于0并趨近1,Geary的C系數(shù)在0～0.1104之間,趨近0。兩種系數(shù)的結(jié)果表明,在像元水下上,研究區(qū)生態(tài)安全存在極強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,或者說(shuō)幾乎完全正相關(guān)。2.2.2篩選最優(yōu)擬合函數(shù)計(jì)算生態(tài)安全指數(shù)的變異函數(shù),擬合不同的變異函數(shù)模型,以RSS最小、大的相關(guān)系數(shù)為選擇標(biāo)準(zhǔn),選取相對(duì)最佳的擬合函數(shù)擬合成變異函數(shù)曲線。共24個(gè)函數(shù)以及24條曲線,分析這些結(jié)果,發(fā)現(xiàn)曲線圖、模型類型與參數(shù)的差異主要表現(xiàn)在不同區(qū)域之間。選取各區(qū)域的一條典型曲線,繪制成圖5,主要用以研究生態(tài)安全空間結(jié)構(gòu)特征的空間分布差異。(1)相關(guān)系數(shù)t從圖5可以看出,變異函數(shù)擬合較好,只有花都區(qū)的相關(guān)系數(shù)較小(0.622),其余區(qū)域內(nèi)的相關(guān)系數(shù)都大于0.8。而結(jié)構(gòu)方差與系統(tǒng)總方差之比都大于50%,表明廣州市以及各區(qū)的生態(tài)安全水平在區(qū)域內(nèi)具有很好的空間結(jié)構(gòu)性,生態(tài)安全水平的空間預(yù)測(cè)性較高。(2)生態(tài)安全空間變異程度的方差分析變異函數(shù)揭示出生態(tài)安全空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域差異明顯。從曲線變化以及擬合模型來(lái)看,①番禺區(qū)、增城市兩個(gè)區(qū)域的生態(tài)安全空間異質(zhì)性變化獨(dú)特,變異函數(shù)分別擬合成較理想的高斯、線性模型,決定系數(shù)(R2)分別為0.886、0.965。②中心城區(qū)、從化市和花都的曲線相似:隨距離增加,曲線開(kāi)始迅速增加,然后再緩慢增加;最佳擬合模型為指數(shù)模型,R2分別為0.981、0.856和0.622,揭示從化市以及中心城區(qū)生態(tài)安全水平的空間變異符合泊松分布,即由許多安全等級(jí)不同、面積不等的綴塊組成。③圖5a顯示,從全市范圍來(lái)看,生態(tài)安全水平的變異函數(shù)曲線呈非規(guī)則地變化,直到達(dá)到基臺(tái)值,最佳擬合模型為球體模型。其次,塊金值(Co)通常表示由實(shí)驗(yàn)誤差和小于實(shí)驗(yàn)取樣尺度引起的變異,結(jié)構(gòu)方差(C)表示系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)引起的變異,二者之和為系統(tǒng)內(nèi)總的變異(Co+C),又稱基臺(tái)值。塊金值與總的變異之比表示隨機(jī)因素引起的變異所占的比例(Co/(Co+C)),結(jié)構(gòu)方差與總變異之比表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)因素引起的變異所占的比例(C/(Co+C))。一般地,C/(Co+C)大于0.75表明系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)自相關(guān)性強(qiáng),該值在0.25～0.75則為中等空間自相關(guān)性,小于0.25為自相關(guān)性很弱。據(jù)此,從結(jié)構(gòu)方差與基臺(tái)值的比例大小來(lái)看,①全市以及增城、番禺區(qū)、中心城區(qū)、花都十分相似,C/(Co+C)的值較大,分別為0.949、0.882、0.876、0.826、0.776,表明區(qū)域內(nèi)引起生態(tài)安全空間分布變異性的隨機(jī)因素所占比例較小,也就是生態(tài)安全空間變異程度的可預(yù)測(cè)性較高。②花都區(qū)則不然,其C/(Co+C)=0.500,表明境內(nèi)生態(tài)安全空間變異性受隨機(jī)因素影響比例較大。最后,從自相關(guān)的變程值范圍為4100～172200m,該距離閾值(Ao)的區(qū)位差異很大。其中,番禺和花都區(qū)的變異函數(shù)及變程獨(dú)特:①番禺境內(nèi)生態(tài)安全的Ao值最大,表現(xiàn)出明顯的漂移現(xiàn)象。漂移現(xiàn)象是空間分布具有明顯的某種趨勢(shì)的表現(xiàn)。從生態(tài)安全模糊評(píng)價(jià)結(jié)果圖知,番禺區(qū)內(nèi)生態(tài)安全等級(jí)水平具有北部靠近中心城區(qū)低,向南靠海域的方向逐漸升高的趨勢(shì)。②隨距離增加,花都區(qū)生態(tài)安全水平的變異函數(shù)不是趨于平穩(wěn),在約大于20804m,變異函數(shù)值逐漸降低,表明在該距離大小左右,境內(nèi)生態(tài)安全水平的相關(guān)性最差,而在大于這個(gè)距離范圍時(shí),其相關(guān)性反而加強(qiáng)。說(shuō)明該距離的范圍內(nèi)存在許多生態(tài)安全水平相近的評(píng)價(jià)單元或聚集斑塊,這些等值評(píng)價(jià)單元或斑塊之間的平均距離正好對(duì)應(yīng)于這種較大的距離。2.2.3生態(tài)安全空間結(jié)構(gòu)生態(tài)安全空間結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出時(shí)間的分異,這種動(dòng)態(tài)分異及其幅度大小因區(qū)域各異。分析比較形成的24條變異函數(shù)曲線以及相應(yīng)的模型得知,番禺、花都兩區(qū)的生態(tài)安全空間結(jié)構(gòu)較特殊。除對(duì)廣州市生態(tài)安全空間結(jié)構(gòu)的時(shí)間分異分析,還對(duì)番禺進(jìn)行典型區(qū)域分析。(1)生態(tài)安全的空間變異從曲線與模型、塊金效應(yīng)比例以及自相關(guān)閾值幾個(gè)方面分別述之,其動(dòng)態(tài)特點(diǎn)如下:變異函數(shù)曲線擬合為較理想的球狀模型,相關(guān)系數(shù)都大于0.9,在由遠(yuǎn)及近的研究時(shí)間里,擬合曲線的決定系數(shù)分別為0.876、0.928、0.974和0.988。但是,頭幾個(gè)點(diǎn)的評(píng)價(jià)值與理論模型值相差較遠(yuǎn),表明可能在較小范圍內(nèi)生態(tài)安全的分布情況不同。另外,這種偏差的方向因時(shí)間不同,1990～2000年,理論模型值高于評(píng)價(jià)值,而2005年相反,表明不同時(shí)相里影響小范圍生態(tài)安全分布格局的因素以及影響程度可能存在區(qū)別。從曲線來(lái)看,變異函數(shù)都表現(xiàn)為隨距離增大達(dá)到一個(gè)最大值,然后并不是穩(wěn)定在一個(gè)值,而是再逐漸下滑。但是,在1990年,曲線下滑的幅度最大,其次是1995和2000年,最小的是2005年。從塊金效應(yīng)比例Co/(Co+C)來(lái)看,研究的前3a為一類,該值在0.248～0.287之間,2005年時(shí)該值僅僅0.051,表明2005年研究區(qū)內(nèi)生態(tài)安全水平的空間變異由隨機(jī)因素引起的比例大大減少,而影響城市生態(tài)安全的隨機(jī)因素主要是人類活動(dòng),因此表明其城市化過(guò)程對(duì)城市生態(tài)安全的影響已開(kāi)始減緩。在研究的4個(gè)年份中,自相關(guān)閾值A(chǔ)o之間的差異不大。但是,仍然呈現(xiàn)先增后減的變化,曲線變化的拐點(diǎn)是2000年。表明城市系統(tǒng)內(nèi)外因素對(duì)生態(tài)安全的影響,也反映在生態(tài)安全空間自相關(guān)的距離的變化上。(2)空間分布格局變化如圖7所示,番禺區(qū)生態(tài)安全水平符合高斯模型,相關(guān)系數(shù)都大于0.9。但是,在幾個(gè)不同的距離范圍,理論模型與實(shí)際計(jì)算值偏離明顯,表明不同尺度影響番禺生態(tài)安全的各種生態(tài)過(guò)程所起的作用及程度不同。由此可能使其生態(tài)安全具有等級(jí)結(jié)構(gòu)特征。從結(jié)構(gòu)方差與基臺(tái)值的比值C/(Co+C)看,番禺區(qū)生態(tài)安全空間異質(zhì)性主要由結(jié)構(gòu)方差起作用。但是,從動(dòng)態(tài)變化來(lái)看,在1990～2000年間,該值單調(diào)增加,之后,這個(gè)值減小。表明自2000年始,番禺區(qū)域的生態(tài)安全空間異質(zhì)性受人類活動(dòng)的隨機(jī)影響程度增加。這種隨機(jī)影響主要是同期區(qū)內(nèi)的人類活動(dòng)加強(qiáng),尤其是高速公路建設(shè)以及廣州市政府制定的大力開(kāi)發(fā)南沙政策的實(shí)施等造成的影響。隨研究時(shí)段的推移,自相關(guān)閾值(Ao)逐漸先減小再增大,但是自1990年起,Ao的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出番禺區(qū)東西或南北的距離,表現(xiàn)出明顯的漂移現(xiàn)象。從生態(tài)安全評(píng)價(jià)指數(shù)空間分布可知,區(qū)內(nèi)生態(tài)安全結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出自北向南海域安全等級(jí)排序依次為較差、一般到良的空間分布格局。表現(xiàn)出靠近城市中心生態(tài)安全等級(jí)較低,遠(yuǎn)離城市中心時(shí),生態(tài)安全等級(jí)逐漸升高的分布規(guī)律。說(shuō)明變異函數(shù)自相關(guān)閾值的漂移現(xiàn)象暗示著研究變量在空間結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出的某種趨勢(shì),這個(gè)結(jié)論與相關(guān)文獻(xiàn)資料相同。其中,生態(tài)安全等級(jí)良的斑塊破碎化化。但是,自北向南,這種等級(jí)的斑塊逐漸增多,并且斑塊面積也略增大?？梢?jiàn),變異函數(shù)用于生態(tài)安全空間結(jié)構(gòu)的研究是對(duì)傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的補(bǔ)充。該方法研究生態(tài)安全等地理現(xiàn)象,從另一個(gè)方面揭示出地理現(xiàn)象的空間特征。如根據(jù)變異函數(shù)曲線和模型的差異,可以將研究區(qū)生態(tài)安全的空間結(jié)構(gòu)分成四類:增城和整個(gè)廣州市,中心城區(qū)和從