儋州灣海岸帶土地利用時空演變研究

薛永倩，李秀梅，王世昂，趙 亮

(1. 天津市海洋資源與化學重點實驗室，天津科技大學海洋與環(huán)境學院，天津 300457；2. 國家海洋技術(shù)中心海洋遙感與測繪技術(shù)研究室，天津 300112)

海岸帶是海洋與陸地間的過渡帶，地理位置得天獨厚，是人類生產(chǎn)、生活活動的密集區(qū)，土地利用/覆被變化(LUCC)作用強烈[1]．隨著海洋戰(zhàn)略地位的提升，海洋與海岸帶旅游漸成熱潮．海南島海岸帶旅游資源豐富，北部(海口等大城市)、東部(東海岸海濱旅游風景線)和南部海岸帶(三亞等旅游景區(qū))的開發(fā)利用已經(jīng)相當完善，西部海岸帶在過去卻一直是海南島熱帶旅游的瓶頸．把握儋州灣海岸帶的土地利用動態(tài)和開發(fā)優(yōu)勢，研究儋州灣海岸帶土地利用時空演變，對于合理利用土地資源，實現(xiàn)地區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供了科學依據(jù)．

進入21世紀，國內(nèi)外學者對LUCC的研究異常活躍[2–7]．Ustaoglu 等[8]認為土地利用模型表現(xiàn)了土地利用變化驅(qū)動力與預(yù)測未來可能土地利用用途之間的聯(lián)系；史利江等[9]、肖思思等[10]、左麗君等[11]、吳莉等[12]、張麗等[13]、全泉等[14]運用土地利用動態(tài)度模型、轉(zhuǎn)移矩陣模型、空間重心轉(zhuǎn)移模型、土地利用程度指數(shù)、熱點分析和景觀格局分析等方法，針對不同區(qū)域土地利用演變過程進行研究．就地區(qū)而言，國內(nèi)學者研究領(lǐng)域側(cè)重于中國東部海岸帶地區(qū)、發(fā)達大城市和生態(tài)脆弱敏感區(qū)，而針對海南島西部海岸帶土地利用變化的研究相對較少．本文針對海南島西部土地利用變化活躍區(qū)儋州灣海岸帶，借鑒前人研究方法，采用Landsat衛(wèi)星遙感影像資料，結(jié)合RS與GIS技術(shù)，運用定量分析方法、轉(zhuǎn)移矩陣及土地利用動態(tài)度模型，綜合分析土地利用時空演變特征．

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域

選取海南島西部土地利用變化最快地區(qū)儋州灣海岸帶為研究區(qū)域，在海岸線的基礎(chǔ)上向兩側(cè)各自生成大約10,km的研究緩沖區(qū)(圖1)，區(qū)內(nèi)包含了儋州市沿海大部分和臨高縣沿海的極小部分，經(jīng)緯度范圍在 109°02′E～109°36′E、19°33′N～20°01′N 之間．

圖1 研究區(qū)位置與范圍Fig. 1 Location of the studied area

1.2 數(shù)據(jù)處理

鑒于2010年國家發(fā)行《國務(wù)院關(guān)于推進海南國際旅游島建設(shè)發(fā)展的若干意見》[15]后，海南省加速了儋州灣海岸帶的開發(fā)，因此在選取圖像時，以 2010年為時間節(jié)點，選取了 Landsat-5衛(wèi)星的 2000、2010年 TM 遙感影像及 Landsat-8衛(wèi)星的 2013、2016年OLI遙感影像，2010年之前間隔長，2010年之后間隔短．對獲取的無云晴朗天氣下儋州灣海岸帶的 4期衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行波段合成、影像裁剪、圖像增強、幾何校正．結(jié)合 Google Earth高清衛(wèi)星地圖，運用RS及 GIS技術(shù)進行遙感影像目視解譯和拓撲糾錯，結(jié)合 GPS現(xiàn)場勘測采樣驗證和精度分析，依據(jù)儋州灣海岸帶實際情況和國家土地利用現(xiàn)狀分類標準，采用 543(TM 影像)和 654(OLI影像)波段組合，根據(jù)地物的光譜輻射特性，應(yīng)用影像的色調(diào)與色彩、形狀、紋理、地理位置等解譯標志對儋州灣海岸帶地物劃分為 10類，分別是近岸水域、河流湖泊、池塘、道路、灘地、建設(shè)用地、旅游用地、植被、農(nóng)用地和其他．其中旅游用地是功能性用地，因此我們將一些游樂觀光商業(yè)場所如高爾夫球場、游樂場、觀光廣場、旅游酒店建筑等地提取為旅游用地．典型地物 543(TM影像)波段組合影像特征如圖2所示．

圖2 典型地物543(TM影像)波段組合影像特征Fig. 2 Image characteristics of typical object with 543(TM images)band combination

1.3 研究方法

對儋州灣海岸帶多時期海岸線疊加，采用定量分析方法[16]分析了研究區(qū)域海岸線變遷狀態(tài)．

運用馬爾科夫模型計算 4個時期儋州灣海岸帶土地利用轉(zhuǎn)移矩陣[17]，分析不同階段土地利用轉(zhuǎn)化趨勢．在轉(zhuǎn)移矩陣的基礎(chǔ)之上，選用單一土地利用動態(tài)度模型和綜合土地利用動態(tài)度模型[18–19]分析儋州灣海岸帶各類地物的動態(tài)變化和研究區(qū)域時空變化特征．

為研究儋州灣海岸帶土地利用空間動態(tài)變化差異及變化熱點區(qū)域，對研究區(qū)域格網(wǎng)化劃分[13]，對應(yīng)不同時期分別計算各個網(wǎng)格的綜合土地利用動態(tài)度，進而運用含障礙的核插值法進行插值[20]．

2 結(jié)果與分析

2.1 海岸線時空變化特征

海岸線變化如圖 3所示．隨著時間推移，海岸線逐漸向海擴張，海岸線曲折度也明顯增加．16年間，近岸水域面積減少了 23.01,km2，海岸線增長了約47.67,km．

圖3 海岸線變化圖Fig. 3 Shoreline change diagram

其中 2000—2010年海岸線長度增加了約10.83,km，海岸線變化速率為 1.08,km/a；2010—2013年海岸線長度增加了約 19.88,km，變化速率為6.63,km/a；2013—2016年海岸線長度增加了約16.97,km，變化速率為5.66,km/a．2010年之后變化速率明顯快于2010年之前，尤以2010—2013年變化速率最快．受洋浦新港建設(shè)和海花島圍填海影響，海岸線變化主要表現(xiàn)為人工海岸線的增加．

2.2 主要土地利用類型時空變化特征

2000—2016年儋州灣海岸帶各土地利用類型面積及所占比例見表 1，儋州灣海岸帶土地利用類型單一動態(tài)度見表 2．結(jié)合表 1、表 2，總結(jié)了近 16年來儋州灣海岸帶主要土地利用時空變化特征．由于受季節(jié)影響，儋州灣海岸帶地區(qū)河流湖泊與灘地呈一定的季節(jié)變化，這里不分析河流湖泊、灘地和其他土地利用類型．

表1 2000—2016年儋州灣海岸帶各土地利用類型面積及所占比例Tab. 1 Areas and proportion of different land use types in the coastal zone of Danzhou bay from 2000 to 2016

表2 2000—2016年儋州灣海岸帶土地利用類型單一動態(tài)度Tab. 2 Single dynamic degree of land use types in the coastal zone of Danzhou bay from 2000 to 2016

(1)農(nóng)用地面積持續(xù)減少

農(nóng)用地面積流失是儋州灣海岸帶土地利用變化的一個重要特征．16年間面積減少了 75.13,km2，減少幅度達到 9.06%,，年均變化率為-0.57%,，耕地流失明顯．其中2010—2013年單一動態(tài)度為-1.49%,，相比其他時期動態(tài)變化更大，空間上(圖 4)，這一時期洋浦半島大部分農(nóng)用地變?yōu)榱私ㄔO(shè)用地，建筑物建設(shè)對農(nóng)用地的破壞最大．盡管農(nóng)用地占比持續(xù)下降，但始終占整個陸上海岸帶面積的 76%,以上，農(nóng)用地依舊是儋州灣海岸帶最主要的土地利用類型．

(2)旅游用地迅猛增加

旅游用地從無到有、增速由慢到快是儋州灣海岸帶土地利用變化的突出特征．2000年儋州灣海岸帶無旅游用地，2010年洋浦半島鹽田村附近旅游度假區(qū)建設(shè)已經(jīng)完善．2010—2013年旅游用地變化緩慢，同期海花島著手建設(shè)，因其暫不具備旅游功能將其歸為建設(shè)用地．2013年后旅游用地驟增，直到2016年已增至 9.12,km2，僅這 3年年均增長率就高達 116%,，單一動態(tài)度達到 304.2%,，可見這 3年旅游用地增速之快，這一時期通過圍海造陸使得洋浦灣海花國際旅游島迅速擴建．

圖4 2000—2016年儋州灣海岸帶土地利用空間分布Fig. 4 Land use spatial distribution in the coastal zone of Danzhou bay from 2000 to 2016

(3)道路和建設(shè)用地增長顯著

建設(shè)用地與道路迅速擴建是儋州灣海岸帶土地利用變化的又一顯著特征．建設(shè)用地占比從 2000年的 2.72%,上升到 2016年的 9.39%,，年均增長率8.2%，成為儋州灣海岸帶除種植區(qū)外的主要土地利用類型．道路占比從 2000年的 0.36%,上升到 2016年的 0.98%,，年均增長率 6.62%,，增速相對較快．其中，2010—2013年道路和建設(shè)用地單一動態(tài)度分別為42.63%,和 24.8%,，遠高于其他兩個時期，說明此時期道路和建設(shè)用地動態(tài)變幅最大，變化速度最快．空間上(圖 4)，建設(shè)用地主要集中在洋浦半島的開發(fā)、洋浦港的興建、洋浦灣沿岸建設(shè)以及城市化進程中城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模的擴大．道路表現(xiàn)為海南環(huán)島高速、海南西環(huán)高鐵、308省道、315省道以及一些縣道的建設(shè)．

(4)池塘面積穩(wěn)定增長

池塘面積穩(wěn)定增長是儋州灣海岸帶土地利用變化的另一重要特點．池塘在各個階段的單一動態(tài)度變化不大，且一直呈正值，其占比從 2000年的2.51%,上升到 2016年的 3.92%,，說明池塘面積增長相對穩(wěn)定．空間上(圖 4)， 潟池塘面積增長集中在 湖東岸及洋浦灣南部沿海地區(qū)，主要依靠養(yǎng)殖水塘來發(fā)展生態(tài)養(yǎng)殖業(yè)，實現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟的雙贏[21]．

(5)植被呈增加趨勢

植被單一動態(tài)度在各個階段呈正值，2010年之后單一動態(tài)度較2010年之前大，說明2010年之前增長慢，2010年之后增長快．植被變化與政府出臺的政策相吻合．2010年發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于推進海南國際旅游島建設(shè)發(fā)展的若干意見》指出要嚴格實行生態(tài)環(huán)境保護制度，推進海防林恢復和建設(shè)工程、天然林保護工程，鞏固退耕還林成果[15]．“十二五”規(guī)劃(2011—2015)制定和實施海洋發(fā)展戰(zhàn)略，推進海島保護利用．因此2010—2016年間植被變化相較于2010年之前增長更為明顯．

2.3 土地利用類型轉(zhuǎn)移方向

2000—2016年儋州灣海岸帶主要土地利用類型的變化如圖5所示．儋州灣海岸帶土地轉(zhuǎn)移在16年監(jiān)測期間不僅表現(xiàn)在陸地上 9種土地利用類型內(nèi)部的轉(zhuǎn)化，還體現(xiàn)在海陸轉(zhuǎn)移，最主要的形式為農(nóng)用地向建設(shè)用地、旅游用地、道路、池塘以及近岸水域向建設(shè)用地和旅游用地的轉(zhuǎn)移．

土地轉(zhuǎn)移在不同階段也各有特點．

(1)2000—2010年以農(nóng)用地的轉(zhuǎn)出及建設(shè)用地、池塘的轉(zhuǎn)入為主(表3)．10年間農(nóng)用地轉(zhuǎn)出面積有41.1,km2，其中61%,轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地、15%,轉(zhuǎn)化為池塘．受城鎮(zhèn)規(guī)模擴大、工礦建設(shè)和經(jīng)濟模式多元化影響，耕地有相當一部分流失．這一時期另一特征是旅游用地的轉(zhuǎn)入開始出現(xiàn)，全部由農(nóng)用地轉(zhuǎn)化而來，主要集中在洋浦半島鹽田村．這一時期綜合土地利用動態(tài)度為0.22%,，空間動態(tài)變化小．

圖5 2000—2016年儋州灣海岸帶主要土地利用類型的變化Fig. 5 Changes of main land use types in the coastal zone of Danzhou bay from 2000 to 2016

(2)2010—2013年以農(nóng)用地、近岸水域的轉(zhuǎn)出和建設(shè)用地、道路的轉(zhuǎn)入為主(表 4)．建設(shè)用地轉(zhuǎn)入面積有 40.67,km2，其中 68%,來自農(nóng)用地，28%,來自近岸水域．由農(nóng)用地轉(zhuǎn)化而來的集中體現(xiàn)在工業(yè)用地面積的增加、村莊規(guī)模的擴大、城郊城鎮(zhèn)的興建以及洋浦半島洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)建設(shè)．由近岸水域轉(zhuǎn)化而來的主要表現(xiàn)在洋浦半島碼頭、港口的建設(shè)及海花島圍填海的進行．道路轉(zhuǎn)入的面積 97%,由農(nóng)用地轉(zhuǎn)化而來，體現(xiàn)在高速、高鐵、省道等的建設(shè)．這一時期綜合土地利用動態(tài)度達到0.88%,，是研究時段內(nèi)空間動態(tài)變化最大的時期，這反映了這3年間城市化進程加速，人類對自然環(huán)境的改造最為強烈，土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化最為劇烈．

(3)2013—2016年動態(tài)變化主要表現(xiàn)在近岸水域向旅游用地的轉(zhuǎn)移(表 5)．這一時期城市化進程逐具規(guī)模，各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸放緩，綜合土地利用動態(tài)度僅為 0.22%,，空間動態(tài)變化小．旅游用地的轉(zhuǎn)入 91%,來自近岸水域(2010—2013年主要來自種植區(qū))，圍填海加速進行．

表3 儋州灣海岸帶2000—2010年土地利用動態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Tab. 3 Transfer matrix of land use in the coastal zone of Danzhou bay from 2000 to 2010

表4 儋州灣海岸帶2010—2013年土地利用動態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Tab. 4 Transfer matrix of land use in the coastal zone of Danzhou bay from 2010 to 2013

表5 儋州灣海岸帶2013—2016年土地利用動態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Tab. 5 Transfer matrix of land use in the coastal zone of Danzhou bay from 2013 to 2016

2.4 土地利用綜合空間變化特征

運用含障礙的核插值法分析研究區(qū)域空間變化特征，結(jié)果如圖 6所示．由圖 6可知，洋浦半島和洋浦灣是儋州灣海岸帶土地利用空間變化的熱點區(qū)域，其中以 2013—2016年洋浦灣海花島動態(tài)變化最大，反映了海花島圍填海建設(shè)速度最快．2010—2013年洋浦半島動態(tài)變化次之，反映了 2010—2013年洋浦半島洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)建設(shè)迅速．2000—2010年研究區(qū)域動態(tài)變化最小，反映了這 10年間儋州灣海岸帶發(fā)展速度緩慢．這主要受海南島儋州灣海岸帶建設(shè)重心轉(zhuǎn)移的影響，研究區(qū)域在 2000—2010年重心在零散的城鄉(xiāng)工礦用地建設(shè)和池塘的興建，2010—2013年重心在洋浦半島的開發(fā)，2013—2016年重心轉(zhuǎn)移到洋浦灣海花島旅游建設(shè)．

圖6 2000—2016年儋州灣海岸帶土地利用綜合動態(tài)度空間變化Fig. 6 Spatial variation of integrated land use dynamic degree in the coastal zone of Danzhou bay from 2000 to 2016

2.5 土地利用變化驅(qū)動力分析

儋州灣海岸帶土地利用變化主要受經(jīng)濟、政策、旅游等因素影響．改革開放后，經(jīng)濟模式逐漸多元化，城鄉(xiāng)工礦建設(shè)得到發(fā)展，養(yǎng)殖事業(yè)逐具規(guī)模．與此同時，第三產(chǎn)業(yè)密度上升，交通建設(shè)和旅游業(yè)逐漸興起，促進人口流動，帶動了當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展．20世紀80年代和90年代，海南港務(wù)局等部門邀請南京大學王穎院士進行洋浦港選址[22]，洋浦海港順利建設(shè)，對海南洋浦開發(fā)區(qū)發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用．隨著國家的扶持以及儋州市委、市政府卓有成效的工作，儋州一躍成為海南乃至全國的發(fā)展熱點[23]．2010年國務(wù)院提出推進海南國際旅游島建設(shè)，加速了海花島建設(shè)進程，其中實行的海防林、天然林保護工程以及“十二五”規(guī)劃海島保護政策都有效地保護了植被的生長．隨著洋浦新港的建設(shè)和海花島圍填海工程的開展，海岸線由陸向海推進．

3 結(jié) 語

本文運用 RS和 GIS技術(shù)，對儋州灣海岸帶地區(qū) 4期陸地衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)解譯，運用定量分析、動態(tài)度模型和轉(zhuǎn)移矩陣進行土地利用時空變化特征和熱點分析，研究表明：研究區(qū)域海岸線由陸向海推進，2010年之后海岸線變化速率遠大于 2010年之前，以 2010—2013年海岸線變化速率最大．2010—2013年綜合土地利用動態(tài)度變化最大，城市化進程最快．研究區(qū)域動態(tài)變化的熱點地區(qū)在洋浦半島和洋浦灣．洋浦半島建設(shè)集中在 2010—2013年，海花島建設(shè)集中在 2013—2016年．伴隨著人為干擾的加大以及土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化，土地結(jié)構(gòu)趨于多元化．土地轉(zhuǎn)移主要表現(xiàn)為農(nóng)用地向建設(shè)用地、旅游用地、道路、池塘的轉(zhuǎn)移以及近岸水域向建設(shè)用地、旅游用地的轉(zhuǎn)移．研究時段內(nèi)旅游用地增速最快，建設(shè)用地和道路次之．

與發(fā)展成熟的海南島北部、東部和南部海岸帶相比，資源豐富的西部的土地開發(fā)建設(shè)漸成雛形．在當前海南島西部熱的大背景下，依托政府政策傾斜和國際旅游島建設(shè)的新契機，加快西部大開發(fā)，合理制訂土地利用規(guī)劃，縮小地區(qū)發(fā)展差距，培育海島經(jīng)濟新的增長極，是海南省建設(shè)開發(fā)的新出路．在當前海南島西部旅游熱的大背景下，儋州灣海岸帶地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)，在日后的開發(fā)過程中應(yīng)當注意因地制宜發(fā)展優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，避免生態(tài)環(huán)境被破壞，防患于未然．