30年來象山港海岸帶土地開發利用強度時空變化研究

馮佰香，李加林，2，龔虹波，劉永超，葉夢姚，姜憶湄，史作琦，何改麗

（1.寧波大學地理與空間信息技術系，浙江寧波315211；2.浙江省海洋文化與經濟研究中心，浙江寧波315211；3.寧波大學公共管理系，浙江寧波315211）

30年來象山港海岸帶土地開發利用強度時空變化研究

馮佰香1，李加林1，2，龔虹波3，劉永超1，葉夢姚1，姜憶湄1，史作琦1，何改麗1

（1.寧波大學地理與空間信息技術系，浙江寧波315211；2.浙江省海洋文化與經濟研究中心，浙江寧波315211；3.寧波大學公共管理系，浙江寧波315211）

以象山港海岸帶為研究區域，利用1985年，1995年，2005年和2015年4期TM遙感影像數據，將土地利用類型分為8大類，通過計算土地利用類型動態度、土地利用轉移矩陣、土地利用結構信息熵以及土地開發利用強度綜合指數4種指標模型，分析了象山港海岸帶1985-2015年土地開發利用的速度、結構、程度以及時空變化。結果表明：（1）1985-2015年象山港海岸帶養殖用地及鹽田擴張速度最快，動態度最高可達11.97%，建設用地擴張速度次之，但面積增幅最為顯著，灘涂縮減速度最大，耕地面積明顯減少；（2）30年間土地類型主要轉變方向為耕地轉為建設用地，其次為林地轉變為耕地；（3）信息熵逐時期增加，土地利用結構均質性不斷加強，區域發展在逐漸走向成熟；（4）各時期土地利用強度指數變化率均大于零，象山港海岸帶土地開發利用強度不斷增強。

土地利用；開發強度；時空變化；象山港海岸帶

土地利用變化是全球變化的重要組成部分，也是國際地圈生物圈計劃（IGBP）的研究熱點（劉紀遠等，2014）。海岸帶地區因交通便利、資源豐富而成為全球社會經濟發展水平最高和人口最密集的區域（吳孟孟等，2015），也是土地利用變化最劇烈和開發利用強度最大的區域之一。海岸帶地區土地利用變化已成為海岸帶陸海相互作用（LOICZ）研究的重點之一，并取得了大量研究成果。相關成果主要涉及海岸帶土地利用信息提取（Pice，1900；王彩艷等，2014）、海岸帶土地利用特征（Sumeyra，2013；吳源泉等，2006）、海岸帶土地利用/覆被變化（徐艷等，2012；Jean et al，2011）、海岸帶土地利用空間格局演變及驅動機制（王德志等，2014；侯西勇等，2011；歐維新等，2004）、海岸帶土地資源管理（Volkan et al，2016）等方面。但是，當前對于港灣地區海岸帶土地開發利用強度的分析研究仍相對較少（俞騰等，2015），難以滿足港灣海岸帶土地持續利用的需要。本研究擬選擇開發利用歷史悠久的浙江象山港海岸帶（劉永超等，2016），分析其土地開發利用強度時空變化特征，以期為預測土地利用變化趨勢、優化港灣地區土地利用結構提供科學依據。

1 研究區概況

象山港位于浙江省寧波市東南部沿海，介于29°24′-30°07′N，121°43′-122°23′E之間，跨越象山、寧海、奉化、鄞州、北侖五縣（市、區），北面緊靠杭州灣，南鄰三門灣，東側為舟山群島，是一個NE-SW走向的狹長型潮汐通道海灣。象山港潮汐汊道內有西滬港、鐵港和黃墩港3個次級汊道。從港口到港底全長約60 km，港內多數地區寬度5～6 km，平均水深10 m，入港河川溪流眾多，水域總面積為630 km2（劉永超等，2015）。多年平均降水量約為1 500 mm，沿岸有大小溪流95條注入港灣，多年平均徑流量為12.9×108 m2。

本文所指的象山港海岸帶，是象山港周邊的象山、寧海、奉化、鄞州和北侖5個縣（市、區）最終地表水匯入港灣的陸域部分（袁麒翔等，2014）（圖1），即采用水平精度為30 m的ASRTER GDEM V2數字高程模型，提取并獲得2015年象山港流域邊界，來確定本文象山港海岸帶的研究范圍，面積為1 476 km2，不包含海灣海域部分（圖1）。由于象山港的圍填海與淤積較為明顯（徐諒慧等，2015），因此，按2015年邊界確定的象山港海岸帶范圍在1985年、1995年、2005年則包括了部分近岸海域。

圖1 研究區地理位置

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與處理

本研究所采用的基本遙感數據為象山港流域1985年、1995年、2005年和2015年4個時期的TM、OLI影像，空間分辨率均為30 m，每個時期包括軌道號為118-39、118-40的2景影像，其他研究數據還包括1∶50 000象山港地形圖等。

本研究采用ENVI4.7遙感影像處理軟件對遙感數據進行大氣校正、幾何精校正、假彩色合成和圖像拼接等數據預處理（郭意新等，2015），然后運用2015年象山港流域邊界進行影像裁剪，得到研究區影像數據。再次利用ENVI4.7軟件，對研究區4期遙感影像進行土地利用類型的目視解譯和人機交互解譯，得到不同時期的土地利用數據。為保證解譯精度，在每幅矢量圖中產生檢驗點200個，經檢驗精度均在0.87以上，符合研究要求。本研究的土地分類系統根據我國常用的土地分類標準，并結合研究區實際確定，包括建設用地、養殖用地及鹽田、未利用地、耕地、河流湖泊、林地、海域和灘涂等8大類型。

圖2 象山港海岸帶各時期土地利用現狀圖

2.2 研究方法

本文采用土地利用數量動態模型、土地利用類型轉移模型、土地利用結構模型和土地利用開發強度模型來對象山港海岸帶近30年土地利用的時空變化進行分析。

土地開發利用數量動態模型包括單一土地利用類型動態度和綜合土地利用類型動態度。單一土地利用類型動態度研究各類型土地面積的數量和速度變化，可以描述研究時段內不同土地類型的總量變化、變化態勢以及結構變化趨勢（張安定等，2007），具體模型參見文獻（劉紀遠等，2000；王思遠等，2001）。綜合土地利用類型動態度具有刻畫區域土地利用變化程度的效用，可以用來研究區域在一定時段內綜合的土地利用類型的數量變化情況，是分析與描述熱點區域的一條捷徑，具體模型參見文獻（劉艷芳，2007）。

土地利用類型相互轉化模型可以反映研究時段始末各土地類型面積之間的相互轉化關系，不僅具有詳實的各時段靜態土地利用類型面積，還隱含著不同時段的動態變化信息（王德志等，2014），便于了解各類型土地面積增加和減少的來源出處，具體模型參見文獻（劉艷芳，2007）。

土地利用結構模型包括信息熵和均衡度。信息熵可以對土地系統的有序度進行量度與評價（譚永忠等，2003），本文采用Shannon公式來定義土地利用結構的信息熵模型（張群等，2013）。均衡度是更完善表征土地系統結構性的指標，具體模型參見文獻（陳彥光等，2001）。

土地利用強度主要反映土地利用的廣度和深度，它不僅反映土地本身的自然屬性，同時也反映人類因素與自然環境因素的綜合效應（王秀蘭等，1999）。本文根據劉紀遠等提出的土地利用程度綜合分析方法（攀玉山等，1994），將土地利用強度按照土地自然綜合體在社會因素影響下的自然平衡狀態分為若干級，并賦予分級指數，從而給出土地利用強度綜合指數及土地利用強度變化模型的定量化表達式（梁治平等，2006）。

本文針對研究區域內8類土地各自所擔負的功能作用，參考莊大方等（1997）對土地利用程度的分級標準，并結合研究實際，將各類土地進行強度賦值，最終得到5種土地利用強度分級指數（表1）。表1所列為理想狀態的土地利用分級，與實際情況略有不同，現實中各類型土地會按照相關權重來對區域開發程度進行貢獻（朱忠顯，2014），但在進行理論分析時此模型仍可適用。

表1 土地利用強度分級表

3 結果與分析

3.1 土地利用變化特征分析

3.1.1 總量變化分析

1985-2015年，象山港各土地利用類型面積發生了顯著變化（表2）。從30年各土地利用類型總體變化趨勢來看：建設用地、養殖用地及鹽田面積增加顯著，至研究期末增長比例分別99.49%、310.48%，未利用地面積增加較慢，增長率為45.65%；耕地、林地和灘涂面積在逐年減少，灘涂面積減少幅度最大，為56.19%，耕地面積次之，為25.22%；湖泊河流呈先增加后減少的變化趨勢。分時段來看，建設用地面積增加較為顯著，各時段增幅分別為35.375 9 km2、20.538 1 km2與18.954 0 km2，增長率在不斷下降，由2.40%衰減為1.28%；養殖用地及鹽田面積增幅也較明顯，其增長率波動較大，1995-2005年時段達到極值水平；減幅較為明顯的土地類型為耕地，各時期減少面積分別為40.6512km2、39.6154km2和8.2093km2，面積變化比率不斷下降，截止2005-2015年時段比率變為0.56%，達到最低水平。

表2 象山港海岸帶各年份各時段土地利用類型面積及其變化（km）2

3.1.2 土地利用類型相互轉化分析

通過對象山港海岸帶1985-1995年、1995-2005年和2005-2015年三個時段8類土地面積轉移矩陣的分析（表3、表4和表5），發現：30年來象山港海岸帶各土地利用類型之間的轉移有以下特征：①建設用地面積增加顯著，主要由耕地、養殖用地及鹽田和林地轉變而來，耕地所占比例最大。隨著城鎮化水平的不斷提高，區域對于建設用地的需求急劇增大。②養殖用地及鹽田面積增加僅次于建設用地，且其30年間變化率最高，主要來源于耕地和灘涂的轉化，尤其是耕地。③耕地面積減少數量最大，主要轉化為建設用地、養殖用地及鹽田和林地，其中轉為建設用地的面積最多。耕地轉為建設用地是耕地的非農化，是城鎮化進程推進的必然結果；耕地轉為養殖用地及鹽田主要受經濟效益的驅動；耕地轉為林地的主要驅動因素在于政府退耕還林等政策的強制性要求。④林地面積減少也較為明顯，主要轉變為耕地和建設用地，林地轉為耕地主要是出于耕地占補平衡而實施異地置換的結果。

表31985 -1995年象山港海岸帶8類土地面積轉移矩陣（km）2

表41995 -2005年象山港海岸帶8類土地面積轉移矩陣（km）2

表52005 -2015年象山港海岸帶8類土地面積轉移矩陣（km）2

3.2 土地利用結構與動態度分析

3.2.1 信息熵

由表6可知，隨著時間推移，象山港海岸帶土地利用結構信息熵和均衡度逐時期上升，土地系統的結構性和有序性在逐漸變差，各類型土地面積之間的差異在逐步縮減。其中，1985年信息熵值最低，為0.931 6，此時海岸帶土地結構的有序度較高，系統穩定性較強，各類型面積分布的均勻程度較低，土地受人類活動的干擾較小；1995年信息熵增幅為0.051 7，各土地利用類型仍存在較大的面積差，系統的均衡度增加了0.024 9，土地結構的有序性在緩慢的變小；2005年土地利用結構信息熵仍在小幅度增加，土地穩定性在緩慢變弱；2015年信息熵增幅最小，僅增加了0.013 7，但是卻達到了研究時段的最高值，為1.040 3，說明隨著人類對于海岸帶土地的開發利用，研究區土地的結構性變得較為脆弱，各職能土地在不斷走向有序化，土地利用趨于復雜化。

表6 象山港海岸帶1985年、1995年、2005年和2015年土地利用結構信息熵、均衡度及優勢度

3.2.2 單一土地利用類型動態度

由圖3可知，30年間，養殖用地及鹽田面積年變化率最大，為10.35%，其次是建設用地，為3.32%，海域、未利用地和灘涂年變化率也相對較高，其余類型的年變化率則較小。各時段分析可得：1985-1995年，養殖用地及鹽田（8.66%）年變化率遠大于其他類型，建設用地（4.70%）和海域（4.44%）年變化率相當，此外年變化率較為明顯的還有灘涂（2.39%）；1995-2005年，各類土地面積的年變化率相比其他時期起伏較大，基本處于極值水平，如養殖用地及鹽田，這一時期其年變化率為11.97%，為3個時段年變化率最大值；2005-2015年，各土地利用類型年變化率相當，且差異較小。

圖3 1985-1995年，1995-2005年，2005-2015年和1985-2015年四個時段單一土地利用類型動態度

由上可知，象山港海岸帶1985-1995年時段各類型土地的開發利用處于一個較高的發展水平，在1995-2005年時段土地開發利用高速加快，各土地類型間年變化率起伏較為劇烈，在2005-2015年時段各類型土地的發展又變得比較平緩。

3.2.3 綜合土地利用類型動態度

通過計算，得到象山港海岸帶1985-1995年、1995-2005年以及2005-2015年3個時段的區域綜合土地利用動態度分別為0.27%，0.31%和0.19%。可以看出，隨時間推移象山港海岸帶綜合土地利用動態度呈先增后減的變化趨勢，土地利用類型間的轉換程度處于波動變化狀態。其中，1995-2005年時段綜合土地利用動態度最高，說明該時段土地利用變化較大，區域土地利用類型間的相互轉化幅度較大，土地開發利用速度較快；2005-2015年時段綜合土地利用動態度最小，區域內各土地利用類型間的相互轉化趨于平緩，面積轉化幅度較小。

3.3 土地開發利用強度時空變化分析

本文通過土地利用強度綜合指數模型計算了象山港海岸帶1985年、1995年、2005年和2015年4個年份的土地利用強度指數，并通過分等分級統計了各強度等級土地所占比例（表7）；借助ArcGIS10.2軟件，利用強度分級、土地利用綜合指數及其變化量模型依次生成象山港海岸帶各時期土地開發利用強度現狀圖（圖4）和各時段土地開發利用強度變化量圖（圖5），數圖結合，以期更好的分析象山港海岸帶土地開發利用強度的時空變化特征。

（1）通過統計各期土地利用綜合指數（表7），發現：1985年象山港海岸帶土地開發利用水平處于中等偏上，中等強度及以上的土地所占比例為44.16%，其中較強水平的土地所占比例最大，為20.58%，其次為開發利用程度中等的土地，所占比例為19.60%；1995年，相比1985年而言，高強度水平的土地面積比例顯著增加，增加比例為2.23%，增長率為4期間最高，為56.03%，其他強度等級的土地面積比例均在下降，其中下降比例較大的為中等水平的土地，這一時期土地開發利用強度相對于1985年略有下降，但總體發展水平仍為中等偏上；2005年，強度水平為最高級別的土地所占面積比例仍在持續增加，比例增長1.84%，此外，除中等強度的土地比例略有增加外，其它強度等級的土地比例均在下降，但比之1995年，比例下降速度變緩變慢；2015年，高強度的土地面積比例增速仍較為劇烈，比例增加1.20%，增速為14.91%，與前兩個年份相比，較強強度和中等的土地面積比例增加，分別增加0.16%和0.15%。

（2）分析各期綜合指數分級圖（圖4），可以看出：象山港海岸帶土地開發利用強度受地形地貌影響較為重大。低山和丘陵地帶，地勢起伏較小，交通便利，土地易于被開發利用，因此土地開發利用強度較大；沿岸地段，資源較為豐富，人類活動頻繁，且宜于生產生活，土地開發利用強度也較大。各級行政中心對于象山港海岸帶土地開發利用強度的影響也不可忽略。寧海縣周邊是整個象山港海岸帶地區開發強度等級最高的聚集地，由于其距海較近，區位條件優越，人類經濟活動與海岸帶土地的開發利用聯系較為密切，且兩者發展相互促進，使得強度隨時間的推移越來越深入；強度為強和較強等級的地段多存于縣或村級行政單位，這些地區人口相對稠密，對土地資源的需求較大，使得海岸帶土地的開發利用處于一個較高的水平。

（3）從土地開發利用綜合指數的時間變化來看（圖5），30年間象山港海岸帶土地開發利用綜合指數變化量有正有負，其中土地利用綜合指數變化量處于零值以上的面積高達19.83%，象山港海岸帶土地開發利用活動較為活躍、劇烈。城鎮化水平的提高以及城鎮的擴張，使城鎮周邊的土地被開發利用，原有城區的土地開發利用程度加強。單時段分析：1985-1995年象山港海岸帶處于發展期的土地面積比例達到12.87%，1995-2005年和2005-2015年比例分別為10.43%和9.71%。對于每個時段而言，期末與期初相比，都有10%左右的土地開發利用在進入發展期，盡管對于不同階段的10年，進入發展期的土地面積比例存在差異，但是各階段其開發利用強度比之初期都有所增加和深入，這與人類活動對海岸帶土地開發利用更為頻繁的干預息息相關，其中經濟利益驅動是引起這種變化最為直接的原因，區域發展對于土地的依托在此也顯得尤為明顯和重要。

表7 各時期強度水平劃分、面積及比例

由上可知，象山港海岸帶土地開發利用強度在逐時期增加，城鎮周邊的土地開發利用速度最快，這體現了象山港地區城鎮擴張迅速；鄉鎮居民點周邊土地開發利用強度也較大，建設用地的大量需求使區域土地開發利用的強度遠遠高于其他地區。象山港海岸帶30年間各土地利用類型間面積差別逐漸在減小，區域土地利用結構正在向均衡狀態發展，速度穩中有進，具有良好的發展前景和趨勢。

圖4 象山港海岸帶1985年、1995年、2005年和2015年四期土地利用強度綜合指數圖

（圖待續）

圖5 全時段和分時段土地利用強度綜合指數變化圖

4 結論

（1）1985-2015年象山港海岸帶各土地利用類型面積變化顯著。近30年來，建設用地面積顯著增加，增幅為74.868 0 km2，變化率為99.48%；耕地明顯減少，減少面積為88.475 9 km2，變化比例為25.22%；養殖用地及鹽田面積增長率最高，為310.48%；灘涂面積減少速度最快，變化率為56.19%。1985-1995年、1995-2005年和2005-2015年3個時段中建設用地面積均增長明顯，養殖用地及鹽田和耕地面積變化只有前兩個時段較為突出。

（2）土地的主要轉移類型為耕地轉為建設用地、林地轉為耕地，且這4種土地類型間的轉移面積在逐時期減少。1985-1995年、1995-2005年和2005-2015年，耕地轉為建設用地的面積分別為35.121 6 km2，21.250 3 km2和14.072 8 km2，林地轉為耕地的面積分別為9.897 2 km2，8.307 9 km2和8.640 6 km2，土地類型間的轉移程度在逐步減小，象山港各土地類型的開發利用比例正在趨于協調。

（3）象山港海岸帶4個時期的土地利用結構信息熵和均衡度均呈現逐漸上升趨勢，8大類土地面積之間的差別在逐漸縮小，海岸帶土地利用結構在不斷走向均衡狀態。單一土地利用類型動態度變化中，除養殖用地及鹽田動態度變化較大外，其他類型的土地動態度變化水平較為一般，1995-2005年各類型土地動態度變化最為明顯；象山港海岸帶綜合土地利用動態度在先增后減，土地利用類型間的轉換程度由大到小。

（4）象山港海岸帶土地開發利用在不斷的深入和加強，較低水平為主體，中等和較高強度水平為輔是其1985-2015年主要的變化趨勢，而其中又交織著強等級水平土地的擴張和低強度水平土地的縮減。1985-1995年、1995-2005年和2005-2015年3個時段中，象山港海岸帶土地的開發利用均處于發展期，土地開發利用水平在逐漸提高，但區域土地開發利用存在發展不平衡，盡管不斷的有土地進入發展期，但是處于調整期的土地比例仍較大，區域土地發展需要進一步的統籌和協調。此外，象山港海岸帶土地開發利用強度受地形地貌和行政中心影響較為明顯，在此后的土地開發利用規劃和調整中應積極考慮這些因素的影響，以期更好的進行海岸帶土地的開發利用。

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（本文編輯：袁澤軼）

Temporal and spatial variation of land development and utilization intensity in coastal zone of the Xiangshangang Bay

FENG Bai-xiang1,LI Jia-lin1,2,GONG Hong-bo3,LIU Yong-chao1,YE Meng-yao1, JIANG Yi-mei1,SHI Zuo-qi1,HE Gai-li1

（1.Department of Geography&Spatial Information Techniques,Ningbo University,Ningbo 315211,China；2.Research Center for Marine Culture and Economy,Zhejiang Province,Ningbo 315211,China；3.Department of Public Management,Ningbo University,Ningbo 315211,China）

Taking the coastal zone of Xiangshangang Bay as a study area,based on the information of four TM images of 1985,1995,2005 and 2015,the land use types are divided into eight categories.Then,through calculating four kinds of index models：land-use dynamic index,conversion matrix,land use structure information entropy,and comprehensive index of land development and utilization intensity,researched and analyzed the speed,structure,degree,and the temporal and spatial variation in the land development and utilization of Xiangshangang Bay coastal zone from 1985 to 2015.The results showed that：（1）From 1985 to 2015,the expansion speed of farming land and salt pan of Xiangshangang Bay coastal zone was the fastest,the highest dynamic degree could up to 11.97%,construction land expansion ranked the second,and its increase in the area was the most significant；tidal flats reduced by a maximum speed,and the area of farmland decreased obviously.（2）In the past 30 years,the main trend of land type change in Xiangshangang Bay coastal zone was arable landturn into construction land,followed by woodland turn into farmland.（3）Information entropy increased by period,the land use structure heterogeneity constantly strengthened and regional development became gradually mature.（4）The change rate of land use intensity in each period was greater than zero,and the intensity of land development and utilization in Xiangshang Bay coastal zone land is enhanced continuously.

land use;development intensity;temporal and spatial variation;coastal zone of xiangshangang Bay

P748

A

1001-6932（2016）02-0250-10

10.11840/j.issn.1001-6392.2017.03.002

2016-06-29；

2016-08-13

國家自然科學基金（U1609203，41471004）；浙江省社科基金（16JDHH005）；浙江省大學生科技創新活動計劃暨新苗人才計劃項目（2016R405073）。

馮佰香（1993-），碩士，主要從事海岸帶環境與生態研究。電子郵箱：1821453200@qq.com。

李加林，博士，教授，博士生導師，主要從事海岸帶環境與資源開發研究。電子郵箱：nbnj2001@163.com。