杭州灣南岸圍墾土地人類活動強度及對濱海濕地覆被類型的影響

王麗佳，李加林,2,3*，田 鵬，姜憶湄，劉瑞清，童 晨，周子靖

（1.寧波大學地理與空間信息技術系，浙江·寧波315211；2.寧波大學東海研究院，浙江·寧波315211；3.寧波陸海國土空間利用與治理協同創新中心，浙江·寧波315211）

土地是人類主要經濟社會活動和生態空間載體[1]，海岸帶地區作為社會經濟發展和人類活動的主要集聚地，其土地資源價值與日俱增。為增加耕地、拓展城市空間、服務工業生產、緩解人地矛盾、貫通江河水系、消除內澇隱患等[2-4]，“圍填海”現象在世界多個沿海地區頗受推崇[5-7]，使得區域內土地開發利用程度日益強化，土地覆被類型相應發生劇烈演替。人類活動空間的向海式擴張可收獲諸多效益，但土地利用方式及時空格局的變化也會間接引發土地資源承載和生態系統服務功能退化[8]，不斷催生出人地矛盾激化、土地過度開發、岸線利用結構不可持續等窘境[9-11]。

濱海濕地圍墾作為一項重要的海洋工程，已經成為多數城市向海洋拓展生存空間和生產空間的一種重要手段[12]。由于長期大規模圍墾，自然濱海濕地面積縮減迅速、自然岸線銳減等問題較為突出[13]，已經嚴重損害海洋和陸地生態系統，引發國家相關部門對海洋生態問題的持續關注[14-15]。杭州灣南岸屬淤長型灘涂，其悠久的圍墾歷史最早可追溯至唐宋時期，是浙江省土地后備資源最為充足的地區，以慈溪段最具有代表性[4]，其灘涂圍墾區以農業利用型為主[16-17]，其海灣岸線和向海推進距離的多年變化較北岸更加深刻[18]。杭州灣南岸地處陸緣與海洋交匯的生態空間，依靠圍墾積累了社會經濟發展的資源基礎，寧波杭州灣新區GDP 曾多年基本保持大于25%的超高速增長，綜合實力快速增強[9]。

研究濱海濕地圍墾特征，評價人類活動對濱海圍墾濕地的開發強度，總結土地覆被類型規律，對于有效維護濱海濕地生態安全、切實提高海岸帶土地資源管理和濱海濕地保護水平具有重要意義。基于此，選取杭州灣南岸圍墾規模相對較大時期的（2005、2010、2015 年）相關遙感影像及土地利用數據，對北部弧形淤泥質濱海濕地圍墾區的土地開發強度、覆被類型空間格局進行多重疊加分析，揭示土地利用的時空演變規律，構建開發強度評價體系，評估圍墾區內各地區土地利用水平，以期為統籌陸海國土空間開發保護、海岸帶資源集約利用和濱海濕地生態保護修復提供數據參考。

1研究區概況

研究區濱海濕地位于浙江省寧波市北部，其前身是慈溪經濟開發區，現屬寧波杭州灣新區（圖1）。研究區內包括庵東鎮、崇壽鎮全域及市海涂地、杭州灣新區、周巷鎮、新浦鎮的一部分。西訖余姚，北隔杭州灣與上海、嘉興相望。自然條件優越，氣候常年溫和濕潤，光熱條件良好，四季分明，屬北亞熱帶季風氣候區。在地質構造上屬新華夏系第二隆起帶地段，區內地勢由南向北呈條帶狀分布，淤質灘涂在北部廣闊分布，涂內為濱海沉積平原，呈扇形向北凸出于杭州灣，海拔3-5m。南部平原土壤肥沃，水系發達。

圖1研究區區位示意Fig.1 Sketch map of the study area

研究區灘涂資源豐富，圍涂造地歷史悠久。海岸線向北凸出顯弧形。在海岸潮流作用下，長江、錢塘江、曹娥江排出的大量泥沙經海流搬運，沉積在慈溪沿海，形成大片淤長型海岸灘地。20世紀90年代以后，慈溪市圍涂筑塘技術成熟，施工設備和施工工藝逐步先進，圍塘砌筑標準級別提高，單塊圍涂規模擴大。且先后在市“九五”（1996-2000）及“十一五”（2006-2010）規劃中確定了圍涂目標和規模，統一規劃階段性圍涂，以保證土地的有序擴張。

2數據來源及研究方法

2.1數據來源及處理

選取杭州灣南岸2005、2010及2015共3期Landsat TM/OLI 的30 m 分辨率的遙感影像（軌道號118-39），為減少解譯干擾，優先選擇云量較少、人類活動較為豐富、植物生長良好的夏半年時期的清晰圖像。利用ENVI 軟件對遙感影像經大氣校正、幾何精校正、假彩色合成、目標區域影像裁剪等預處理步驟，另通過土地覆被類型目視解譯與解譯斑塊平滑處理等步驟，初步獲得研究區土地利用數據。后在ArcGIS 10.6平臺中，結合Google Earth 歷史影像、第二次全國土地詳查更新數據、地理空間數據云平臺提供的高精度解譯土地利用數據、2015年圍墾區域范圍邊界線等，對濱海濕地的岸線范圍、土地利用類型做精準校正，最終獲取研究區平均精度達94.27%的濱海濕地土地利用矢量數據。

依據中國土地利用現狀分類國家標準（GB/T 21010-2007），將研究區濱海濕地景觀分為水田、旱地、林地、草地、草灘濕地、建設用地、水體（主要指人工開挖的河渠及坑塘）、灘涂共八種地類（圖2）。

圖2研究區2005-2015年土地利用現狀Fig.2 Land utilization of the study area in 2005-2015

2.2 研究方法

（1）Markov 模型

馬爾科夫模型是基于馬爾科夫過程理論而形成的預測事件發生概率的一種方法[19]，多用于預測無后效性特征的地理時間[20]，通常被用于描述土地利用覆被的格局變化。在土地利用變化研究中，土地利用類型對應Markov 過程中的“可能狀態”，而類型之間相互轉化的面積數量比例即為狀態轉移概率，公式如下：

式中：S(t)、S(t+1)分別表示t、t+1時刻的系統狀態；Pij為狀態轉移概率矩陣（景觀類型轉換概率矩陣），如下[21]：

式中：Pij為景觀類型i轉化為景觀類型j的轉換概率（為景觀類型的數量。

（2）土地開發利用動態模型

土地利用動態度反映了土地利用變化速率的區域差異，公式如下[22]：

式中：Si為監測開始時間第i類土地利用類型總面積，Δsi-j為監測開始至監測結束時段內第i類土地利用類型轉換為其它類土地利用類型面積總和，t為時間段，土地利用動態度S反映了與t時段對應的研究樣區土地利用變化速率。

（3）人類活動強度定量評估

人類活動強度是表征人類對陸地表層自然、社會、經濟影響和作用程度的綜合指標[23-24]，本文主要參考理想狀態下土地利用利用程度分級原理[25]，結合濱海濕地圍墾土地覆被類型情況[26]，按人工活動影響程度，對8種地類進行賦值分級，結果如表1 所示。

表1濱海圍墾濕地人類活動強度分級賦值Table 1 The classification values of human activity intensity of coastal reclamation land

式中：H為研究區土地利用多樣性指數，值越大表示土地利用類型多樣化程度越高；Pi為研究地區第i級土地利用類型所占百分率；m為土地利用類型數量。

3結果分析

3.1濱海圍墾土地人類活動強度分布

疊加各時期土地開發利用數據與人類活動強度分級數據，經自然斷點法重新分為5類，得到研究區圍墾土地人類活動強度空間分布結果（圖3）。由結果可知，圍墾區人類活動強度分布與海陸距離有密切關聯，研究區內圍墾土地的人類活動強度總體沿東西海岸線方向遵循開發強度遞減規律自南向北呈條帶狀分布，即距海越近的區域土地開發強度越低，距海越遠的區域土地開發強度越高。加之研究區地處杭州灣南岸北凸部分，自然淤積速率快，受人類圍墾活動影響較大，各強度開發區域的范圍邊界形狀具有明顯的平直特征，土地開發強度宏觀分布格局與人類圍墾活動拓展范圍基本一致。

圖3杭州灣南岸圍墾區人類活動強度分區Fig 3 The human activity intensity distribution of coastal reclamation land in 2005-2015

由濱海圍墾土地開發強度分區統計結果（表2）可知，研究期間，低度開發區土地面積不斷減少，比例下降明顯，10年間共流失104.441 km2；中度和極高度開發區面積持續增加，比率逐年上升。其中，在2005 年占比僅7.67 %的中度開發區土地，到2015年已升至全域的31.13%，總面積累計增加82.940 km2；而極高強度開發區在研究期末的土地面積是初期的2.7倍，增長速率較快，總面積增加量達42.516 km2。此外，較低度開發區內的土地面積先增后降，較高度開發區內的土地面積先略有下降后基本保持不變。這表明，10 年間，開發度越弱的土地面積逐年減少，開發度越高的土地面積快速增加，研究區內濱海圍墾土地主要向中度、極高度開發方向轉變。

表2研究區濱海圍墾土地開發強度分區統計Table 2 The development intensity result of coastal reclamation landin 2005-2015

3.2 濱海圍墾土地人類活動強度變化

由研究區濱海圍墾土地多年人類活動強度增減分布結果（圖4）可知，2005-2015 年期間，杭州灣南岸海岸帶土地開發利用度逐漸深化，向城鎮聚落用地方向轉變，土地開發水平不斷提高。開發強度變化劇烈的土地主要集中在研究區中部，依然呈條帶狀分布。土地開發增強區的面積遠大于開發減弱區，且開發增強區的面積范圍不斷擴大，逐漸由南向北呈“向海式”擴張，增強區的分布也逐漸由分散向“連片式”轉變。

圖4濱海圍墾土地人類活動強度變化Fig.4 Human activity intensity distribution changes of coastalreclamation land

從具體增減幅度看（表3），在中強度縮減區，研究區圍墾土地多年開發強度差異十分細微，可見在濱海圍墾區土地開發利用上，相鄰5年內鮮有“建筑用地退還為自然植被（林地、草地、草灘濕地）”或“耕地（水田、旱地）退還為濱海灘涂”等開發水平大幅降低的情況。在低強度浮動區，2005-2010 年間土地面積變化較少，但在2010-2015年間，有44.266 km2的土地其開發水平提升了1個強度級，占當年總變化量的37.80%。在中強度增加區，動態度為2的土地在當期變化量中的比例由2005-2010年的87.86%下降至2010-2015 年的40.04%，但同水平開發強度的土地面積仍位居各時期第一。2005-2015年開發水平提升2 度的土地總增長面積達83.715 km2，占總比一半以上。整個研究期間，中強度增加區的面積占到全部土地變化量的80%，僅有少許土地在高強度增加區。由此可知，研究區內濱海圍墾土地開發強度動態度為2的在各時期內占比最高，土地開發普遍以高出原土地2～3個強度級別進行，部分土地提升1個強度，土地開發強度驟變的情況極少出現。

表3研究區濱海圍墾土地多年開發強度動態度Table 3 Development intensity changes of coastal reclamation land in different years

3.3 濱海圍墾土地覆被類型變化響應

由研究區濱海圍墾土地各覆被類型面積變化量及轉移矩陣（圖5、表4），各土地覆被類型面積均發生了不同程度的變化，差異性明顯；灘涂、水田、林地等的面積呈減少趨勢，建設用地、旱地、水體等的面積呈增長趨勢；灘涂和草灘濕地是主要的轉出類型，建設用地和水體（養殖魚塘）是主要的轉入類型。10年間，研究區內灘涂的面積不斷減少，共累計減少104.441 km2，建設用地和水體的面積不斷增長，分別累計增加了42.516 km2和82.940 km2。草地和草灘濕地面積變化量波動性較強，草地面積在研究期間略有增加，草灘濕地面積累計減少21.380 km2。旱地、水田、林地的面積變化量則十分微小。該結果表明灘涂和草灘濕地等自然地類人工化程度不斷加強，逐漸向人工魚塘及建設用地方向轉化。

總結各地類高頻轉化的組合可知，灘涂—草灘濕地、灘涂—水體、草灘濕地—水體、草灘濕地—建設用地這4 種是最主要的轉化類型，各地類間的開發強度變化度多集中在1～2 之前，僅草灘濕地—建設用地的開發強度變化度為3，這與上文得出的土地開發強度動態變化結果相互印證。

圖5 2005-2015年土地利用類型面積變化Fig.5 The changed area of each land-use type in 2005-2015

表4濱海圍墾土地各利用類型面積轉移矩陣（單位：km2）Table 4 The transfer matrix of each land-use type in the study area

3.4 濱海圍墾土地開發強度區異特征

由各鄉鎮內人類活動強度結果可知（表5），研究期間，各開發強度等級的土地區域分異特征顯著，濱海鄉鎮低開發強度土地分布面積廣、開發潛力大、開發前后強度變化差距較大；距海遙遠的內陸鄉鎮，已有土地開發程度水平高、低強度土地存量小、整體開發度變化細微。

從最值結果看，市灘涂地Ⅰ類土地擁有量最多，Ⅴ類土地占比最小。周巷鎮北側在研究區范圍內Ⅰ～Ⅲ類土地極少，土地的人工開發水平整體較高。從各區域內分布結果看，市灘涂地2005 年土地開發強度越高，土地擁有量越大；隨著時間推移，到2015年，面積量最大的Ⅰ類土地已由最初的187.028 km2銳減至81.548 km2，Ⅱ、Ⅳ類土地有小幅增長，但Ⅲ類土地已由初期的11.452 km2快速增長至95.439 km2，同時還伴有Ⅴ級土地由1.646 km2增至15.096 km2的開發，區域內開發強度為的土地面積擴張最快，人類活動強度為I 的土地面積流失最嚴重。庵東鎮域內各開發強度級內的土地分布較為穩定，土地主要人類活動強度達Ⅳ～V 級，除Ⅴ級土地量發生小幅增長外，其他強度的土地略有減少，區域內土地開發保守，低強度土地損失和高強度土地擴張比較溫和。2005-2015年間，杭州灣新區Ⅱ級和Ⅴ級土地面積變化最為明顯，兩類強度級土地面積此消彼長，其他強度級土地變化細微。這種圍墾土地人類活動強度的短期內大幅度驟變，主要是受杭州灣新區開發政策影響，使得Ⅱ級土地直接向V 級土地加速開發，跳過了臨近開發強度土地過渡階段。崇壽鎮、周巷鎮、新浦鎮在研究期間土地開發強度分布與變化量均比較微弱，一方面是因為落在研究區內的面積本身較小，二來也是因為距海較遠，區域內主要為開發程度比較高的土地，低強度類土地存量小，導致變化不夠明顯。

表5研究區各鄉鎮人類活動強度Table 5 The result of human activity intensity in different towns

4結論與討論

4.1結論

基于2005、2010、2015 三期30 m 分辨率的遙感影像及土地利用數據，在杭州灣南岸北部凸出弧形淤泥質濱海濕地這一主要受人工圍墾影響的典型區域內，分析圍墾土地的人類活動強度及覆被類型的時空演變特征，總結其變化規律，為統籌陸海國土空間開發保護、促進海岸帶資源集約利用和濱海濕地保護修復等提供有益數據參考。研究發現：

（1）研究區內圍墾土地人類活動強度自南向北呈條帶狀遞減，與距海距離遠近有密切關聯。其宏觀分布格局與圍墾活動拓展范圍基本一致，且各強度開發區域的范圍邊界形狀具有明顯的平直特征；活動強度越低的土地面積逐年減少，活動強度越高的土地面積快速增加，城市建設進程推進顯著。

（2）研究區內濱海圍墾土地主要向中度、極高度開發方向轉變，圍墾土地人類開發活動增強區的面積遠大于強度減弱區，其分布范圍不斷擴大，并由南向北呈“向海式”擴張，結構上逐漸由分散型向“連片式”轉變。土地開發活動普遍以高出原土地2～3 個強度級別的進行，部分土地提升1個強度，土地開發強度驟變的情況出現極少。

（3）灘涂和草灘濕地等自然地類的人工化程度不斷加強，逐漸向人工魚塘及建設用地方向轉化。灘涂和草灘濕地是主要的轉出類型，建設用地和水體（養殖魚塘）是主要的轉入類型。灘涂、水田、林地等地類面積呈減少趨勢，建設用地、旱地、水體等地類面積呈增長趨勢。灘涂—草灘濕地、灘涂—水體、草灘濕地—水體、草灘濕地—建設用地是4 種主要轉變組合。

（4）研究期間，各人類活動強度等級的土地區域分異特征顯著，濱海鄉鎮低活動強度土地分布面積廣，開發潛力大，開發前后強度變化差距較大；距海遙遠的內陸鄉鎮，已有土地人類活動程度水平高，低強度土地存量小，整體開發度變化細微。市灘涂地Ⅰ類土地擁有量最多，其土地面積流失最嚴重，強度級的土地面積擴張最快。庵東鎮區域內土地開發保守，低強度土地損失和高強度土地擴張比較溫和。杭州灣新區受開發政策影響，Ⅱ級土地直接向Ⅴ級加速開發，跳過了鄰近強度過渡的常規階段。

4.2 討論

杭州灣南岸自古就是典型的淤長型灘涂，農漁業發達，經濟發展基礎良好。憑借長江三角洲地區獨特的區位優勢，在經濟建設和社會發展進程中，其人口增長及城市化、工業化發展水平也一直位居地區前列。自2001 年杭州灣新區開發建設啟動以來，為拓展發展空間，土地的向海擴張不斷有序進行，更加刺激濱海濕地土地覆被類型和土地開發強度發生顯著演替。因此自然演替規律受到強烈的人為干擾，土地利用類型發生了典型的“非常規化”演替現象，即自然植被有規模地快速轉化為城鄉及工業建設用地，以服務高速開發需求。

為應對海洋生態環境日益嚴峻的形勢和海洋開發秩序混亂問題，近年來國家相繼出臺了系列極為嚴格的圍填海管控措施。實際上，如此嚴格的圍填海管控和濱海空間的科學利用與規劃要求，不僅不會影響地方經濟建設和社會發展，反而會發揮出良性的反刺激作用，有效改變地區粗放式發展的舊途徑，增強節約集約、科學用海水平，并盤活大量存量土地資源。2019年7月，寧波前灣新區通過審批正式設立，全面融入“長三角一體化發展”國家戰略，將推動杭州灣南岸地區發展邁向新的時期，其在實現陸海統籌與綜合管理、維護濱海濕地生態安全、構建國土空間開發保護新格局等方面的各項舉措十分可期。

本研究采用了多時相遙感監測手段，這對于追溯2005-2015年間杭州灣南岸圍墾區內濱海濕地景觀的連續變化、輔助做好精準生態修復十分必要。當然本研究難免存在不足之處，未來還將進一步增加對圍墾區外部海岸線形態、生態服務價值等研究，為海洋資源的嚴格保護和有效修復提供更有意義的科學依據。

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