長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局演變及其驅(qū)動(dòng)力分析

孫 靜 靜，王 卿，王 敏，譚 娟，黃 沈 發(fā)，

(1.東華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620； 2.上海市環(huán)境科學(xué)研究院，上海 200233)

0 引 言

土地利用/土地覆被變化(Land Use/Cover Change，LUCC)是人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地表影響最重要的反映，并進(jìn)一步對(duì)全球生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一系列深刻的影響。開(kāi)展土地利用/土地覆被及生態(tài)系統(tǒng)格局的演變特征分析，并揭示其驅(qū)動(dòng)力，是研究全球與區(qū)域生態(tài)環(huán)境問(wèn)題并進(jìn)一步開(kāi)展生態(tài)系統(tǒng)管理的基礎(chǔ)。

基于不同尺度的生態(tài)系統(tǒng)格局變化及其驅(qū)動(dòng)力分析，提出有針對(duì)性的生態(tài)空間格局優(yōu)化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理對(duì)策，可為全球與區(qū)域/流域生態(tài)環(huán)境與國(guó)土資源管理提供重要支撐。國(guó)際上，Kozak等[1]分析了喀爾巴阡北部在20世紀(jì)的森林覆蓋變化情況；Winkler等[2]創(chuàng)建歷史土地動(dòng)態(tài)評(píng)估+(HILDA+)，分析了全球土地利用動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。國(guó)內(nèi)，Liu等[3]揭示了20世紀(jì)初期中國(guó)土地利用空間格局的變化過(guò)程；孔令橋等[4]研究了長(zhǎng)江流域2000～2015年的生態(tài)系統(tǒng)格局及其演變特征。

長(zhǎng)江是中國(guó)第一大河，流域面積大，是華夏文明的重要發(fā)祥地。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶是長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的區(qū)域，覆蓋全國(guó)11個(gè)省(市)，面積占中國(guó)國(guó)土面積的21%，人口和生產(chǎn)總值均超過(guò)全國(guó)的40%，在中國(guó)國(guó)土開(kāi)發(fā)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占據(jù)極其重要的角色。近年來(lái)，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展成為我國(guó)重要的國(guó)家戰(zhàn)略，在中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)中具有關(guān)鍵地位[5-6]。由于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶地理?xiàng)l件復(fù)雜、部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)脆弱，加上人口密度大、經(jīng)濟(jì)發(fā)展快、國(guó)土開(kāi)發(fā)強(qiáng)度高，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)破碎化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力下降等生態(tài)問(wèn)題已對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了顯著制約[7]。

本文通過(guò)分析長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶1990～2020年生態(tài)系統(tǒng)空間分布及其演變趨勢(shì)特征，并分析其驅(qū)動(dòng)力，提出了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)保護(hù)政策，可為中國(guó)長(zhǎng)江大保護(hù)戰(zhàn)略與長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，并為流域生態(tài)系統(tǒng)管理提供案例與借鑒。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶覆蓋貴州、云南、四川、重慶、湖南、湖北、江西、安徽、浙江、江蘇、上海11個(gè)省(市)，面積為2.05×106km2，占全國(guó)的21.4%。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶在中國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位極其重要。至2019年末，常住人口數(shù)量為6.02億，占全國(guó)的42.9%；GDP總量45.8萬(wàn)億元，占全國(guó)的46.2%[8]。

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶大部區(qū)域?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，水熱同期，年均降水量多在400 mm以上，屬濕潤(rùn)或半濕潤(rùn)區(qū)，是中國(guó)重要的常綠闊葉林分布區(qū)，也是重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，對(duì)中國(guó)糧食安全具有舉足輕重的作用。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的濕地資源也較為豐富，其河流、湖泊、水庫(kù)等水域面積占全國(guó)水域總面積的21.19%[8]。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶中下游湖泊群也是我國(guó)湖泊分布最密集的區(qū)域之一，面積超1 km2的湖泊共有651個(gè)，其中，大于100 km2的有18個(gè)[9]。此外，長(zhǎng)江口的江蘇省、上海市，也是中國(guó)重要的灘涂鹽沼濕地分布區(qū)。

長(zhǎng)江作為世界淡水生物多樣性最為豐富的水系之一，江豚、白鱀豚(已功能性滅絕)、中華鱘、揚(yáng)子鱷等珍稀瀕危水生野生動(dòng)物棲息于此[10]，其流域范圍內(nèi)還有包括大熊貓、金絲猴、華南虎(已功能性滅絕)等珍稀陸生野生瀕危生物。

總之，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型多樣，自然環(huán)境復(fù)雜，生物資源豐富，水土保持、水源涵養(yǎng)、洪水調(diào)蓄、生物多樣性維護(hù)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能強(qiáng)大，是保障中國(guó)生態(tài)安全的重要區(qū)域[11]。為便于分析長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶土地利用演變及其驅(qū)動(dòng)力特征的空間分異，根據(jù)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省在長(zhǎng)江流域的地理位置，結(jié)合《長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃綱要》及已有相關(guān)研究，本文將研究區(qū)劃分為上游省市、中游省份、下游省市[4，6]，如圖1所示。

圖1 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局Fig.1 Ecosystem pattern of the Yangtze River Economic Belt

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所采用的土地利用數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，數(shù)字高程數(shù)據(jù)由美國(guó)國(guó)家航空與航天局(NASA)與日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省(METI)2011年發(fā)布的ASTER GDEM 30 m數(shù)據(jù)拼接加工生成。本文根據(jù)中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心LUCC分類(lèi)體系以及長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)系統(tǒng)組成特征，將長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型分為6個(gè)一級(jí)大類(lèi)，23個(gè)二級(jí)子類(lèi)[11](見(jiàn)表1)。

表1 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)分類(lèi)Tab.1 Ecosystem classification in the Yangtze River Economic Belt

2.2 研究方法

使用ENVI 5.3變化檢測(cè)模塊中的分類(lèi)后比較法計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的空間分布和面積構(gòu)成。每10 a為一節(jié)點(diǎn)，通過(guò)分析1990，2000，2010年及2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶及其上游省市、中游省份、下游省市的空間分布、面積構(gòu)成，使用ArcGIS 10.2計(jì)算其生態(tài)系統(tǒng)面積變化及變化率，研究長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)系統(tǒng)格局和變化特征。將研究區(qū)劃分為若干10 km×10 km的網(wǎng)格，計(jì)算網(wǎng)格內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化的面積比例，分層級(jí)展示不同程度的生態(tài)系統(tǒng)變化在空間上的分布特征。

利用景觀格局分析軟件Fragstats 4.1，計(jì)算長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶1990～2020年每5 a為一節(jié)點(diǎn)的生態(tài)系統(tǒng)的景觀格局指數(shù)。在景觀水平上，計(jì)算長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的邊緣密度、斑塊數(shù)量、斑塊密度以及平均斑塊面積和香農(nóng)多樣性指數(shù)。通過(guò)景觀多樣性的變化和景觀破碎化程度分析長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)系統(tǒng)景觀格局變化特征。

以2000，2010年為分界點(diǎn)，分別計(jì)算長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶1990～2000，2000～2010年和2010～2020年的生態(tài)系統(tǒng)格局變化主要驅(qū)動(dòng)力。基于已有研究[4-5，11]，選擇城鎮(zhèn)化、森林砍伐、林/草地資源開(kāi)發(fā)、圍墾造田、洪澇災(zāi)害、水資源開(kāi)發(fā)、農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)、生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)以及地質(zhì)災(zāi)害等典型驅(qū)動(dòng)因子，開(kāi)展在不同時(shí)間段的驅(qū)動(dòng)力分析，計(jì)算在生態(tài)系統(tǒng)面積變化中的驅(qū)動(dòng)力占比，得出各驅(qū)動(dòng)力對(duì)生態(tài)系統(tǒng)格局變化貢獻(xiàn)率。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)演變特征

1990～2020年，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)系統(tǒng)變化最為頻繁的包括農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)和濕地、農(nóng)田和森林相互轉(zhuǎn)變、森林和草地轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)，以及草地和森林相互轉(zhuǎn)變。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶農(nóng)田、草地和裸地及其他生態(tài)系統(tǒng)均呈減少趨勢(shì)。其中，農(nóng)田面積顯著減少，減少幅度為5.39%。城鎮(zhèn)、濕地以及森林生態(tài)系統(tǒng)均呈增加趨勢(shì)。城鎮(zhèn)面積變化劇烈，增長(zhǎng)了95.82%(見(jiàn)表2)。

表2 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶1990～2020年生態(tài)系統(tǒng)面積轉(zhuǎn)移矩陣Tab.2 Ecosystem area transfer matrix in the Yangtze River Economic Belt from 1990 to 2020 km2

3.1.1上游省市

1990～2020年，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上游省市，城鎮(zhèn)、濕地和森林生態(tài)系統(tǒng)面積增加，農(nóng)田、草地和裸地及其他生態(tài)系統(tǒng)面積減少(見(jiàn)表3)。① 1990～2000年，草地、城鎮(zhèn)和濕地生態(tài)系統(tǒng)面積增加，森林、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)面積減少。城鎮(zhèn)中的城鎮(zhèn)用地面積增長(zhǎng)41.46%，濕地中水庫(kù)池塘增長(zhǎng)7.39%，農(nóng)田中水田與旱地面積均減少，森林中其他林地減少1.18%。② 2000～2010年，森林、城鎮(zhèn)、濕地和裸地及其他生態(tài)系統(tǒng)增加，農(nóng)田、草地生態(tài)系統(tǒng)面積減少。森林中的其他林地增加17.65%，城鎮(zhèn)中其他建設(shè)用地增長(zhǎng)85.00%、城鎮(zhèn)用地增長(zhǎng)41.66%，濕地中水庫(kù)池塘、河渠以及灘地分別增長(zhǎng)10.49%，5.99%以及-8.96%，裸地及其他中沙地和裸地分別增長(zhǎng)73.86%和30.75%。農(nóng)田中水田面積減少1.34%，草地中中覆蓋度草地減少1.04%。③ 2010～2020年，城鎮(zhèn)、森林和濕地生態(tài)系統(tǒng)面積增加，草地、農(nóng)田和裸地及其他生態(tài)系統(tǒng)面積減少。城鎮(zhèn)中其他建設(shè)用地增長(zhǎng)547.07%，城鎮(zhèn)用地增加86.18%，森林中其他林地增長(zhǎng)61.17%，濕地中水庫(kù)池塘增長(zhǎng)97.53%，草地中高覆蓋度草地減少4.76%，農(nóng)田中水田減少5.94%，裸地及其他生態(tài)系統(tǒng)中沙地和裸巖石質(zhì)地分別減少81.97%和7.70%。

3.1.2中游省份

1990～2020年，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶中游省份，城鎮(zhèn)、濕地生態(tài)系統(tǒng)面積增加，農(nóng)田、森林以及草地生態(tài)系統(tǒng)面積顯著減少(見(jiàn)表4)。① 1990～2000年，城鎮(zhèn)、濕地和森林生態(tài)系統(tǒng)面積增加，農(nóng)田和草地生態(tài)系統(tǒng)面積減少。城鎮(zhèn)中其他建設(shè)用地和城鎮(zhèn)用地分別增長(zhǎng)55.99%和15.13%，濕地中灘地增長(zhǎng)4.6%，森林中其他林地雖然減少7.03%，但是有林地增長(zhǎng)0.22%，農(nóng)田中旱地面積減少0.71%，草地中低覆蓋度草地雖然增加，但高覆蓋度草地減少1.90%。② 2000～2010年，城鎮(zhèn)、濕地生態(tài)系統(tǒng)面積增加，農(nóng)田、草地、森林和裸地及其他生態(tài)系統(tǒng)面積減少。城鎮(zhèn)中其他建設(shè)用地和城鎮(zhèn)用地分別增長(zhǎng)98.20%和32.56%，濕地中灘地增長(zhǎng)16.60%，農(nóng)田中水田與旱地面積減少均超過(guò)1%，草地中中覆蓋度草地減少2.22%，森林中其他林地雖然增加36.11%，但是灌木林與疏林地減少均超過(guò)1.4%。③ 2010～2020年，城鎮(zhèn)、濕地生態(tài)系統(tǒng)面積增加，農(nóng)田、森林和草地生態(tài)系統(tǒng)面積減少。城鎮(zhèn)中其他建設(shè)用地增長(zhǎng)了355.25%，濕地中河渠增長(zhǎng)12.56%，農(nóng)田中旱地減少2.54%，森林中其他林地雖然增加了54.31%，但另外3種林地均減少，其中有林地減少1.60%，草地中高覆蓋度草地減少2.35%。

表3 1990～2020年上游省市生態(tài)系統(tǒng)面積變化Tab.3 Ecosystem area changes in the upper reaches from 1990 to 2020 km2

表4 1990～2020年中游省份生態(tài)系統(tǒng)面積變化Tab.4 Ecosystem area changes in the middle reaches from 1990 to 2020 km2

3.1.3下游省市

1990～2020年，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶下游省市，城鎮(zhèn)、濕地、森林和裸地及其他生態(tài)系統(tǒng)面積均增加，農(nóng)田和草地生態(tài)系統(tǒng)面積減少(見(jiàn)表5)。① 1990～2000年，城鎮(zhèn)、森林和濕地生態(tài)系統(tǒng)面積增加，農(nóng)田和草地生態(tài)系統(tǒng)面積減少。城鎮(zhèn)中城鎮(zhèn)用地增長(zhǎng)30.88%，森林中雖然疏林地減少16.99%，但有林地增長(zhǎng)5.88%，濕地中水庫(kù)池塘增長(zhǎng)8.27%，草地中中、低覆蓋度草地分別減少83.68%和40.62%，農(nóng)田中水田旱地減少程度相當(dāng)，均超過(guò)2.30%。② 2000～2010年，城鎮(zhèn)、濕地生態(tài)系統(tǒng)面積增加，農(nóng)田、森林和草地面積減少。城鎮(zhèn)中其他建設(shè)用地和城鎮(zhèn)用地分別增長(zhǎng)90.62%和56.74%，濕地中水庫(kù)池塘增長(zhǎng)14.88%，農(nóng)田中水田面積減少5.01%，森林中除有林地面積減少1.34%，其余均增加，草地中低覆蓋度草地減少9.65%。③ 2010～2020年，城鎮(zhèn)、濕地和裸地及其他生態(tài)系統(tǒng)面積增加，農(nóng)田、森林和草地生態(tài)系統(tǒng)面積減少。城鎮(zhèn)中城鎮(zhèn)用地增長(zhǎng)69.58%，濕地中水庫(kù)池塘增長(zhǎng)16.36%，農(nóng)田中水田、旱地減少均超過(guò)4%，森林中其他林地減少7.67%，草地中高覆蓋度草地減少1.52%，裸地及其他生態(tài)系統(tǒng)面積增加主要體現(xiàn)在裸地和裸巖石質(zhì)地面積的增加。

表5 1990～2020年下游省市生態(tài)系統(tǒng)面積變化Tab.5 Ecosystem area changes in the lower reaches from 1990 to 2020 km2

3.2 生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變率與景觀格局特征

不同時(shí)期、不同海拔，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變特征差異明顯。1990～2000年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)系統(tǒng)變化區(qū)域主要集中在浙江省、上海市和江蘇省，其余省份的省會(huì)城市區(qū)域稍有變化。2000～2010年的變化區(qū)域較為分散，各省市均有較大范圍區(qū)域產(chǎn)生變化，但變化范圍主要在上海、合肥、南京、南昌、武漢、長(zhǎng)沙、重慶、成都市等大城市及其周邊區(qū)域。2010～2020年，生態(tài)系統(tǒng)主要變化區(qū)域由長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶下游省市擴(kuò)散到中游省份，上游省市變化相對(duì)微弱。在各時(shí)段，海拔0～100 m的下游省市和部分中游省份等平原均為生態(tài)系統(tǒng)變化最劇烈地區(qū)，其次是海拔為100～500 m的部分中游省份和上游省市中重慶、成都、昆明、貴陽(yáng)市等大城市和周邊城鎮(zhèn)集聚區(qū)。海拔在1 000 m以上的區(qū)域，生態(tài)系統(tǒng)變化相對(duì)微弱，如圖2所示。

圖2 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)變化率空間分布Fig.2 Spatial distribution of ecosystem change rate in the Yangtze River Economic Belt

1990～2020年，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶平均斑塊面積減少，斑塊數(shù)量、斑塊密度、邊緣密度和香農(nóng)多樣性指數(shù)增加(見(jiàn)圖3)，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶景觀破碎度增加，景觀多樣性提高。

圖3 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶景觀格局指數(shù)及其變化趨勢(shì)Fig.3 Landscape pattern index and its changing trend in the Yangtze River Economic Belt

3.3 生態(tài)格局變化的驅(qū)動(dòng)力分析

研究結(jié)果顯示：在不同時(shí)期，導(dǎo)致生態(tài)格局變化的驅(qū)動(dòng)因子及其貢獻(xiàn)率有所不同。

1990～2000年，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局的變化主要受城鎮(zhèn)化、林/草業(yè)開(kāi)發(fā)、圍墾造田、洪澇災(zāi)害等驅(qū)動(dòng)因子影響。由于城鎮(zhèn)化引起的生態(tài)系統(tǒng)面積變化達(dá)5.10×103km2，貢獻(xiàn)占比為39.68%，其中有4.67×103km2的農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)。其次，林/草地資源開(kāi)發(fā)也是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局變化的重要驅(qū)動(dòng)力之一，引起的生態(tài)系統(tǒng)面積變化為3.18×103km2，貢獻(xiàn)率達(dá)24.73%。圍墾造田(圍湖造田、毀林/草墾地)在生態(tài)系統(tǒng)面積變化的占比為22.31%，面積變化為2.87×103km2，其中有1.70×103km2的森林，0.46×103km2的濕地，以及0.67×103km2的草地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。由于水資源開(kāi)發(fā)，生態(tài)系統(tǒng)面積發(fā)生了1.60×103km2的變化，其中有1.21×103km2的農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)闈竦?。此外，地質(zhì)災(zāi)害也是導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)格局變化的另一驅(qū)動(dòng)力，貢獻(xiàn)率為0.85%(見(jiàn)表6)。

2000～2010年，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局的變化主要受到城鎮(zhèn)化、生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)、水資源開(kāi)發(fā)、農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)以及地質(zhì)災(zāi)害等因素的影響。城鎮(zhèn)化引起的生態(tài)系統(tǒng)面積變化共計(jì)1.03萬(wàn)km2，貢獻(xiàn)率達(dá)57.01%，是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局變化的首要驅(qū)動(dòng)力(見(jiàn)表7)。其中，8.84×103km2的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)生態(tài)系統(tǒng)，1.00×103km2森林轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)。水資源開(kāi)發(fā)也是引起長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局變化的驅(qū)動(dòng)力之一，10 a間，有1.97×103km2的農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)闈竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)，這使得水資源開(kāi)發(fā)在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局變化中的貢獻(xiàn)率為16.04%，總面積變化為2.90×103km2。另外，2000～2010年，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶實(shí)施了一系列生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)(退耕還林還草、天然林保護(hù)與修復(fù)等)措施，在很大程度上促進(jìn)了森林和草地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與增加，由于生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)引起的生態(tài)系統(tǒng)面積變化達(dá)2.76×103km2，貢獻(xiàn)率為15.25%。農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)與地質(zhì)災(zāi)害等驅(qū)動(dòng)力的貢獻(xiàn)率分別為9.40%和2.30%。

表6 1990～2000年驅(qū)動(dòng)力引起的各生態(tài)系統(tǒng)面積變化Tab.6 Area changes of each ecosystem caused by driving forces in 1990～2000 km2

表7 2000～2010年驅(qū)動(dòng)力引起的各生態(tài)系統(tǒng)面積變化Tab.7 Area changes of each ecosystem caused by driving forces in 2000～2010 km2

2010～2020年，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局的變化主要受到城鎮(zhèn)化、生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)、水資源開(kāi)發(fā)、農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)以及地質(zhì)災(zāi)害等因素的影響。

不同于前2個(gè)時(shí)間段，2010～2020年，農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)變成了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局變化的首要驅(qū)動(dòng)力，引起的面積變化7.28萬(wàn)km2，貢獻(xiàn)率達(dá)38.50%(見(jiàn)表8)。10 a間，森林、草地與農(nóng)田相互轉(zhuǎn)變，其中4.38萬(wàn)km2的森林和1.43萬(wàn)km2的草地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田，1.02萬(wàn)km2的城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田。生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)成為第二驅(qū)動(dòng)力，貢獻(xiàn)率為33.19%，引起的面積變化達(dá)6.27萬(wàn)km2。其中5.53萬(wàn)km2的農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)樯趾筒莸兀?.55×103km2的裸地及其他生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯趾筒莸?。城?zhèn)化作為另一重要驅(qū)動(dòng)力之一，引起的面積變化達(dá)3.68萬(wàn)km2，貢獻(xiàn)率為19.48%。水資源開(kāi)發(fā)與地質(zhì)災(zāi)害等驅(qū)動(dòng)力貢獻(xiàn)率分別為6.28%和2.55%。

表8 2010～2020年驅(qū)動(dòng)力引起的各生態(tài)系統(tǒng)面積變化Tab.8 Area changes of each ecosystem caused by driving forces in 2010～2020 km2

4 討 論

4.1 生態(tài)格局變化對(duì)區(qū)域生態(tài)安全的影響

驅(qū)動(dòng)力分析結(jié)果顯示：不同時(shí)期，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局變化特征不同，從而對(duì)區(qū)域乃至全國(guó)的生態(tài)安全格局的影響不同。

2000年以前，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶城鎮(zhèn)、濕地和森林等生態(tài)系統(tǒng)面積增加，而農(nóng)田面積減少，草場(chǎng)退化[12]。此外，景觀指數(shù)分析結(jié)果表明，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)破碎度逐漸提高。強(qiáng)烈的人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能降低，生物多樣性資源喪失[13]，水土流失嚴(yán)重，河渠和湖泊面積減少，洪水調(diào)蓄能力變?nèi)鮗14]，生態(tài)災(zāi)害頻發(fā)[15]。

1998年，長(zhǎng)江流域發(fā)生了特大洪澇災(zāi)害，此后，政府、學(xué)術(shù)界乃至社會(huì)公眾逐漸意識(shí)到生態(tài)保護(hù)的重要性。在這之后，頒布了《關(guān)于災(zāi)后重建、整治江湖、興修水利的若干意見(jiàn)》《退耕還林條例》，并啟動(dòng)了“退耕還林還草”“退田還湖”、天然林保護(hù)等一系列生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)工程。大量相關(guān)研究[4-5，11，16-17]顯示：2000～2020年，在這些生態(tài)工程作用下，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶相繼有大量面積的農(nóng)田恢復(fù)為森林、草地和濕地生態(tài)系統(tǒng)，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)政策成效顯著，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能也呈現(xiàn)出持續(xù)提升的態(tài)勢(shì)。2000年以來(lái)，洪水調(diào)蓄與水土保持能力增強(qiáng)[16-17]，土壤侵蝕強(qiáng)度降低[18]，生態(tài)系統(tǒng)固碳能力也得到了顯著提升[19]。

與森林、濕地逐步恢復(fù)的態(tài)勢(shì)相反，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶耕地面積持續(xù)萎縮。特別是2000年以后，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速，有相當(dāng)一部分面積的農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)；此外，由于生態(tài)恢復(fù)工程，大量的農(nóng)田被恢復(fù)為森林和濕地，進(jìn)一步加劇了農(nóng)田面積的萎縮。Liu等[3]的研究結(jié)果顯示，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶是中國(guó)農(nóng)田面積萎縮最為嚴(yán)重的地區(qū)。盡管中國(guó)已頒布《基本農(nóng)田保護(hù)條例》，2010～2020年，農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)也成為了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局變化的主要驅(qū)動(dòng)力，但并未從根本上緩解農(nóng)田面積減少的趨勢(shì)。此外，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶重金屬污染較為突出，農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量也存在一定問(wèn)題[20]，這也進(jìn)一步加劇了中國(guó)糧食安全保障的壓力。

近30余年來(lái)，在人類(lèi)活動(dòng)驅(qū)動(dòng)下，生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的變化。盡管長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶部分生態(tài)問(wèn)題得到了一定緩解，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的矛盾仍然突出，森林、草地、濕地等自然生態(tài)系統(tǒng)仍然面臨不同程度的問(wèn)題和威脅，耕地萎縮的態(tài)勢(shì)尚未得到遏制，在氣候變化和中國(guó)“雙碳”目標(biāo)的新形勢(shì)下，生態(tài)保護(hù)與建設(shè)任務(wù)仍然艱巨[21-22]。

4.2 生態(tài)保護(hù)對(duì)策及建議

近年來(lái)，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“共抓大保護(hù)、不搞大開(kāi)發(fā)”，走“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展” 之路已成為中國(guó)重大戰(zhàn)略決策。根據(jù)本文研究結(jié)果，針對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶存在的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，提出以下生態(tài)保護(hù)與建設(shè)的對(duì)策建議。

(1) 提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，保障流域生態(tài)安全。進(jìn)一步提升森林、濕地質(zhì)量，改善森林結(jié)構(gòu)，增加天然林比例；嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線，進(jìn)一步建立與完善國(guó)家公園制度，嚴(yán)格限制自然保護(hù)地人類(lèi)活動(dòng)，保護(hù)重要生態(tài)用地不被開(kāi)發(fā)占用，保育森林和濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

(2) 積極開(kāi)展耕地保護(hù)，保障國(guó)家糧食安全。限制城市無(wú)序擴(kuò)張，嚴(yán)守永久基本農(nóng)田底線；統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)，避免為完成造林指標(biāo)，不合理地侵占耕地，因地制宜，宜耕則耕、宜林則林、宜濕則濕；此外，還應(yīng)積極開(kāi)展土壤污染防治，提升耕地質(zhì)量。

(3) 優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)空間格局，保障城鎮(zhèn)人居安全。針對(duì)城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求，耦合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給，提升林地、濕地等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的空間效率，提升人居環(huán)境質(zhì)量，形成綠色、高效的長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)安全城鎮(zhèn)空間格局。

5 結(jié) 論

為研究長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的總體空間格局、演變特征及其驅(qū)動(dòng)力，本文分析了1990～2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)的空間分布、空間構(gòu)成及變化，計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)的變化率，分層級(jí)展示不同程度的生態(tài)系統(tǒng)變化在空間上的分布特征，揭示了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶30 a間的生態(tài)系統(tǒng)格局、演變特征及其主要驅(qū)動(dòng)力，主要結(jié)論如下。

(1) 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的農(nóng)田、草地和裸地及其他生態(tài)系統(tǒng)面積減少，城鎮(zhèn)、濕地以及森林生態(tài)系統(tǒng)面積增加。上、下游省市農(nóng)田和草地面積減少，城鎮(zhèn)、濕地和森林生態(tài)系統(tǒng)面積增加。中游省份農(nóng)田、森林和草地面積減少，城鎮(zhèn)和濕地生態(tài)系統(tǒng)面積增加。

(2) 占據(jù)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)系統(tǒng)演變主導(dǎo)地位的是農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)和濕地、農(nóng)田和森林相互轉(zhuǎn)變、森林和草地轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)，以及草地和森林相互轉(zhuǎn)變。

(3) 海拔較低(0～100 m)且區(qū)域經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的下游省市生態(tài)系統(tǒng)變化最為劇烈，其次則以海拔在0～500 m且區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展平穩(wěn)的中游省份變化為主。海拔在500 m以上的上游省市區(qū)域，除各省省會(huì)城市外，其余地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)變化較為微弱。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶景觀格局破碎化程度和景觀多樣性提高。

(4) 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)格局變化的首要驅(qū)動(dòng)力由1990～2000年和2000～2010年的城鎮(zhèn)化轉(zhuǎn)變?yōu)?010～2020年的農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)。

在本文的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步開(kāi)展長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等研究，構(gòu)建區(qū)域與流域生態(tài)安全格局，并開(kāi)展主要生態(tài)問(wèn)題的跟蹤監(jiān)測(cè)與評(píng)估，這將對(duì)中國(guó)長(zhǎng)江大保護(hù)與區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

致 謝

感謝中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所徐新良研究員提供土地利用數(shù)據(jù)，感謝中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心鄭華研究員提供的寶貴修改意見(jiàn)。