《Ecological Indicators》：Landscape ecological health assessment of coastal cities: a case study of Weihai
编辑推荐：
沿海城市集中了人口、基础设施和生产活动于陆地与海洋系统交汇的狭窄空间。城市扩张会破碎化栖息地并改变生态过程，而海岸线建设、水产养殖和海洋资源利用重塑了海陆界面。景观生态健康（Landscape Ecological Health, LEH）评估提供了一种连接景
沿海城市集中了人口、基础设施和生产活动于陆地与海洋系统交汇的狭窄空间。城市扩张会破碎化栖息地并改变生态过程，而海岸线建设、水产养殖和海洋资源利用重塑了海陆界面。景观生态健康（Landscape Ecological Health, LEH）评估提供了一种连接景观格局、生态过程、生态系统服务供给和人类压力的实用方法。然而，大多数复合评估仍采用单一指标集和统一权重向量应用于整个研究区域，这造成了尴尬的选择：海岸线开发等指标在近岸有直接解释意义，但在内陆像元则被稀释。本研究通过三项贡献解决这一问题：第一，压力-结构-过程-功能（Pressure-Structure-Process-Function, P-S-P-F）提供了透明的测量层次；第二，互斥的海岸带/内陆设计将每个指标仅分配给其可解释的土地像元，两个子指数使用共同的归一化基线，在其各自领域内加权，并无重叠无间隙地镶嵌成单一全市LEH表面；第三，一致的长时序工作流程将连续LEH变化和可比分类制图与空间聚类和驱动因子分析联系起来。研究选取威海市作为案例，分析了1990年至2025年八个观测时相的LEH。结果表明：（1）LEH均值呈现上升—下降—恢复的轨迹；（2）土地利用与高程的交互作用是最强的空间驱动因子。该方法为差异化海岸带城市管理提供了一个可转移的工具。
研究背景与问题
沿海城市在陆地与海洋系统的交汇处集中了大量人口、基础设施和生产活动。城市扩张会破碎化栖息地并改变生态过程，而海岸线建设、水产养殖和海洋资源利用则重塑了海陆界面。景观生态健康（Landscape Ecological Health, LEH）评估能够有效连接景观格局、生态过程、生态系统服务供给和人类压力。尽管已有多种评估框架如压力-状态-响应（Pressure-State-Response, PSR）和驱动力-压力-状态-影响-响应（Driving force-Pressure-State-Impact-Response, DPSIR）被广泛应用，但这些框架大多将同一套指标和权重向量均匀地应用于整个研究区域。对于沿海城市而言，这种均匀性带来了根本性问题：海岸线开发、水产养殖结构、海陆连通性和海洋生物资源等指标仅在近岸区域具有直接解释意义，将其扩展到内陆像元会稀释其空间含义；若将其移除，则评估与内陆城市几乎没有区别。因此，核心研究空白并非缺乏LEH框架，而是缺少一种明确的规则，用于整合在不同空间支撑上测量的证据，从而形成统一的全市LEH表面。
研究内容与结论
针对上述问题，研究人员构建了一个包含三项核心贡献的评估体系。首先，采用压力-结构-过程-功能（Pressure-Structure-Process-Function, P-S-P-F）层次框架，将生态状况和功能保持分析上的区分。其次，设计了互斥的海岸带/内陆分域方案：每个指标仅分配至其可解释的土地像元，两个子指数使用共同的归一化基线，在其各自领域内独立加权，最终无缝镶嵌成无重叠无间隙的全市LEH表面。第三，建立了一致的长时序工作流程，将连续的LEH变化和可比分类制图与空间聚类分析和驱动因子分析相衔接。研究选取中国山东省东端的威海市作为案例区，该市拥有约968公里海岸线和约5822平方公里辖区面积，低山、丘陵与狭窄平原紧邻海岸线，构成了压缩的山地-平原-海岸梯度。研究覆盖1990、1995、2000、2005、2010、2015、2020和2025年共八个观测时相，所有2025年数据均为已发布观测值，非预测或外推值。研究回答了三个核心问题：（1）1990至2025年间威海市LEH的均值、离散度和固定等级组成如何变化；（2）全局聚类和局部冷热点如何在山地-平原-海岸格局中迁移；（3）哪些自然和人为因子及其配对交互作用对观测到的空间分异具有最大的统计解释力。结果表明，LEH均值呈现出上升—下降—恢复的轨迹，而土地利用与高程的交互作用被识别为最强的空间驱动因子。该研究为差异化沿海城市管理提供了一个可转移的分析工具。
关键技术方法
研究人员采用了多项关键技术方法。在指标体系构建方面，分别对海洋和陆地候选指标进行了不同的筛选程序：海洋指标池较小，采用概念区分性审查、成对相关性诊断和留一法敏感性分析进行筛选；陆地候选指标共20个，采用因子分析（Factor Analysis, FA）提取共享结构并选择代表性指标，具体包括Kaiser-Meyer-Olkin（KMO）抽样充分性检验、Bartlett球形检验、主成分提取（累积方差贡献率超过85%为标准）。在空间处理上，所有图层均转换至WGS 84/UTM Zone 51 N（EPSG:32651）坐标系，统一裁剪至共同研究掩膜并对齐至30米分析网格。海岸带定义为距海岸线1.5公里的缓冲区，内陆为其精确补集，两者交集为空、并集等于全部有效土地域。在指标归一化方面，正负向指标均经方向变换至[0,1]，极值取自八期合并数据集并保持不变，确保各年份归一化值的解释一致性。在驱动因子分析方面，采用最优离散化的地理探测器（Geodetector）模型估算因子q值和交互作用q值。此外，还运用了全局Moran‘s I空间自相关分析和局部Getis-Ord Gi*热点分析来刻画空间聚类模式。
研究结果
4.1 指标体系筛选结果
4.1.1 海洋指标筛选结果
海洋指标的成对相关性诊断显示，虽然部分指标间存在较强空间相关性（|r| ≥ 0.80），但由于它们代表了不同的生态属性或管理维度（如海岸线结构、海岸带开发强度、水产养殖压力、海陆连通性等），因此均被保留。留一法敏感性分析表明，剔除任一指标后，重新计算的海岸带子指数与完整指标集的子指数之间的Spearman秩相关系数均高于0.95，均方根误差（RMSE）较低，且分类变化比例很小，证明海洋指标集具有良好的整体稳定性和各指标的独立贡献。
4.1.2 陆地指标筛选结果
陆地候选指标的KMO值为0.87，Bartlett球形检验显著（p < 0.001），表明数据适合进行因子分析。采用主成分提取法，前5个主成分的累积方差贡献率达到88.6%，超过了85%的保留阈值。根据各主成分的载荷系数，研究人员从20个陆地候选指标中选择了代表不同维度的核心指标，涵盖了压力、景观结构、生态过程和功能四个类别。
4.2 威海市景观生态健康的时空变化（1990–2025）
基于最终的指标体系和权重，研究人员计算了八个时相的LEH值。结果显示，威海市全市平均LEH在1990至2025年间经历了“上升—下降—恢复”的轨迹：1990至2000年呈缓慢上升趋势，2000至2010年转为持续下降，2010年后开始逐步恢复并在2020至2025年间趋于稳定。空间上，LEH高值区主要分布在西部和南部山区以及北部沿海的自然保护区，低值区集中在中心城区、经济技术开发区和部分高强度水产养殖岸段。固定等级分类分析表明，1990至2025年间，“优”和“良”等级的面积占比先增后减再回升，而“差”等级的面积在2005至2010年间达到峰值后逐渐缩减。
4.3 空间自相关分析
全局Moran‘s I指数在所有时相均大于0.6且统计显著，表明LEH呈现显著的正空间自相关格局。局部热点分析（Getis-Ord Gi*）揭示，热点（高值聚集区）长期稳定在西部和南部的山地森林区域，冷点（低值聚集区）则主要集中在东部城区和东北部海岸带。值得注意的是，冷点区域在2000至2010年间明显扩张，与城市化加速期吻合，2010年后有所收缩但未恢复到1990年代水平。
4.4 驱动因子分析
地理探测器（Geodetector）模型的单因子分析结果显示，土地利用类型（q = 0.412）、高程（q = 0.385）和距海岸线距离（q = 0.341）是解释LEH空间分异的三个最强单因子。交互作用探测进一步发现，所有因子的交互作用均表现为非线性增强或双因子增强，其中土地利用与高程的交互作用（q = 0.587）是最强的空间驱动因子，表明地形约束下的土地利用方式是决定威海市LEH空间格局的主导机制。
讨论与结论
在讨论部分，研究人员指出，威海市LEH的“上升—下降—恢复”轨迹与中国沿海地区快速城镇化进程高度吻合：1990年代的缓慢改善可能得益于早期的生态建设，2000至2010年的下降反映了城镇化和工业化的加速推进，2010年后的恢复则与生态文明建设和海岸带修复政策密切相关。研究还强调，传统的统一指标集方法无法捕捉到海岸带特有的生态压力，而分域指标体系的设计有效解决了这一矛盾。此外，土地利用与高程的交互作用作为最强驱动因子，揭示了威海市“山城海”紧凑格局下，地形对开发活动的刚性约束是理解LEH空间分异的关键。
研究结论部分翻译如下：本研究通过构建基于P-S-P-F框架和分域指标体系的方法，成功实现了沿海城市景观生态健康的连续全市评估。威海案例证实，该框架能够有效追踪1990至2025年间LEH的时空动态，并识别出土地利用-高程交互作用为主导空间驱动因子。该方法的可转移性使其适用于其他具有相似海陆梯度的沿海城市，为差异化海岸带管理决策提供了科学依据。
