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境學院，天津 300457；2. 國家海洋技術中心海洋遙感與測繪技術研究室，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、生活活動的密集區，土地利用/覆被變化(LUCC)作用強烈[1]．隨著海洋戰略地位的提升，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(?？诘却蟪鞘?、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)的開發利用已經相當完善，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和開發優勢，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，實現地區可持續發展提供了科學依據．

進入21世紀，國內外學者對LUCC的研究異?；钴S[2–7]．Ustaoglu 等[8]認為土地利用模型表現了土地利用變化驅動力與預測未來可能土地利用用途之間的聯系；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]運用土地利用動態度模型、轉移矩陣模型、空間重心轉移模型、土地利用程度指數、熱點分析和景觀格局分析等方法，針對不同區域土地利用演變過程進行研究．就地區而言，國內學者研究領域側重于中國東部海岸帶地區、發達大城市和生態脆弱敏感區，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儋州灣海岸帶，借鑒前人研究方法，采用Landsat衛星遙感影像資料，結合RS與GIS技術，運用定量分析方法、轉移矩陣及土地利用動態度模型，綜合分析土地利用時空演變特征．

1 數據與方法

1.1 研究區域

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

圖1 研究區位置與范圍Fig. 1 Location of the studied area

1.2 數據處理

鑒于2010年國家發行《國務院關于推進海南國際旅游島建設發展的若干意見》[15]后，海南省加速了儋州灣海岸帶的開發，因此在選取圖像時，以 2010年為時間節點，選取了 Landsat-5衛星的 2000、2010年 TM 遙感影像及 Landsat-8衛星的 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期衛星遙感數據進行波段合成、影像裁剪、圖像增強、幾何校正．結合 Google Earth高清衛星地圖，運用RS及 GIS技術進行遙感影像目視解譯和拓撲糾錯，結合 GPS現場勘測采樣驗證和精度分析，依據儋州灣海岸帶實際情況和國家土地利用現狀分類標準，采用 543(TM 影像)和 654(OLI影像)波段組合，根據地物的光譜輻射特性，應用影像的色調與色彩、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、建設用地、旅游用地、植被、農用地和其他．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]分析了研究區域海岸線變遷狀態．

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移矩陣[17]，分析不同階段土地利用轉化趨勢．在轉移矩陣的基礎之上，選用單一土地利用動態度模型和綜合土地利用動態度模型[18–19]分析儋州灣海岸帶各類地物的動態變化和研究區域時空變化特征．

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

2 結果與分析

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．受洋浦新港建設和海花島圍填海影響，海岸線變化主要表現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度見表 2．結合表 1、表 2，總結了近 16年來儋州灣海岸帶主要土地利用時空變化特征．由于受季節影響，儋州灣海岸帶地區河流湖泊與灘地呈一定的季節變化，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度Tab. 2 Single dynamic degree of land use types in the coastal zone of Danzhou bay from 2000 to 2016

(1)農用地面積持續減少

農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年單一動態度為-1.49%,，相比其他時期動態變化更大，空間上(圖 4)，這一時期洋浦半島大部分農用地變為了建設用地，建筑物建設對農用地的破壞最大．盡管農用地占比持續下降，但始終占整個陸上海岸帶面積的 76%,以上，農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建設已經完善．2010—2013年旅游用地變化緩慢，同期?；◢u著手建設，因其暫不具備旅游功能將其歸為建設用地．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?；▏H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)道路和建設用地增長顯著

建設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年道路和建設用地單一動態度分別為42.63%,和 24.8%,，遠高于其他兩個時期，說明此時期道路和建設用地動態變幅最大，變化速度最快．空間上(圖 4)，建設用地主要集中在洋浦半島的開發、洋浦港的興建、洋浦灣沿岸建設以及城市化進程中城鎮建設規模的擴大．道路表現為海南環島高速、海南西環高鐵、308省道、315省道以及一些縣道的建設．

(4)池塘面積穩定增長

池塘面積穩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，主要依靠養殖水塘來發展生態養殖業，實現生態與經濟的雙贏[21]．

(5)植被呈增加趨勢

植被單一動態度在各個階段呈正值，2010年之后單一動態度較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年發布的《國務院關于推進海南國際旅游島建設發展的若干意見》指出要嚴格實行生態環境保護制度，推進海防林恢復和建設工程、天然林保護工程，鞏固退耕還林成果[15]．“十二五”規劃(2011—2015)制定和實施海洋發展戰略，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移在16年監測期間不僅表現在陸地上 9種土地利用類型內部的轉化，還體現在海陸轉移，最主要的形式為農用地向建設用地、旅游用地、道路、池塘以及近岸水域向建設用地和旅游用地的轉移．

土地轉移在不同階段也各有特點．

(1)2000—2010年以農用地的轉出及建設用地、池塘的轉入為主(表3)．10年間農用地轉出面積有41.1,km2，其中61%,轉化為建設用地、15%,轉化為池塘．受城鎮規模擴大、工礦建設和經濟模式多元化影響，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入開始出現，全部由農用地轉化而來，主要集中在洋浦半島鹽田村．這一時期綜合土地利用動態度為0.22%,，空間動態變化?。?/p>

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年以農用地、近岸水域的轉出和建設用地、道路的轉入為主(表 4)．建設用地轉入面積有 40.67,km2，其中 68%,來自農用地，28%,來自近岸水域．由農用地轉化而來的集中體現在工業用地面積的增加、村莊規模的擴大、城郊城鎮的興建以及洋浦半島洋浦經濟開發區建設．由近岸水域轉化而來的主要表現在洋浦半島碼頭、港口的建設及?；◢u圍填海的進行．道路轉入的面積 97%,由農用地轉化而來，體現在高速、高鐵、省道等的建設．這一時期綜合土地利用動態度達到0.88%,，是研究時段內空間動態變化最大的時期，這反映了這3年間城市化進程加速，人類對自然環境的改造最為強烈，土地利用類型之間的相互轉化最為劇烈．

(3)2013—2016年動態變化主要表現在近岸水域向旅游用地的轉移(表 5)．這一時期城市化進程逐具規模，各種基礎設施建設逐漸放緩，綜合土地利用動態度僅為 0.22%,，空間動態變化?。糜斡玫氐霓D入 91%,來自近岸水域(2010—2013年主要來自種植區)，圍填海加速進行．

表3 儋州灣海岸帶2000—2010年土地利用動態轉移矩陣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年土地利用動態轉移矩陣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年土地利用動態轉移矩陣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域空間變化特征，結果如圖 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域，其中以 2013—2016年洋浦灣?；◢u動態變化最大，反映了?；◢u圍填海建設速度最快．2010—2013年洋浦半島動態變化次之，反映了 2010—2013年洋浦半島洋浦經濟開發區建設迅速．2000—2010年研究區域動態變化最小，反映了這 10年間儋州灣海岸帶發展速度緩慢．這主要受海南島儋州灣海岸帶建設重心轉移的影響，研究區域在 2000—2010年重心在零散的城鄉工礦用地建設和池塘的興建，2010—2013年重心在洋浦半島的開發，2013—2016年重心轉移到洋浦灣?；◢u旅游建設．

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

2.5 土地利用變化驅動力分析

儋州灣海岸帶土地利用變化主要受經濟、政策、旅游等因素影響．改革開放后，經濟模式逐漸多元化，城鄉工礦建設得到發展，養殖事業逐具規模．與此同時，第三產業密度上升，交通建設和旅游業逐漸興起，促進人口流動，帶動了當地經濟的發展．20世紀80年代和90年代，海南港務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，對海南洋浦開發區發展起到了至關重要的作用．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展熱點[23]．2010年國務院提出推進海南國際旅游島建設，加速了海花島建設進程，其中實行的海防林、天然林保護工程以及“十二五”規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和?；◢u圍填海工程的開展，海岸線由陸向海推進．

3 結 語

本文運用 RS和 GIS技術，對儋州灣海岸帶地區 4期陸地衛星遙感影像數據解譯，運用定量分析、動態度模型和轉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度變化最大，城市化進程最快．研究區域動態變化的熱點地區在洋浦半島和洋浦灣．洋浦半島建設集中在 2010—2013年，?；◢u建設集中在 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化，土地結構趨于多元化．土地轉移主要表現為農用地向建設用地、旅游用地、道路、池塘的轉移以及近岸水域向建設用地、旅游用地的轉移．研究時段內旅游用地增速最快，建設用地和道路次之．

與發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建設漸成雛形．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的新契機，加快西部大開發，合理制訂土地利用規劃，縮小地區發展差距，培育海島經濟新的增長極，是海南省建設開發的新出路．在當前海南島西部旅游熱的大背景下，儋州灣海岸帶地區生態系統面臨挑戰，在日后的開發過程中應當注意因地制宜發展優勢產業，避免生態環境被破壞，防患于未然．