秦岭北麓生态安全性时空迁移特征及影响因素分析.pdf

西 安 工 程 大 学 学 报J o u r n a l o f X ia n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y 第3 8卷第2期(总1 8 6期)2 0 2 4年4月V o l.3 8,N o.2(S u m.N o.1 8 6)引文格式:侯康,唐豪杰,马丽霞,等.秦岭北麓生态安全性时空迁移特征及影响因素分析J.西安工程大学学报,2 0 2 4,3 8(2):4 1-5 1.HOU K a n g,T AN G H a o j i e,MA L i x i a,e t a l.S p a t i a l t e m p o r a l v a r i a b i l i t y a n d d r i v i n g f a c t o r s o f e c o l o g i c a l s e c u r i t y i n t h e n o r t h e r n s l o p e o f Q i n l i n g M o u n t a i n sJ.J o u r n a l o f X ia n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,2 0 2 4,3 8(2):4 1-5 1.收稿日期:2 0 2 3-0 8-2 2 修回日期:2 0 2 3-0 9-1 5 基金项目:国家自然科学基金青年基金(4 2 0 0 7 4 1 5);陕西省自然科学基础研究计划项目(2 0 2 2 J Q-2 8 2)通信作者:侯康(1 9 8 8),男,副教授,研究方向为土壤污染模拟及来源示踪、生态模型优化、土地利用动态变化监测及“3 S”技术在环境中的应用。E-m a i l:h u p o 0 3 1 11 2 6.c o m秦岭北麓生态安全性时空迁移特征及影响因素分析侯 康,唐豪杰,马丽霞,刘佳薇,吴思琪(西安工程大学 环境与化学工程学院,陕西 西安 7 1 0 6 0 0)摘要 为深入了解秦岭北麓地区生态状况,利用高分遥感数据,借助模糊层次法构建生态安全演变评估模型,并结合时空变异及其驱动因子分析,探讨秦岭北麓的生态安全现状。研究发现:秦岭北麓地区的生态安全性整体呈增长趋势,生态安全中级以上区域面积占比从6 7.5%增长到7 1.9%;生态安全性在南部整体高于北部,并存在明显的地带性分布特征;生态安全演化呈先下降后增长的态势,其中土地利用、归一化植被指数和PM2.5被确认为主要的驱动因素,相关系数分别为0.9 0、0.8 6和0.7 9,说明城市化进程的人为活动和生态保护政策对秦岭北麓地区的生态安全性有显著影响。研究结果不仅为秦岭北麓地区的生态安全性提供了科学评估,还为区域生态保护与可持续发展策略制定提供了有力的决策支持。关键词 秦岭北麓;生态安全性;模糊层次分析法;时空分析;生态保护开放科学(资源服务)标识码(O S I D)中图分类号:X 8 2 6 文献标志码:AD O I:1 0.1 3 3 3 8/j.i s s n.1 6 7 4-6 4 9 x.2 0 2 4.0 2.0 0 6S p a t i a l t e m p o r a l v a r i a b i l i t y a n d d r i v i n g f a c t o r s o f e c o l o g i c a l s e c u r i t y i n t h e n o r t h e r n s l o p e o f Q i n l i n g M o u n t a i n sHO U K a n g,T ANG H a o j i e,MA L i x i a,L I U J i a w e i,WU S i q i(S h o o l o f E n v i r o n m e n t a l a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i n g,X ia n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,X ia n 7 1 0 6 0 0,C h i n a)A b s t r a c t I n o r d e r t o f u r t h e r u n d e r s t a n d t h e e c o l o g i c a l s t a t u s o f t h e n o r t h e r n s l o p e o f Q i n l i n g M o u n t a i n s,h i g h-r e s o l u t i o n r e m o t e s e n s i n g d a t a a n d f u z z y a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s m e t h o d w e r e u s e d t o b u i l d a n a s s e s s m e n t m o d e l f o r t h e e v o l u t i o n o f e c o l o g i c a l s e c u r i t y.W i t h t h e a n a l y s i s o f s p a t i o t e m p o r a l v a r i a t i o n a n d i t s d r i v i n g f a c t o r s,t h e e c o l o g i c a l s e c u r i t y s t a t u s o f t h e m o u n t a i n s w a s d e e p l y e x p l o r e d.T h e f i n d i n g s r e v e a l a n o v e r a l l i n c r e a s i n g t r e n d i n t h e e c o l o g i c a l s e c u r i t y o f t h e r e g i o n,w i t h a r e a s r a t e d a s m o d e r a t e l y s a f e o r a b o v e i n c r e a s i n g f r o m 6 7.5%t o 7 1.9%.E c o-l o g i c a l s e c u r i t y i s g e n e r a l l y h i g h e r i n t h e s o u t h e r n t h a n i n t h e n o r t h e r n r e g i o n s,d i s p l a y i n g a c l e a r z o n a l d i s t r i b u t i o n p a t t e r n.T h e e v o l u t i o n o f e c o l o g i c a l s e c u r i t y f i r s t d e c l i n e d a n d t h e n g r e w,w i t h l a n d u s e,n o r m a l i z e d v e g e t a t i o n i n d e x,a n d PM2.5 i d e n t i f i e d a s t h e p r i m a r y d r i v i n g f a c t o r s,w i t h c o r r e l a t i o n i n d i c e s o f 0.9 0,0.8 6,a n d 0.7 9,r e s p e c t i v e l y.T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t a n t h r o p o g e n i c a c t i v i t i e s f r o m u r b a n i z a t i o n a n d e c o l o g i c a l c o n s e r v a t i o n p o l i c i e s s i g n i f i c a n t l y i n f l u e n c e t h e e c o l o g i-c a l s e c u r i t y o f t h e n o r t h e r n Q i n l i n g r e g i o n.T h i s s t u d y n o t o n l y o f f e r s a s c i e n t i f i c a s s e s s m e n t o f t h e e c o l o g i c a l s e c u r i t y i n t h e m o u n t a i n s,b u t a l s o p r o v i d e s r o b u s t d e c i s i o n-m a k i n g s u p p o r t f o r r e-g i o n a l e c o l o g i c a l c o n s e r v a t i o n a n d s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t s t r a t e g i e s.K e y w o r d s t h e n o r t h e r n s l o p e o f Q i n l i n g M o u n t a i n s;e c o l o g i c a l s e c u r i t y;f u z z y a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s m e t h o d;s p a t i o-t e m p o r a l a n a l y s i s;e c o l o g i c a l c o n s e r v a t i o n0 引 言 人类社会的演进及科技的飞速发展对自然环境产生的影响也日渐凸显。生态安全作为一个综合性的理念,不仅关乎自然环境的健康,还直接影响到人类社会的可持续发展和未来的生存质量。近年来,由于各种自然和人为因素,全球的生态安全状况已引起广泛关注1-2。全球气候变化和地表覆盖等众多因素的动态变化,使得区域生态安全及其背后的驱动因素的研究成为全球环境变化与可持续发展研究的重点课题之一3。针对生态安全评价模型,国内外学者主要分为主观和客观两大类评价方法,其中主观方法主要采用综合指数法和层次分析法,而客观方法主要应用熵值法和主成分分析法4。总体来看,主观赋权法能更好、更全面地反映生态安全评价,但缺点是人为因素在赋权中起到了主导作用,赋权结果容易受决策者知识、经验以及认知水平的影响。客观赋权法能避免人为因素的偏差,但其得到的赋权结果可 能与各指 标的实 际 重 要 性 存 在 矛盾5。模 糊 层 次 分 析(f u z z y a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s,F AH P)法改进了传统层次分析法的不足,通过元素两两比较建立模糊一致判断矩阵,提高了决策的可靠性,所以本研究采用F AH P方法评估研究区域的生态安全性指数6。生态安全影响因素的探究对于确保人类和自然环境的和谐共生具有至关重要的意义,深入探讨生态安全的影响因素,不仅可以提供预防生态危机的策略,还能为未来的可持续发展提供科学的决策依据7。然而,前人在研究生态安全的影响因素时,往往存在一些局限性。首先,许多研究过于侧重于单一的影响因素,忽略了多种因素之间的相互作用,导致对生态安全问题的片面理解,可能会误导决策者制定不完善的政策8。其次,部分研究因数据收集和分析方法上存在不足而影响到研究结果的准确性和可靠性。为了克服这些局限性,需要采用高精度的栅格数据提高评价精度,并对多个影响因素进行多元相关性分析9。作为中国南北气候的分界线,秦岭扮演着中国生态安全的重要屏障。因此,健全秦岭常态化长效化保护体制机制,完善监管体系,搞好动态排查整治,守护好我国中央水塔1 0是保证生态安全的主要任务。近年来,随着人类活动的增加和气候变化的影响,秦岭的生态环境面临着严重的威胁。尤其是在秦岭北麓地区,包括西安、宝鸡和渭南3个城市,由于 城 市 化 进 程 的 加 快,生 态 安 全 问 题 日 益 凸显1 1。前人的研究文献虽然已经涉及了秦岭北麓地区,但对不同区域的生态安全性时空变异规律,以及定量化评估驱动力的研究工作尚未进行1 2-1 3。因此,对秦岭北麓地区的生态安全性进行时空变异及驱动因素分析对于理解生态环境变化规律和制定有效的生态保护政策具有重要意义。本研究在遥感和观测等多源数据支持下,基于F AH P模型构建评估指标体系,探索秦岭北麓地区生态安全性的时空变异和变化规律,同时定量化解析人为因素和自然因素对其变化的驱动因素,为制定有效的生态保护政策提供了科学依据。24 西安工程大学学报 第3 8卷1 研究方法1.1 秦岭北麓概况秦岭北麓地区在中国的地理、生态和文化上都具有重要意义1 4。作为中国的自然地理分界线,它不仅分隔了我国的南北气候,还是多种珍稀动植物的栖息地,对于生态保护和生物多样性研究具有不可替代的价值1 5-1 6。秦岭北麓地区包括西安市、宝鸡市和渭南市,面 积约5.61 04 k m2,位于1 0 6 3 4 1 1 0 2 2 E和3 3 3 9 3 5 2 4 N之间。本地区属温带大陆性气候,四季分明,降水集中于夏季,全年平均降雨量6 4 8.37 7 6.7 mm,日温差和四季温差较大,全年平均温度为1 5.21 3.7。受地势影响,气候分异性显著,呈现垂直分布特征。秦岭北麓地区拥有丰富的自然资源、生物多样性以及悠久的历史文化。然而,随着经济发展和人口增长,该地区的生态安全面临着严峻挑战。环境污染、水资源污染以及土地退化等日益严重,这些问题对此处生态系统的健康和可持续发展产生了重要影响。1.2 数据来源及预处理研究所采用的数据主要有土地利用数据、气象数据、数字高程模型数据(D EM)、社会经济统计数据和其他矢量数据,数据来源见表1。为了保持空间一致性,所有指标数据统一到1 k m1 k m栅格分辨率,统一采用G C S_WG S_1 9 8 4坐标系和兰伯特投影。表 1 生态安全指标名称及来源T a b.1 N a m e s a n d s o u r c e s o f e c o l o g i c a l s e c u r i t y i n d i c a t o r s指标层来源碳排放 中国县(市)社会经济统计年鉴 人均G D P/元 中国区域经济统计年鉴 各地县行政区域面积/k m2(市)国民经济和社会发展统计公报PM2.5/(gm-3)植被指数/(u gm-3)土地利用中科院中国科学院资源环境科学数据中心(h t t p:/ww w.r e s d c.c n)年降雨量/mm年平均温度/地表温度/蒸腾量/(mm天-1)英国东英格利亚大学气候研究所(h t t p s:/c r u d a t a.u e a.a c.u k)坡度/()地理空间数据云(h t t p s:/w w w.g s c l o u d.c n)净初级生产力/(mm天-1)美国国家航空航天局(NA S A)MO D I S数据集人口密度/(人k m2)美国能源部橡树岭国家实验室L a n d s c a n TM全球人口分布数据道路密度/(mm-2)开放街道地图1.3 指标体系构建为全面评估秦岭北麓生态安全性时空变异及其驱动因素,本文选取了涵盖自然、社会和经济等多方面1 7-1 8的一系列评价指标,这些指标的选取为全面分析秦岭北麓生态安全性时空变异及其驱动因素提供了重要依据,见表1。首先,碳排放、PM2.5和土地利用等指标反映了环境污染和生态破坏程度,有助于评估生态安全性与人类活动的关系;其次,人均G D P、人口密度和道路密度等社会经济指标揭示了区域发展水平及其对生态安全性的影响1 8-1 9。此外,年降雨量、年平均温度、地表温度、蒸腾量和坡度等自然因素指标表征了秦岭北麓的气候和地形特征,为分析生态安全性与自然条件的关联提供基础;同时,植被指数(n o r m a l i z e d d i f f e r e n c e v e g e t a t i o n i n d e x,N D V I)和净初级生产力(n e t p r i m a r y p r o-d u c t i v i t y,N P P)等植物指数揭示了区域植被覆盖状况及其对生态系统稳定性的贡献,行政区域面积指标有助于评估生态安全性的空间分布特征。1.4 指标标准化本文选取的自然环境、气候、土地利用、人口和经济等多方面的关键指标之间存在不同的量纲和取值范 围,这 可 能 导 致 在 进 行 综 合 分 析 时 出 现 偏差2 0。为消除这些差异并确保指标间的可比性,对选定的原始指标数据进行了标准化处理。在处理过程中,将指标分为正向指标和负向指标,正向指标是指指标值越大,生态安全性越高;负向指标则表示指34第2期 侯康,等:秦岭北麓生态安全性时空迁移特征及影响因素分析标值越大,生态安全性越低。利用极差标准化法,其公式为正向指标:xi j,1=xi j-m i n(xj)m a x(xj)-m i n(xj)(1)负向指标:xi j,2=m a x(xj)-xi jm a x(xj)-m i n(xj)(2)式中:x i j为标准化后第i个样本的第j个指标的数据;xi j为 指 标 体 系 中 的 原 始 数 据;m a x(xj)、m i n(xj)分别代表最大值、最小值。1.5 权重计算本研究采用模糊层次法对城市化以及生态安全进行评价。模糊层次法将模糊三角函数作为层次分析法中指标重要性比较的赋值方式,可以降低人为主观作用太强的缺点,而层次分析法为模糊评价法选取指标时提供了更清晰的思路和逻辑2 1。通过引入模糊数来构造模糊判断矩阵,将定量指标与定性分析有机结合,间接削弱专家评分中的主观因素对评估指标的影响,从而客观有效地提高评估结果的科学性与真实性。在生态安全评估中,评估的复杂性主要源于两个方面。首先,生态系统本身是一个高度复杂的系统,涉及的因素众多,如气候、土壤、水源、生物多样性等,这些因素之间存在着复杂的相互作用。其次,由于生态数据的收集往往受到各种限制,导致在评估过程中存在大量的不确定性和模糊性。模糊层次分析法正是为了应对这种复杂性和不确定性而设计的。它结合了模糊数学的不确定性处理能力和层次分析法的结构化决策框架,在生态安全评估中得到广泛应用,决策者可通过表2构建对比矩阵。表 2 模糊层次法赋值表T a b.2 A s s i g n m e n t t a b l e o f f u z z y h i e r a r c h y m e t h o d 层次分析法赋值重要性级别模糊三角函数赋值1两者同等重要(1,1,1)3前者稍微重要(2,3,4)5前者明显重要(4,5,6)7前者强烈重要(6,7,8)9前者极端重要(9,9,9)2相邻指标的间断值(1,2,3)4相邻指标的间断值(3,4,5)6相邻指标的间断值(5,6,7)8相邻指标的间断值(7,8,9)根据指标的相对重要程度查取相对应的三角模糊数,如决策者声明“指标1(C1)比指标2(C2)稍微重要”,则取模糊三角标度为(2,3,4)。反之,C2与C1的 比 较 则 取 模 糊 三 角 标 度 为(1/4,1/3,1/2)。贡献矩阵公式为Ak=dk1 1dk1 2dk1ndk2 1dkn1dkn2dkn n(3)式中:dki j为第k个专家认为i指标比j指标更重要,这里“波浪号”表示三角数。如果有多个专家,则把每个专家的打分(dki j)被平均化,计算公式为di j=Kk=1dki jK(4)根据平均偏好,贡献矩阵更新为A=d1 1d1ndn1dn n (5)每个标准的模糊比较的几何平均值的计算如下所示ri=(nj=1di j)1/n(6)式中:ri为模糊比较值的几何平均值;di j为第i个评估准则的模糊比较值。表示给定一组模糊比较值,它们的几何平均值是所有值乘积的第n个根,其中n是值的数量。计算标准i(wi)的模糊权重,将每个ri乘以ri的反向向量,即wi=ri(r1r2rn)-1=(wli,wmi,wui)(7)式中:wi是第i个准则评估准则的模糊权重;ri是第i个准则的模糊比较值的几何平均值;n是标准数;表示模糊数的乘法;表示模糊数的加法;(r1r2rn)-1是所有条件的模糊比较值的几何平均值之和的倒数;wli、wmi、wui表示模糊数字,分别是第i个条件的模糊数的下限、中值和上限值。这一步的意义在于将模糊比较值转换为相对模糊权重,可以更好地反映每个评估标准的相对重要44 西安工程大学学报 第3 8卷性。在这些过程中,不同的标准可能具有不同程度的重要性。通过计算相对模糊权重,决策者可以做出更明智和平衡的决策。它们需要通过面积中心法进行去模糊化,公式为Mi=wli+wmi+wui3(8)式中:Mi为非模糊数,需要按照公式进行归一化处理。在此步骤中,计算每个条件Mi的相对非模糊权重。这是通过使用面积中心方法对每个条件的模糊数字进行模糊处理来完成的。此过程称为去模糊化,用于获得最能代表模糊集的清晰值。计算标准归一化权重Ni:Ni=Mini=1Mi(9)式中:Ni是第i个标准的归一化权重;Mi是第i个标准的非模糊权重。此步骤的目的是规范化条件的非模糊权重。归一化是将不同刻度上测量的值调整为通用刻度的过程。在这种情况下,它确保所有标准的权重加起来为1。F AH P计算出各指标的权重后,用线性加权求和法分别算出各年的生态安全性指数。生态 安 全 性 指 数(e c o l o g i c a l s e c u r i t y i n d e x,E S I)记为IE S,有IE S=xi jwj(1 0)式中:xi j为标准化后的指标数据;wj为该指标的权重。1.6 生态安全性指数分类由公式(1 0)计算得出2 0 1 0、2 0 1 5、2 0 2 0年的生态安全性指数和城市化指数,参照国内外生态安全性评价研究的相关评价标准,并根据秦岭北麓地区生态环境的具体特征,采用自然间断点分级法将生态安全性指数的等级划分为5个等级,见表3。表 3 生态安全性指数分类及特征T a b.3 C l a s s i f i c a t i o n a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f e c o l o g i c a l s e c u r i t y i n d e xIE S等级生态安全性生态安全特征0.6 4IE S0.7 6V极高生态系统非常稳定,对外部环境压力具有很强的抵抗能力。尽管如此,仍然建议保持定期的生态监测以确保长期的健康和稳定0.5 7IE S0.6 4高生态系统较为稳定,脆弱性较低。但在某些特定条件下,如过度的人为干预,仍可能导致生态问题。建议进行持续监测0.5 0IE S0.5 7中等生态系统的脆弱性介于高和低之间,有一定的应对外部压力的能力,但仍然需要监测和管理以确保生态平衡0.4 1IE S0.5 0低生态系统相对稳定,但仍存在明显的脆弱性。持续的人为活动或环境压力可能导致生态不平衡。建议采取有效措施减少潜在风险0.2 3IE S0.4 1极低该等级的生态环境处于极度脆弱的状态,任何小的生态变化或人为干预都可能引发严重的生态危机。需要高度关注并采取紧急措施进行维护2 结果与分析2.1 秦岭北麓地区生态安全性时空分布特征图1为秦岭北麓地区2 0 1 0年、2 0 1 5年和2 0 2 0年的生态安全性的时空分布图。整体来看,2 0 1 02 0 2 0年研究区域内南部的生态安全性要高于北部。本文采用A r c G I S中的“重分类”工具对目标栅格数据进行分类处理。该目标栅格被细分为5个类别,每个类别的新像元值都代表了一个特定的生态安全等级。在统计每个分类下的像元数量的同时,考虑每个像元代表的实际面积(像元尺寸为1 k m1 k m),再计算出各个分类的总面积。随后,将每个分类的面积与研究区域的总面积进行对比,以确定各个分类的面积占比,各等级面积占比如表4所示。(a)2 0 1 0年54第2期 侯康,等:秦岭北麓生态安全性时空迁移特征及影响因素分析(b)2 0 1 5年(c)2 0 2 0年图 1 秦岭北麓地区生态安全分布F i g.1 D i s t r i b u t i o n o f e c o l o g i c a l s e c u r i t y i n t h e n o r t h e r n s l o p e P i e d m o n t o f Q i n l i n g M o u n t a i n s表 4 2 0 1 0、2 0 1 5、2 0 2 0年生态安全指数面积占比T a b.4 A r e a p r o p o r t i o n o f e c o l o g i c a l s e c u r i t y i n d e x i n 2 0 1 0,2 0 1 5 a n d 2 0 2 0指标年份面积占比/%IE S2 0 1 03.02 9.4 2 0.2 2 5.3 2 2.02 0 1 57.72 8.7 1 5.9 2 6.0 2 1.62 0 2 03.52 4.6 2 2.6 2 4.4 2 4.9 2 0 1 0年,生 态 安 全级 区 域 占 比 最 少,为3.0%,主要集中在西安的城六区;而级区域占比最大,为2 9.4%,多集中于渭南北部地区以及西安北部地区;级区域主要集中于级区域的周围,生态安全等级最高的级和级主要集中于整个研究区域的南部以及宝鸡的外围地区,总面积占比为4 7.3%。2 0 1 5年,生态安全性整体呈下降趋势,级和级区域面积扩大,总占比达到3 6.4%,生态安全性较差的地区主要集中在宝鸡城区和西安城区;级和级总面积占比为4 7.6%,与2 0 1 0年的几乎相同,说明生态安全高等级的地方没有增加。2 0 2 0年生态安全性开始整体好转,西安主城区的生态安全级地区正在减少,渭南北部的级地区也在减少,生态安全中等及以上面积占比最高,达到7 1.9%,生态安全指数整体提升。2.2 秦岭北麓地区生态安全性演化分析为进一步了解生态安全性在秦岭北麓空间上的分布及演化情况,采用A r c G I S 1 0.6对研究区域的生态安全性结果进行演化分析,得到研究区域的2 0 1 02 0 1 5、2 0 1 52 0 2 0以 及2 0 1 02 0 2 0年 的 面积动态变化图,见图2。(a)2 0 1 02 0 1 5年转化图(b)2 0 1 52 0 2 0年转化图(c)2 0 1 02 0 2 0年转化图(d)2 0 1 02 0 1 52 0 2 0年转化图图 2 生态安全各等级面积转化F i g.2 T h e a r e a t r a n s f o r m a t i o n o f e a c h l e v e l o f e c o l o g i c a l s e c u r i t y64 西安工程大学学报 第3 8卷2 0 1 02 0 1 5年,整体生态安 全 指 数 呈 降 低 趋势,1 7 7 9 k m2的级区域转移到级,占级区域总面积的1 6%,1 6 8 4 k m2的级区域转移到级,占级区域总面积的2 2%。从图1中看级区域转化为级区域主要集中在西安城区。2 0 1 52 0 2 0年整体生态安全呈现好转,各级区域都有向更高等级区域转化的趋势。1 7 0 3 k m2的级区域转移到级,占级总面积的5 8.5%;4 4 7 3 k m2的级区域转移到级,占级总面积的4 1.2%;1 6 9 6 k m2的级区域转移到级,占级总面积的2 8.1%;2 2 2 3 k m2的级区域转移到级,占级总面积的2 2.6%。整体来看,2 0 1 02 0 2 0年间研究区域的生态安全等级先降低再提高,生态安全等级级以上区域面积占比从6 7.5%减少到6 3.5%再增长为7 1.9%。1 0年间,级区域变化最大,总面积减少4.8%,多转化为级区域,级区域的面积占比也有提 升,从2 0 1 0年 的2 2.0%增 加 到2 0 2 0年 的2 4.9%,生态安全状况整体向好。2.3 秦岭北麓地区生态安全驱动影响因素分析2.3.1 影响因素整体来看,研究区域呈现出南部生态安全性高于北部的态势,这是因为研究区域的南部为秦岭北部山区,秦岭北麓一直是西安的生态保护屏障和重要水源地,生态环境质量较高,人类活动因素较少,因此生态安全指数较高1 0。而北部多为农田、工业用地或者城市化程度高的地区,生态安全性相对较低2 2。宝鸡中心城区生态安全性呈现出中心低、周围高的格局,这与土地利用变化和城市化进程有密切关系;西安中心城区在研究区域内具有最低的生态安全性,这主要是因为西安的经济发展和人口增长迅速,导致生态环境承受了严重压力,生态系统受到破坏,因此生态安全性降至最低2 3。渭南北部地区的生态安全性较低,这与该地区的农业活动、土地利用变化及自然灾害有关2 4。然而,在渭南南部地区,生态安全性稍好,这与该地区较好的自然条件和生态保护政策有关。2 0 1 02 0 2 0年驱动影响生态安全的因素很多,通过皮尔逊相关性分析来确定影响最大的因素。如图3所示,颜色表示每个参数之间存在显著相关性,红色表示正相关,蓝色表示负相关,圆圈越大,颜色越深,相关性越高。图3影响生态安全的主要因素为 土地利用、N D V I和PM2.5,相 关 系 数 分 别 为0.9 0,0.8 6和0.7 9,说明这些指标为该地区生态安全的主要影响因素,包括土地资源的开发利用、植被覆盖度和空气质量。首先,土地利用是驱动影响生态安全的重要因素,在西安、宝鸡和渭南等地,随着经济的发展和城市化的进程,土地资源的开发利用日益加剧,这对生态环境产生了重大影响2 5。过度开发建设用地导致了耕地和绿地的大量减少,破坏了生态平衡,降低了生态安全水平,因此,合理的土地利用是保障秦岭北麓地区生态安全的关键2 6。其次,N D V I是反映植被覆盖度的重要指标,在秦岭北麓地区,N D V I与IE S的相关性较强,说明植被覆盖度对生态安全有重要影响,植被可以通过固碳、保水、防风固沙等生态功能,维护生态平衡,提高生态安全水平。然而,由于过度的土地开发和不合理的林业活动,秦岭北麓地区的植被覆盖度在一定程度上受到了影响,这对生态安全构成了威胁2 7。最后,PM2.5是反映空气质量的重要指标,PM2.5与IE S的相关性较强,说明空气质量对生态安全有重要影响,PM2.5的升高会导致空气质量下降,对人体健康产生影响,同时也会影响植物的生长,降低生态系统的稳定性和生态安全水平。因此,改善空气质量,减少PM2.5的排放,是提高秦岭北麓地区生态安全水平的重要途径。图 3 生态安全与每个指标的相关性热图F i g.3 H e a t m a p o f c o r r e l a t i o n b e t w e e n e c o l o g i c a l s e c u r i t y a n d e a c h i n d i c a t o r综上,土地利用、N D V I和PM2.5是影响秦岭北麓地区生态安全的主要因素。为了提高秦岭北麓地区的生态安全,应需要采取一系列具体的措施。首先,政府需要实施严格的土地利用政策,以保护农田和森林等自然用地,包括制定和执行更严格的土地开发许可制度,以及推动农田保护和森林恢复等项目。其次,政府需要通过实施植被保护和恢复项目,提高植被覆盖度和生长状况,包括推动退耕还林、植树造林、加强对自然保护区的保护和管理等。最后,还需要通过实施严格的环保政策,控制空气污染,如限制高污染企业的排放,推广清洁能源以及加强对74第2期 侯康,等:秦岭北麓生态安全性时空迁移特征及影响因素分析空气质量的监测和管理。通过这些具体的措施,能够有效地提高秦岭北麓地区的生态安全,为该地区的可持续发展提供坚实保障。2.3.2 演化分析从图1看,2 0 1 02 0 1 5年,级区域转化为级的地区主要集中于西安城区,随着西安及周边地区的经济增长,城市化的速度在过去几年中显著加快,大量的自然土地被转化为建筑用地2 8。在此过程中,绿地被削减,植被覆盖降低,土地质量受到破坏,这些都导致了生态安全指数的下降。此外,城市化进程中的建设活动破坏了原有的生态系统,使得生态安全指数进一步下降2 9。其次,环境污染也是一个关键问题。在快速的城市化进程中,大量的污染物随之产生,对生态环境造成了深远影响。这些污染物可能改变土壤的成分,破坏植被和动物的生存环境,从而导致生态安全指数降低。级区域转移到级区域主要集中于宝鸡的凤翔区、岐山县和扶风县,工业化的进程对这些地区的生态安全指数有直接影响3 0。在2 0 1 02 0 1 5年间,工业生产总值增 长 了7 0%,而 同 期 工 业 废 水 排 放 量 增 长 了8 0%。以凤翔区的一家化工厂为例,其每年排放的废水约为3 0 0 0 0 t,其中仅有一部分通过废水处理设施。同时,还会排放大量的大气污染物,其中PM2.5浓度增长了3 0%,S O2浓度增长了3 5%,这些污染物对空气质量和水资源的影响严重3 1。此外,土地利用的变化也是影响生态安全指数的重要因素,随着人口的增长和城市化的推进,农田、林地和草地的面积持续减少,而用于住宅和工业建设的土地面积却在增加。这种土地利用方式的变化带来了生态环境压力,因为这些土地的转变通常伴随着生态系统服务功能的下降(如碳储存、水源涵养和土壤保持等)。更重要的是,不合理的土地利用方式可能导致土地退化和生物多样性的丧失,从而使生态安全指数下降3 2。2 0 1 52 0 2 0年中级转移到级区域的主要集中于西安市的高陵区、临潼区、灞桥区、长安区和鄠邑区,这种转变的主要原因与这些地区近年来在生态保护和环境管理方面的努力有关。首先,西安市政府在过去几年中实施了一系列的生态保护政策和项目,包括植树造林、水源保护和污染控制等,这些政策和项目的实施,改善了这些地区的生态环境,提高了生态安全指数3 3。其次,这些地区的经济发展模式也发生了变化,过去这些地区的经济主要依赖于重工业和高污染的产业,然而近年来这些地区开始转向更加环保和可持续的经济发展模式,如高科技产业和服务业,这种转变减少了环境污染,提高了生态安全指数。最后,这些地区的居民对环保意识的提高也对生态安全指数的提高起到了积极作用,越来越多的居民开始参与到环保活动中,如垃圾分类以及节能减排等。总的来说,级区域向级区域的转变是多种因素共同作用的结果,包括政府的生态保护政策、经济发展模式的转变和居民环保意识的提高。级转移到级主要地区集中于渭南的白水县、澄城县、合阳县,还有华州区、华阴市和潼关县的北部地区,这种转变的主要原因可能与这些地区在农业管理和生态保护方面的改进有关。首先,这些地区在农业管理方面进行了一系列的改革,例如推广更加环保的农业生产方式,如有机农业和生态农业,减少了化肥和农药的使用。其次,这些地区也实施了一系列的生态保护项目,如湿地保护、水源保护和植树造林等,这些项目的实施,改善了这些地区的生态环境8,3 1。最后,这些地区的经济发展模式也发生了变化,过去这些地区的经济主要依赖于农业,然而近年来,这些地区开始发展更加环保和可持续的产业,如生态旅游和绿色能源等。级区域向级区域的转变是多种因素共同作用的结果,包括农业管