近40年粤港澳大湾区桑基鱼塘演变监测和分析

程子浩 刘先锋 林港特 何俊安 黄方圆 杨现坤

(广州大学地理科学与遥感学院，广东 广州 510000)

桑基鱼塘是以低洼的土地挖深成塘，将泥土覆于四周成基，并受到水陆相互作用的人工生态系统，常见于长三角与珠三角地区。其原理主要为池埂种桑、桑叶养蚕、蚕沙喂鱼、塘泥肥桑、桑基和鱼塘互相促进，具有鱼蚕兼取的效果(张健等,2010)。与其他农业生产方式相比，基塘系统经济效益和生态效益高，具有调节旱涝、稳产高产、形式简易等优点(钟功甫,1988)。近几十年基面作物(如花基、果基和杂基等)发生演变，但仍属于基塘农业的范畴(钟功甫等,1987)。随着农村人口流出、城镇扩张，基塘农业发展急剧变化，在粤港澳大湾区多个地市基塘退化萎缩明显。因此，亟需开展基塘的相关研究，摸清基塘变化的现状，促进粤港澳大湾区特色生态农业系统可持续发展。

目前，桑基鱼塘的定性研究主要集中在基塘生态重建、文化景观价值挖掘、基塘功能和基塘发展历史等(聂呈荣等, 2003; 郭盛晖等, 2010; 郭程轩等, 2011; 刘克华, 2016)。现有定量研究多以单个地市的基塘演变为对象，如刘凯等(2008)以佛山市1988—2006年间基塘系统空间格局为对象探究基塘系统内部结构的演变，认为大湾区传统基塘系统正逐渐消亡；林媚珍等(2014)探究基塘景观格局变化，得出中山市基塘景观破碎化程度降低、聚合度上升的结论。但类似研究多受限于时空尺度，且近10年来学界对基塘演变的研究仍然较少，长时间尺度的研究也比较少见。本研究以粤港澳大湾区桑基鱼塘为研究区，以1986—2019年遥感影像为数据源，提取基塘空间分布数据，在不同空间尺度下分析其空间演变规律，探讨基塘变化原因，为基塘农业的合理开发、大湾区农业政策的科学实施和水生态文明建设提供理论依据和政策建议。

1 研究区概况与数据源

1.1 研究区概况

粤港澳大湾区(简称“大湾区”)地处广东省中南部，由港澳两地同广州、深圳、珠海、佛山、惠州、东莞、中山、江门、肇庆9个城市组成(24°24′～21°30′ N，111°24′～115°24′ E)。2017年湾区人口数达6 958万，地区生产总值为1.51万亿美元(毛艳华等, 2019)，是目前中国开放程度最高，经济活力最强的区域之一，也是桑基鱼塘分布的典型区域之一，其中以佛山、江门、肇庆等市最为集中。随着改革开放的深入，基塘发展受到挤压，基塘系统生态服务功能退化严重。

1.2 数据源

研究选取1986年、1988年、1991年、1994年、1999年、2006年、2009年、2013年、2015年 和2019年共10个时期的Landsat系列卫星影像作为数据源。要求影像在研究区内无薄云，地表云量和高空云量参数均低于5%，同时，考虑年际变化比对和亚热带典型气候特点，影像采集时间均集中在秋冬季。

本研究将大湾区划分为25个研究单元，江门市6个单元 ：鹤山、新会、台山、江海、蓬江、开平与恩平；佛山市5个单元：三水、南海、顺德、高明、禅城；广州市4个单元：番禺、白云与花都、南沙、广州其他区(越秀区、荔湾区、海珠区、天河区、黄埔区、增城市、从化区)；肇庆市4个单元：高要、端州与鼎湖、四会、肇庆其他区(德庆县、怀集县、封开县、广宁县)；其他6个单元：东莞、惠州、深圳、珠海、中山、香港。

为保证遥感影像解译精度，研究人员在佛山、广州等较典型地区对基塘进行实地调研，获取典型基塘的光谱信息等数据，并根据随机抽样点，结合Google Earth历史影像、实地调研数据以及土地利用历史数据等确定检验样本。精度评价结果如表1所示，各年度基塘解译Kappa系数均在0.8以上，说明解译精度良好，可用于后续数据分析。

2 研究方法

2.1 桑基鱼塘的遥感提取方法

研究采用Landsat影像标准预处理方法进行辐射校正、几何校正与影像拼接，得到研究区的卫星影像。在基塘信息提取方面，采用支持向量机法结合地面湿地调研数据进行分类，以保证水体的分类精度(闫琰等, 2011)。Landsat基塘与其他水体的光谱特征极其相似(图1)，因此需要人机交互目视解译的方法提取影像中的基塘信息。

图1 Landsat遥感影像中的典型基塘形态特征Fig. 1 Representative morphological features for the fish ponds for visual interpretation

从图2a可以看到监督分类基本准确地获得了区域内的水体数据，后通过目视解译将基塘与河涌等水体分开(图2b)。图3为10期遥感影像的提取结果汇总，可以清楚地看到1986-2019年基塘的分布变化。

图2 基塘局部提取结果比较Fig.2 The classification results and the subsequent visual interpretation results

图3 10个不同时段基塘提取结果Fig.3 The corresponding image analysis results for the aforementioned 10 periods

2.2 水体变化强度指数(W)

式中，Aa和Ab分别表示研究期初第a年和期末第b年的水体面积；△t代表第a年与第b年间的时间差。水体变化强度指数可用于表示一段时间内地区基塘面积变化的速率(汪权方等, 2019)。

2.3 综合扩展系数(Ulc)

综合扩展系数是衡量研究对象发展变化的重要定量指标，其计算公式为：

式中，Ulc为综合扩展系数，由内部结构递转系数(Ul1)、空间结构递转系数(Ul2)和扩展系数(Ul3)相乘所得。

为探究大湾区内各研究单元基塘面积变化的类型，应用综合扩展系数将25个研究单元划分为4种类型：强扩展型(Ulc＞40)、弱扩展型(40＞Ulc＞1)、相对稳定型(1＞Ulc＞0)、萎缩型(Ulc＜0)(张文忠等, 2003;叶长盛, 2013)。

3 结果与分析

3.1 粤港澳大湾区基塘变化特征

整体来看，1986—2019年大湾区基塘面积呈先增加后减少的趋势(图4)，1986—2009年基塘面积稳定增长，2013—2019年基塘面积显著减少，且表现出明显的区域特征。1986—1994年大湾区基塘面积从10.66万hm2增加至18.72万hm2，增幅达74.2%；1994—2009年，基塘面积变化相对稳定；2009—2013年基塘面积显著增加，2013年基塘面积最大，为19.64万hm2；2013—2019年基塘面积显著减少，年均减少1.02万hm2，2019年基塘面积减少至13.49万hm2，降幅达31.30%，但仍大于1986年的基塘面积。

水体变化强度所反映的变化速率与基塘面积演变基本吻合(图4)，1986—1994年基塘加速扩张，增长速率在1994年达到峰值，1994—2013年增速显著下降，2013年后基塘面积逐年萎缩。

图4 粤港澳大湾区基塘面积变化定量统计图Fig.4 The statistical chart for fish-ponds’area fluctuation in the GB A.

根据各年份大湾区基塘面积标准差变化(表2)，可将大湾区基塘演变分为3个时期，1986—1994年标准差持续增大，由64 359.50升至91 933.36，说明该时期湾区基塘的空间分布差异增大，属集聚期；1994—2009年标准差下降至63 026.68，属扩散期；2009—2019年标准差先增后减，表明该时期基塘分布呈先集聚后扩散的趋势。

表2 1986—2019年粤港澳大湾区基塘地区差异指标值Table 2 Statistical disparities of fish-ponds in GBA from 1986 to 2019

3.2 粤港澳大湾区各城市基塘变化特征

根据研究期内各城市基塘年际变化，可将大湾区各城市基塘面积变化分为以下3类：

(1)波动增长型 。含广州、惠州、珠海、肇庆、江门、中山，1986—2019年基塘面积均有不同程度的增加，其变化趋势呈波动增长，但峰值出现时间略有不同(图5a)。

(2)波动萎缩型。含佛山和东莞，整体上两地均保持先波动增长、后波动萎缩的趋势，与1986年相比，2019年佛山基塘面积减少了39.43%，东莞减少27.90%(图5b)。

(3)快速萎缩型。含深圳和香港，两地基塘面积均大幅萎缩，与1986年相比，深圳2019年基塘面积减少97.08%，香港减少63.82%(图5c)。

图5 大湾区三类城市基塘面积变化趋势图Fig.5 The areal changes in fish-ponds for three representative cities in the GBA.

值得注意的是，除惠州、深圳、香港、佛山外，其余城市2013年的基塘面积最大，随后又明显下降。

3.3 各研究单元基塘变化特征

将研究期分为1986—2013年和2013—2019年2个时段，利用综合扩展系数分别对各年份大湾区25个研究单元进行计算并划分其所属类型。

3.3.1 第一时段(1986—2013年)

(1)强扩展型。该类型包括四会、三水、番禺、南沙、新会、台山、珠海7个单元(图6a)。此类综合扩展系数均大于89，扩展速率均在5.6以上。1986—2013年，该类型区的基塘面积由1.26万hm2增加至8.04万hm2，占大湾区基塘总面积的比重由11.81%增加到40.94%。

(2)弱扩展型。该类型包括鼎湖与端州区、高要、高明、鹤山、开平与恩平市、花都与白云区、南海、中山8个单元。此类综合扩展系数均大于1.4，扩展速率超过0.8。1986—2013年，该类型区的基塘面积由4.0万hm2增加到7.7万hm2，增长92.36%，占大湾区基塘总面积比重由37.55%增加到39.22%。

(3)相对稳定型。该类型包括惠州、广州其他区、东莞、蓬江、江海5个单元。此类综合扩展系数在0～1之间，基塘面积在大湾区占比相对稳定。1986—2013年，该类型区基塘面积由1.29万hm2增加至2.05万hm2，虽面积增长明显，占大湾区基塘总面积比重由12.14%减少到10.44%。

(4)萎缩型。该类型包括肇庆其他区、禅城、顺德、深圳、香港5个单元。此类综合扩展系数和内部结构递转系数都是负数，各单元基塘面积萎缩。1986—2013年，该类型区基塘面积由4.10万hm2萎缩至1.85万hm2，共减少55.03%，占大湾区基塘总面积比重由38.50%减少到9.40%。

3.3.2 第二时段(2013—2019年)

(1)弱扩展型。该类型仅有台山，2013—2019年，该类型基塘面积由1.12万hm2增加至1.34万hm2，共增长19.56%，占大湾区基塘总面积比重由5.72%上升到9.96%。

(2)相对稳定型。该类型包括香港、惠州、开平与恩平市3个单元(图6b)。2013—2019年，该类型区基塘面积由1.09万hm2增加到1.17万hm2，增长7.35%，占大湾区基塘总面积比重由5.56%增加到8.69%。

(3)萎缩型。该类型包括三水、南海、顺德、高明、禅城、番禺、白云及花都、南沙、广州其他区、东莞、深圳、珠海、中山、高要、端州与鼎湖区、四会、肇庆其他区、鹤山、新会、江海、蓬江，共21个单元。2013—2019年，该类型基塘面积由17.42万hm2减少到10.97万hm2，减少37.00%，占大湾区基塘总面积由88.72%变为81.35%。

2013—2019年各单元平均水体变化强度指数为-5.67%(图6c)。其中，基塘年均萎缩面积最快的是顺德、中山和三水，基塘萎缩幅度最快的是禅城、深圳和鹤山。从图6c可以看出，2013—2019年，除台山、香港、惠州、开平与恩平市4个单元基塘类型为弱扩展型或相对稳定型外，其他21个单元均为萎缩型。

图6 各研究单元基塘变化的空间特征图Fig.6 The spatial characteristics in fish-pond changes in different sub study areas

4 讨论

粤港澳大湾区为不同发展程度的城市复合综合体。因此，研究不同类型城市基塘面积的变化，可预估未来大湾区基塘发展的趋势。

4.1 波动增长型城市基塘面积变化分析

该类型共含广州、惠州、珠海、中山、肇庆和江门6个城市，与1986年相比，2019年的基塘面积有所增加，呈波动增长趋势，且峰值均在2019年之前。

广州市1990—2006年人口增加166.47万人，增长约28%（吴玉琴等，2011）。因人口流入与市场需求扩大，刺激了水产养殖产业的发展，2013年前广州基塘面积增加，尤其以广州南沙为典型，南沙区1986—2013年为强扩展型。2013年后，南沙区被划为自贸区，用地类型进一步转变，导致基塘萎缩(李婧贤等,2019)，类似情况也发生在惠州等地。

肇庆市通过对低洼地域沙荒地的改造，1986—2006年基塘面积快速增长(杨木壮等,2008)。2006—2009年、2013—2019年，因自然灾害、菌病以及水产价格波动剧烈等影响，水产养殖风险增加，打击了养殖户的生产积极性，基塘面积呈萎缩趋势(钟小庆,2012)。

在地区农业结构调整政策的驱动下，1990—2006年珠海市耕地向基塘净转入面积达1.61万hm2(钟世坚等,2013)。2006—2009年随着建设用地的增加，一定程度上加快了对基塘的占用。2013—2019年，珠海市大力发展花卉、果蔬和有机米等生态农业，淘汰部分经济和环境效益低的基塘农业，导致基塘面积萎缩。

4.2 波动萎缩型城市基塘面积变化分析

佛山和东莞两地基塘面积先增长后萎缩。1986—1994年佛山市基塘面积显著增长，以佛山南海为例，该地在1987年成为土地政策改革试验区，受灵活的土地制度刺激，极大地释放了生产力，传统农作物种植面积大幅减少，向蔬菜种植地与基塘转变。1994年后，工业化发展和产业升级促使建设用地急剧扩张，年均增长率超7%(刘毅华等，2019)，导致基塘面积萎缩，分布格局破碎。十八大后，随着《广东佛山珠三角基塘农业系统保护与发展规划》《广东省实施乡村振兴战略规划(2018—2022年)》等发展规划的颁布，一定程度减缓了基塘面积的萎缩，但仍无法扭转基塘萎缩的态势。

4.3 快速萎缩型城市基塘面积变化分析

香港、深圳两地基塘面积小，萎缩速度快。香港的基塘主要集中于元朗的山贝河河口、南生围一带的河流冲积平原。上世纪80年代，香港基塘发展达到全盛期，随着90年代后元朗的快速发展，传统基塘逐渐消失。深圳的基塘主要集中在原宝安县，在1980年深圳特区成立后，优越的政策等区位条件促使第二、三产业快速发展，城镇用地需求不断增加，基塘面积急剧萎缩。城市化进程是深圳与香港的基塘面积萎缩的根本原因。

4.4 未来发展趋势预估

未来基塘面积将长期萎缩并难以逆转，但各地区的萎缩速率受地方发展与政策等因素影响会存在较大差异。未来基塘的发展将趋向与第三产业融合，通过深挖基塘文化价值、建设基塘农业示范区等方式增加基塘的经济效益。

5 结论

本研究利用1986—2019年Landsat卫星影像对大湾区基塘面积、分布及演变进行了分析，并划分了基塘变化的空间类型。1986—2019年大湾区基塘面积总体上呈先增加后减少的趋势；在空间分布上基塘先集聚后波动扩散，整体趋向均匀化；以2013年为时间节点划分前后两个时段，并对25个研究单元基塘变化的空间类型进行研究，发现17个单元由增长型或稳定型转变为萎缩型。

社会需求的扩大是大湾区基塘在1986—2013年保持稳定增长的根本原因。2013年后，大湾区建设提上日程，大湾区建设倾向于经济发展与产业升级，基塘农业经济产出有限，势必受城市化影响而不断萎缩。通过深挖基塘文化、建设基塘农业示范区等方式增加基塘经济效益，可减缓基塘萎缩趋势，并提升桑基鱼塘的社会价值。