童晨 ，李加林 *，葉夢(mèng)姚 ，童億勤 ，田鵬 ，王麗佳 ，劉瑞清，周子靖

（1.寧波大學(xué)地理與空間信息技術(shù)系，浙江寧波315211； 2.寧波大學(xué)東海研究院，浙江寧波315211；3.柴橋中學(xué)，浙江寧波315211）

景觀格局研究是景觀生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)之一，也是土地利用時(shí)空變化研究的重要分析手段，可以有效反映人類(lèi)活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)格局的影響以及生態(tài)環(huán)境對(duì)土地利用變化的時(shí)空響應(yīng)[1-2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)則是生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程形成及維持人類(lèi)所依存的自然環(huán)境條件與效用[3-4]，其作為生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估的核心領(lǐng)域，已成為生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)[5]。集成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與景觀格局已成為探討生態(tài)系統(tǒng)時(shí)空分布規(guī)律以及與生態(tài)過(guò)程相關(guān)的區(qū)域資源和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的重要途徑[6]。當(dāng)前已有一些結(jié)合景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（ESV）的研究，主要包括對(duì)城市[7-9]、流域[10-11]、地貌區(qū)[12-13]、景觀類(lèi)型[14-16]、理論[17]等方面的研究，這些研究促進(jìn)了對(duì)景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)演變機(jī)制的深入認(rèn)識(shí)。

海岸帶是地球系統(tǒng)中最有生機(jī)的部分之一，具有很高的自然能量、生物生產(chǎn)力以及突出的經(jīng)濟(jì)地位[18]。隨著人類(lèi)對(duì)海岸帶環(huán)境利用和改造強(qiáng)度、廣度和速度的不斷提高（甚至超過(guò)了自然變化），相應(yīng)地產(chǎn)生了一系列環(huán)境問(wèn)題[19-20]。鑒于海岸帶地區(qū)在人類(lèi)生存和發(fā)展中的重要地位，在世界范圍內(nèi)開(kāi)展沿海地區(qū)海岸帶調(diào)查工作，研究人類(lèi)活動(dòng)影響下的海岸帶地區(qū)大陸景觀格局演化[21-22]、ESV 估算[23-24]和景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[25-26]等已成為地球系統(tǒng)研究的重要方向，越來(lái)越受各領(lǐng)域?qū)W者的重視。但結(jié)合景觀格局與ESV 對(duì)較大尺度的海岸帶區(qū)域演化機(jī)理及其相互關(guān)系的研究還較少。本文以東海區(qū)海岸帶為研究區(qū)域，對(duì)1990—2015 年間景觀格局和ESV 變化進(jìn)行分析，以揭示在人類(lèi)活動(dòng)影響下研究區(qū)的演變特征，進(jìn)而探討景觀格局與ESV 之間的關(guān)系，以期為當(dāng)前東海區(qū)海岸帶經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)域

東海區(qū)海岸帶處于我國(guó)地勢(shì)的第三級(jí)階梯，位于 23°31′N(xiāo)～31°25′N(xiāo)，117°05′E～123°25′E，大體呈朝東南方向外凸的弧形（見(jiàn)圖1）。東海區(qū)海岸北起長(zhǎng)江口啟東嘴，南至福建、廣東交接的詔安詳林的鐵爐崗，貫穿上海市、浙江省、福建省，大陸岸線總長(zhǎng)5 325.6 km[27]，島嶼岸線長(zhǎng) 7 953.2 km[28-29]。東海區(qū)海岸曲折，海灣發(fā)育，入海河流眾多，海岸類(lèi)型多樣。東海區(qū)海岸帶地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)氣候尤為明顯，冬、夏季風(fēng)交替顯著。2015 年，國(guó)家發(fā)布的《推動(dòng)共建絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶和21 世紀(jì)海上絲綢之路的愿景與行動(dòng)》將東海區(qū)海岸帶（包括滬、浙、閩三?。ㄊ校┑暮０稁^(qū)域）作為中國(guó)境內(nèi)海上絲綢之路的重要區(qū)域，受?chē)?guó)際社會(huì)高度關(guān)注。

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖Fig.1 The study area

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

東海區(qū)海岸帶 1990，1995，2000，2005，2010 和2015 年共6 期遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站（http://glovis.usgs.gov/）和地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/）免費(fèi)提供的 TM/OLI 遙感影像數(shù)據(jù)，空間分辨率均為30 m。在對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正和配準(zhǔn)、波段合成、影像鑲嵌和裁剪的基礎(chǔ)上，利用eCognition 8.7 軟件建立分類(lèi)信息知識(shí)庫(kù)以提取研究區(qū)土地利用信息，再根據(jù)研究區(qū)GPS野外調(diào)查數(shù)據(jù)以及其他背景資料建立土地利用類(lèi)型的解譯標(biāo)志，并在ArcGIS10.3 中利用人工目視解譯對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行校正，分類(lèi)精度達(dá)78%，最終獲得研究區(qū)6 期土地利用類(lèi)型矢量數(shù)據(jù)。東海區(qū)海岸帶地貌的DEM 數(shù)字高程數(shù)據(jù)來(lái)源于日本METI 和美國(guó)NASA 聯(lián)合發(fā)布的ASTER GDEM V2 數(shù)據(jù)，分辨率為30 m。此外，還包括東海區(qū)海岸帶所在的上海市、浙江省和福建省的1∶25 萬(wàn)地理背景數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃圖、鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界圖、地形圖、海岸帶調(diào)查報(bào)告，以及研究區(qū)所包含的省（市）、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。

對(duì)海岸帶的具體定義及劃分寬度尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，本文中海岸帶基線范圍的確定參考葉夢(mèng)姚等[30]的研究。依據(jù)影像數(shù)據(jù)解譯結(jié)果和東海區(qū)海岸帶土地開(kāi)發(fā)利用的特點(diǎn)，借助ArcGIS 軟件，將海岸帶劃分為農(nóng)田、森林、草地、水域、濕地、海域、建設(shè)用地及荒地8 種景觀類(lèi)型，其中濕地是從水域中的二級(jí)類(lèi)灘涂單獨(dú)提取出的景觀類(lèi)型。

2.2 研究方法

2.2.1 景觀指數(shù)

隨著景觀生態(tài)學(xué)中一些用于描述景觀演化的指標(biāo)的不斷完善，已形成許多具有代表性的指標(biāo)[31-32]。本文根據(jù)東海區(qū)實(shí)際情況，從類(lèi)型和景觀兩方面選取了用于評(píng)價(jià)景觀演化的7 個(gè)常用指標(biāo)（見(jiàn)表1），借助景觀格局指數(shù)計(jì)算軟件Fragstats 4.2，對(duì)東海區(qū)海岸帶1990—2015 年共6 期的景觀格局變化特征進(jìn)行定量分析[33-34]。

2.2.2 ESV 估算模型

以謝高地等[35]對(duì)Costanza 的ESV 當(dāng)量修訂后建立的中國(guó)ESV 估算模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建東海區(qū)海岸帶ESV 估算模型。由于該評(píng)估模型只適合全國(guó)尺度，而本研究區(qū)尺度較小，直接應(yīng)用誤差較大。因此，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況對(duì)我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)單位面積ESV 系數(shù)進(jìn)行了修正。ESV 當(dāng)量系數(shù)等于每年每hm2糧食價(jià)值的1/7，是相對(duì)貢獻(xiàn)率[36]的一種，表示生態(tài)系統(tǒng)潛在的服務(wù)價(jià)值。因此，用耕地的食物生產(chǎn)服務(wù)價(jià)值系數(shù)來(lái)修正全國(guó)尺度的ESV 估算模型。根據(jù)上海市、浙江省以及福建省年鑒資料，1990—2015 年研究區(qū)平均糧食單產(chǎn)為 8 342.95 kg·hm－2，2015 年研究區(qū)糧食均價(jià)為 2.4 元·kg－1，計(jì)算得到研究區(qū)單位面積耕地的食物生產(chǎn)服務(wù)價(jià)值因子為2 860.44 元·hm－2，得到的各景觀類(lèi)型的 ESV 系數(shù)如表2 所示，其中，建設(shè)用地的服務(wù)價(jià)值不進(jìn)行估算[37]。

東海區(qū)海岸帶ESV 系數(shù)的計(jì)算公式為

其中，Ak是第k種景觀類(lèi)型面積；VCk是第k種景觀類(lèi)型的ESV 系數(shù)。

2.2.3 生態(tài)系統(tǒng)敏感性分析

敏感性指數(shù)（CS）表示因自變量變化引起的因變量變化的程度，用來(lái)研究一系列參考變量和比較變量的相互關(guān)系[38]。景觀類(lèi)型的ESV 系數(shù)表示系數(shù)變化對(duì)ESV 總量的影響。利用ESV 敏感性指數(shù)分析ESV 總量的變化對(duì)ESV 系數(shù)的依賴程度，以此分析計(jì)算ESV 的當(dāng)量設(shè)置是否合理。ESV 敏感性指數(shù)的計(jì)算公式為

其中，VCik和 VCjk分別為第k種景觀類(lèi)型的 ESV 系數(shù)初始值和價(jià)值系數(shù)調(diào)整后的值，ESVi代表ESV系數(shù)的初始值，ESVj代表價(jià)值系數(shù)調(diào)整后的ESV總量。CS＞1，說(shuō)明ESV 系數(shù)的敏感性較強(qiáng)，系數(shù)選取不當(dāng)；CS＜1，說(shuō)明ESV 系數(shù)的敏感性適中，系數(shù)選取合適。

3 結(jié)果分析

3.1 景觀格局變化

3.1.1 景觀動(dòng)態(tài)變化

由表3 可知，東海區(qū)海岸帶的景觀類(lèi)型主要以農(nóng)田和森林為主，其余類(lèi)型占比較小。從1990—2015 年的25 a 間，農(nóng)田和海域面積減少最多，其中農(nóng)田共減少3 619.99 km2，年均減少144.80 km2，在2000—2005 年的5 a 間面積減少幅度最大，減少了1 638.22 km2；海域共減少了 865.98 km2，特別是在2010—2015 年的 5 a 間減少了 885.56 km2，比 25 a 間減少的總面積還多19.58 km2；建設(shè)用地面積一直呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，2000—2005 年間增加了 1 932.06 km2，2010—2015年間增加了1 254.62 km2，年 均 增 加178.56 km2；森林、草地、水域和荒地面積變化較小，其中濕地總面積減少了145.14 km2，但年均面積變化量?jī)H為-5.81 km2。從時(shí)間段來(lái)看，1990—1995年、2000—2005 年和 2010—2015 年 3 個(gè)時(shí)段內(nèi)各景觀類(lèi)型變化幅度更大，說(shuō)明這些時(shí)段人類(lèi)活動(dòng)較為劇烈。

表1 景觀格局指數(shù)及其含義Table 1 The landscape pattern indexes and meaning

為了更好地分析東海區(qū)海岸帶景觀的格局變化，筆者在劃分地貌類(lèi)型的基礎(chǔ)上研究了不同地貌基底的主要景觀類(lèi)型和面積變化。參照我國(guó)1∶100 萬(wàn)地貌制圖規(guī)范[39]，結(jié)合東海區(qū)海岸帶地形起伏度及高程數(shù)據(jù)的實(shí)際情況和劃分原則[40]，通過(guò)柵格數(shù)據(jù)計(jì)算分析，除去高程數(shù)據(jù)因素，而以地形起伏度（最大值為709 m）為主要因素將東海區(qū)海岸帶地貌區(qū)分為5 種類(lèi)型：平原、臺(tái)地、丘陵、小起伏山地、中起伏山地，如表4 所示。

研究期間不同地貌基底上的主要景觀轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在平原、臺(tái)地、丘陵和小起伏山地等地貌區(qū)，中起伏山地地貌區(qū)景觀轉(zhuǎn)化面積最小，如表5 所示。其中，建設(shè)用地在平原地貌區(qū)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，主要由農(nóng)田和水域轉(zhuǎn)化而來(lái)，其中農(nóng)田轉(zhuǎn)建設(shè)用地的面積最大，達(dá)2 435.21 km2。可見(jiàn)農(nóng)田是平原地貌區(qū)城市擴(kuò)張過(guò)程中最大的土地來(lái)源。在臺(tái)地地貌區(qū)，農(nóng)田、森林和水域面積均呈減少趨勢(shì)，主要轉(zhuǎn)為建設(shè)用地。農(nóng)田轉(zhuǎn)建設(shè)用地面積也較大，達(dá)541.99 km2。在丘陵區(qū)，大面積農(nóng)田和森林轉(zhuǎn)為建設(shè)用地?？梢?jiàn)，25 a間，由于經(jīng)濟(jì)和城市化的快速發(fā)展，在各地貌區(qū)，各景觀類(lèi)型轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地均較明顯。在小起伏山地和中起伏山地地貌區(qū)，景觀類(lèi)型的轉(zhuǎn)化多發(fā)生在草地和森林之間，然后是森林轉(zhuǎn)建設(shè)用地、農(nóng)田轉(zhuǎn)建設(shè)用地、森林轉(zhuǎn)草地等。

表2 東海區(qū)海岸帶ESV 系數(shù)Table 2 ESV coefficient in the coastal zone of the East China Sea

表3 1990—2015 年?yáng)|海區(qū)海岸帶景觀面積變化Table 3 Change of the landscape area in the coastal zone of the East China Sea from 1990 to 2015

表4 東海區(qū)海岸帶地貌區(qū)類(lèi)型Table 4 Basic morphological types classification in the coastal zone of the East China Sea

3.1.2 景觀尺度演變特征

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然因素的綜合作用下，東海區(qū)海岸帶景觀格局發(fā)生了較大變化（見(jiàn)表6）。研究期間，斑塊數(shù)量不斷增加，東海區(qū)海岸帶斑塊密度也由1990年的0.695 2個(gè)·hm－2提高到2015年的0.760 1個(gè)·hm－2，景觀破碎化程度加深。而最大斑塊指數(shù)的減小也正好驗(yàn)證了這一趨勢(shì)。邊界密度和形態(tài)指數(shù)是表征景觀復(fù)雜程度的重要指標(biāo)，邊界密度由1990 年的26.697 8 m·hm－2升至2015 年的28.845 5 m·hm－2，增加了7.88%；形態(tài)指數(shù)則從1990 年的166.299 8 升至2015 年的178.945 6，兩者均呈不斷增加的趨勢(shì)，說(shuō)明人類(lèi)活動(dòng)使得景觀斑塊幾何形狀趨于復(fù)雜化和多樣化。景觀的多樣性指數(shù)反映景觀尺度的格局變化。海岸帶景觀的Shannon 多樣性指數(shù)從1990 年的1.361 8 增至2015 年的1.427 0，呈總體增加的趨勢(shì)。Shannon 均勻度指數(shù)也從 1990 年的 0.654 9 增至2015 年的 0.686 3。兩種指數(shù)均在2010 年達(dá)到最大，后開(kāi)始減小，說(shuō)明東海區(qū)海岸帶景觀類(lèi)型呈多元化、分散化發(fā)展趨勢(shì)。

表5 1990－2015 年不同地貌區(qū)類(lèi)型的主要景觀轉(zhuǎn)化Table 5 Change of main landscape types on different basic geomorphological types from 1990 to 2015

3.1.3 景觀類(lèi)型尺度演變特征

利用Fragstats 4.2 軟件，對(duì)東海區(qū)海岸帶1990—2015 年6 期各景觀類(lèi)型的景觀指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到表7。農(nóng)田景觀斑塊數(shù)量不斷增加，從1990 年的6 819 個(gè)增至2015 年的8 369 個(gè)；森林、草地和荒地3類(lèi)景觀波動(dòng)下降，其余景觀類(lèi)型則均呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，這與各種景觀類(lèi)型的分布有很大關(guān)系。農(nóng)田斑塊密度從 1990 年的 0.123 1 個(gè)·hm－2增至 2015 年的 0.151 0 個(gè)·hm－2，漲幅達(dá)到了 22.66%，其主要原因是農(nóng)田大多位于上海、寧波等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，隨著城市的不斷擴(kuò)張，農(nóng)田景觀面積不斷減少，斑塊數(shù)量和斑塊密度不斷增加；草地、濕地、荒地景觀斑塊密度均表現(xiàn)為 1990—1995 年減少，1995—2015 年增加；森林和海域景觀整體性較強(qiáng)，破碎度較低，因此斑塊密度變化不大。森林和農(nóng)田景觀最大斑塊指數(shù)均在3.1%～4.4%，整體性最好；其次是海域和水域，其中海域最大斑塊指數(shù)為0.510 4%，但在2015年降到最低，表7 中，除農(nóng)田和森景觀外，其他景觀類(lèi)型的最大斑塊指數(shù)均小于1%?？梢?jiàn)，東海區(qū)海岸帶整體景觀類(lèi)型的斑塊較為破碎，最大斑塊指數(shù)并不高。東海區(qū)海岸帶的景觀邊界密度除農(nóng)田、水域和建設(shè)用地呈增加趨勢(shì)外，其余景觀類(lèi)型的邊界密度均呈減少趨勢(shì)。其中，農(nóng)田景觀邊界密度增加最多，主要是由于農(nóng)田多分布于沿海平原區(qū)，其城鎮(zhèn)、工業(yè)、交通建設(shè)往往較集中，大幅增長(zhǎng)的建設(shè)用地占用了農(nóng)田，使得原先規(guī)則且連片的農(nóng)田等景觀類(lèi)型趨于破碎化，導(dǎo)致邊界密度大大增加。草地、濕地和海域景觀斑塊密度減少較多，而森林和荒地的邊界密度變化較小。東海區(qū)海岸帶農(nóng)田和海域景觀形態(tài)指數(shù)變化較大，分別從1990 年的181.902 7 和48.533 8 增至 2015 年的 209.614 0 和 64.029 7，其中農(nóng)田景觀形態(tài)指數(shù)變大的原因主要是城鎮(zhèn)和交通設(shè)施面積不斷擴(kuò)展，大片的農(nóng)田被占用，導(dǎo)致斑塊形狀趨于不規(guī)則化；海域景觀形態(tài)指數(shù)發(fā)生較大變化的是在2010 年以后的5 a 間，因?yàn)┩繃鷫觿?，?dǎo)致海域面積大幅減少，在2015 年海域面積降至最小。其余景觀類(lèi)型的形態(tài)指數(shù)變化均較小。

表6 1990－2015 年?yáng)|海區(qū)海岸帶景觀尺度水平指數(shù)Table 6 Indexes on landscape level in the coastal zone of the East China Sea from 1990 to 2015

3.2 ESV 變化

3.2.1 ESV 時(shí)間變化分析

由圖2 和表8 可知，東海區(qū)海岸帶6 期的ESV總量分別為 3 038.58，3 071.64，3 041.35，2 985.39，2 978.29 和2 858.53 億元，總體趨勢(shì)為先增后減，1990—2015 年 25 a 間共減少了 180.05 億元，其中1995 年ESV 的增加主要由森林面積增加所致。在各種景觀類(lèi)型中，森林景觀對(duì)ESV 總量的貢獻(xiàn)最大，其貢獻(xiàn)率均在62%以上。農(nóng)田景觀的ESV 不斷減少，年均減幅為3.27 億元，主要原因是大量農(nóng)田轉(zhuǎn)為建設(shè)用地；森林、草地、濕地、海域景觀的ESV 均在2015 年達(dá)到最小值，其中海域景觀的ESV 相較于1990 年減少最多，達(dá)112.31 億元。而水域和荒地景觀的ESV 在2015 年有小幅增加。總體來(lái)看，絕大部分景觀類(lèi)型的ESV 在2010—2015 年間變化較為劇烈，ESV 總量也在這5 a 間減少最明顯，說(shuō)明2010 年以后東海區(qū)海岸帶進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。

表7 1990—2015 年?yáng)|海區(qū)海岸帶景觀類(lèi)型的景觀格局分析指標(biāo)Table 7 Indexes on landscape class level in the coastal zone of the East China Sea from 1990 to 2015

圖2 1990－2015 年?yáng)|海區(qū)海岸帶各景觀類(lèi)型ESVFig.2 ESV of different landscape types in the coastal zone of the East China Sea from 1990 to 2015

表8 1990—2015 年?yáng)|海區(qū)海岸帶各單項(xiàng)ESVTable 8 Separated ESV in the coastal zone of the East China Sea from 1990 to 2015單位：億元

從ESV 構(gòu)成上看（見(jiàn)表8），水文調(diào)節(jié)、生物多樣性維持、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持、廢物處理和氣體調(diào)節(jié)是東海區(qū)海岸帶主要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，這6 類(lèi)服務(wù)功能共占ESV 總量的82%以上。其中水文調(diào)節(jié)的ESV 最大，占ESV 總量的18%左右；其次是生物多樣性維持，占比約為14%，氣候調(diào)節(jié)、土壤保持、氣體調(diào)節(jié)的ESV 占比均在12%左右；食物生產(chǎn)占比最低，約為3%。ESV 的大小，不僅與其自身的ESV 系數(shù)有關(guān)，還與景觀類(lèi)型有關(guān)。東海區(qū)海岸帶森林、農(nóng)田面積占比大，而這些對(duì)于生物多樣性維持、水文調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)等的ESV 貢獻(xiàn)率較高。1990—2010 年水文調(diào)節(jié)的ESV 一直維持在540 億元左右，2015 年突減至 495.39 億元，這與 2010—2015 年間海域面積大幅減少了885.56 km2，而其ESV 系數(shù)又較高有關(guān)。森林和草地景觀是吸收二氧化碳和釋放氧氣以及水土保持的主要景觀類(lèi)型，這些景觀面積的減少影響了地表植被覆蓋率，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)和土壤保持的ESV 降低。由于植被和作物是食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)的主要來(lái)源，森林、農(nóng)田、草地等面積的減少，使得這兩類(lèi)的ESV 在25 a 間分別減少了11.5 億元和5.05 億元。

3.2.2 ESV 空間變化分析

張明陽(yáng)等[41]認(rèn)為，單位面積ESV 主要與其地表覆蓋等環(huán)境狀況緊密相關(guān)，分析單位面積ESV 比區(qū)域ESV 總量的意義更大。 因此，本文運(yùn)用ArcGIS10.3 構(gòu)建2 km×2 km 的漁網(wǎng)，將研究區(qū)分為15 588 個(gè)區(qū)域，運(yùn)用ArcGIS 空間分析功能，計(jì)算了各研究區(qū)域單位面積ESV，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分級(jí)：小于 3 萬(wàn)元·hm－2為極低，[3，6)萬(wàn)元·hm－2為低，[6，9）萬(wàn)元·hm－2為中，[9，12）萬(wàn)元·hm－2為高，大于 12萬(wàn)元·hm－2為極高，從而得到 1990—2015 年 6 期研究區(qū)單位面積ESV 空間分布差異圖（見(jiàn)圖3）。

1990—2015 年，東海區(qū)海岸帶始終以單位面積ESV 中、低區(qū)域?yàn)橹鲗?dǎo)，占全區(qū)總面積的50%以上；其次是極低區(qū)域，單位面積ESV 高和極高區(qū)域占比最小。其中，單位面積ESV 為高、極高的區(qū)域多分布于杭州灣海岸帶沿岸區(qū)域、臨海沿海區(qū)域的水域和海域，1990—2010 年期間基本維持不變，但在2015 年這些區(qū)域被大量轉(zhuǎn)化為低和極低區(qū)域。沿海一些區(qū)域的單位面積ESV 從高轉(zhuǎn)化為極高，主要是水域和海域面積的增加提高了單位面積ESV。但隨著沿岸人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度的不斷增強(qiáng)，圍填海工程不斷加快，單位面積ESV 又有向低值轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。東海區(qū)海岸帶范圍內(nèi)，單位面積ESV 為中的區(qū)域，分布范圍大致與森林景觀吻合，主要集中于海拔較高的小起伏山地和中起伏山地，隨著森林被破壞，單位面積ESV 為中的區(qū)域逐漸減少，轉(zhuǎn)為低或極低區(qū)域，但面積變化相對(duì)較小。單位面積ESV 為低的區(qū)域多與農(nóng)田景觀分布的范圍吻合，而單位面積ESV為極低的區(qū)域往往建設(shè)用地集中。1990—1995 年間，寧波市平原單位面積ESV 為低的區(qū)域呈向價(jià)值為中的區(qū)域轉(zhuǎn)移，可能由退耕還林導(dǎo)致森林面積增加引起。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，大量其他景觀類(lèi)型轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，導(dǎo)致單位面積ESV 為低和極低的區(qū)域數(shù)量不斷增加，而這些區(qū)域主要集中在東海區(qū)北部以上海市、寧波市為中心的杭州灣沿岸區(qū)域和南部以廈門(mén)市為中心的區(qū)域。

圖3 1995—2015 年?yáng)|海區(qū)海岸帶單位面積ESV 空間分布Fig.3 Distribution of the unit area ESV in the coastal zone of the East China Sea from 1990 to 2015

3.2.3 ESV 敏感性分析

從整體看，東海區(qū)海岸帶景觀類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的敏感性指數(shù)都小于1（見(jiàn)表9），說(shuō)明ESV系數(shù)的變化對(duì)ESV 總量影響不大，評(píng)估結(jié)果可信。從ESV 敏感性指數(shù)的排序看，由大到小依次為：森林、農(nóng)田、水域、海域、草地、濕地、荒地和建設(shè)用地。森林對(duì)ESV 總量的貢獻(xiàn)度最高，ESV 敏感性指數(shù)維持在0.62 以上，這與其巨大的ESV 和面積有關(guān)。1990—2015 年，水域的ESV 敏感性指數(shù)總體呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，2015 年達(dá)到了0.085 4，而農(nóng)田、濕地和海域的ESV 敏感性指數(shù)波動(dòng)下降，表明水域的ESV系數(shù)變化對(duì)研究區(qū)ESV 總量有放大作用，農(nóng)田、濕地和海域的ESV 系數(shù)變化對(duì)ESV 總量有縮小作用?；牡鼐坝^面積較小，且ESV 系數(shù)較低，故其ESV 敏感性指數(shù)維持在0.000 1。

表9 東海區(qū)海岸帶ESV 敏感性指數(shù)分析Table 9 Sensitivity index analysis of ESV in the coastal zone of the East China Sea

3.3 景觀格局變化對(duì)ESV 的影響

通過(guò)對(duì)比研究區(qū)景觀演化空間分布與研究區(qū)ESV 變化發(fā)現(xiàn)，兩者具有一致性，即景觀格局變化較為顯著的區(qū)域ESV 減損率較高，說(shuō)明景觀類(lèi)型的演化影響ESV。地表的景觀演化引起區(qū)域景觀、面積和空間位置的變化[42]，不同的景觀類(lèi)型提供不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。同時(shí)，景觀演化通過(guò)影響各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相互作用改變海岸帶的ESV。東海區(qū)海岸帶城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程加快，人口增幅較大，這些變化直接影響了景觀類(lèi)型格局，隨之影響海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的各項(xiàng)服務(wù)功能。

因此，對(duì)東海區(qū)海岸帶各類(lèi)型景觀ESV 進(jìn)行估算，利用Pearson 相關(guān)分析方法，對(duì)研究區(qū)ESV 與生態(tài)系統(tǒng)景觀格局變化的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表10。由表10 可知，研究區(qū)ESV 總量與農(nóng)田和海域景觀面積呈顯著正相關(guān)，與水域和建設(shè)用地面積呈顯著負(fù)相關(guān)，而與其他類(lèi)型景觀面積相關(guān)性不顯著。森林景觀的ESV 最大，貢獻(xiàn)率最低，但其面積卻與ESV 總量無(wú)顯著相關(guān)性，其主要原因是森林景觀面積最大，并一直是優(yōu)勢(shì)景觀，在25 a 間雖然呈波動(dòng)變化，但絕對(duì)總量減少不多，因此，與ESV 總量未呈顯著相關(guān)性。將顯著相關(guān)的農(nóng)田、水域、海域、建設(shè)用地4 類(lèi)景觀面積與ESV 總量進(jìn)行簡(jiǎn)單回歸分析，如圖4 所示。由圖4 可知，建設(shè)用地面積變化與ESV 總量擬合程度最好，R2和顯著性也最高，更能解釋ESV 變化的情況，其余3 種景觀的R2都在0.7以上，擬合程度也較好，能較好地補(bǔ)充說(shuō)明相關(guān)分析的結(jié)果。以上兩種分析結(jié)果表明，農(nóng)田和海域面積的減少會(huì)引起ESV 總量的減少，而水域和建設(shè)用地面積的增加也會(huì)引起ESV 總量的減少。結(jié)合表3和圖2，可以發(fā)現(xiàn)，1990—2015 年間，農(nóng)田和海域面積分別減少了3 619.99 km2和865.98 km2，其ESV總量分別減少了81.78 億元和112.31 億元，超出了25 a 間 ESV 總量的減少量。

表10 東海區(qū)海岸帶各類(lèi)型景觀面積與ESV 總量的相關(guān)性Table 10 Correlation between various types of landscape area and total ESV in the coastal zone of the East China Sea

圖4 農(nóng)田、水域、海域、建設(shè)用地景觀面積與ESV 總量的回歸分析Fig.4 Regression analysis of landscape area of farmland，water area，sea area，construction land and total ESV

景觀格局變化會(huì)導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過(guò)程及功能發(fā)生變化，通過(guò)相關(guān)分析，得到各景觀格局指數(shù)與ESV 之間的相關(guān)性，并將顯著性在0.05 水平以上的相關(guān)指標(biāo)標(biāo)記出來(lái)（見(jiàn)圖5）。ESV 總量與斑塊密度、邊界密度和形態(tài)指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，表明景觀數(shù)量越多、形狀越復(fù)雜，即景觀破碎化程度越高，其ESV 越小。食物生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持和生物多樣性維持的ESV 與6 種景觀格局指數(shù)之間均呈顯著相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)均在-0.8～-1.0，除與最大斑塊指數(shù)呈正相關(guān)以外，其余均呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明景觀破碎化、多樣化、均勻化會(huì)使其ESV 降低，而景觀斑塊的集中則有利于ESV 的提升。

已有研究表明，土地利用的變化影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，但對(duì)影響過(guò)程和機(jī)理的認(rèn)識(shí)尚不足[43]。相關(guān)系數(shù)分析是定量研究空間關(guān)系問(wèn)題，分析空間格局的重要方法和有效手段。運(yùn)用相關(guān)系數(shù)量化土地利用指標(biāo)與ESV 的關(guān)系，有助于凸顯ESV 動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，進(jìn)而探討構(gòu)建更為合理的生態(tài)系統(tǒng)空間格局[44]。鄒月等[7]的研究表明，西安市各生態(tài)系統(tǒng)功能的服務(wù)價(jià)值與邊界密度、形狀指數(shù)、分離度和多樣性指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與斑塊數(shù)量和斑塊密度呈弱負(fù)相關(guān)，與最大斑塊指數(shù)、聚集度和蔓延度指數(shù)呈顯著正相關(guān)，這與本文的研究結(jié)果較相似。岑曉騰[45]通過(guò)對(duì)杭州灣南岸地區(qū)的研究，發(fā)現(xiàn)提高景觀豐富度、破碎度和分散度有利于提升整體服務(wù)價(jià)值；多樣性指數(shù)對(duì)ESV 總量的關(guān)聯(lián)度最大，并且與供給服務(wù)和氣體調(diào)節(jié)的價(jià)值有一定關(guān)聯(lián)；廢物處理、防護(hù)功能和文化服務(wù)是與斑塊數(shù)量有較高關(guān)聯(lián)度的服務(wù)價(jià)值。王麗群等[46]在對(duì)北京邊緣地區(qū)的景觀格局與ESV之間的關(guān)系進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，ESV 總量與斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、蔓延度指數(shù)相關(guān)性較高。這些研究針對(duì)不同區(qū)域和類(lèi)型的景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，得到的結(jié)果也不盡相同。不同的景觀格局會(huì)產(chǎn)生不同的生態(tài)效應(yīng)，并影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。因此，研究區(qū)域不同，景觀格局與ESV 及其相互關(guān)系也不同。應(yīng)該指出的是，景觀格局變化與ESV 之間并非因果關(guān)系，也并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，其中所含的生態(tài)和地理意義需要深入挖掘[47]，如本文的水域面積與ESV 總量間的關(guān)系。同時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各功能之間以及景觀類(lèi)型和景觀格局指標(biāo)之間的相關(guān)性也需要不斷探索，以便更好地把握景觀格局與ESV間的關(guān)系。

圖5 東海區(qū)海岸帶景觀格局指數(shù)與ESV 的相關(guān)性Fig.5 Correlation between landscape pattern indexes and ESV in the coastal zone of the East China Sea

4 結(jié) 論

以東海區(qū)海岸帶1990—2015 年6 期土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行較大區(qū)域、較長(zhǎng)年份的景觀格局變化特征和ESV 的時(shí)空演變分析，并利用不同類(lèi)型景觀面積和景觀格局指數(shù)與ESV 進(jìn)行相關(guān)分析，嘗試找到其中的內(nèi)在聯(lián)系，結(jié)論如下：

從1990—2015 年的25 a 間，農(nóng)田和海域景觀面積減少最多，建設(shè)用地景觀面積持續(xù)增加，其他類(lèi)型景觀面積變化較小。從時(shí)間段看，1990—1995 年、2000—2005 年和 2010—2015 年 3 個(gè)時(shí)段各景觀類(lèi)型變化幅度較大，說(shuō)明此3 個(gè)時(shí)段人類(lèi)活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響較大；不同地貌類(lèi)型下的景觀格局變化主要發(fā)生在除中起伏山地外的4 種地貌類(lèi)型中，其中，建設(shè)用地景觀面積增加最多。

從景觀尺度看，1990—2015 年，東海區(qū)海岸帶斑塊數(shù)量、斑塊密度、邊界密度、斑塊形狀指數(shù)總體都呈增加趨勢(shì)，最大斑塊指數(shù)則不斷減?。缓０稁Ь坝^的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)則波動(dòng)變化，且均在2010 年達(dá)到最大，其后有所減??；這些指標(biāo)的變化說(shuō)明，東海區(qū)景觀呈破碎化、多樣化發(fā)展趨勢(shì)。從景觀類(lèi)型尺度看，東海區(qū)海岸帶最大斑塊指數(shù)類(lèi)型為森林和農(nóng)田，其他類(lèi)型的斑塊指數(shù)均小于1%；東海區(qū)海岸帶景觀邊界密度除農(nóng)田、水域和建設(shè)用地外，其他類(lèi)型的邊界密度均呈減少趨勢(shì)；東海區(qū)海岸帶農(nóng)田和海域的形態(tài)指數(shù)變化較大，其他類(lèi)型景觀的變化均較小。

東海區(qū)海岸帶6 期的ESV 總量整體呈先增后減的趨勢(shì)，25 a 間共減少了180.05 億元，其中森林景觀對(duì)ESV 總量的貢獻(xiàn)率達(dá)62%以上；水文調(diào)節(jié)、生物多樣性維持、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持、廢物處理和氣體調(diào)節(jié)是東海區(qū)海岸帶主要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，6類(lèi)服務(wù)功能占ESV 總量的82%以上。其中水文調(diào)節(jié)的貢獻(xiàn)率最大，占ESV 總量的17.8%左右。1990—2015 年，東海區(qū)海岸帶單位面積ESV 始終以中、低區(qū)域?yàn)橹鲗?dǎo)，其次是極低區(qū)域，高和極高區(qū)域占比最小。同時(shí)，對(duì)東海區(qū)海岸帶景觀類(lèi)型生態(tài)服務(wù)總價(jià)值的敏感性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其敏感性指數(shù)均小于1，森林的ESV 敏感性指數(shù)最大，均在0.62 以上，而建設(shè)用地的ESV 敏感性指數(shù)最小。

對(duì)ESV 與景觀類(lèi)型面積、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與景觀格局指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，研究區(qū)ESV 總量與農(nóng)田和海域景觀面積呈顯著正相關(guān)，與水域和建設(shè)用地景觀面積呈顯著負(fù)相關(guān)，而與其他類(lèi)型景觀面積無(wú)顯著相關(guān)性；ESV 總量與斑塊密度、邊界密度和形態(tài)指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。食物生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持和生物多樣性維持的ESV 與景觀格局指數(shù)之間均顯著相關(guān)，除與最大斑塊指數(shù)呈正相關(guān)外，其余均呈負(fù)相關(guān)。