歐維新 張倫嘉 陶宇 郭杰

摘要

生態(tài)系統(tǒng)健康是實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的根本保證，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)也越來越受到關(guān)注，然而現(xiàn)有的評(píng)價(jià)指標(biāo)大多難以體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)健康的本質(zhì)內(nèi)涵。土地利用與覆被變化改變生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)功能及健康，因而從土地利用與覆被變化視角構(gòu)建反映生態(tài)系統(tǒng)健康的活力、組織力和彈性指標(biāo)，是發(fā)展區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法的可能途徑。本研究基于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康對(duì)土地利用與覆被變化的響應(yīng)狀態(tài)，構(gòu)建適用于長(zhǎng)三角快速城市化地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的“活力-組織力-彈性”評(píng)價(jià)指標(biāo)體系：以植被覆蓋度指數(shù)表征生態(tài)系統(tǒng)活力；以景觀連通性等8個(gè)景觀格局指數(shù)表征生態(tài)系統(tǒng)組織力；以InVEST模型生境質(zhì)量指數(shù)表征生態(tài)系統(tǒng)彈性。在此基礎(chǔ)上，利用長(zhǎng)三角地區(qū)1995—2015年土地利用空間數(shù)據(jù)，以長(zhǎng)三角16個(gè)地級(jí)市為評(píng)價(jià)單元，對(duì)長(zhǎng)三角過去20年間生態(tài)系統(tǒng)健康的時(shí)空演變特征進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：近20年來長(zhǎng)三角地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)降低了約17.6%，其中，生態(tài)系統(tǒng)健康水平較高的區(qū)域面積減少了約60.6%，而生態(tài)系統(tǒng)健康水平較低的區(qū)域面積增加了約36.5%；長(zhǎng)三角地區(qū)快速城市化所引起的土地利用變化是影響生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空演變的主導(dǎo)因子，且林地和水域?qū)S持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康起到?jīng)Q定性作用。本研究基于土地利用與覆被變化的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法，較好地反映了生態(tài)系統(tǒng)健康的本質(zhì)特征，可用于快速城市化地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的時(shí)空動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，其結(jié)果也能對(duì)區(qū)域土地利用規(guī)劃與管理提供科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞 生態(tài)系統(tǒng)健康；土地利用變化；時(shí)空動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)；長(zhǎng)三角

中圖分類號(hào) P951 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1002-2104（2018）05-0084-09 DOI：10.12062/cpre.20171213

生態(tài)系統(tǒng)健康是實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的根本保證，目前生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究還處在不斷發(fā)展的階段，近年來中外學(xué)者開展了廣泛和有益的探索，研究建立了多種區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系。如農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)，章家恩等[1]基于生物學(xué)指標(biāo)、環(huán)境學(xué)指標(biāo)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)體系；謝花林等[2]從活力、組織結(jié)構(gòu)和彈性3方面選擇指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)。流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究較多，如Hong等[3]應(yīng)用社會(huì)核算矩陣、基于Logistic的土地利用模擬、溪流生態(tài)系統(tǒng)本底條件作為3項(xiàng)子模型進(jìn)行溪流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)；吳濤等[4]從水域、水陸交錯(cuò)帶和陸域子系統(tǒng)選取21項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了流域生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。針對(duì)其他生態(tài)系統(tǒng)如森林生態(tài)系統(tǒng)，Styers等[5]利用景觀指數(shù)進(jìn)行健康評(píng)價(jià)；周云凱等[6]對(duì)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)采用PSR模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)。其中，最具代表性且被廣泛應(yīng)用的方法，當(dāng)是包括活力（V）、組織力（O）和彈性（R）的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)（HI）模型。該方法在指標(biāo)選擇上，研究者多考慮生物學(xué)、環(huán)境學(xué)或生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)等方面的指標(biāo)，較好地反映了生態(tài)系統(tǒng)本身的健康特征，但該類指標(biāo)值波動(dòng)性大且不易獲取的特征成為該方法的局限[7-9]。也有學(xué)者根據(jù)評(píng)價(jià)的具體生態(tài)系統(tǒng)類型及區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征，針對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康目標(biāo)提出了多種指標(biāo)體系分解方案，但其存在的主要問題是：指標(biāo)體系過于龐雜，且多與可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系類似，而不是以自然生態(tài)系統(tǒng)為核心的健康評(píng)價(jià)，難以體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)健康的本質(zhì)內(nèi)涵[10-12]。鑒于此，本文以土地利用變化最為劇烈的長(zhǎng)三角地區(qū)為例，基于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康對(duì)土地利用與覆被變化的響應(yīng)狀態(tài)，引入國內(nèi)外使用較為廣泛的InVEST模型，構(gòu)建包括活力、組織力和彈性的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)模型，對(duì)長(zhǎng)三角1995—2015年間生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行時(shí)空動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，研究旨在為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)提供一種新方法，為長(zhǎng)三角合理開發(fā)和利用土地資源、實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)三角地區(qū)位于中國東南沿海地區(qū)，包括了空間與經(jīng)濟(jì)緊密聯(lián)系的16個(gè)行政區(qū)域（即長(zhǎng)三角城市群），包括上海市全部、江蘇省的南京市、蘇州市、無錫市、常州市、鎮(zhèn)江市、南通市、揚(yáng)州市、泰州市，浙江省的杭州市、嘉興市、湖州市、紹興市、寧波市、舟山市、臺(tái)州市，區(qū)域面積約11.27×104 km2，占全國土地約1.2%。近20年來，長(zhǎng)三角地區(qū)快速的城市化與工業(yè)化進(jìn)程，在取得社會(huì)經(jīng)濟(jì)巨大進(jìn)步的同時(shí)，城市建設(shè)用地的急劇擴(kuò)張也擠占了大量的農(nóng)田和生態(tài)用地，加劇了生境破碎化程度，進(jìn)而導(dǎo)致了一系列環(huán)境問題的產(chǎn)生，深刻影響了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康及生態(tài)安全[13-15]。土地利用變化與城市擴(kuò)張累積的諸多負(fù)面效應(yīng)已嚴(yán)重威脅長(zhǎng)三角地區(qū)生態(tài)環(huán)境，成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的主要障礙。

中國人口·資源與環(huán)境 2018年 第5期

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究采用長(zhǎng)三角1995年、2005年和2015年土地利用空間數(shù)據(jù)，源自地理國情監(jiān)測(cè)云平臺(tái)。該土地利用數(shù)據(jù)一級(jí)分類結(jié)果綜合評(píng)價(jià)精度達(dá)到94.3%以上，二級(jí)分類結(jié)果綜合精度達(dá)91.2%以上[16]。研究區(qū)土地利用分類參考2007年8月國土資源部發(fā)布的《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)（GB-T21010-2007）》[17]，并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，將土地利用分為林地、草地、水域、耕地、建設(shè)用地和未利用地6個(gè)一級(jí)地類以及14個(gè)二級(jí)地類（見表1）。

2 長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型

本研究依據(jù)“活力-組織力-彈性”評(píng)價(jià)框架構(gòu)建長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型（見圖1）。

2.1 生態(tài)系統(tǒng)活力

活力指標(biāo)一般通過植被凈初級(jí)生產(chǎn)力或植被覆蓋度指數(shù)等指標(biāo)表示[18-19]。本研究采用基于土地利用類型的植被覆蓋度計(jì)算方法，而非基于NDVI計(jì)算植被覆蓋度，主要優(yōu)點(diǎn)在于可量化評(píng)估土地利用變化導(dǎo)致的植被覆蓋度變化（以及生態(tài)系統(tǒng)健康水平的變化），因而能夠在土地利用變化的視角上更好地反映生態(tài)系統(tǒng)活力。本文參考《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）（HJ/T192-2006）》中有關(guān)植被覆蓋度指數(shù)的計(jì)算方法[20]，通過設(shè)置各地類的權(quán)重來計(jì)算植被覆蓋指數(shù)，計(jì)算公式如下：

植被覆蓋指數(shù)=AVEG×（0.38×林地面積+0.34×草地面積+0.19×耕地面積+0.07×建設(shè)用地+0.02×未利用地）/區(qū)域面積，AVEG為植被覆蓋指數(shù)的歸一化系數(shù)。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)組織

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)組織水平主要由空間異質(zhì)性和景觀連通性相關(guān)的景觀格局決定。一般來說，景觀異質(zhì)性可以通

表1 長(zhǎng)三角土地利用分類表

Tab.1 Classification of land use and land cover in the

Yangtze River Delta region

圖1 長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)框架

Fig.1 Framework for evaluation of ecosystem health in the Yangtze River Delta region

過Shannon多樣性指數(shù)（SHDI）和面積加權(quán)平均斑塊分形

指數(shù)（AWMPFD）進(jìn)行測(cè)量[19]。景觀連通性是由整個(gè)景觀和生境景觀的連通性共同決定的，本文中的生境景觀主要指林地景觀和水域景觀，因?yàn)榱值鼐坝^在涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙、減輕空氣污染等方面具有重要的生態(tài)功能，水域景觀在生物棲居、調(diào)節(jié)氣候、吸煙滯塵、凈化空氣、美化環(huán)境等方面也具有重要的生態(tài)功能，且在景觀之間起著極其重要的優(yōu)化與連接作用。景觀連通性水平可以通過景觀破碎化指數(shù)（FN1）和景觀蔓延度指數(shù)（CONT）來量化，主要反映長(zhǎng)三角整體空間連接性；生境連通性水平可以通過林地破碎化指數(shù)（FN2）、林地聚合指數(shù)（COHESION1）和水域破碎化指數(shù)（FN3）、水域聚合指數(shù)（COHESION2）量化，主要反映重要生境的破碎化程度[18，21]。景觀格局指數(shù)見表2，其生態(tài)學(xué)意義及解釋主要參考Fragstat4.2軟件使用手冊(cè)[22]。

景觀異質(zhì)性和景觀連通性共同影響著生態(tài)系統(tǒng)健康，它們描述生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同方面，因此具有同等的重要性，權(quán)重設(shè)置為0.35，而水域或林地景觀的權(quán)重值不能大于整個(gè)景觀，在本研究中其權(quán)重各設(shè)定為0.15。其次，在每項(xiàng)指標(biāo)中，Shannon多樣性指數(shù)（SHDI）與面積加權(quán)平均斑塊分形指數(shù)（AWMPFD）相比，前者可以作為確定景觀異質(zhì)性的核心指標(biāo)，因此設(shè)定其權(quán)重值分別為0.25和0.1。同樣的，景觀破碎化指數(shù)（FN1）和景觀蔓延度指數(shù)（CONT）二者的權(quán)重值也分別為0.25和0.1。林地破碎化指數(shù)（FN2）和林地聚合指數(shù)（COHESION1）權(quán)重設(shè)置為0.1和0.05。水域破碎化指數(shù)（FN3）和水域聚合指數(shù)（COHESION2）權(quán)重設(shè)置為0.1和0.05[19]。

綜上，用于計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)組織的公式如下：

O=0.25×SHDI + 0.1×AWMPFD+0.25×FN1+

0.1×CONT+0.1×FN2+0.05×COHESION1+

0.1×FN3+0.05×COHESION2

2.3 生態(tài)系統(tǒng)彈性

彈性是指生態(tài)系統(tǒng)維持結(jié)構(gòu)與格局的能力，即生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性。以往對(duì)于彈性的測(cè)算多是根據(jù)不同用地類型對(duì)生態(tài)恢復(fù)的貢獻(xiàn)和作用，給各種用地類型賦予不同級(jí)別的生態(tài)彈性值，賦值方法多為專家評(píng)分法[9，12，23]。這類方法主觀性較強(qiáng)，且針對(duì)不同區(qū)域需要進(jìn)行不同評(píng)分，不具有普適性。相反，目前國際上運(yùn)用較廣的InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）模型可以較好地表征生態(tài)系統(tǒng)彈性。InVEST模型由美國斯坦福大學(xué)、世界自然基金會(huì)和大自然保護(hù)協(xié)會(huì)于2007年聯(lián)合開發(fā)[24]。InVEST模型生境質(zhì)量模塊通過分析生境對(duì)威脅源的敏感性、影響距離、影響權(quán)重和生境本身的生態(tài)適宜性等因素來計(jì)算生境質(zhì)量分值，得出結(jié)果中，生境質(zhì)量分值越高的區(qū)域擁有越高的生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性即擁有較高彈性。表3和表4所涉及模型參數(shù)設(shè)置主要參照北京大學(xué)陳妍等關(guān)于北京土地利用變化對(duì)生境質(zhì)量影響的研究成果[25]，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合長(zhǎng)三角區(qū)域特征及相關(guān)文獻(xiàn)來進(jìn)行修正和設(shè)定。

表2 景觀格局指數(shù)生態(tài)學(xué)意義及解釋

Tab.2 Ecological significance and interpretation of

landscape pattern indices

注：Fragstat4.2軟件使用手冊(cè)官方網(wǎng)址：http：//www.umass.edu/landeco/research/fragstats/fragstats.html。

通過以上參數(shù)的設(shè)置首先計(jì)算生境退化程度，生境退化程度越高，說明該柵格單元受威脅因子的影響越大，生境抵抗力穩(wěn)定性也越低。計(jì)算生境退化程度的公式如下[24]：

Dxj=∑Rr=1∑Yry=1（Wr/∑Rr=1Wr）ryirxyβxSjr

式中：Dxj代表生境退化程度；R表示威脅因子的種類；Wr代表生態(tài)威脅因子的權(quán)重；Yr為威脅因子個(gè)數(shù)；ry為地類圖層中每個(gè)柵格上威脅因子的數(shù)量；βx代表法律準(zhǔn)入度；Sjr為敏感度大小。

生境質(zhì)量分值是對(duì)景觀斑塊生態(tài)適宜性和生境退化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)的一個(gè)無量綱綜合性指標(biāo)。因此，本文用生境質(zhì)量來表征生態(tài)系統(tǒng)彈性，斑塊生境質(zhì)量值越高則其彈性也越高。計(jì)算生境質(zhì)量的公式如下：

Qxj=Hj[1-（DzxjDzxj+kz）]

式中：Qxj為土地利用/覆被類型j上柵格x的生境質(zhì)量得分；k為半飽和常數(shù)；Dxj為生境退化程度，模型規(guī)定

表3 威脅因子權(quán)重表

Tab.3 Weight of the threat factors

z=2.5；Hj代表生態(tài)適宜性指數(shù)，Qxj隨著Hj變化，當(dāng)Hj=0時(shí)，Qxj=0。

2.4 生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型

指標(biāo)體系中各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量綱各不相同，即使是同一量綱，其實(shí)際數(shù)量也存在很大差異。為消除量綱不同和數(shù)量差異而造成的影響，在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)需要先對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。本文首先采用極值歸一化方法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行量綱統(tǒng)一處理。公式為：

Pi=[Xi-min（Xi）]/[max（Xi）-min（Xi）]

在此基礎(chǔ)上，參考彭建對(duì)深圳市生態(tài)系統(tǒng)健康的研究成果[19]，依據(jù)“活力-組織力-彈性”框架計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)，計(jì)算公式為：HI=3V·O·R

式中：HI（health index）為生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)，V（vigor）為生態(tài)系統(tǒng)活力，O（organization）為生態(tài)系統(tǒng)組織，R（resilience）為生態(tài)系統(tǒng)彈性。

由于“健康”通常是一個(gè)相對(duì)的概念，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況取決于結(jié)果的分布，長(zhǎng)三角1995—2015年生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果近似于正態(tài)分布，因此可對(duì)其進(jìn)行對(duì)稱分割。其中，生態(tài)系統(tǒng)健康的平均值為0.54，我們將這個(gè)值設(shè)置為生態(tài)系統(tǒng)健康狀況一般。另外值得注意的是，長(zhǎng)三角在研究時(shí)段內(nèi)很少有低于0.4或高于0.7的分值，所以將評(píng)價(jià)結(jié)果用固定閾值劃分為五個(gè)生態(tài)系統(tǒng)健康水平：良

好（0.7～1），較好（0.6～0.7），一般（0.5～0.6），較差（0.4～0.5），差（0～0.4）。

2.5 生態(tài)系統(tǒng)健康演變的社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子分析

本研究在長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空動(dòng)態(tài)評(píng)估的基礎(chǔ)

表4 威脅因子敏感度表

Tab.4 Sensitivity of different land use types to threat factors

注：InVEST 3.3.0軟件使用手冊(cè)官方網(wǎng)址：https：//www.naturalcapitalproject.org/invest/。

上，進(jìn)一步從《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒（1996—2016）》[26]搜集并整理了長(zhǎng)三角各地市有關(guān)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（地均GDP）、人口集聚（人口城市化率）和城市用地?cái)U(kuò)張（建成區(qū)面積占比）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，主要采用相關(guān)分析評(píng)估了長(zhǎng)三角過去20年間生態(tài)系統(tǒng)健康動(dòng)態(tài)變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子及其相對(duì)貢獻(xiàn)。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

3.1 長(zhǎng)三角土地利用/覆被變化特征（1995—2015）

本研究基于地理國情監(jiān)測(cè)云平臺(tái)提供的長(zhǎng)三角土地利用/覆被數(shù)據(jù)，結(jié)合ArcGIS軟件的空間統(tǒng)計(jì)功能建立了長(zhǎng)三角土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，對(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)1995—2015年間土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析。

自1995—2015年之間，相比前十年，長(zhǎng)三角后十年土地利用變化更為劇烈。前十年耕地減少3 633 km2，約占1995年耕地總量的6%；后十年耕地減少5 734 km2，占2005年耕地總量的10%，后十年耕地減少量比前十年增速57%。建設(shè)用地前十年增加3 552 km2，占1995年建設(shè)用地總量的38%；后十年增加5 763 km2，占2005年建設(shè)用地總量的45%，后十年建設(shè)用地增量比前十年增速62%。

截至2015年，區(qū)域內(nèi)耕地、林地、水域和建設(shè)用地分別占總面積的43%、28%、12%和17%。過去20年間，面積變化最大的三個(gè)地類分別是耕地、建設(shè)用地和水域。其中，耕地面積減少了9 458.4 km2，建設(shè)用地增加了9 397.1 km2，大部分耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱私ㄔO(shè)用地，該類土地利用變化主要分布于南京、蘇州、上海等城市外圍。在

2005—2015年間水域面積增加了859.6 km2，主要由耕地轉(zhuǎn)變而來，多分布于揚(yáng)州、南京南部、蘇州東北部等區(qū)域，這類土地利用轉(zhuǎn)變主要受相關(guān)土地利用規(guī)劃及政策推動(dòng)，是上述地區(qū)實(shí)施較大規(guī)?！巴烁€湖”工程的結(jié)果。

3.2 長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空演變特征

為便于分析與比較，我們列出了長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)結(jié)果與各層得分。由表6可知，在生態(tài)系統(tǒng)活力方面，長(zhǎng)三角16個(gè)地市中，揚(yáng)州市有小幅度上升，常州市、湖州市、寧波市、無錫市2005年的植被覆蓋度指數(shù)均高于其余兩年，剩下的11個(gè)地市則按照年份的推移而不斷降低。值得一提的是南通市植被覆蓋度指數(shù)在1995—2005年間變化劇烈，前后十年其值降低了0.2，降幅達(dá)24.7%。在生態(tài)系統(tǒng)組織指數(shù)方面，增減變化較為復(fù)雜且數(shù)值變化也較大，其中嘉興市2005—2015年間景觀格局指數(shù)變化最為劇烈，從0.85降為0.55，降幅超過35%。在生境質(zhì)量方面，除揚(yáng)州市2005年生境質(zhì)量高于1995年外，其余各市隨時(shí)間的推移其生境質(zhì)量值有不同程度的降低。

由以下數(shù)據(jù)和生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型對(duì)長(zhǎng)三角各地市健康等級(jí)計(jì)算并分類得到長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空分

布（見表6）。

表5 長(zhǎng)三角土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（1995—2015）

Tab.5 Land use conversion matrices for the Yangtze River Delta Region

由表6和圖2可知，1995年長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康整體水平較好，16個(gè)地市的生態(tài)系統(tǒng)健康水平都在“一般”及以上水平，但到2015年生態(tài)系統(tǒng)健康等級(jí)差和較差的面積占比達(dá)到了36.8%。對(duì)比分析整個(gè)長(zhǎng)三角三期的生態(tài)系統(tǒng)健康平均值，從1995年的0.68到2005年下降為0.62，再降為2015年的0.56，整個(gè)長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康水平降幅較大。從各健康等級(jí)的面積變化來看，20年來長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)良好與相對(duì)較好的區(qū)域面積下降了60.6%，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況一般的區(qū)域面積上升了24.1%，而相對(duì)較差和差的面積上升了36.5%，這也說明

長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康整體狀況呈下降趨勢(shì)。

具體到長(zhǎng)三角16個(gè)地級(jí)市中，杭州、紹興、舟山和湖州等地的健康狀態(tài)相對(duì)較好，這是因?yàn)檫@幾個(gè)市土地利用變化不明顯，只有相對(duì)較少的耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，且本身林地覆蓋率較高，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的活力、彈性及組織力相對(duì)較高；南通、常州和寧波等地的健康狀態(tài)相對(duì)一般，這是由于這幾個(gè)市土地利用變化較為劇烈，但由于這些地方有大量水域，在20年間這些水域變化不大，所以這些地區(qū)保持了相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)彈性和組織力；上海和嘉興兩個(gè)市的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況較差，這是由于這些區(qū)域土地利用變化十分劇烈，大量的耕地、林地和水域轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，人類活動(dòng)干擾顯著，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況急劇下降。

3.3 長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康演變的社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子

由圖3可知，過去20年間長(zhǎng)三角各地市的地均GDP、城鎮(zhèn)人口比重、建成區(qū)面積占比均與生態(tài)系統(tǒng)健康水平呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，三者的相對(duì)貢獻(xiàn)達(dá)到70%以上，可見長(zhǎng)三角快速的經(jīng)濟(jì)城市化、人口城市化及土地城市化過程是造成該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況退化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子。

4 討論與結(jié)論

4.1 研究討論

在生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法上，本研究基于土地利用與

圖2 長(zhǎng)三角各生態(tài)系統(tǒng)健康等級(jí)面積占比

Fig.2 Changes in the area of different ecosystem health

level regions for the Yangtze River Delta region

表6 長(zhǎng)三角各市生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)時(shí)空演變表

Tab.6 Spatio-temporal dynamics of ecosystem health indices in the Yangtze River Delta region

圖3 長(zhǎng)三角生態(tài)系統(tǒng)健康演變的社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子

Fig.3 Key driving factors of changes in ecosystem health

for the Yangtze River Delta region

覆被變化數(shù)據(jù)，選擇植被覆蓋指數(shù)、景觀異質(zhì)性、景觀連通性和生境質(zhì)量等指標(biāo)，構(gòu)建反映生態(tài)系統(tǒng)健康的“活力-組織力-彈性”評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型，較好地表征了生態(tài)系統(tǒng)健康的特征。與已有研究相比[12，18-19，21]，本文的生態(tài)系統(tǒng)彈性考慮了生境質(zhì)量指標(biāo)，它是基于InVEST模型而獲得的，主要是通過計(jì)算生境與威脅因子的影響距離和空間權(quán)重等因素的基礎(chǔ)上，考慮了生境本身的生態(tài)適宜性而計(jì)算得來的，其值在一定程度上反映了斑塊對(duì)不同土地利用威脅源的抵抗力穩(wěn)定性，該指標(biāo)能較好地表征生態(tài)系統(tǒng)彈性。此外，該方法因其基于土地利用與覆被數(shù)據(jù)，使得方法簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)信息便于更新，可實(shí)現(xiàn)不同尺度上生態(tài)系統(tǒng)健康的快速動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，也可指導(dǎo)區(qū)域土地利用規(guī)劃管理實(shí)踐。

本研究的不足主要有三點(diǎn)，首先是在生態(tài)系統(tǒng)活力指數(shù)的選取上，由于本文主要考察長(zhǎng)三角過去30年間土地利用變化驅(qū)動(dòng)下生態(tài)系統(tǒng)健康水平的時(shí)空演變特征，因此，選用了基于土地利用類型的植被覆蓋度指數(shù)作為生態(tài)系統(tǒng)活力的測(cè)度指標(biāo)，但植被覆蓋度指數(shù)并不能夠完全表征生態(tài)系統(tǒng)活力（如無法區(qū)分純林生態(tài)系統(tǒng)活力的差異），相反，植被凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）可能是個(gè)更好的指標(biāo)，這有待于進(jìn)一步優(yōu)化。

第二點(diǎn)在于沒有試圖制定一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因而無法準(zhǔn)確刻畫區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康的程度，僅能從區(qū)域橫向比較和時(shí)間動(dòng)態(tài)上刻畫其生態(tài)系統(tǒng)健康的相對(duì)變化。同時(shí)，研究以長(zhǎng)三角這個(gè)大區(qū)域?yàn)檠芯堪咐齾^(qū)，又以地級(jí)市為評(píng)價(jià)單元，其研究結(jié)果相對(duì)宏觀，故未來應(yīng)加強(qiáng)不同空間尺度上生態(tài)系統(tǒng)健康動(dòng)態(tài)評(píng)估研究。

此外，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況是反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康程度的重要內(nèi)容，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，如何將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的指標(biāo)納入?yún)^(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法中，將是未來研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

4.2 主要結(jié)論

目前生態(tài)系統(tǒng)健康研究還處在發(fā)展階段，但其作為一種環(huán)境管理新方法越來越受到重視。在GIS空間技術(shù)支持下，本研究以土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以長(zhǎng)三角16個(gè)地市為評(píng)價(jià)單元，對(duì)長(zhǎng)三角1995—2015年間生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了時(shí)空動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：

（1）基于土地利用與覆被變化數(shù)據(jù)的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法，較好地反映了生態(tài)系統(tǒng)健康的生態(tài)特征，可用于不同尺度上生態(tài)系統(tǒng)健康的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，也能對(duì)區(qū)域土地利用規(guī)劃管理提供科學(xué)參考。

（2）通過案例分析發(fā)現(xiàn)，近20年來長(zhǎng)三角地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康水平整體呈下降趨勢(shì)，其中，又以上海和蘇南等快速城市化地區(qū)下降最為突出。

（3）快速城市化所引起的土地利用變化是影響長(zhǎng)三角地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康變化的主因；研究發(fā)現(xiàn)，林地和水域?qū)S持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康起到?jīng)Q定性作用。因此，“青山綠水”仍將是長(zhǎng)三角等快速城市化地區(qū)生態(tài)保護(hù)和建設(shè)的重點(diǎn)對(duì)象。

（編輯：王愛萍）

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A land-cover-based approach to assessing the spatio-temporal dynamics of ecosystem

health in the Yangtze River Delta region

OU Wei-xin1，2 ZHANG Lun-jia1 TAO Yu1，2 GUO Jie1，2

（1.College of Land Management， Nanjing Agricultural University， Nanjing Jiangsu 210095， China；2.National & Local Joint

Engineering， Research Center for Rural Land Resources Use and Consolidation， Nanjing Jiangsu 210095， China）

Abstract It is essential to maintain ecosystem health to achieve the sustainable development goal of the society. The ecosystem health assessment has become one of the hot research issues since recent years. However， it remains challenging to develop suitable indicators for measuring ecosystem health. Changes in land use and land cover could have huge impacts on ecosystem structure and function （i.e.， ecosystem health）. Therefore， it may be appropriate to develop a land-cover-based approach to assessing ecosystem health and its dynamics in response to land use and cover change in the region. In this study， we developed the land-cover-based indicator system for ecosystem health assessment in the rapidly urbanizing Yangtze River Delta （YRD） region. In the indicator system， the ecosystem resilience was measured with the habitat quality index computed using the InVEST model. The ecosystem organization was measured with eight landscape pattern indices， such as the landscape connectivity index. The ecosystem vitality was measured with the vegetation coverage index. Based on this indicator system and the land cover maps of the YRD region during 1995-2015， we assessed the spatio-temporal variations in ecosystem health for the 16 major cities of the YRD region over the past two decades. We found that the ecosystem health index of the YRD region decreased by approximately 17.6% during 1995-2015. The area of the ecosystem ‘healthy region decreased by 60.6%， while the area of the ecosystem ‘unhealthy region increased by 36.5% over the past two decades. This was primarily caused by the rapid urban expansion and the huge loss of croplands and natural areas. Therefore， it was crucial to protect the forestland and water bodies to maintain ecosystem health in the YRD region. The land-cover-based approach and the indicator system proposed in this study are suitable for ecosystem health assessment in rapidly urbanizing regions. The land-cover-based assessment of ecosystem health also provides useful information for regional land use planning and management.

Key words ecosystem health； land use and cover change； spatio-temporal dynamic assessment； Yangtze River Delta