基于土地利用變化的長三角生態(tài)系統(tǒng)健康時空動態(tài)研究

歐維新 張倫嘉 陶宇 郭杰

摘要

生態(tài)系統(tǒng)健康是實現(xiàn)人類社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的根本保證，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評價也越來越受到關(guān)注，然而現(xiàn)有的評價指標大多難以體現(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，是發(fā)展區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法的可能途徑。本研究基于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康對土地利用與覆被變化的響應(yīng)狀態(tài)，構(gòu)建適用于長三角快速城市化地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評價的“活力-組織力-彈性”評價指標體系：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，利用長三角地區(qū)1995—2015年土地利用空間數(shù)據(jù)，以長三角16個地級市為評價單元，對長三角過去20年間生態(tài)系統(tǒng)健康的時空演變特征進行動態(tài)評價。研究結(jié)果表明：近20年來長三角地區(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)健康評價方法，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)健康的時空動態(tài)評價，其結(jié)果也能對區(qū)域土地利用規(guī)劃與管理提供科學參考。

關(guān)鍵詞 生態(tài)系統(tǒng)健康；土地利用變化；時空動態(tài)評價；長三角

中圖分類號 P951 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2018）05-0084-09 DOI：10.12062/cpre.20171213

生態(tài)系統(tǒng)健康是實現(xiàn)人類社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的根本保證，目前生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究還處在不斷發(fā)展的階段，近年來中外學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)健康評價體系。如農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價，章家恩等[1]基于生物學指標、環(huán)境學指標、生態(tài)經(jīng)濟學指標建立評價體系；謝花林等[2]從活力、組織結(jié)構(gòu)和彈性3方面選擇指標進行系統(tǒng)健康評價。流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究較多，如Hong等[3]應(yīng)用社會核算矩陣、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項子模型進行溪流生態(tài)系統(tǒng)健康評價；吳濤等[4]從水域、水陸交錯帶和陸域子系統(tǒng)選取21項評價指標，建立了流域生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價指標體系。針對其他生態(tài)系統(tǒng)如森林生態(tài)系統(tǒng)，Styers等[5]利用景觀指數(shù)進行健康評價；周云凱等[6]對海岸帶生態(tài)系統(tǒng)采用PSR模型進行了評價。其中，最具代表性且被廣泛應(yīng)用的方法，當是包括活力（V）、組織力（O）和彈性（R）的生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)（HI）模型。該方法在指標選擇上，研究者多考慮生物學、環(huán)境學或生態(tài)經(jīng)濟學等方面的指標，較好地反映了生態(tài)系統(tǒng)本身的健康特征，但該類指標值波動性大且不易獲取的特征成為該方法的局限[7-9]。也有學者根據(jù)評價的具體生態(tài)系統(tǒng)類型及區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征，針對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康目標提出了多種指標體系分解方案，但其存在的主要問題是：指標體系過于龐雜，且多與可持續(xù)性評價指標體系類似，而不是以自然生態(tài)系統(tǒng)為核心的健康評價，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三角地區(qū)為例，基于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康對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，對長三角1995—2015年間生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行時空動態(tài)評價，研究旨在為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評價提供一種新方法，為長三角合理開發(fā)和利用土地資源、實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(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)濟緊密聯(lián)系的16個行政區(qū)域（即長三角城市群），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，長三角地區(qū)快速的城市化與工業(yè)化進程，在取得社會經(jīng)濟巨大進步的同時，城市建設(shè)用地的急劇擴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張累積的諸多負面效應(yīng)已嚴重威脅長三角地區(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)測云平臺。該土地利用數(shù)據(jù)一級分類結(jié)果綜合評價精度達到94.3%以上，二級分類結(jié)果綜合精度達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)狀分類標準（GB-T21010-2007）》[17]，并結(jié)合研究區(qū)實際情況，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個一級地類以及14個二級地類（見表1）。

2 長三角生態(tài)系統(tǒng)健康評價模型

本研究依據(jù)“活力-組織力-彈性”評價框架構(gòu)建長三角生態(tài)系統(tǒng)健康評價模型（見圖1）。

2.1 生態(tài)系統(tǒng)活力

活力指標一般通過植被凈初級生產(chǎn)力或植被覆蓋度指數(shù)等指標表示[18-19]。本研究采用基于土地利用類型的植被覆蓋度計算方法，而非基于NDVI計算植被覆蓋度，主要優(yōu)點在于可量化評估土地利用變化導(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)境狀況評價技術(shù)規(guī)范（試行）（HJ/T192-2006）》中有關(guān)植被覆蓋度指數(shù)的計算方法[20]，通過設(shè)置各地類的權(quán)重來計算植被覆蓋指數(shù)，計算公式如下：

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 長三角生態(tài)系統(tǒng)健康評價框架

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）進行測量[19]。景觀連通性是由整個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，因為林地景觀在涵養(yǎng)水源、保持水土、防風固沙、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)學意義及解釋主要參考Fragstat4.2軟件使用手冊[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)重值不能大于整個景觀，在本研究中其權(quán)重各設(shè)定為0.15。其次，在每項指標中，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，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。以往對于彈性的測算多是根據(jù)不同用地類型對生態(tài)恢復(fù)的貢獻和作用，給各種用地類型賦予不同級別的生態(tài)彈性值，賦值方法多為專家評分法[9，12，23]。這類方法主觀性較強，且針對不同區(qū)域需要進行不同評分，不具有普適性。相反，目前國際上運用較廣的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、世界自然基金會和大自然保護協(xié)會于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陳妍等關(guān)于北京土地利用變化對生境質(zhì)量影響的研究成果[25]，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合長三角區(qū)域特征及相關(guān)文獻來進行修正和設(shè)定。

表2 景觀格局指數(shù)生態(tài)學意義及解釋

Tab.2 Ecological significance and interpretation of

landscape pattern indices

注：Fragstat4.2軟件使用手冊官方網(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為威脅因子個數(shù)；ry為地類圖層中每個柵格上威脅因子的數(shù)量；βx代表法律準入度；Sjr為敏感度大小。

生境質(zhì)量分值是對景觀斑塊生態(tài)適宜性和生境退化程度進行評價的一個無量綱綜合性指標。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Hj=0時，Qxj=0。

2.4 生態(tài)系統(tǒng)健康評價模型

指標體系中各項評價指標的量綱各不相同，即使是同一量綱，其實際數(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，在進行綜合評價時需要先對各指標進行標準化處理。本文首先采用極值歸一化方法對各指標進行量綱統(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”框架計算生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)，計算公式為：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”通常是一個相對的概念，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況取決于結(jié)果的分布，長三角1995—2015年生態(tài)系統(tǒng)健康評價結(jié)果近似于正態(tài)分布，因此可對其進行對稱分割。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，長三角在研究時段內(nèi)很少有低于0.4或高于0.7的分值，所以將評價結(jié)果用固定閾值劃分為五個生態(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)健康演變的社會經(jīng)濟驅(qū)動因子分析

本研究在長三角生態(tài)系統(tǒng)健康時空動態(tài)評估的基礎(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軟件使用手冊官方網(wǎng)址：https：//www.naturalcapitalproject.org/invest/。

上，進一步從《中國城市統(tǒng)計年鑒（1996—2016）》[26]搜集并整理了長三角各地市有關(guān)經(jīng)濟發(fā)展（地均GDP）、人口集聚（人口城市化率）和城市用地擴張（建成區(qū)面積占比）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，主要采用相關(guān)分析評估了長三角過去20年間生態(tài)系統(tǒng)健康動態(tài)變化的社會經(jīng)濟驅(qū)動因子及其相對貢獻。

3 評價結(jié)果與分析

3.1 長三角土地利用/覆被變化特征（1995—2015）

本研究基于地理國情監(jiān)測云平臺提供的長三角土地利用/覆被數(shù)據(jù)，結(jié)合ArcGIS軟件的空間統(tǒng)計功能建立了長三角土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，對長三角地區(qū)1995—2015年間土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征進行了分析。

自1995—2015年之間，相比前十年，長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，是上述地區(qū)實施較大規(guī)?！巴烁€湖”工程的結(jié)果。

3.2 長三角生態(tài)系統(tǒng)健康時空演變特征

為便于分析與比較，我們列出了長三角生態(tài)系統(tǒng)健康的評價結(jié)果與各層得分。由表6可知，在生態(tài)系統(tǒng)活力方面，長三角16個地市中，揚州市有小幅度上升，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，除揚州市2005年生境質(zhì)量高于1995年外，其余各市隨時間的推移其生境質(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)健康評價模型對長三角各地市健康等級計算并分類得到長三角生態(tài)系統(tǒng)健康時空分

布（見表6）。

表5 長三角土地利用轉(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年長三角生態(tài)系統(tǒng)健康整體水平較好，16個地市的生態(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)健康等級差和較差的面積占比達到了36.8%。對比分析整個長三角三期的生態(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，整個長三角生態(tài)系統(tǒng)健康水平降幅較大。從各健康等級的面積變化來看，20年來長三角生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)良好與相對較好的區(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%，而相對較差和差的面積上升了36.5%，這也說明

長三角生態(tài)系統(tǒng)健康整體狀況呈下降趨勢。

具體到長三角16個地級市中，杭州、紹興、舟山和湖州等地的健康狀態(tài)相對較好，這是因為這幾個市土地利用變化不明顯，只有相對較少的耕地轉(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、彈性及組織力相對較高；南通、常州和寧波等地的健康狀態(tài)相對一般，這是由于這幾個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)保持了相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)彈性和組織力；上海和嘉興兩個市的生態(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，人類活動干擾顯著，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況急劇下降。

3.3 長三角生態(tài)系統(tǒng)健康演變的社會經(jīng)濟驅(qū)動因子

由圖3可知，過去20年間長三角各地市的地均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相關(guān)關(guān)系，三者的相對貢獻達到70%以上，可見長三角快速的經(jīng)濟城市化、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)健康評價方法上，本研究基于土地利用與

圖2 長三角各生態(tài)系統(tǒng)健康等級面積占比

Fig.2 Changes in the area of different ecosystem health

level regions for the Yangtze River Delta region

表6 長三角各市生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)時空演變表

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

圖3 長三角生態(tài)系統(tǒng)健康演變的社會經(jīng)濟驅(qū)動因子

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，構(gòu)建反映生態(tài)系統(tǒng)健康的“活力-組織力-彈性”評價指標體系和評價模型，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，它是基于InVEST模型而獲得的，主要是通過計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)適宜性而計算得來的，其值在一定程度上反映了斑塊對不同土地利用威脅源的抵抗力穩(wěn)定性，該指標能較好地表征生態(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)，使得方法簡便、數(shù)據(jù)信息便于更新，可實現(xiàn)不同尺度上生態(tài)系統(tǒng)健康的快速動態(tài)評價，也可指導(dǎo)區(qū)域土地利用規(guī)劃管理實踐。

本研究的不足主要有三點，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三角過去30年間土地利用變化驅(qū)動下生態(tài)系統(tǒng)健康水平的時空演變特征，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)活力的測度指標，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，植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）可能是個更好的指標，這有待于進一步優(yōu)化。

第二點在于沒有試圖制定一個生態(tài)系統(tǒng)健康評價標準，因而無法準確刻畫區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康的程度，僅能從區(qū)域橫向比較和時間動態(tài)上刻畫其生態(tài)系統(tǒng)健康的相對變化。同時，研究以長三角這個大區(qū)域為研究案例區(qū)，又以地級市為評價單元，其研究結(jié)果相對宏觀，故未來應(yīng)加強不同空間尺度上生態(tài)系統(tǒng)健康動態(tài)評估研究。

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)的指標納入?yún)^(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法中，將是未來研究的重點內(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)，以長三角16個地市為評價單元，對長三角1995—2015年間生態(tài)系統(tǒng)健康進行了時空動態(tài)評價。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)健康評價方法，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)健康的動態(tài)評價，也能對區(qū)域土地利用規(guī)劃管理提供科學參考。

（2）通過案例分析發(fā)現(xiàn)，近20年來長三角地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康水平整體呈下降趨勢，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”仍將是長三角等快速城市化地區(qū)生態(tài)保護和建設(shè)的重點對象。

（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