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生态安全是指一个国家或人类社会生存和发展所需的生态环境处于不受或少受破坏与威胁的状态。随着人口的增长和社会经济的发展,人类活动对环境的压力不断增大,生态安全问题越来越为突出。目前,国内外学者从社会经济统计数据、土地利用分类数据以及某单一指标入手进行生态安全的研究,然而缺乏对同一地区不同方法的比较研究。本文选取经济高速发展、人类活动剧烈、生态环境问题突出的珠江三角洲地区为研究区域,以TM遥感影像为主要数据源,研究区地形图、行政图和统计资料等为辅助数据源,在遥感和地理信息系统软件的支持下,运用基于加速遗传算法的投影寻踪方法,分别从社会经济统计数据、景观格局和植被覆盖三个方面开展研究区的生态安全研究,主要研究目标为:(1)从经济统计数据上考察珠江三角洲九市的生态安全差异;(2)利用景观生态学方法分析研究区域景观生态安全状况;(3)从植被覆盖度角度出发,对研究区植被安全状况进行分析;(4)探讨三种方法下研究区的生态安全差异性,为区域社会经济稳定健康发展提供科学依据与决策参考。
主要结果与结论如下:
(1)基于统计数据的珠江三角洲九市生态安全差异明显
以社会经济统计数据为数据源,构建压力--状态--响应指标体系,利用基于遗传算法的投影寻踪方法分别计算珠江三角洲9市的压力生态安全指数、状态生态安全指数、响应生态安全指数,并依次计算出9市的生态安全指数。压力生态安全指数、状态生态安全指数、响应生态安全指数仅表现各市的压力、状态、响应状况,任何单一因子不能反应某市整体的生态安全状况。9市中,广州市状态安全指数值最高,然而压力生态安全值最小,响应生态安全值偏低,使得广州市生态安全值最小,属于较不安全区域;东莞、佛山、深圳3市属于较安全区域;惠州、江门、珠海、肇庆、中山5市属于生态安全区域。
(2)珠江三角洲景观生态安全总体水平有所下降
选取聚集度、景观破碎度、景观形状指数、Shannon多样性指数,并构建景观脆弱度指数和景观安全邻接指数为评价指标,利用投影寻踪方法对珠江三角洲地区两个时期的生态安全进行定量分析。从1990年到2005年,珠海和惠州两市景观生态安全状况保持良好,而东莞和中山两市的景观生态安全值一直较低;除佛山和广州两市景观生态安全状况略有提高外,其它7市景观生态安全值都有一定程度的减小,降低最多的为肇庆市。
(3)珠江三角洲植被安全变化突出
从珠江三角洲9市和缓冲区两个角度出发,运用像元二分模型,分别计算两种情况下的植被覆盖度,在此基础上,利用基于加速遗传算法的投影寻踪方法,分别计算珠江三角洲9市及各缓冲区的植被安全指数,分析两种形式下的植被安全变化。从1990年到2005年,江门、珠海两市植被安全状况有大幅度的提高,佛山植被安全指数也略有增加,其它6市植被安全指数值都有不同程度的减小,其中以东莞和中山两市减小幅度最大。15年来,核心区、第一缓冲区和边缘区的植被安全指数都有不同程度的减少,其中,减少最多的为边缘区,第二缓冲区、第三缓冲区和第四缓冲区的植被安全指数值都有较小幅度的增加。
(4)三种方法下生态安全评价结果各不相同
1990年,东莞、深圳和中山3市的景观生态安全指数小于植被安全指数,其它6市的景观生态安全指数大于植被安全指数,其中以佛山和珠海两市差异最大。2005年,除广州市外,其它8市基于统计数据的生态安全指数都较其它两种安全指数大;东莞、佛山、深圳、惠州和珠海5市景观生态安全指数大于植被安全指数;江门、肇庆和中山3市植被安全指数大于景观生态安全指数。
(5)投影寻踪方法运用于生态安全评价研究切实可行
投影寻踪方法是本论文研究的核心方法,从根本上解决了指标权重难以确定的难题,对本文研究具有重大意义。研究证明投影寻踪方法运用于生态安全评价研究中是切实可行的。
本论文在以下几个方面有有所创新:
(1)选用不同的生态安全评价方法开展区域生态安全评价,并对评价结果进行比较研究,使得区域生态安全评价体系与评价结果更全面与客观;
(2)将基于加速遗传算法的投影寻踪方法引入区域生态安全评价指标权重的计算,使得指标权重的确定更具有客观性和定量化;
(3)在景观生态安全评价中,构建了景观脆弱度指数和景观安全邻接指数;提出植被安全指数概念,利用植被覆盖度计算研究区域的植被安全指数。