儋州湾海岸带土地利用时空演变研究

薛永倩，李秀梅，王世昂，赵 亮

(1. 天津市海洋资源与化学重点实验室，天津科技大学海洋与环境学院，天津 300457；2. 国家海洋技术中心海洋遥感与测绘技术研究室，天津 300112)

海岸带是海洋与陆地间的过渡带，地理位置得天独厚，是人类生产、生活活动的密集区，土地利用/覆被变化(LUCC)作用强烈[1]．随着海洋战略地位的提升，海洋与海岸带旅游渐成热潮．海南岛海岸带旅游资源丰富，北部(海口等大城市)、东部(东海岸海滨旅游风景线)和南部海岸带(三亚等旅游景区)的开发利用已经相当完善，西部海岸带在过去却一直是海南岛热带旅游的瓶颈．把握儋州湾海岸带的土地利用动态和开发优势，研究儋州湾海岸带土地利用时空演变，对于合理利用土地资源，实现地区可持续发展提供了科学依据．

进入21世纪，国内外学者对LUCC的研究异常活跃[2–7]．Ustaoglu 等[8]认为土地利用模型表现了土地利用变化驱动力与预测未来可能土地利用用途之间的联系；史利江等[9]、肖思思等[10]、左丽君等[11]、吴莉等[12]、张丽等[13]、全泉等[14]运用土地利用动态度模型、转移矩阵模型、空间重心转移模型、土地利用程度指数、热点分析和景观格局分析等方法，针对不同区域土地利用演变过程进行研究．就地区而言，国内学者研究领域侧重于中国东部海岸带地区、发达大城市和生态脆弱敏感区，而针对海南岛西部海岸带土地利用变化的研究相对较少．本文针对海南岛西部土地利用变化活跃区儋州湾海岸带，借鉴前人研究方法，采用Landsat卫星遥感影像资料，结合RS与GIS技术，运用定量分析方法、转移矩阵及土地利用动态度模型，综合分析土地利用时空演变特征．

1 数据与方法

1.1 研究区域

选取海南岛西部土地利用变化最快地区儋州湾海岸带为研究区域，在海岸线的基础上向两侧各自生成大约10,km的研究缓冲区(图1)，区内包含了儋州市沿海大部分和临高县沿海的极小部分，经纬度范围在 109°02′E～109°36′E、19°33′N～20°01′N 之间．

图1 研究区位置与范围Fig. 1 Location of the studied area

1.2 数据处理

鉴于2010年国家发行《国务院关于推进海南国际旅游岛建设发展的若干意见》[15]后，海南省加速了儋州湾海岸带的开发，因此在选取图像时，以 2010年为时间节点，选取了 Landsat-5卫星的 2000、2010年 TM 遥感影像及 Landsat-8卫星的 2013、2016年OLI遥感影像，2010年之前间隔长，2010年之后间隔短．对获取的无云晴朗天气下儋州湾海岸带的 4期卫星遥感数据进行波段合成、影像裁剪、图像增强、几何校正．结合 Google Earth高清卫星地图，运用RS及 GIS技术进行遥感影像目视解译和拓扑纠错，结合 GPS现场勘测采样验证和精度分析，依据儋州湾海岸带实际情况和国家土地利用现状分类标准，采用 543(TM 影像)和 654(OLI影像)波段组合，根据地物的光谱辐射特性，应用影像的色调与色彩、形状、纹理、地理位置等解译标志对儋州湾海岸带地物划分为 10类，分别是近岸水域、河流湖泊、池塘、道路、滩地、建设用地、旅游用地、植被、农用地和其他．其中旅游用地是功能性用地，因此我们将一些游乐观光商业场所如高尔夫球场、游乐场、观光广场、旅游酒店建筑等地提取为旅游用地．典型地物 543(TM影像)波段组合影像特征如图2所示．

图2 典型地物543(TM影像)波段组合影像特征Fig. 2 Image characteristics of typical object with 543(TM images)band combination

1.3 研究方法

对儋州湾海岸带多时期海岸线叠加，采用定量分析方法[16]分析了研究区域海岸线变迁状态．

运用马尔科夫模型计算 4个时期儋州湾海岸带土地利用转移矩阵[17]，分析不同阶段土地利用转化趋势．在转移矩阵的基础之上，选用单一土地利用动态度模型和综合土地利用动态度模型[18–19]分析儋州湾海岸带各类地物的动态变化和研究区域时空变化特征．

为研究儋州湾海岸带土地利用空间动态变化差异及变化热点区域，对研究区域格网化划分[13]，对应不同时期分别计算各个网格的综合土地利用动态度，进而运用含障碍的核插值法进行插值[20]．

2 结果与分析

2.1 海岸线时空变化特征

海岸线变化如图 3所示．随着时间推移，海岸线逐渐向海扩张，海岸线曲折度也明显增加．16年间，近岸水域面积减少了 23.01,km2，海岸线增长了约47.67,km．

图3 海岸线变化图Fig. 3 Shoreline change diagram

其中 2000—2010年海岸线长度增加了约10.83,km，海岸线变化速率为 1.08,km/a；2010—2013年海岸线长度增加了约 19.88,km，变化速率为6.63,km/a；2013—2016年海岸线长度增加了约16.97,km，变化速率为5.66,km/a．2010年之后变化速率明显快于2010年之前，尤以2010—2013年变化速率最快．受洋浦新港建设和海花岛围填海影响，海岸线变化主要表现为人工海岸线的增加．

2.2 主要土地利用类型时空变化特征

2000—2016年儋州湾海岸带各土地利用类型面积及所占比例见表 1，儋州湾海岸带土地利用类型单一动态度见表 2．结合表 1、表 2，总结了近 16年来儋州湾海岸带主要土地利用时空变化特征．由于受季节影响，儋州湾海岸带地区河流湖泊与滩地呈一定的季节变化，这里不分析河流湖泊、滩地和其他土地利用类型．

表1 2000—2016年儋州湾海岸带各土地利用类型面积及所占比例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年儋州湾海岸带土地利用类型单一动态度Tab. 2 Single dynamic degree of land use types in the coastal zone of Danzhou bay from 2000 to 2016

(1)农用地面积持续减少

农用地面积流失是儋州湾海岸带土地利用变化的一个重要特征．16年间面积减少了 75.13,km2，减少幅度达到 9.06%,，年均变化率为-0.57%,，耕地流失明显．其中2010—2013年单一动态度为-1.49%,，相比其他时期动态变化更大，空间上(图 4)，这一时期洋浦半岛大部分农用地变为了建设用地，建筑物建设对农用地的破坏最大．尽管农用地占比持续下降，但始终占整个陆上海岸带面积的 76%,以上，农用地依旧是儋州湾海岸带最主要的土地利用类型．

(2)旅游用地迅猛增加

旅游用地从无到有、增速由慢到快是儋州湾海岸带土地利用变化的突出特征．2000年儋州湾海岸带无旅游用地，2010年洋浦半岛盐田村附近旅游度假区建设已经完善．2010—2013年旅游用地变化缓慢，同期海花岛着手建设，因其暂不具备旅游功能将其归为建设用地．2013年后旅游用地骤增，直到2016年已增至 9.12,km2，仅这 3年年均增长率就高达 116%,，单一动态度达到 304.2%,，可见这 3年旅游用地增速之快，这一时期通过围海造陆使得洋浦湾海花国际旅游岛迅速扩建．

图4 2000—2016年儋州湾海岸带土地利用空间分布Fig. 4 Land use spatial distribution in the coastal zone of Danzhou bay from 2000 to 2016

(3)道路和建设用地增长显著

建设用地与道路迅速扩建是儋州湾海岸带土地利用变化的又一显著特征．建设用地占比从 2000年的 2.72%,上升到 2016年的 9.39%,，年均增长率8.2%，成为儋州湾海岸带除种植区外的主要土地利用类型．道路占比从 2000年的 0.36%,上升到 2016年的 0.98%,，年均增长率 6.62%,，增速相对较快．其中，2010—2013年道路和建设用地单一动态度分别为42.63%,和 24.8%,，远高于其他两个时期，说明此时期道路和建设用地动态变幅最大，变化速度最快．空间上(图 4)，建设用地主要集中在洋浦半岛的开发、洋浦港的兴建、洋浦湾沿岸建设以及城市化进程中城镇建设规模的扩大．道路表现为海南环岛高速、海南西环高铁、308省道、315省道以及一些县道的建设．

(4)池塘面积稳定增长

池塘面积稳定增长是儋州湾海岸带土地利用变化的另一重要特点．池塘在各个阶段的单一动态度变化不大，且一直呈正值，其占比从 2000年的2.51%,上升到 2016年的 3.92%,，说明池塘面积增长相对稳定．空间上(图 4)， 潟池塘面积增长集中在 湖东岸及洋浦湾南部沿海地区，主要依靠养殖水塘来发展生态养殖业，实现生态与经济的双赢[21]．

(5)植被呈增加趋势

植被单一动态度在各个阶段呈正值，2010年之后单一动态度较2010年之前大，说明2010年之前增长慢，2010年之后增长快．植被变化与政府出台的政策相吻合．2010年发布的《国务院关于推进海南国际旅游岛建设发展的若干意见》指出要严格实行生态环境保护制度，推进海防林恢复和建设工程、天然林保护工程，巩固退耕还林成果[15]．“十二五”规划(2011—2015)制定和实施海洋发展战略，推进海岛保护利用．因此2010—2016年间植被变化相较于2010年之前增长更为明显．

2.3 土地利用类型转移方向

2000—2016年儋州湾海岸带主要土地利用类型的变化如图5所示．儋州湾海岸带土地转移在16年监测期间不仅表现在陆地上 9种土地利用类型内部的转化，还体现在海陆转移，最主要的形式为农用地向建设用地、旅游用地、道路、池塘以及近岸水域向建设用地和旅游用地的转移．

土地转移在不同阶段也各有特点．

(1)2000—2010年以农用地的转出及建设用地、池塘的转入为主(表3)．10年间农用地转出面积有41.1,km2，其中61%,转化为建设用地、15%,转化为池塘．受城镇规模扩大、工矿建设和经济模式多元化影响，耕地有相当一部分流失．这一时期另一特征是旅游用地的转入开始出现，全部由农用地转化而来，主要集中在洋浦半岛盐田村．这一时期综合土地利用动态度为0.22%,，空间动态变化小．

图5 2000—2016年儋州湾海岸带主要土地利用类型的变化Fig. 5 Changes of main land use types in the coastal zone of Danzhou bay from 2000 to 2016

(2)2010—2013年以农用地、近岸水域的转出和建设用地、道路的转入为主(表 4)．建设用地转入面积有 40.67,km2，其中 68%,来自农用地，28%,来自近岸水域．由农用地转化而来的集中体现在工业用地面积的增加、村庄规模的扩大、城郊城镇的兴建以及洋浦半岛洋浦经济开发区建设．由近岸水域转化而来的主要表现在洋浦半岛码头、港口的建设及海花岛围填海的进行．道路转入的面积 97%,由农用地转化而来，体现在高速、高铁、省道等的建设．这一时期综合土地利用动态度达到0.88%,，是研究时段内空间动态变化最大的时期，这反映了这3年间城市化进程加速，人类对自然环境的改造最为强烈，土地利用类型之间的相互转化最为剧烈．

(3)2013—2016年动态变化主要表现在近岸水域向旅游用地的转移(表 5)．这一时期城市化进程逐具规模，各种基础设施建设逐渐放缓，综合土地利用动态度仅为 0.22%,，空间动态变化小．旅游用地的转入 91%,来自近岸水域(2010—2013年主要来自种植区)，围填海加速进行．

表3 儋州湾海岸带2000—2010年土地利用动态转移矩阵Tab. 3 Transfer matrix of land use in the coastal zone of Danzhou bay from 2000 to 2010

表4 儋州湾海岸带2010—2013年土地利用动态转移矩阵Tab. 4 Transfer matrix of land use in the coastal zone of Danzhou bay from 2010 to 2013

表5 儋州湾海岸带2013—2016年土地利用动态转移矩阵Tab. 5 Transfer matrix of land use in the coastal zone of Danzhou bay from 2013 to 2016

2.4 土地利用综合空间变化特征

运用含障碍的核插值法分析研究区域空间变化特征，结果如图 6所示．由图 6可知，洋浦半岛和洋浦湾是儋州湾海岸带土地利用空间变化的热点区域，其中以 2013—2016年洋浦湾海花岛动态变化最大，反映了海花岛围填海建设速度最快．2010—2013年洋浦半岛动态变化次之，反映了 2010—2013年洋浦半岛洋浦经济开发区建设迅速．2000—2010年研究区域动态变化最小，反映了这 10年间儋州湾海岸带发展速度缓慢．这主要受海南岛儋州湾海岸带建设重心转移的影响，研究区域在 2000—2010年重心在零散的城乡工矿用地建设和池塘的兴建，2010—2013年重心在洋浦半岛的开发，2013—2016年重心转移到洋浦湾海花岛旅游建设．

图6 2000—2016年儋州湾海岸带土地利用综合动态度空间变化Fig. 6 Spatial variation of integrated land use dynamic degree in the coastal zone of Danzhou bay from 2000 to 2016

2.5 土地利用变化驱动力分析

儋州湾海岸带土地利用变化主要受经济、政策、旅游等因素影响．改革开放后，经济模式逐渐多元化，城乡工矿建设得到发展，养殖事业逐具规模．与此同时，第三产业密度上升，交通建设和旅游业逐渐兴起，促进人口流动，带动了当地经济的发展．20世纪80年代和90年代，海南港务局等部门邀请南京大学王颖院士进行洋浦港选址[22]，洋浦海港顺利建设，对海南洋浦开发区发展起到了至关重要的作用．随着国家的扶持以及儋州市委、市政府卓有成效的工作，儋州一跃成为海南乃至全国的发展热点[23]．2010年国务院提出推进海南国际旅游岛建设，加速了海花岛建设进程，其中实行的海防林、天然林保护工程以及“十二五”规划海岛保护政策都有效地保护了植被的生长．随着洋浦新港的建设和海花岛围填海工程的开展，海岸线由陆向海推进．

3 结 语

本文运用 RS和 GIS技术，对儋州湾海岸带地区 4期陆地卫星遥感影像数据解译，运用定量分析、动态度模型和转移矩阵进行土地利用时空变化特征和热点分析，研究表明：研究区域海岸线由陆向海推进，2010年之后海岸线变化速率远大于 2010年之前，以 2010—2013年海岸线变化速率最大．2010—2013年综合土地利用动态度变化最大，城市化进程最快．研究区域动态变化的热点地区在洋浦半岛和洋浦湾．洋浦半岛建设集中在 2010—2013年，海花岛建设集中在 2013—2016年．伴随着人为干扰的加大以及土地利用类型之间的相互转化，土地结构趋于多元化．土地转移主要表现为农用地向建设用地、旅游用地、道路、池塘的转移以及近岸水域向建设用地、旅游用地的转移．研究时段内旅游用地增速最快，建设用地和道路次之．

与发展成熟的海南岛北部、东部和南部海岸带相比，资源丰富的西部的土地开发建设渐成雏形．在当前海南岛西部热的大背景下，依托政府政策倾斜和国际旅游岛建设的新契机，加快西部大开发，合理制订土地利用规划，缩小地区发展差距，培育海岛经济新的增长极，是海南省建设开发的新出路．在当前海南岛西部旅游热的大背景下，儋州湾海岸带地区生态系统面临挑战，在日后的开发过程中应当注意因地制宜发展优势产业，避免生态环境被破坏，防患于未然．