平潭島土地利用變化對人類活動的響應

李瀟，黃義雄

(福建師范大學地理科學學院，福建 福州 350007)

平潭島土地利用變化對人類活動的響應

李瀟，黃義雄

(福建師范大學地理科學學院，福建 福州 350007)

以平潭島為例，依據2000年、2005年、2009年和2013年土地利用數據，分別從土地利用變化速度、土地利用轉移方向和土地利用程度方面，全面分析2000年以來平潭島在人類活動影響下的土地利用時空變化規律。結果表明：(1)2000—2005年，2005—2009年，2009—2013年，平潭島綜合土地利用動態度分別為0.25、0.93、0.82，土地利用變化速度先快后慢；(2)三個時段的土地利用類型轉移方向都表現出林地、農田轉化為建設用地和未利用地的特點；(3)2000年、2005年、2009年和2013年研究區土地利用程度指數分別為38.73、39.02、40.60、42.74，表明人類活動使平潭島土地利用開發程度逐漸增大。

土地利用變化；人類活動；平潭島

土地利用變化是自然環境對人類活動最直接的響應，是聯系人類社會經濟活動和地球陸地表層自然環境的橋梁和紐帶[1]。人類社會出于生存和發展的需要，不斷地驅動自然環境發生改變，使陸地表層顯現出不同的土地利用方式，因此，土地利用變化是對人類活動的重要表現和響應[2]。建立模型對土地利用變化速度、土地利用轉移方向和土地利用程度等變化過程進行研究，不僅有利于把握區域土地利用變化的時空變化規律，還可以反映出土地利用變化對人類活動的響應程度[3]。目前，已有學者利用遙感影像數據，運用不同的指標和模型，對不同尺度的研究區土地利用變化和人類活動的關系進行了研究。劉紀遠、張增祥等[4，5]從全國尺度上，采取土地利用動態度和土地利用程度等指標，對土地利用的時空特征進行了研究，發現人類社會經濟的發展是土地利用發生變化的主要原因，宋開山等[6]從中尺度上分析了三江平原土地利用變化的特點，認為耕地的變化是其土地利用發生變化的主要因素；喬偉峰等[7]從小尺度上分析了蘇州市土地利用的動態性和空間特征，認為城市化是導致區域土地利用發生變化的主要原因。但是，從目前的研究看，大部分是利用單一指標和部分指標來分析土地利用變化的時空規律，綜合分析海島地區土地利用變化對人類活動響應的研究則少有報道。

平潭島是海峽西岸經濟區的“主戰場”之一，是我國內陸連接臺灣的一個重要地區，具有明顯對臺區位優勢，2009年平潭縣升級為福州(平潭)綜合實驗區，2012年又升級為福建省平潭綜合實驗區[8]。平潭島的社會經濟進入一個快速發展階段，伴隨著經濟快速發展與城市化、工業化進程的推進，平潭島土地利用方式也發生一系列的變化，土地利用矛盾也日益突出。本研究以福建省平潭島為案例，以2000年、2005年、2009年、2013年遙感影像為基礎數據源，分析區域土地利用變化的時空規律和土地利用變化對人類活動的響應，以期為區域土地利用規劃管理提供相關的理論參考。

1 研究區概況

平潭島地理坐標25°15′—25°45′ N、119°32′—120°10′ E，是福建省東部沿海一個島縣，全縣陸地面積392 km2，海域面積6 064 km2，是全國第五大島，福建省第一大島。該島屬南亞熱帶濕潤型氣候，海洋性氣候特征突出：年平均氣溫約19.5 ℃，年平均降水量約1 196.2 mm。該島南北高中部低，有礁、港灣、丘陵與平原等多類型地貌，其中丘陵和平原占陸地總面積的80%到90%。2013年平潭島地區生產總值達155.39億元。

2 數據來源與處理

本研究基礎數據來源于平潭島2000年、2005年、2009年、2013年夏季Landsat ETM+遙感影像和野外踏勘，通過eCognition Developer8.0軟件進行人機交互解譯，以中科院資源環境科學數據中心2010年發布的中國土地現狀遙感數據中的土地分類為標準，結合平潭島土地利用實際狀況，將研究區土地利用分為林地、草地、水域、農田、建設用地和未利用地6大類，并獲取四個年份的土地利用數據。社會經濟數據來源于平潭縣2014年統計年鑒。

3 研究方法

3.1 土地利用變化速度

3.1.1 綜合土地利用動態度 土地利用綜合動態度是描述土地利用類型變化速度區域差異的指標，反映人類活動對流域土地利用類型變化的綜合影響[3,4]，數學模型為：

式中：S為t時段對應的研究區土地利用綜合動態度， ΔSi-j為檢測開始至監測結束時段內第i類土地利用類型轉換為其他類土地利用類型面積總和，Si為監測開始時間第i類土地利用類型總面積；100表示將其擴大100倍，t為土地利用變化時間段。

3.1.2 單一土地利用動態度 單一土地利用動態度是描述不同土地利用類型在一定時間段內的變化速度和幅度的指標，反映人類活動對單一土地利用類型的影響[9]，其數學模型為：

式中：Ki為t1到t2時段內i類土地利用類型動態度；Sit1、Sit2分別表示t1、t2時間i類土地利用類型面積。

3.2 土地利用轉移方向

土地利用狀態轉移矩陣不僅可以全面、具體地體現出區域研究期初、研究期末土地利用變化的結構特征，還可以反映出研究期間人類活動導致的土地利用變化方向。此方法來源于系統分析中對系統狀態與狀態轉移的定量描述，即在一定時間間隔下，一個亞穩定系統從T時刻向T+1時刻狀態轉化的過程，從而可以更好地了解土地利用格局的時空演化過程[10]，其數學表達形式為：

式中：Sij為研究期初與研究期末的土地利用狀態，n為土地利用的類型數。i為研究初期生態系統類型,j為研究末期生態系統類型。

3.3 土地利用程度

土地利用程度的變化可以定量描述研究區域土地利用綜合水平，反映人類活動對土地利用的干擾程度[11]。土地利用程度采取劉紀遠等提出的土地利用程度綜合變化指數模型[12]來描述，其數學計算模型如下：

上式中，L為研究區域土地利用程度綜合指數；n為土地利用類型的數量，本研究將土地利用類型的數量分為 6類，故n取 6；Ai為第i類土地利用類型的面積；Pi為不同類型的土地利用程度參數，反映不同土地利用類型的人類活動參與、管理、改造的強度和屬性特征。

確定土地利用程度指數，結合 Delphi 打分法和 Leopold 矩陣法[13]，利用采取二者平均值的方法來確定研究區土地利用程度參數 Pi值(表1)

表1 不同土地利用類型的土地利用程度參數(Pi)設置

4 結果與分析

4.1 土地利用變化分析

(1)從土地利用變化速度看，變化速度增大，反映人類活動對該區域的影響增大。2000—2005年，土地利用綜合度為0.25，土地利用變化速度相對較慢，表明此時期平潭島人類活動的影響較小。2005—2009年，土地利用綜合動態度為0.93，2009—2013年，為0.82，說明平潭島土地利用變化速度經歷了一個先慢后快的過程。

(2)從不同土地利用類型的變化速度來看(圖1)，2000—2013年，平潭島建設用地和未利用地變化最為明顯，表現在面積增加量和增加幅度較大，林地、草地、農田、水域面積減少。結合平潭島的實際，建設用地的增加是城鎮化進程的推進造成的，特別是平潭島2009年升級為綜合試驗區后建設活動對其他土地利用類型的占用。

(3)土地利用結構在不斷地優化調整。2009—2013年，建設用地增加幅度和增加面積都在減小，主要是此時期政府等相關部門開始注重對林地、農田等的保護，著力將未利用地轉化為建設用地，林地、草地、水域、農田在此階段的減少程度和減少幅度也在減小，體現平潭島在經濟建設過程中開始注重對生態環境的保護。

圖1 不同時期平潭島土地利用類型變化速度

4.2 土地利用轉移方向

根據以上方法計算出2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年以及2000—2013年平潭島土地利用轉移方向情況(限于篇幅，只列出2000-2013年的土地利用轉移矩陣)(表2、表3)

表2 2000年以來平潭島土地利用變化情況表 hm2

表3 2000—2013年平潭島土地利用轉移矩陣 hm2

4.2.1 2000-2013年建設用地增加了1927.53 hm2，主要由林地和農田轉化而來。2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年林地轉化為建設用地的面積分別為205.59 hm2、302.61 hm2、318.04 hm2，呈增長態勢，但增速變緩；2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年農田轉化為建設用地的面積分別為428.15 hm2、543.98 hm2、376.44 hm2，先增長后減??；2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年水域轉化為建設用地的面積分別為53.02 hm2、25.26 hm2、135.46 hm2，先減緩后快速增加。建設用地整體增加的原因是平潭島城市化進程的推進，特別是2009年升級為實驗區后建設活動對其他土地類型的占用。

4.2.2 2000—2013年未利用地增加了286.87 hm2，主要由林地和農田轉化而來。2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年林地轉化為未利用地的面積分別為97.17 hm2、186.38 hm2、0.33 hm2，先迅速增長再迅速下降，2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年農田轉化為未利用地的面積分別為129.85 hm2、76.39 hm2、0.00 hm2，呈迅速下降狀態。未利用地增加的原因主要是城市建設過程中遺留下了被廢棄的、還沒有被開發的土地。

4.2.3 草地和農田面積在整個研究期間下降幅度較大。草地在2000—2005年主要轉化為林地和農田，2005—2009年主要轉化為林地和建設用地，2009—2013年全部轉化為建設用地；農田在2000—2005年主要轉化為林地和建設用地，2005—2009年絕大部分轉化為建設用地，2009—2013年全部轉化為建設用地。原因是城市建設用地增加(尤其是2009年之后的實驗區建設)大量占用草地和農田。

4.2.4 林地和水域面積在研究期內也有所減少。林地在研究期內主要轉化為農田和建設用地，轉化為農田面積逐漸減小，轉化為建設用地面積快速增長；水域在本研究期內主要轉化為建設用地。

4.3 土地利用程度

圖2 不同時期平潭島土地利用程度變化

依據公式計算可得到平潭島2000年、2005年、2009年、2013年土地利用程度綜合指數分別為38.73 、39.02 、40.60 、42.74，說明在本研究期間，平潭島土地利用程度呈現出逐年增加趨勢，人類活動對其土地利用的干擾程度不斷增加。從土地利用程度的組成結構上看(圖2)，平潭島土地利用程度水平主要是農田和建設用地決定的。農田的土地利用程度在逐年降低，建設用地的利用強度在逐年升高，林地、草地、水域、未利用地相對穩定。反映出平潭島土地利用結構正在發生變化，由以農田為主的土地利用方式，逐漸轉變為以建設用地為主的結構。

5 結論

綜合土地利用變化速度、土地利用轉移方向和土地利用程度三個方面，可以系統的分析區域土地利用變化對人類活動程度的響應關系，對研究平潭島土地利用的時空變化規律具有重要的實踐意義。

(1)2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年，平潭島土地利用變化速度分別為0.25、0、93、0.82，城鎮建設用地面積不斷增加，未利用地先增加后減少，林地、草地、農田、水域面積呈不斷減少趨勢。平潭島城市化進程的加快是其土地利用變化的主要驅動力。

(2)通過分析轉移矩陣，表明平潭島建設用地和未利用地的增加主要來自農田和林地。農田和林地在城市化過程中比較容易受到侵占，隨著其城市化進程的加快，將有更多的農田和林地轉變為建設用地。

(3)研究期間，平潭島土地開發利用綜合水平在不斷地上升，增加的幅度較小，說明人類活動導致的平潭島城鎮建設用地面積也是在穩定增加的。這也體現出平潭島土地直接經濟價值也在穩步提升。

2009年，平潭島設立為“綜合實驗區”，海島地區的生態建設正面臨嚴峻考驗，隨著平潭島城市化進程的加快，將有更多的非建設用地被轉化為城市建設用地，土地利用強度也將持續增大。因此，應制定合理的土地利用規劃政策，就保護而言，應充分保護現有的各種土地資源，開發不能超過其閾值為限。就開發而言，應進行土地分類利用，計劃開發，避免重復開發與短期開發所帶來的浪費。

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ResponseAnalysisofLandUseChangetotheDegreeofHumanActivitiesinPingtanIsland

Li Xiao, Huang Yixiong

(School of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China)

Based on land use data in 2000, 2005, 2009 and 2010,from the rate of land use change, the direction of land use transformation,and the degree of land use, the spatial-temporal variation of land use were comprehensively analyzed in Pingtan Island since 2000. Result shows that:(1) 2000-2005, 2005-2009, 2009-2013, pingtan island integrated land use dynamic attitude is 0.25, 0.93 & 0.82, the change rate of land use is fast first and then slow. (2) The direction of land use type transfer in the three periods shows the characteristics of forest land and farmland convert into construction land and unused land.(3) In 2000, 2005, 2009 and 2013, the degree of land use is 38.73, 39.02, 40.60 & 42.74 respectively, indicating that human activities make the land use development of Pingtan Island gradually increased.

land use change; human activities; Pingtan Island

1005-5215(2017)10-0015-04

2017-09-04

李瀟(1991-)，女，湖北黃岡人，在讀碩士研究生，主要從事生態與環境研究，Email:lixiao765@163.com

黃義雄(1960-),男，福建福州人，博士，研究員，主要從事景觀生態方面的研究，Email:yxhuang@fjnu.edu.cn

U412.14

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.10.005