1、第 卷第 期 年 月生态学报 ，：基金项目：国家自然科学基金项目（）收稿日期：；网络出版日期：通讯作者 ：张海涛，李加林，田鹏，王中义，沈杏雯基于土地利用变化的东海区大陆海岸带生境质量时空演变研究生态学报，（）：，（）：基于土地利用变化的东海区大陆海岸带生境质量时空演变研究张海涛，李加林，田 鹏，王中义，沈杏雯 宁波大学地理与空间信息技术系，宁波 宁波大学东海战略研究院，宁波 宁波陆海国土空间利用与治理协同创新中心，宁波 浙江省龙泉市第一中学，丽水 摘要：人类活动对生态环境的影响主要表现为土地利用方式的变化。土地利用变化影响下的生境质量时空格局演变，对优化区域国土生态布局具有重要意义。利用 数
2、据、气象数据、社会经济数据与、年 期土地利用数据，通过 模型、景观格局指数、地理探测器评估、描述、分析东海区大陆海岸带生境质量时空演变特征。结果表明：（）年东海区大陆海岸带陆地面积增加，土地利用中林地所占比重最大，耕地、建设用地面积变化最明显，年土地利用转化最显著。土地变化北部大于南部、东侧大于西侧。（）年生境质量均值为，总体生境质量较好，但呈下降趋势，年生境质量下降最明显，年后下降速度减缓。生境质量斑块趋于破碎化、多样化、均匀化。（）生境质量总体上从沿海向内陆下降，受岸线性质与围垦影响，北部生境质量由陆向海退化，南部生境退化沿海向陆推进。低等生境质量区呈现点面带的扩张趋势。（）建设用地指数、
3、高程、夜间灯光亮度、土壤类型、坡度为影响生境质量分布的主要因素，年间主导因素由高程变为建设用地指数。自然因素奠定了生境质量的梯级分布格局、人类活动的位置与强度推动了生境质量的演化。关键词：模型；生境质量；景观格局；因子探测；东海区大陆海岸带 ，：，：（），：（），（），（），：；联合国第五版全球生物多样性展望（）报告中指出：年的 个全球生物多样性目标仅部分实现了其中的 个，没有 个目标完全实现，其中陆地和海洋受保护区域的增长比例达标，但保护区的质量并不达标。生境质量退化已经成为全球面临的重要问题。生境质量是生态系统对个体或种群持续提供适宜性条件的能力，具有显著的空间化特征。随着全球人口增加，人
4、类活动的范围与强度日趋增大，人类对自然生态环境的干预越来越大，城市化进程不断推进，人造景观代替自然景观破坏了生物多样性，生态环境遭到破坏出现不同程度退化。生境质量评价与时空演变研究，便于展现退化、受损或被破坏的生态系统，是脆弱区生态环境保护与修复的基础。开展高强度开发下的生境质量评价有助于揭示区域生态风险，对区域生态安全、土地利用规划提供决策依据。当前生境质量评价主要包含基于实地测量的生境指标建模评价和基于模型的区域景观格局研究的方法。实测指标主要针对小尺度生境，如河流水质、土壤组分、植被演替、水生生物等。生境指标建模评价具有精度高、针对性强、利于研究微观机制的特点，但局限于小尺度生境质量的研
5、究，样本数量受限，数据获取成本较高，不适于大范围生境质量评价。基于模型的区域景观格局研究方法综合了遥感和地理信息技术，虽然在小范围的精度不及指标建模评价法，但能从大尺度揭示生境演变的宏观特征，具有较好的空间可视化效果，数据易收集，成本相对较低。景观生态学研究的重点主要集中在空间异质性或格局的形成及动态；景观的等级结构特征；人类活动与景观结构，功能的反馈关系以及景观异质性（或多样性）的维持和管理等方面。土地利用是自然环境与人类活动相互作用的产物，土地利用类型的变化影响生态系统的物质与能量流动，生境质量退化与土地利用变化密切相关。通过分析土地利用变化及其对生物多样性的胁迫程度计算生境质量的 模型能
6、够高效准确的评价大尺度区域的生境质量，能反映生境指数的空间分布格局。模型在探究城市化景观格局变化对生境质量的影响、重建区域过去及未来的生境演化特征，评估土地利用的数量控制和空间控制的生态效应等方面得到了广泛应用。海岸带是海陆作用的交界地带，是地表环境中敏感而复杂的地区。人口密集，经济活动频繁，开发强度较大。东海区大陆海岸带是中国最发达的海岸带之一，特别是改革开放后，作为我国海洋经济的前沿阵地，社会经济高速发展，迅速的城市化进程和高强度的开发不断重塑土地利用的方式与结构，深刻影响着海岸带地区的生态环境质量。随着“绿水青山就是金山银山”的提出与落实，生态环境初步得到改善。监测与评价生境质量是合理开
7、发和有效保护的必要前提，对优化国土空间布局、推动绿色发展，促进生态环境可持续具有重要的现实意义。本文基于土地利用对东海区大陆海岸带生境质量进行测算，分析不同等级生境质量斑块的面积与形态特征，从自然与社会经济因素方面选取指标探测影响生境质量空间分异与时间演变的驱动因素，对提升区域整体生境质量具有一定的理论与现实意义。研究区概况东海区大陆海岸带位于，之间，面积约，北起苏沪交生 态 学 报 卷：图 研究区位置及地形 界处，南至闽粤交界处，隶属上海、浙江、福建三省市，位于长江三角洲地区的东南部。岸线曲折、海湾发育，北部沿海以平原为主，海岸多为淤泥质，南部多低山丘陵，以基岩海岸为主（图）。区内盛行亚热带
8、季风，降水丰富，河网密布。具有中纬度沿海平原的特点，人口密集，经济发达，城市发展迅速，年已有上海、杭州、宁波三市 超万亿元。农耕历史悠久，是人类活动影响最大的地区之一。向陆一侧山地丘陵分布、人工林与次生林广布。区内历史上围填海频繁，沿海地带土地利用变化明显。数据与方法 数据来源、年 期土地利用数据、数据（）来源于中国科学院资源环境科学与数据中心，土地利用数据空间分辨率为，结合遥感影像对土地利用数据进行修正，考虑到研究区范围及 模型计算速度将其重采样为 ，社会经济数据来源于统计年鉴，气象数据来源于中国气象局。受海岸线变迁的影响，为便于时空分析，统一采用 年海岸线，为结合社会经济数据分析，向陆取到
9、市级行政边界，由于海岛部分数据缺失，因此仅研究大陆海岸带。土地利用数据裁剪后将其重分类为水田、旱地、有林地、灌木林地、疏林地、其他林地、高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地、河渠、湖泊、水库坑塘、海涂、滩地、城镇用地、农村居民点、其他建设用地、未利用地、海水 种类型。研究方法 模型（）模型是美国自然资本项目组开发的、用于评估生态系统服务功能及其经济价值、支持生态系统管理和决策的模型系统。已在 多个国家和地区的空间规划、生态补偿、风险管理等环境管理决策中得到广泛应用。其中 模块主要利用每种威胁的相对影响、每种生境类型对每一种威胁的相对敏感性，生境栅格与威胁源之间的距离，将土地覆被和生物多样性
10、威胁因素的信息生成生境质量地图。模型假设生境质量值高的区域能够更好地支持生物多样性的发展，生境质量值降低的区域则表示生物多样性的可持续性、弹性、自我恢复能力的降低，即生境质量值越高，生态服务能力越强。生境退化度表示生境受威胁因子影响后的退化程度，威胁因子对生境的作用分为线性衰退与指数衰退，计算公式为，：（）（）期 张海涛 等：基于土地利用变化的东海区大陆海岸带生境质量时空演变研究：式中，为栅格 中的威胁因子 对栅格 的影响；是栅格 和 之间的线性距离；是威胁 的最大作用距离；为土地利用类型 中栅格 的生境退化度；为不同威胁因子的权重；为威胁因子强度；为生境抗干扰的水平；为不同生境对不同威胁因子
11、的敏感程度。生境退化度介于 之间，值越大退化程度明显。生境质量值是评价区域生境质量的无量纲的值，计算公式为：（）式中，是土地利用类型 中栅格 的生境质量；为土地利用类型 中 的生境适宜性；是半饱和常数。生境质量值在 之间，值越高生境质量越好。根据研究区实际状况，参考相关文献，选择水田、旱地、城镇用地、农村居民点、其他建设用地、未利用地作为威胁因子，设置各威胁因子的相对权重、最大影响距离、空间衰退类型（表）及各地类对威胁因子的生境适宜度（表）。表 威胁因子及其胁迫强度 威胁因子 权重最大影响距离 衰退类型 水田 线性旱地 线性城镇用地 指数农村居民点 指数其他建设用地 指数未利用地 线性表 不同
12、土地利用类型对威胁因子的敏感度 土地利用类型 生境适宜性威胁因子 水田旱地 城镇用地 农村居民点其他建设用地 未利用地 水田 旱地 有林地 灌木林地 疏林地 其他林地 高覆盖度草地 中覆盖度草地 低覆盖度草地 河渠 湖泊 水库坑塘 海涂 滩地 城镇用地 农村居民点 其他建设用地 未利用地 海水 生 态 学 报 卷：景观指数景观指数是描述景观格局的重要指标，能够反映景观内部的结构组成与空间配置。本研究借助景观格局计算软件 ，从景观层面选取边缘密度、形状指数、蔓延度指数、香浓多样性指数、香浓均匀度指数，从类型层面选取斑块密度、最大斑块指数、面积加权平均形状指数、面积加权平均斑块分形指数、散布与并列
13、指数作为景观格局指标，分析生境质量等级斑块的结构与空间分布特征。地理探测器地理探测器是由王劲峰等提出的一种探测空间分异性、揭示其背后驱动因子的一种统计学方法。此方法所需的自变量为类型量，便于数据收集与处理，且对自变量的共线性免疫，利于进行驱动因子探测。参考相关文献，选取自然因素（高程、坡度、土壤类型、降水量、气温、蒸散量）与社会经济因素（、人口密度、建设用地指数、夜间灯光数据）作为自变量，生境质量值为因变量，其中土壤类型重分类为 类、其余因素以自然断点法分为 类。在研究区建立边长为 的格网，取格网中心点为采样点。建设用地指数为每个格网内建设用地面积占总面积的比重，由于 年社会经济统计数据缺失，
14、本研究对、年生境质量分布的驱动因子进行分析。结果与分析 土地利用时空变化东海区大陆海岸带土地总面积约，、年土地利用以林地、耕地、草地为主，比重都高于，三类面积总占比逐年下降，、年林地、耕地、建设用地是主要土地利用类型，比重都高于，三类面积总占比逐年上升。年期间，主要土地利用类型的组成结构发生了变化，主要表现为耕地减少、建设用地增长，年建设用地面积大于草地。年间土地利用类型变化的总面积为，占研究区总面积的，其中耕地面积净缩减 ，海水净缩减 ，草地净缩减 ，建设用地净增长 ，林地面积净增长 ，未利用地净增长 ，水域面积净增长 （表）。表 年土地利用面积转移矩阵 土地利用类型 耕地林地草地水域建设用
15、地未利用地 海水总计耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地 海水 总计 东海区大陆海岸带北部多为淤泥质海岸，南部多为基岩质海岸，土地利用变化总体上北部大于南部，东侧大于西侧。东侧沿海地带主要为耕地转建设用地，西侧山区主要为林地、草地变化，上海、杭嘉湖平原土地变化最为明显，平坦的地形为建设用地扩张提供了条件，南部土地利用变化主要集中于海湾附近，受山地与基岩海岸的影响，土地利用变化较小；长江入海口沿岸、杭州湾南岸、台州大港湾地区受淤泥质海岸淤进与围垦影响主要表现为水域转耕地、海水转水域，南部岸线附近土地利用基本保持不变（图）。东海区大陆海岸带生境质量评价应用 模型计算出 年东海区大陆海岸带地区
16、生境质量，将生境质量等间距分为 期 张海涛 等：基于土地利用变化的东海区大陆海岸带生境质量时空演变研究：图 东海区大陆海岸带土地利用变化图 类，低（）、较低（）、中等（）、较高（）、高（），并利用景观格局指数对生境质量的演变进行表征。至 年东海区大陆海岸带生境质量呈下降趋势，年经济发展速度较慢，土地利用变化较小，生境质量小幅下降，至 年经济迅速发展，城市化进程不断推进，生境质量下降最明显，随着国家对围垦的管控、城市扩张减缓和生态环境保护措施的布局与实施，至 年生境质量下降速度减缓。由表 可知区内边缘密度整体呈上升趋势，年增长最多，主要是由于快速的城市化导致生境质量斑块破碎，边界密度增大。景观形状指数（）用来表征斑块形状特点，区内 总体增加，生境斑块不规则程度增大，至 年开发强度最大，增长最多，生境斑块不规则程度最大。蔓延度指数是描述景观中斑块的团聚程度或延展趋势，高蔓延度值说明景观中的某种优势斑块类型形成了良好的连接性；反之则表明景观是具有多种要素的密集格局，景观的破碎化程度较高。年蔓延度指数整体较低并逐年减小，反映出研究区生境质量较为破碎。香浓多样性指数与香浓均匀度指数可以反映不同时
