基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的萊州灣-黃河三角洲海岸帶區(qū)域生態(tài)連通性評(píng)價(jià)

劉玉斌,李寶泉,王玉玨,陳琳琳,李曉煒,侯西勇,*

1 中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所, 煙臺(tái) 264003 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049 3 中國(guó)科學(xué)院海岸帶環(huán)境過(guò)程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 煙臺(tái) 264003

在全球氣候變化和人類高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)的背景下,生態(tài)景觀格局破碎化及孤島化,生物多樣性減少、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值喪失、生態(tài)連通性降低等問(wèn)題相繼產(chǎn)生并日趨嚴(yán)重,特別是海岸帶區(qū)域表現(xiàn)尤為突出[1]。海岸帶區(qū)域處于陸海交互地帶,是全球環(huán)境變化的緩沖區(qū),也是人類活動(dòng)最為頻繁的地區(qū),因其獨(dú)特的位置與環(huán)境,成為物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和物種遷移演變最為活躍的地區(qū)之一,其生態(tài)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、凈化環(huán)境、生物多樣性維持等方面發(fā)揮著不可替代的重要作用[2]。然而,不合理的高強(qiáng)度人類活動(dòng),使海岸帶濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)受到嚴(yán)重干擾,原有生態(tài)系統(tǒng)組分和有機(jī)結(jié)構(gòu)受到破壞,整體生態(tài)服務(wù)功能和生態(tài)連通性無(wú)法正常發(fā)揮[3],此問(wèn)題受到越來(lái)越多的生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)、地理學(xué)等領(lǐng)域的專家學(xué)者的關(guān)注[4]。

學(xué)者對(duì)于生態(tài)連通性研究多聚焦于陸域,對(duì)海岸帶區(qū)域的陸-海生態(tài)連通性的研究鮮有[5- 7]。陸-海生態(tài)連通性是指陸地-潮間帶-淺海區(qū)域通過(guò)水文、生物、地質(zhì)和地球化學(xué)過(guò)程的耦合連通[8-9]。與陸域相比,海岸帶區(qū)域受復(fù)雜的界面和過(guò)程的影響,其生態(tài)連通性具有顯著的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性,相關(guān)研究具有一定的滯后性和復(fù)雜性[9]。對(duì)于海岸帶區(qū)域生態(tài)連通性的研究工作亟待開(kāi)展,而萊州灣-黃河三角洲海岸帶處于河-海-陸交匯處,氣候變化和人類活動(dòng)的影響廣泛而深刻,是環(huán)境變化的敏感區(qū)、環(huán)境災(zāi)害的多發(fā)區(qū)、礦產(chǎn)資源的富集區(qū)、人類高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)區(qū),環(huán)境特征的多重界面性和復(fù)雜性使其成為關(guān)注的焦點(diǎn)區(qū)域。該區(qū)域擁有世界上獨(dú)一無(wú)二的黃河入?？谌侵逎竦?是東北亞環(huán)西太平洋鳥(niǎo)類遷徙的重要“中轉(zhuǎn)站”及越冬、棲息和繁殖地,是開(kāi)展海岸帶生態(tài)連通性研究的理想場(chǎng)所。因此,本文針對(duì)該區(qū)域生態(tài)連通性的現(xiàn)狀和變化特征進(jìn)行研究,以期為濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)、生物多樣性保護(hù)、海岸帶綜合管理等提供信息與決策支持。

1 研究區(qū)、數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)概況

萊州灣-黃河三角洲位于渤海的南岸和西南岸,是典型的河口三角洲海岸和淤泥質(zhì)海岸,介于117°32′E—120°43′E,36°25—38°24′N之間(圖1)。其灘涂遼闊,東段為海成堆積沙岸,南段是淤泥質(zhì)堆積海岸,西段為黃河三角洲堆積沙岸；屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候,自然生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣,自然資源豐富[10-11]。萊州灣-黃河三角洲區(qū)域是黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)核心的建設(shè)區(qū)和山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū),是國(guó)家海洋發(fā)展戰(zhàn)略和區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略的重要建設(shè)區(qū)域,也是實(shí)現(xiàn)我國(guó)區(qū)域發(fā)展從陸域經(jīng)濟(jì)延伸到海洋經(jīng)濟(jì)和積極推進(jìn)陸海統(tǒng)籌重大戰(zhàn)略的先行區(qū),在全國(guó)處于舉足輕重地位。本文研究區(qū)的陸域范圍以行政邊界為標(biāo)準(zhǔn)確定,選取萊州灣-黃河三角洲區(qū)域的14個(gè)市縣區(qū),自西向東包括無(wú)棣縣、沾化縣、河口區(qū)、利津縣、墾利縣、東營(yíng)市市轄區(qū)、廣饒縣、壽光市、濰坊市市轄區(qū)、昌邑市、平度市、萊州市、招遠(yuǎn)市和龍口市；海域則以-6m等深線來(lái)控制邊界。

圖1 萊州灣-黃河三角洲區(qū)域位置、范圍與概貌示意圖Fig.1 The location, scope and outline of Laizhou Bay-Yellow River Delta

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

從中國(guó)沿海土地利用數(shù)據(jù)[12,13]中提取萊州灣-黃河三角洲區(qū)域的數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)集將我國(guó)海岸帶土地利用劃分為8個(gè)一級(jí)類型、24個(gè)二級(jí)類型[14],目前已建立了2000、2005、2010和2015年的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。本文選用2000年和2015年的土地利用數(shù)據(jù),使用24個(gè)二級(jí)類型層面的信息,同時(shí),為便于討論,將淺海水域單列,從而將土地利用數(shù)據(jù)的一級(jí)類型重分類為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、內(nèi)陸水體(淡水)、濱海濕地(咸水)、淺海水域、人工濕地(鹽田養(yǎng)殖)和未利用地9大類。2個(gè)年份的土地利用數(shù)據(jù)構(gòu)成本文研究的最主要數(shù)據(jù)源。

1.3 研究方法

本文采用最小累積費(fèi)用距離模型(MCR)進(jìn)行生態(tài)連通性評(píng)價(jià),“源”和“阻力面”是其最基本的2個(gè)概念：“源”指功能的耗費(fèi)中心,阻力面則是實(shí)現(xiàn)某種生態(tài)過(guò)程需要克服的景觀阻力[15]。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果,并結(jié)合萊州灣-黃河三角洲海岸帶區(qū)域土地利用的現(xiàn)狀特征,確定生態(tài)功能源,并計(jì)算9種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值構(gòu)建阻力面。以生態(tài)功能區(qū)為“源”,依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值構(gòu)建的阻力面,利用ArcGIS軟件中Cost Distance計(jì)算最小累積阻力和綜合累積阻力,基于此計(jì)算萊州灣-黃河三角洲區(qū)域的生態(tài)連通性。主要過(guò)程如下：

1.3.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有著極高甚至無(wú)法計(jì)量的價(jià)值,與人類福祉關(guān)系極其密切。Costanza等[16]提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估體系是迄今為止應(yīng)用最為廣泛的方法,本文應(yīng)用該方法估算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,其公式為：

(1)

式中,ESV是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值；Ai是研究區(qū)i類土地利用類型的面積(i=1,2,3…n);VCi為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值參數(shù),即單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

參考Costanza和千年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類體系,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)劃分為食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、保持土壤、生物多樣性、娛樂(lè)文化共8項(xiàng)。其中氣候調(diào)節(jié)功能還包括氣體調(diào)節(jié)和干擾調(diào)節(jié),保持土壤包括土壤形成、營(yíng)養(yǎng)循環(huán)、侵蝕控制3項(xiàng)功能,生物多樣性包括授粉、生物控制、棲息地、基因(遺傳)資源4項(xiàng)功能。借鑒相關(guān)研究成果[16- 21],利用效益轉(zhuǎn)移法(BT,Benefit function transfer)法獲得萊州灣-黃河三角洲海岸帶區(qū)域不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的單價(jià),其中,淺海水域價(jià)值為均值,其余土地利用類型直接采用效益轉(zhuǎn)移法；計(jì)算過(guò)程中,利用居民消費(fèi)價(jià)格指數(shù)(CPI,Consumer Price Index)和生產(chǎn)價(jià)格指數(shù)(PPI,Purchasing Power Parity)轉(zhuǎn)換為2015年物價(jià)水平[22],如表1。

表1 萊州灣-黃河三角洲區(qū)域各類土地利用生態(tài)服務(wù)單價(jià)/(元/hm2)

建設(shè)用地為0

1.3.2最小累積費(fèi)用距離模型

最小累積費(fèi)用距離模型(MCR),是指模擬生態(tài)流從“源”經(jīng)過(guò)具有不同生態(tài)服務(wù)功能的景觀過(guò)程中所需要耗費(fèi)的費(fèi)用或克服阻力所做的功[15]。最小累積費(fèi)用距離模型被認(rèn)為是景觀水平上進(jìn)行景觀連接度評(píng)價(jià)的最好工具之一,最早由Knaapen等提出,其關(guān)鍵因素包括源地、距離和介質(zhì)要素,計(jì)算公式如下：

(2)

式中：MCR為最小累積阻力值；f表示空間任意點(diǎn)的最小阻力值與其到所有源的距離和景觀基質(zhì)特征的正相關(guān)關(guān)系；Dij表示從源j出發(fā)穿過(guò)阻力面到達(dá)任意點(diǎn)i的距離；Ri表示空間點(diǎn)i到最近源的阻力值。

生態(tài)功能區(qū)即“源”的確定是陸海生境研究的基礎(chǔ),依據(jù)景觀生態(tài)源和匯的理論,生態(tài)功能源應(yīng)具有一定的空間擴(kuò)展性和連續(xù)性,面積較小的生態(tài)用地“孤島”通常不具備維持區(qū)內(nèi)生物多樣性的功能,參考國(guó)內(nèi)外已有研究確定適用的最小面積限制閾值[23- 25],如表2。

表2 萊州灣-黃河三角洲區(qū)域生態(tài)功能區(qū)劃分

阻力面很大程度上表征了生態(tài)流從“源”經(jīng)過(guò)具有不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的景觀過(guò)程中所需克服的阻力。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是衡量生態(tài)系統(tǒng)功能的重要指標(biāo),其高低可表征生態(tài)系統(tǒng)間物質(zhì)、能量、信息流運(yùn)動(dòng)的難易程度。利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值構(gòu)建阻力面能大大克服人為賦值構(gòu)建阻力面的主觀性,更好地反映生態(tài)系統(tǒng)間生物流的狀態(tài),公式如下[26]：

CVi=(ESVmax-ESVi)/(ESVmax-ESVmin)

(3)

式中：CVi表示i像元的阻力系數(shù)值,ESVi為第i個(gè)像元生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,ESVmax、ESVmin分別是給定區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的最大值和最小值。

1.3.3生態(tài)連接度指數(shù)

生態(tài)連接度指數(shù)(ECI)用于描述不同景觀斑塊在物質(zhì)、能量、物種的流動(dòng)遷移以及生態(tài)結(jié)構(gòu)、過(guò)程、功能間的有機(jī)聯(lián)系。以區(qū)域生態(tài)功能分區(qū)斑塊為“源”,相對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值強(qiáng)度為阻力面計(jì)算綜合累積費(fèi)用阻力面,進(jìn)而計(jì)算生態(tài)連接度[23-27],公式如下：

(4)

(5)

式中,di指第i個(gè)像元到各生態(tài)功能區(qū)的總耗費(fèi)距離；dri指第i個(gè)像元到第r種生態(tài)類型區(qū)的耗費(fèi)距離；dmax、dmin是給定區(qū)域像元到各生態(tài)功能區(qū)總耗費(fèi)距離di的最大值和最小值,為使得不同時(shí)期的ECI具有可比性,最值取多時(shí)期最值；a、b均為正整數(shù),b?a,參考相關(guān)文獻(xiàn)[23-27]取a=b=1；ECIi為第i個(gè)像元的生態(tài)連接度指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化特征

2.1.1時(shí)間變化特征

萊州灣-黃河三角洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值如表3所示,2000—2015年,萊州灣-黃河三角洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降顯著,濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值損失最大。2000年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為4692.59億元,到2015年下降為3011.93億元,15年間減少了1680.66億元,降幅高達(dá)35.82%。不同土地類型所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值不同,其中,濱海濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值占比最大,高達(dá)65%以上,除人工濕地外,其余各土地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值都在減少。濱海濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少1704.75億元,降幅最大,達(dá)45.85%；草地、淺海水域生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值總量減少較多,為16.63、15.83億元,耕地、林地和未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量損失較小,為1.10、1.15、0.18億元,其中未利用地的降幅最大,達(dá)30.51%；人工濕地價(jià)值量增加了62.58億元,增幅高達(dá)94.13%。城鎮(zhèn)擴(kuò)張、工礦交通建設(shè)用地、鹽田及養(yǎng)殖區(qū)域擴(kuò)張,導(dǎo)致灘涂、河口三角洲濕地、耕地、林草地等被侵占,是造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少的主要原因。

表3 萊州灣-黃河三角洲生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化

2.1.2空間分布特征

由圖2、圖3可知：2000年和2015年萊州灣-黃河三角洲海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律性,存在明顯的陸海梯度變化特征,整體上以海岸灘涂地帶為中心向兩側(cè)輻射呈條帶狀遞減,2015年單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值遠(yuǎn)低于2000年。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高值區(qū)主要分布于萊州灣-黃河三角洲沿海灘涂濕地區(qū)域,受人為干擾較少的黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)最為突出,高值區(qū)呈塊狀或孤島狀為生態(tài)環(huán)境較好的地區(qū)；低值區(qū)主要集中于人類高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)區(qū),如城鎮(zhèn)建設(shè)、工礦交通、養(yǎng)殖圍墾等。

圖2 萊州灣-黃河三角洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布Fig.2 Spatial distribution of ecosystem services in the Laizhou bay-Yellow River Delta

圖3 萊州灣-黃河三角洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的海陸梯度特征 Fig.3 Land and sea gradient characteristics of ecosystem service value in the Laizhou Bay-Yellow River Delta

2000—2015年萊州灣-黃河三角洲海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值既有上升區(qū),也有下降區(qū),整體上下降區(qū)分布更廣,上升區(qū)小而分散(圖4)。從空間分布來(lái)看,萊州灣-黃河三角洲海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表現(xiàn)出沿海灘涂地區(qū)變化幅度大于內(nèi)陸地區(qū)的特征,變化劇烈地區(qū)主要集中于沿海20km范圍內(nèi)。與2000年相比,2015年萊州灣-黃河三角洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值驟降,下降幅度最大的區(qū)域主要集中于沿海灘涂地帶,尤其是黃河三角洲濱海濕地和萊州灣沿岸濱海濕地降幅非常顯著；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值上升幅度最大區(qū)域主要集中于生態(tài)環(huán)境改善地區(qū)和新生濕地地區(qū),黃河三角洲新生濕地為最典型區(qū)域。

圖4 萊州灣-黃河三角洲生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間變化分布 Fig.4 Spatial change distribution of ecosystem services in the Laizhou Bay-Yellow River Delta

2.2 生態(tài)連通性時(shí)空變化特征

2.2.1空間分布特征

萊州灣-黃河三角洲海岸帶區(qū)域生態(tài)連通性變化呈明顯陸海梯度特征(圖5),整體上以海岸灘涂地帶為中心向外輻射呈帶狀遞減。由于生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)、能量、生物信息流經(jīng)過(guò)具有不同生態(tài)服務(wù)功能景觀的過(guò)程中所需克服的阻力不同,經(jīng)過(guò)自然景觀的阻力顯著小于人為景觀,連通性空間分布存在顯著差異。連通性高值區(qū)集中于人為干擾少、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高的海岸帶灘涂或三角洲濕地地區(qū),低值區(qū)多集中于人為干擾活動(dòng)劇烈的地區(qū),例如,城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、工礦用地、交通用地等建設(shè)用地地區(qū)。

圖5 萊州灣-黃河三角洲海岸帶區(qū)域生態(tài)連通性分級(jí)圖Fig.5 Ecological connectivity classification map of the Laizhou Bay-Yellow River Delta

通過(guò)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)生態(tài)連通性指數(shù)的變化幅度,反映萊州灣-黃河三角洲生態(tài)連通性的動(dòng)態(tài)變化速率情況,結(jié)果如圖6所示。分析可知,該區(qū)域生態(tài)連通性變化最顯著的地區(qū)呈“塊狀”或“孤島狀”分布,多集中于黃河三角洲國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和沿海灘涂地區(qū),絕大部分區(qū)域連通性呈下降趨勢(shì),僅有少部分地區(qū)連通性呈上升趨勢(shì),自然景觀連通性下降幅度遠(yuǎn)大于人文景觀。生態(tài)連通性增長(zhǎng)的區(qū)域集中于新生灘涂濕地和植樹(shù)造林、水庫(kù)修建等生境改善區(qū)域,連通性增幅最大區(qū)域?yàn)辄S河入?？诟浇男律鸀┩繚竦?其余增幅較小的地區(qū)呈零星的“孤島”狀分布；生態(tài)連通性降低的區(qū)域集中于黃河故道附近的自然濕地和沿海的灘涂濕地,黃河故道地區(qū)生態(tài)連通性動(dòng)態(tài)變化最為劇烈,生態(tài)連通性下降幅度最大?？梢?jiàn),由于人為因素和自然因素的雙重作用,導(dǎo)致黃河三角洲生態(tài)連通性動(dòng)態(tài)變化。

圖6 萊州灣-黃河三角洲生態(tài)連通性指數(shù)動(dòng)態(tài)變化速率Fig.6 Change rate of ecological connectivity index in Laizhou Bay-Yellow River Delta

2.2.2時(shí)間變化特征

2000—2015年間,萊州灣-黃河三角洲海岸帶區(qū)域生態(tài)連通性指數(shù)整體呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì),降幅達(dá)12.69%。該區(qū)域生態(tài)連通性空間分布特征如圖5,不同等級(jí)區(qū)域之間的相互轉(zhuǎn)移特征如表4,2000年和2015年生態(tài)連通性中較低連通性分布面積占比最大,極低連通性分布面積所占比重分別為39.35%、43.34%,低連通性分布面積比重為41.09%、43.78%；中等連通性分布面積占比較大,分別為9.13%、8.07%；較高連通性分布面積所占比重很小,高連通性為4.58%、3.42%,極高連通性為3.47%、1.35%,最高連通性2000年為2.37%,而2015年僅為0.04%。2015年極低和低水平連通性分布面積大大增加,中等連通性分布面積水平變化幅度較小,較高連通性分布面積(高、極高、最高連通性)下降顯著,生態(tài)連通性整體處于較低水平。從不同連通性等級(jí)轉(zhuǎn)移變化分析來(lái)看,2000—2015年的低連通性區(qū)域主要轉(zhuǎn)為極低連通性,中等連通性區(qū)域變?yōu)榈瓦B通性,高連通性區(qū)域轉(zhuǎn)移變化較為復(fù)雜,主要轉(zhuǎn)變?yōu)橹械瓦B通性,極高連通性區(qū)域主要向中高連通性轉(zhuǎn)變,最高連通性區(qū)域減少顯著,主要轉(zhuǎn)為中高連通性和極高連通性。不同連通性轉(zhuǎn)移變化反映出人類活動(dòng)和自然因素雙重干擾下海岸帶土地利用的變化特征及其影響下物質(zhì)、能量、生物信息流的變化規(guī)律。

表4 2000—2015年間生態(tài)連通性不同等級(jí)區(qū)域面積轉(zhuǎn)移矩陣/hm2

2.2.3不同土地利用類型生態(tài)連通性數(shù)值變化特征

萊州灣-黃河三角洲海岸帶區(qū)域不同土地利用內(nèi)部生態(tài)連通性結(jié)構(gòu)分析顯示(表5),不同年份的同種土地利用的生態(tài)連通性結(jié)構(gòu)既有相似性也具有一定的差別,相同年份不同土地利用類型的生態(tài)連通性結(jié)構(gòu)差異性顯著。絕大多數(shù)土地利用類型中,低連通性和極低連通性區(qū)域占比最大。2000年和2015年耕地中極低連通性區(qū)域所占比重最大,極低連通性均達(dá)60%以上,2015年極低連通性區(qū)域比重上升最大,其他呈現(xiàn)相反趨勢(shì)。林地中低連通性區(qū)域比重最大,均高達(dá)70%以上,與林地類似,草地中的低連通性區(qū)域占比也最大,均達(dá)50%以上。建設(shè)用地極低連通性比重最大,低連通性次之,極低連通性均50%以上,低連通性均在35%以上,高連通性區(qū)域微乎其微。濱海濕地區(qū)域,其中、高連通性和極高連通性比重較大,與2000年相比,2015年濱海濕地連通性下降顯著,2000年極高連通性占比最大,為45.36%,高、最高連通性次之,分別占比21.55%、32.43%,2015年高連通性區(qū)域占比最大為53.35%,中等、極高連通性次之,分別為11.35%、33.39%,最高連通性區(qū)域比例下由32.43%減至1.06%,降幅最大。人工濕地和未利用地,其極低、低、中等連通性區(qū)域所占比重較大?？偟膩?lái)說(shuō),萊州灣-黃河三角洲海岸帶較高連通性區(qū)域呈現(xiàn)向次一級(jí)或更低等級(jí)連通性轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。

表5 2000和2015年不同土地利用類型不同生態(tài)連通性等級(jí)面積比例/%

從不同土地利用類型面積的數(shù)值變化看(表6),自然景觀面積總體減少,人工景觀面積總體增加,其中人工濕地面積增加最多,城鄉(xiāng)建設(shè)用地和工礦交通用地次之,濱海濕地、草地、耕地、未利用地面積減少顯著,林地、淺海水域面積略有減少。不同土地利用類型連通性等級(jí)的面積變化不同,耕地極低連通性面積增加最多,中、低連通性面積減少明顯；林地在低連通性面積減少最多；草地中、低連通性面積減少顯著；建設(shè)用地在低連通性和極低連通性等級(jí)面積大幅增加,尤其極低連通性區(qū)面積增加最為顯著；濱海濕地其極高、最高連通性面積降幅較大,中、高連通性面積有所增加；人工濕地用地其中、低連通性和極低連通性面積增加,高連通性面積減少；未利用地在所有等級(jí)連通性面積均減少,低連通性面積減少最多。2015年極低連通性和低連通性面積增長(zhǎng)明顯,相比2000年,低連通性區(qū)域面積增加最大,增加113984.87hm2,極低連通性新增76884.67hm2；中等連通性區(qū)域減少30377.35hm2,高連通性減少33160.34hm2,極高連通性區(qū)域面積減少60781.25hm2,最高連通性減少最多,減少66550.6hm2。

表6 2000—2015年不同土地利用類型不同等級(jí)生態(tài)連通性分布面積的變化/hm2

3 結(jié)論

萊州灣-黃河三角洲海岸帶區(qū)域生態(tài)連通性空間分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律性,存在明顯的陸海梯度變化特征,整體上以海岸灘涂地帶為中心向兩側(cè)輻射呈條帶狀遞減。連通性高值區(qū)集中于人為干擾少生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高的海岸帶灘涂或三角洲濕地區(qū)域,低值區(qū)多集中于人為干擾活動(dòng)劇烈的地區(qū),如,城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、工礦用地、交通用地等建設(shè)用地區(qū)域。

生態(tài)連通性變化最為顯著的地區(qū)呈“塊狀”或“孤島”狀分布。增長(zhǎng)區(qū)域集中于新生灘涂濕地和植樹(shù)造林、水庫(kù)修建等生境改善區(qū)域,黃河入?？谛律鸀┩繚裨龇畲?其余增幅較小的地區(qū)呈零星的“孤島”狀分布；降低區(qū)域集中于黃河故道附近的自然濕地和沿海的灘涂濕地,黃河故道地區(qū)生態(tài)連通性動(dòng)態(tài)變化最為劇烈,下降幅度最大。

萊州灣-黃河三角洲海岸帶區(qū)域生態(tài)連通性整體處于較低水平,極低連通性和低連通性分布面積的占比最大。2000—2015年間,生態(tài)連通性指數(shù)整體呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì),降幅達(dá)12.69%；極低和低水平連通性區(qū)域比例均有所增加,中等連通性分布面積變化幅度較小,極高連通性分布面積下降顯著；從不同連通性等級(jí)面積轉(zhuǎn)移變化分析來(lái)看,較高連通性區(qū)域向中低連通性轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)移變化部分主要向次一級(jí)或更低等級(jí)連通性轉(zhuǎn)變。不同連通性轉(zhuǎn)移變化反映出人類活動(dòng)和自然因素雙重干擾下的萊州灣-黃河三角洲海岸帶土地利用變化及其物質(zhì)、能量、生物信息流的變化規(guī)律。

4 討論

海岸帶生態(tài)系統(tǒng)是自然環(huán)境和人類社會(huì)相互作用最頻繁、最活躍的地帶,作為人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)高度密集區(qū)和海陸物質(zhì)能量交互區(qū),在全球氣候變化及人類活動(dòng)加劇的背景下,海岸帶生態(tài)環(huán)境面臨諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn),生態(tài)脆弱性突出,給海岸帶生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了空前的壓力。萊州灣-黃河三角洲是我國(guó)海岸帶區(qū)域資源開(kāi)發(fā)利用以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的典型和縮影,大規(guī)模圍填海、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、快速城市化過(guò)程和交通等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)使區(qū)域人工障礙物集聚化、擴(kuò)張現(xiàn)象明顯,引起萊州灣-黃河三角洲區(qū)域的生態(tài)環(huán)境退化和生態(tài)系統(tǒng)的嚴(yán)重失衡,不僅對(duì)多時(shí)空尺度下的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)造成威脅,還對(duì)陸海生態(tài)連通性造成了不可逆轉(zhuǎn)的擾亂與毀壞。

萊州灣-黃河三角洲區(qū)域生態(tài)連通性問(wèn)題日益凸顯,已成為當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。因此,當(dāng)前及未來(lái)時(shí)期,需關(guān)注海岸帶區(qū)域生態(tài)連通性問(wèn)題,建議如下：統(tǒng)籌萊州灣-黃河三角洲經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè),合理利用生物資源,建立海岸帶生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和持續(xù)利用新模式,解決該區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)日益凸顯的矛盾；加大生態(tài)連通性科研投入,開(kāi)展多時(shí)空尺度生境間生態(tài)聯(lián)系研究和生態(tài)連通性實(shí)驗(yàn)性研究；建設(shè)具有彈性的生態(tài)保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò),將生態(tài)連通性納入陸海生態(tài)系統(tǒng)管理研究中；定期對(duì)區(qū)域生態(tài)連通性進(jìn)行評(píng)估,從而全面把握變化趨勢(shì),采取更合理的措施。

本文基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估萊州灣-黃河三角洲海岸帶區(qū)域生態(tài)連通性,其阻力面構(gòu)建基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值,一定程度上減少人為賦值的主觀性。生境源既考慮陸地,也考慮淺海水域,其計(jì)算的生態(tài)連通性指數(shù),可有效地識(shí)別生態(tài)連通性高值、低值區(qū),結(jié)果能綜合反映該區(qū)域生境中物質(zhì)能量信息的流通難易程度,從宏觀角度揭示區(qū)域生態(tài)連接度規(guī)律。由于海岸帶區(qū)域處于復(fù)雜動(dòng)態(tài)變化之中,物質(zhì)流、生物信息流交互流通過(guò)程復(fù)雜,在未來(lái)研究中,將進(jìn)一步考慮高程、濕地景觀帶自身演變等因素對(duì)連通性的影響,從微觀角度分析其相互作用機(jī)制,探索宏觀與微觀相結(jié)合下的生態(tài)連通性問(wèn)題,關(guān)注景觀格局與多個(gè)生態(tài)過(guò)程之間相互作用機(jī)制方面的連通性問(wèn)題。