1957—2017年廈門市馬鑾灣國土開發動態規律

崔勝輝，丁晟平，徐禮來，湯劍雄，李方一，沈育生

(1.中國科學院城市環境研究所、城市環境與健康重點實驗室，福建 廈門 361021； 2.廈門市城市代謝重點實驗室，福建 廈門 361021；3.中國科學院大學，北京 100049； 4.合肥工業大學管理學院，安徽 合肥 230009)

國土開發是人類與自然耦合系統的核心環節，是人類與環境相互作用的主要形式[1]。土地利用變化能反映自然格局、過程與人類社會之間最直接的相互關系，是人口、資源、環境可持續發展的基本問題[2]。尤其在海灣地區，工業化與城鎮化發展迅速，土地利用變化劇烈，人地矛盾更為突出，陸海統籌的需求凸顯。

從1995年國際上提出“土地利用/土地覆被變化”研究計劃后，國內外已有豐富的沿海地區土地利用變化的研究，主要集中在土地利用變化的規模和速度、結構、程度、擴張形式等時空變化特征[3-11]、驅動力機制[12-14]以及生態效應研究[15-20]。空間尺度上從海灣[3-6,15]、海岸帶[3,7-8]、海島[9]到發達省市[10-11,13,16-18]、國家[14,20]都有研究。如馮雪等(2016)對比分析了峴港灣和深圳灣1987—2015年土地利用變化的幅度、速度和程度，發現兩灣耕地、林地、水體都有減少，建設用地大幅增加[4]；吳莉等(2015)分析了2000—2010年環渤海省市海岸帶土地利用、海陸格局變化特征，發現環渤海省市土地利用變化的區域差異和陸海梯度特征非常顯著[11]。在研究方法上，土地利用動態度作為定量描述區域土地利用變化的速度和區域差異的指標，在已有研究中得到廣泛應用[4-5,7,11-12]。但是，以往的研究大多僅針對土地利用變化的規模、速度、結構等某些方面，研究時間以10～30 a中小尺度居多，長時間序列的綜合土地利用演變過程研究較少，且大多關注陸域土地利用變化，將陸域與海域進行綜合分析的研究尚不多見。然而，海域與陸域開發在資源、環境等方面的沖突和矛盾日趨尖銳[21]，當前對于海灣地區國土開發利用規律的認識尚不足以支撐國土開發陸海統籌的決策，迫切需要深入探討。

本研究以廈門市馬鑾灣為例，綜合歷史地圖、遙感影像等多源數據，采用人機交互圖像處理的方法獲取了1957—2017年間9個時期的土地利用數據，從規模、速度和結構3個方面分析了60年間馬鑾灣陸域和海域開發利用特征，以期揭示我國海灣地區不同發展時期的國土開發規律，為海灣地區國土開發與管理提供借鑒意義。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究區概況

馬鑾灣與廈門本島西北部隔海相望，西北邊和南邊分別有天竺山和蔡尖尾山構成的天然生態屏障，地形從西北、南兩側向馬鑾灣水域傾斜，形成典型的海灣地形特征(圖1)。研究區涉及集美、海滄兩個行政區，總面積為62.21 km2，1957年常住人口約為3.2萬人，2017年增長為31.8萬人左右。研究區內有廈門市重要的工業區含杏濱工業區、新陽工業區， 2015年進入馬鑾灣新城建設的新階段，新城規劃總面積約為37.00 km2，規劃人口為40.0萬人，新城定位為海峽兩岸合作的地區性服務基地、產城融合的國際化智慧生態海灣新城。從1957年半農半漁的農村發展到2017年高度城市化的城區，60年間馬鑾灣主導產業從“農業-工業-工商業”逐步轉變，工業化與城鎮化發展迅速，土地利用變化顯著，是中國沿海快速城市化的典型區域之一。

圖1 馬鑾灣地理位置

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用變化速度模型 土地利用變化速率可以用土地利用動態度表示，計算公式[22]為

(1)

(2)

式(1)、(2)中：K代表單一土地利用動態度，Ub和Ua分別是末期和初期某一土地利用類型的面積(hm2)，T為研究時段(a)，LC為綜合土地利用動態度，n為土地利用類型數量，LUi為初期i類土地類型面積(hm2)，LUi-j為i類型轉化為其他土地類型面積變化的絕對值。

1.3 數據來源和處理

1.3.1 數據來源 土地利用來源數據包括：①歷史圖集，其中包括1957、1972、1983、1992、1997、2002年廈門市地圖；②1972—2017年期間的8期遙感影像(表1)，其中MSS、TM影像來源于美國地質調查局網站(http://glovis.usgs.gov)，SPOT 5、SPOT 7和Worldview II為高分辨率影像；③廈門市10 m分辨率DEM數據；④其他輔助資料，如地方志、行政區劃圖，并進行了相關外業調查，為土地利用解譯提供了重要支持。

表1 馬鑾灣遙感影像數據表

1.3.2 數據處理 本研究的海域范圍指起始年(1957年)研究區岸線以內海域(含灘涂)，如圖1所示。應用ENVI 5.2軟件對影像進行幾何校正、圖像增強等預處理，以2013年Worldview II影像為基準對其他影像、歷史圖集進行配準；結合輔助資料，在ArcGIS 10.5中人工矢量化提取1957年土地利用信息；利用面向對象的方法，在eCognition 8.7軟件中提取遙感影像的土地利用信息；再結合歷史地圖、實地調查等資料目視解譯以局部校正提取結果。參照土地利用現狀分類國家標準[23]，將土地類型分為草地、紅樹林、灘涂、鹽田、耕地、林地、村莊用地、工業用地、交通用地、其他城鎮用地、養殖用地、水體和未利用地共13類，最終得到9個時期的土地利用類型圖。

1.3.3 精度驗證 由于研究區尺度小，本研究綜合多源數據目視解譯得土地利用類型圖，對不確定的地塊通過歷史圖集、野外考察逐一比對，對錯分的地塊手動修正，從而提高分類精度。對土地利用解譯數據開展了2次野外考察，累積考察面積大于2 500 hm2，約占研究區面積的40.2%，共收集了66個驗證點對2017年土地利用數據開展精度驗證，共有61個點解譯正確，解譯精度為92.4%；對于1957、1972、1987、1992、1997、2002、2007年土地利用數據的精度驗證，每期隨機生成80個采樣點，通過查閱地方志、歷史地圖等資料，訪談當地居民并幫助他們回憶當年土地利用信息，獲取相應驗證信息，80個驗證點中分別有66、65、68、69、72、73、78個顯示解譯正確，驗證精度均大于81.3%。數據精度符合研究的需要。

2 結果與討論

2.1 總體土地利用空間變化

如圖2所示，1957—2017年馬鑾灣土地利用變化劇烈，空間差異顯著。工業化和城鎮化導致建設用地迅速蠶食耕地和生態用地，生產用地從“農業-工業-工商業”逐步變遷，生活用地由村莊用地逐步轉為城鎮居住用地，生態用地由自然生態系統轉為人工生態用地，其中紅樹林、灘涂、鹽田在1972年后逐步消失。馬鑾灣城區自北向南、自東往西擴展，最先開始于杏濱街道，到1991年向南擴張了新陽工業區，2003年向西即東孚鎮擴張，陸域開發呈現杏濱→新陽→東孚→灌口的時序特征，總體特征東部快于西部。這種顯著分異是由區位和政策因素導致的，東部(杏濱、新陽)靠近廈門島，受廈門島的輻射作用，經濟發展較快，同時杏濱工業區、新陽工業區的相繼成立，加速了土地利用變化。海域開發則從近岸往淺海發展，圍填海活動頻繁，1957—2007年海域面積快速減少，2009年后逐步“退圍還海”，部分海域面積得到恢復。

圖2 1957—2017年馬鑾灣土地利用變化過程

2.2 土地利用變化規模

1957年建成的鷹廈鐵路穿過馬鑾灣地區，連接了廈門島與陸上交通，使得馬鑾灣乃至廈門市快速發展，此后建設用地不斷增加。城鎮用地從無到有，60年間增加了2 556.22 hm2，后30年增量為前30年的21.4倍，其中工業用地增量最大，共計增加了1 365.63 hm2，1992—2013年增加最顯著，占比為79.5%。馬鑾灣新城開發之后，其他城鎮用地、退養和填海形成的未利用地顯著增加，2013—2017年增加量分別占其總量的52%、66%；村莊用地60年間增加了5.5倍，1997年后增速明顯放緩，這與部分村莊用地轉為城鎮用地有關。

60年間建設用地的增加是以耕地、林地等生態用地的減少為代價，耕地減少了2 578.58 hm2，減幅高達79.0%，但耕地面積在1957—1972年大幅增加，這主要是由于20世紀50年代為燒堿工業用鹽需要，于1957年興建海堤，1960年建成后灘涂圍墾成海田所致；林地減幅71.0%，其中85.0%發生在1997—2017年，期間西南岸大片小山丘被平整用于廠房建設；草地面積少，變化不明顯。

養殖用地面積先增后減，水體則相反。馬鑾灣海堤建成后在灣內南岸建成281.00 hm2的鹽田，1984年后鹽田逐步被改為養殖池，且發展迅速。1957—1972年養殖面積小于10.00 hm2，1972—1997年迅猛發展，15 a增加了1 929.54 hm2，這與1983年設立馬鑾灣水產養殖基地有關，同時1990年網箱養殖技術的引進使海域養殖迅速形成規模，到2002年灣內淺水區共開辟了2 000.00 hm2蝦類養殖和1 400.00 hm2淡水養殖，中西部較深水區發展了2 000只網箱養魚，而2007年隨著海域養殖的清理，養殖面積開始呈下降趨勢，期間水體面積小幅增加。

2.3 土地利用變化速度

60年間馬鑾灣土地利用變化速度呈加快趨勢(表2)，LC從1957—1987年的1.12%上升到1987—2017年的2.43%，變化較快的為2013—2017年、2007—2013年，分別為9.10%、5.23%，說明2007—2017年間變化尤為劇烈。陸域和海域的變化速度在不同階段具有顯著差異，1957—1987年陸域變化緩慢，LC僅為0.45%，同期海域變化速度為陸域的5.5倍。1987—2017年陸域和海域速度較快，尤其是2013—2017年，LC分別為5.87%、11.29%，這是由工業、城鎮快速擴張和養殖業劇烈變化所導致。

表2 1957—2017年馬鑾灣土地利用動態度變化

續表2

不同土地類型在各時期變化不均衡。臺商投資區(1989年)、新陽工業區(1991年)的相繼成立，使工業用地快速擴張，在1987—1992年、1992—1997年K較大，分別為29.94%、35.43%。60年間耕地、林地減少最多。1972年之后耕地快速減少，減速呈加快趨勢，且在2007—2013年、1992—1997年減速較快，K分別為-6.52%、-6.29%；林地不斷減少，減速較快的為2007—2013年、2013—2017年，K分別為-7.09%、-5.66%；養殖用地劇烈變化，2013—2017年急劇下降，K為-21.93%，這與新城建設前開展的生態修復工程有關。

2.4 土地利用結構變化

受農業現代化、工業化和城鎮化過程的影響，馬鑾灣土地利用結構變化階段性特征顯著(圖2、3)，可以分為1957—1987年(30 a)、1987—2007年(20 a)、2007—2017年(10 a)3個階段，分別代表了種植業為主、養殖業與工業并重、工商業為主的經濟發展階段。

1957—1987年耕地占主導地位，占比大于50%，國土開發以灘涂開發為主。灘涂轉出的面積最大(1 144.9 hm2)，并在1987年完全消失，其中69.1%轉為海田，22.4%轉為鹽田。1953—1985年全國實行糧食統購統銷政策，常出現“糧票難求”、“供應不足”等問題，灘涂開發大幅增加了耕地面積，緩解了糧食短缺，但同時也嚴重破壞了紅樹林，35.49 hm2的天然紅樹林到1972年完全消失，主要轉為耕地。同期養殖用地、工業用地增加，工業與養殖業開始發展。

1987—2007年主要是養殖和工業快速擴張導致的土地利用變化。1997年形成耕地、養殖用地、建設用地三足鼎立之勢，占比分別為37.8%、25.9%、22.3%；1987—2007年工業用地增加了12.9倍(1 003.74 hm2)，90.1%為耕地轉入，7.5%為林地轉入；養殖用地20 a增加了3.80倍(1 444.07 hm2)，1987—1997年快速擴張，海田、鹽田逐步被改為養殖池，同時海水養殖迅猛發展到深水區，使得養殖面積10 a增加了1 217.04 hm2，其轉入類型中54.9%為耕地，22.3%為鹽田，22.2%為水體。

2007—2017年以城鎮擴張為主。10年間交通用地、其他城鎮用地、未利用地分別增加了1.45倍、2.26倍、5.67倍，城鎮用地的快速擴張使耕地、林地、養殖用地大幅減少，其中耕地和林地減幅分別為49.3%、48.1%，由于馬鑾灣新城的規劃建設，灣內養殖全面清退，養殖用地急劇下降(減幅為90.9%)，68.9%轉為未利用地、9.0%轉為水體。至2017年建設用地占主導類型，占比為51.6%，城鎮用地占41.2%，同期耕地和養殖用地占比很少，分別為10.7%、3.2%。

2.5 討論

馬鑾灣從半農半漁的農村發展到高度城市化的海灣新城，經濟從“農業-工業-工商業”逐步發展，是中國沿海快速城市化地區的縮影。

2.5.1 馬鑾灣與內陸及其他沿海地區的比較 研究結果表明，馬鑾灣建設用地不斷增加，耕地和生態用地減少，這是沿海地區與內陸地區城市化進程中共有的特征[3-7,9-12,20,24-26]。然而，對比建設用地的增長速度發現，馬鑾灣1987—2007年建設用地年均增長率為17.10%，高于同期廈門島的10.90%[9]、天津濱海新區的9.58%[7]和鄭州城區的6.80%[24]，也高于1996—2004年重慶主城9區的5.86%[25]、1996—2010年武漢城區的4.63%[26]，快速城市化的沿海地區建設用地增長速度明顯高于內陸地區的鄭州、重慶、武漢等城區，這在馬鑾灣更為明顯，主要是因為期間馬鑾灣處于工業快速擴張期，工業化進程推動了建設用地的快速增長；而沿海地區土地變遷中有其獨特性，主要表現在海域開發，前期以灘涂圍墾為主，包括海田、鹽田、養殖池[3,8,27-29]；后期主要是填海造陸，用于工業、港口碼頭、城鎮建設等[4,10,30-31]。圍填海活動使得陸域面積增加，緩解了土地資源供需緊張矛盾；與其他沿海地區不同的是，馬鑾灣養殖用地變化劇烈，這是由于馬鑾灣建立水產養殖基地和馬鑾灣新城的政策所致。

圖3 1957—2017年馬鑾灣土地利用類型轉移過程

2.5.2 堅持陸海統籌 馬鑾灣陸域和海域的開發存在顯著差異，隨著工業化和城鎮化進程的加快，陸域開發速度不斷上升，而海域開發速度先增后減，1957—2007年由于糧食供應不足、水產養殖效益高，海域被大范圍開發，2007年后海域開發逐步減弱，特別是2013年后海域養殖清退，甚至出現“退圍還海”現象。其實早在2002年馬鑾灣開展了海域綜合整治，清除水產養殖，但2005年又出現了大面積養殖回潮。此外，陸海用地之間存在沖突，出現爭搶淺海灘涂和近岸海域空間的情況，因此，在制定土地開發與管理政策時要堅持陸海統籌，并要根據所處的發展階段制定適合的政策。

2.5.3 國土開發的綜合效益 工業和城鎮擴張促進經濟發展的同時也使耕地、林地等生態空間迅速減少；灘涂開發使耕地增加，一方面緩解了糧食短缺危機，另一方面嚴重破壞了紅樹林等濱海濕地，使其生態功能退化、生物多樣性減少；而海域養殖在獲得高收益的同時卻嚴重污染了馬鑾灣水質，使得馬鑾灣常年成為廈門污染嚴重海域[32-34]。如何評價國土開發過程中的生態環境效應并平衡糧食安全、經濟發展、生態保護三者之間的沖突，值得深入探討，如20世紀90年代馬鑾灣陸域的工業污染物排放對海域養殖造成損失。綜合評估國土開發的效益是國土開發中必須考慮的。

3 結論

(1)1957—2017年馬鑾灣經歷了“灘涂大開發-養殖和工業快速擴張-城鎮擴張”逐步變遷的過程，建設用地快速擴張，耕地、林地大幅下降，紅樹林和灘涂消失，養殖用地劇烈變化，土地利用變化不斷加快且呈現明顯的海陸差異。海域開發從近岸往淺海發展，圍填海活動頻繁。陸域的開發時序則由區位和政策因素決定。

(2)馬鑾灣國土開發有以下規律：①1957—1987年土地利用變化的驅動作用為農業現代化，耕地占各用地類型的主導地位，占比大于50%，國土開發以灘涂開發為主；1987—2007年驅動作用為農業現代化與工業化，主要是養殖和工業快速擴張導致的土地利用變化；2007—2017年則主要來自城鎮化，至2017年建設用地占主導類型，占比為51.6%，城鎮用地占41.2%；農業現代化主要驅動了海域開發，工業化和城鎮化主要驅動了陸域開發，而城鎮化驅動的土地利用變化速度最快。②海域開發前期以灘涂圍墾為主，后期主要是填海造地，大規模填海造地導致陸域面積增多。馬鑾灣的國土開發速度明顯高于內陸地區和其他沿海地區，而且海域的土地利用動態度高于陸域。

(3)陸域和海域的開發在各歷史階段呈現明顯分異，沿海地區進行陸海統籌的國土開發中需要根據所處的發展階段依據國土開發的綜合效益分別制定相應的開發政策。同時要注重協調糧食安全、經濟發展和生態保護三者關系，實現可持續發展。