景观格局与生态系统的相关性

农业景观一般指草地、耕地、林地、树篱及道路等多种景观斑块的镶嵌体，表现为物种生存于其中的各类破碎化栖息地的空间网格［１］；广义的农业景观包括农田、果园及厂矿、人工林地、农场、牧场、水域和村庄等生态系统，以农业特征为主，是人类在自然景观基础上建立起来的自然生态结构与人为特征的综合体［２］。景观空间格局是景观生态学的重要研究内容之一，最常用的定量化研究方法［３］是用景观指数描述景观格局特征，建立景观格局与生态过程之间的联系，生态系统服务价值指人们能够直接或者间接从生态系统功能中获取的产品和服务［４］，近年来生态系统服务价值的研究逐渐成为生态学研究的一个热点问题。本文参照Ｃｏｓｔａｎｚａ等［４］人提出的生态服务价值计算方法，以景观之间的转化数据为基础，以冀东平原典型区域———河北滦县为例分析生态系统服务价值的变化，并借助土地利用图进行分类，结合ＧＩＳ和Ｆｒａｇｓｔａｔｓ软件进行计算与分析，研究农业景观格局与动态变化，并简要探究景观格局与生态系统服务之间的相关性，这些内容对深入研究生态系统服务与景观格局的内在变化，进一步揭示生态系统服务变化的驱动机制具有重要意义，并可为指导冀东平原区域农业生产和农业景观生态设计与发展规划提供科学依据。

１研究区概况与数据来源

滦县地处冀东燕山南麓，滦河西畔，总面积１０２７．６７ｋｍ２，是传统农业大县。其地理坐标１１８°１４′—１１８°４９′Ｅ、３９°３４′—３９°５８′Ｎ；辖１３个镇，全县地势北高南低，山丘面积约占２２％，中部、南部为滦河冲积平原，地势平坦，约占全县的６０．４％，县域河道纵横，有滦河、沙河、白龙河等１１条河流。滦县属季风性大陆气候区，全年平均气温１０．５℃，常年平均降雨量为７１５ｍｍ。本研究采用１９９６年、２００９年滦县土地利用现状图及矢量化图，结合滦县区域的实际情况，将其农业景观类型划分为６种类型（表１）：林地景观、农田景观、园地景观、建设地景观、水域景观、荒地景观。使用ＡｒｃＧＩＳ９．３将矢量数据栅格化（图１），并将栅格数据导入Ｆｒａｇｓｔａｔｓ３．３中进行景观空间格局指数的计算。

２研究方法

２．１景观格局指数

景观指数是景观格局信息的高度浓缩，能定量反映其结构组成和空间配置特征，能建立景观结构与过程间的联系，更好地解释与理解景观功能。许多学者应用该理论和方法在土地利用、环境和自然保护、农业等方面作了大量的工作，依此描述建设用地景观的形态及分布情况，取得了较好效果［５－６］。本文主要选取表现景观要素、分布和形状特征的指标，包括斑块总面积（ＣＡ）、斑块密度（ＰＤ）、最大斑块指数（ＬＰＩ）、分维数（ＰＦＤ）、稳定性指数（ＳＫ）。各个指标的表达公式及其生态学意义可以参见文献［７－９］。

２．２生态系统服务评估指标

生态系统服务评估指标的选取是以生态系统服务功能为基础。在本研究中，参照Ｄａｉｌｙ［１０］、联合国千年生态系统评估（ＭＡ）［１１］和谢高地等［１２］的方法，将滦县生态系统的服务功能划分为产品服务和生命支持服务２个层面，服务类型包括供给、调节和文化服务３大类型，形成食物生产、原材料、气体调节、气候调节、水源涵养、废物处理、土壤保持、生物多样性保护、娱乐文化９项评估指标。

２．３生态系统服务价值评估方法

食物生产与原材料价值由净第一性生产力、标准煤价格求算［１３］；根据植被净初级生产力、光合作用反应方程式与瑞典碳税率及工业制氧价求算气体调节价值［１４］；依照单位面积绿地改善区域温度、湿度等能力及改善所需人工费用来估算气候调节价值；通过降雨径流率与植被覆盖度以及库容成本求算水源涵养价值［１５］；依据植物对ＳＯ２、滞尘等的吸收能力及治理费用估算废物处理的潜在价值［１６］；依据潜在和实际土壤侵蚀量估算土壤保持量［１７］，结合土壤中Ｎ，Ｐ，Ｋ含量和化肥平均价格估算土壤形成与保护价值［１８］；依据费用支出法考虑用于生物多样性保护所需要经济价值成本来测算生物多样性的经济价值［１９］；通过市场价值法估算区域旅游娱乐综合收入测算娱乐文化的经济价值［２０］。

３结果与分析

３．１农业景观面积转移矩阵分析

由表２可以看出，研究区的各农业景观类型面积在１９９６—２００９年间均发生较大变化。林地主要集中于西北坡地区域，面积较小，占研究区比例为５．５９％，其２００９年面积达到２６．８１ｋｍ２，面积增加主要是由农田和荒地转变来，这主要是由于研究年份间增加了农田防护林的建设与加大了荒地绿化利用，荒地与林地的转换主要发生在西北坡地区域。农田景观面积最大，两期面积均占到总面积的５０％以上，但１９９６—２００９年总面积比例降低了１０．７３％，分析农田的转出方向可以发现，该类型用地在研究时期内主要转变为城市建设用地，其次是园地和林地，相较于农田用地的转出状况，其转入面积并不显著。建设地快速扩展，从１９９６年的１０８．９１ｋｍ２增加为２００９年的１８４．２２ｋｍ２，主要由农田和荒地转化而来，农田与荒地对２００９年建设地贡献比例分别为３９．３２％和７．２５％，１９９６年原有建设地贡献为４６．０２％。园地景观面积略有上升，从１９９６年的４１．３５ｋｍ２增加为２００９年的４９．４２ｋｍ２，主要是和农田进行面积转换。水域和荒地面积呈减少趋势，研究时段内分别降低了１２．３２％和２３．２０％，水域主要转换为农田、荒地和建设地，而农田和荒地的补充也相对较多，主要原因在于１９９６—２００９年间农田的集约化，导致部分农田建设重新布局，新增和填埋部分坑塘水面产生面积转换，而水域与荒漠的转化也多发生在滩涂与河流间的面积交换。