平潭島土地利用變化對(duì)人類活動(dòng)的響應(yīng)

李瀟，黃義雄

(福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007)

平潭島土地利用變化對(duì)人類活動(dòng)的響應(yīng)

李瀟，黃義雄

(福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007)

以平潭島為例，依據(jù)2000年、2005年、2009年和2013年土地利用數(shù)據(jù)，分別從土地利用變化速度、土地利用轉(zhuǎn)移方向和土地利用程度方面，全面分析2000年以來(lái)平潭島在人類活動(dòng)影響下的土地利用時(shí)空變化規(guī)律。結(jié)果表明：(1)2000—2005年，2005—2009年，2009—2013年，平潭島綜合土地利用動(dòng)態(tài)度分別為0.25、0.93、0.82，土地利用變化速度先快后慢；(2)三個(gè)時(shí)段的土地利用類型轉(zhuǎn)移方向都表現(xiàn)出林地、農(nóng)田轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和未利用地的特點(diǎn)；(3)2000年、2005年、2009年和2013年研究區(qū)土地利用程度指數(shù)分別為38.73、39.02、40.60、42.74，表明人類活動(dòng)使平潭島土地利用開(kāi)發(fā)程度逐漸增大。

土地利用變化；人類活動(dòng)；平潭島

土地利用變化是自然環(huán)境對(duì)人類活動(dòng)最直接的響應(yīng)，是聯(lián)系人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和地球陸地表層自然環(huán)境的橋梁和紐帶[1]。人類社會(huì)出于生存和發(fā)展的需要，不斷地驅(qū)動(dòng)自然環(huán)境發(fā)生改變，使陸地表層顯現(xiàn)出不同的土地利用方式，因此，土地利用變化是對(duì)人類活動(dòng)的重要表現(xiàn)和響應(yīng)[2]。建立模型對(duì)土地利用變化速度、土地利用轉(zhuǎn)移方向和土地利用程度等變化過(guò)程進(jìn)行研究，不僅有利于把握區(qū)域土地利用變化的時(shí)空變化規(guī)律，還可以反映出土地利用變化對(duì)人類活動(dòng)的響應(yīng)程度[3]。目前，已有學(xué)者利用遙感影像數(shù)據(jù)，運(yùn)用不同的指標(biāo)和模型，對(duì)不同尺度的研究區(qū)土地利用變化和人類活動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行了研究。劉紀(jì)遠(yuǎn)、張?jiān)鱿榈萚4，5]從全國(guó)尺度上，采取土地利用動(dòng)態(tài)度和土地利用程度等指標(biāo)，對(duì)土地利用的時(shí)空特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是土地利用發(fā)生變化的主要原因，宋開(kāi)山等[6]從中尺度上分析了三江平原土地利用變化的特點(diǎn)，認(rèn)為耕地的變化是其土地利用發(fā)生變化的主要因素；喬偉峰等[7]從小尺度上分析了蘇州市土地利用的動(dòng)態(tài)性和空間特征，認(rèn)為城市化是導(dǎo)致區(qū)域土地利用發(fā)生變化的主要原因。但是，從目前的研究看，大部分是利用單一指標(biāo)和部分指標(biāo)來(lái)分析土地利用變化的時(shí)空規(guī)律，綜合分析海島地區(qū)土地利用變化對(duì)人類活動(dòng)響應(yīng)的研究則少有報(bào)道。

平潭島是海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)的“主戰(zhàn)場(chǎng)”之一，是我國(guó)內(nèi)陸連接臺(tái)灣的一個(gè)重要地區(qū)，具有明顯對(duì)臺(tái)區(qū)位優(yōu)勢(shì)，2009年平潭縣升級(jí)為福州(平潭)綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，2012年又升級(jí)為福建省平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)[8]。平潭島的社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展階段，伴隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與城市化、工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，平潭島土地利用方式也發(fā)生一系列的變化，土地利用矛盾也日益突出。本研究以福建省平潭島為案例，以2000年、2005年、2009年、2013年遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，分析區(qū)域土地利用變化的時(shí)空規(guī)律和土地利用變化對(duì)人類活動(dòng)的響應(yīng)，以期為區(qū)域土地利用規(guī)劃管理提供相關(guān)的理論參考。

1 研究區(qū)概況

平潭島地理坐標(biāo)25°15′—25°45′ N、119°32′—120°10′ E，是福建省東部沿海一個(gè)島縣，全縣陸地面積392 km2，海域面積6 064 km2，是全國(guó)第五大島，福建省第一大島。該島屬南亞熱帶濕潤(rùn)型氣候，海洋性氣候特征突出：年平均氣溫約19.5 ℃，年平均降水量約1 196.2 mm。該島南北高中部低，有礁、港灣、丘陵與平原等多類型地貌，其中丘陵和平原占陸地總面積的80%到90%。2013年平潭島地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)155.39億元。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于平潭島2000年、2005年、2009年、2013年夏季Landsat ETM+遙感影像和野外踏勘，通過(guò)eCognition Developer8.0軟件進(jìn)行人機(jī)交互解譯，以中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心2010年發(fā)布的中國(guó)土地現(xiàn)狀遙感數(shù)據(jù)中的土地分類為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合平潭島土地利用實(shí)際狀況，將研究區(qū)土地利用分為林地、草地、水域、農(nóng)田、建設(shè)用地和未利用地6大類，并獲取四個(gè)年份的土地利用數(shù)據(jù)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于平潭縣2014年統(tǒng)計(jì)年鑒。

3 研究方法

3.1 土地利用變化速度

3.1.1 綜合土地利用動(dòng)態(tài)度 土地利用綜合動(dòng)態(tài)度是描述土地利用類型變化速度區(qū)域差異的指標(biāo)，反映人類活動(dòng)對(duì)流域土地利用類型變化的綜合影響[3,4]，數(shù)學(xué)模型為：

式中：S為t時(shí)段對(duì)應(yīng)的研究區(qū)土地利用綜合動(dòng)態(tài)度， ΔSi-j為檢測(cè)開(kāi)始至監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)換為其他類土地利用類型面積總和，Si為監(jiān)測(cè)開(kāi)始時(shí)間第i類土地利用類型總面積；100表示將其擴(kuò)大100倍，t為土地利用變化時(shí)間段。

3.1.2 單一土地利用動(dòng)態(tài)度 單一土地利用動(dòng)態(tài)度是描述不同土地利用類型在一定時(shí)間段內(nèi)的變化速度和幅度的指標(biāo)，反映人類活動(dòng)對(duì)單一土地利用類型的影響[9]，其數(shù)學(xué)模型為：

式中：Ki為t1到t2時(shí)段內(nèi)i類土地利用類型動(dòng)態(tài)度；Sit1、Sit2分別表示t1、t2時(shí)間i類土地利用類型面積。

3.2 土地利用轉(zhuǎn)移方向

土地利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣不僅可以全面、具體地體現(xiàn)出區(qū)域研究期初、研究期末土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征，還可以反映出研究期間人類活動(dòng)導(dǎo)致的土地利用變化方向。此方法來(lái)源于系統(tǒng)分析中對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述，即在一定時(shí)間間隔下，一個(gè)亞穩(wěn)定系統(tǒng)從T時(shí)刻向T+1時(shí)刻狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，從而可以更好地了解土地利用格局的時(shí)空演化過(guò)程[10]，其數(shù)學(xué)表達(dá)形式為：

式中：Sij為研究期初與研究期末的土地利用狀態(tài)，n為土地利用的類型數(shù)。i為研究初期生態(tài)系統(tǒng)類型,j為研究末期生態(tài)系統(tǒng)類型。

3.3 土地利用程度

土地利用程度的變化可以定量描述研究區(qū)域土地利用綜合水平，反映人類活動(dòng)對(duì)土地利用的干擾程度[11]。土地利用程度采取劉紀(jì)遠(yuǎn)等提出的土地利用程度綜合變化指數(shù)模型[12]來(lái)描述，其數(shù)學(xué)計(jì)算模型如下：

上式中，L為研究區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)；n為土地利用類型的數(shù)量，本研究將土地利用類型的數(shù)量分為 6類，故n取 6；Ai為第i類土地利用類型的面積；Pi為不同類型的土地利用程度參數(shù)，反映不同土地利用類型的人類活動(dòng)參與、管理、改造的強(qiáng)度和屬性特征。

確定土地利用程度指數(shù)，結(jié)合 Delphi 打分法和 Leopold 矩陣法[13]，利用采取二者平均值的方法來(lái)確定研究區(qū)土地利用程度參數(shù) Pi值(表1)

表1 不同土地利用類型的土地利用程度參數(shù)(Pi)設(shè)置

4 結(jié)果與分析

4.1 土地利用變化分析

(1)從土地利用變化速度看，變化速度增大，反映人類活動(dòng)對(duì)該區(qū)域的影響增大。2000—2005年，土地利用綜合度為0.25，土地利用變化速度相對(duì)較慢，表明此時(shí)期平潭島人類活動(dòng)的影響較小。2005—2009年，土地利用綜合動(dòng)態(tài)度為0.93，2009—2013年，為0.82，說(shuō)明平潭島土地利用變化速度經(jīng)歷了一個(gè)先慢后快的過(guò)程。

(2)從不同土地利用類型的變化速度來(lái)看(圖1)，2000—2013年，平潭島建設(shè)用地和未利用地變化最為明顯，表現(xiàn)在面積增加量和增加幅度較大，林地、草地、農(nóng)田、水域面積減少。結(jié)合平潭島的實(shí)際，建設(shè)用地的增加是城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)造成的，特別是平潭島2009年升級(jí)為綜合試驗(yàn)區(qū)后建設(shè)活動(dòng)對(duì)其他土地利用類型的占用。

(3)土地利用結(jié)構(gòu)在不斷地優(yōu)化調(diào)整。2009—2013年，建設(shè)用地增加幅度和增加面積都在減小，主要是此時(shí)期政府等相關(guān)部門開(kāi)始注重對(duì)林地、農(nóng)田等的保護(hù)，著力將未利用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，林地、草地、水域、農(nóng)田在此階段的減少程度和減少幅度也在減小，體現(xiàn)平潭島在經(jīng)濟(jì)建設(shè)過(guò)程中開(kāi)始注重對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

圖1 不同時(shí)期平潭島土地利用類型變化速度

4.2 土地利用轉(zhuǎn)移方向

根據(jù)以上方法計(jì)算出2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年以及2000—2013年平潭島土地利用轉(zhuǎn)移方向情況(限于篇幅，只列出2000-2013年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣)(表2、表3)

表2 2000年以來(lái)平潭島土地利用變化情況表 hm2

表3 2000—2013年平潭島土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

4.2.1 2000-2013年建設(shè)用地增加了1927.53 hm2，主要由林地和農(nóng)田轉(zhuǎn)化而來(lái)。2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的面積分別為205.59 hm2、302.61 hm2、318.04 hm2，呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，但增速變緩；2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年農(nóng)田轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的面積分別為428.15 hm2、543.98 hm2、376.44 hm2，先增長(zhǎng)后減??；2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年水域轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的面積分別為53.02 hm2、25.26 hm2、135.46 hm2，先減緩后快速增加。建設(shè)用地整體增加的原因是平潭島城市化進(jìn)程的推進(jìn)，特別是2009年升級(jí)為實(shí)驗(yàn)區(qū)后建設(shè)活動(dòng)對(duì)其他土地類型的占用。

4.2.2 2000—2013年未利用地增加了286.87 hm2，主要由林地和農(nóng)田轉(zhuǎn)化而來(lái)。2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年林地轉(zhuǎn)化為未利用地的面積分別為97.17 hm2、186.38 hm2、0.33 hm2，先迅速增長(zhǎng)再迅速下降，2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年農(nóng)田轉(zhuǎn)化為未利用地的面積分別為129.85 hm2、76.39 hm2、0.00 hm2，呈迅速下降狀態(tài)。未利用地增加的原因主要是城市建設(shè)過(guò)程中遺留下了被廢棄的、還沒(méi)有被開(kāi)發(fā)的土地。

4.2.3 草地和農(nóng)田面積在整個(gè)研究期間下降幅度較大。草地在2000—2005年主要轉(zhuǎn)化為林地和農(nóng)田，2005—2009年主要轉(zhuǎn)化為林地和建設(shè)用地，2009—2013年全部轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地；農(nóng)田在2000—2005年主要轉(zhuǎn)化為林地和建設(shè)用地，2005—2009年絕大部分轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，2009—2013年全部轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。原因是城市建設(shè)用地增加(尤其是2009年之后的實(shí)驗(yàn)區(qū)建設(shè))大量占用草地和農(nóng)田。

4.2.4 林地和水域面積在研究期內(nèi)也有所減少。林地在研究期內(nèi)主要轉(zhuǎn)化為農(nóng)田和建設(shè)用地，轉(zhuǎn)化為農(nóng)田面積逐漸減小，轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地面積快速增長(zhǎng)；水域在本研究期內(nèi)主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。

4.3 土地利用程度

圖2 不同時(shí)期平潭島土地利用程度變化

依據(jù)公式計(jì)算可得到平潭島2000年、2005年、2009年、2013年土地利用程度綜合指數(shù)分別為38.73 、39.02 、40.60 、42.74，說(shuō)明在本研究期間，平潭島土地利用程度呈現(xiàn)出逐年增加趨勢(shì)，人類活動(dòng)對(duì)其土地利用的干擾程度不斷增加。從土地利用程度的組成結(jié)構(gòu)上看(圖2)，平潭島土地利用程度水平主要是農(nóng)田和建設(shè)用地決定的。農(nóng)田的土地利用程度在逐年降低，建設(shè)用地的利用強(qiáng)度在逐年升高，林地、草地、水域、未利用地相對(duì)穩(wěn)定。反映出平潭島土地利用結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化，由以農(nóng)田為主的土地利用方式，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐越ㄔO(shè)用地為主的結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)論

綜合土地利用變化速度、土地利用轉(zhuǎn)移方向和土地利用程度三個(gè)方面，可以系統(tǒng)的分析區(qū)域土地利用變化對(duì)人類活動(dòng)程度的響應(yīng)關(guān)系，對(duì)研究平潭島土地利用的時(shí)空變化規(guī)律具有重要的實(shí)踐意義。

(1)2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年，平潭島土地利用變化速度分別為0.25、0、93、0.82，城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積不斷增加，未利用地先增加后減少，林地、草地、農(nóng)田、水域面積呈不斷減少趨勢(shì)。平潭島城市化進(jìn)程的加快是其土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力。

(2)通過(guò)分析轉(zhuǎn)移矩陣，表明平潭島建設(shè)用地和未利用地的增加主要來(lái)自農(nóng)田和林地。農(nóng)田和林地在城市化過(guò)程中比較容易受到侵占，隨著其城市化進(jìn)程的加快，將有更多的農(nóng)田和林地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地。

(3)研究期間，平潭島土地開(kāi)發(fā)利用綜合水平在不斷地上升，增加的幅度較小，說(shuō)明人類活動(dòng)導(dǎo)致的平潭島城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積也是在穩(wěn)定增加的。這也體現(xiàn)出平潭島土地直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值也在穩(wěn)步提升。

2009年，平潭島設(shè)立為“綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)”，海島地區(qū)的生態(tài)建設(shè)正面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，隨著平潭島城市化進(jìn)程的加快，將有更多的非建設(shè)用地被轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地，土地利用強(qiáng)度也將持續(xù)增大。因此，應(yīng)制定合理的土地利用規(guī)劃政策，就保護(hù)而言，應(yīng)充分保護(hù)現(xiàn)有的各種土地資源，開(kāi)發(fā)不能超過(guò)其閾值為限。就開(kāi)發(fā)而言，應(yīng)進(jìn)行土地分類利用，計(jì)劃開(kāi)發(fā)，避免重復(fù)開(kāi)發(fā)與短期開(kāi)發(fā)所帶來(lái)的浪費(fèi)。

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ResponseAnalysisofLandUseChangetotheDegreeofHumanActivitiesinPingtanIsland

Li Xiao, Huang Yixiong

(School of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China)

Based on land use data in 2000, 2005, 2009 and 2010,from the rate of land use change, the direction of land use transformation,and the degree of land use, the spatial-temporal variation of land use were comprehensively analyzed in Pingtan Island since 2000. Result shows that:(1) 2000-2005, 2005-2009, 2009-2013, pingtan island integrated land use dynamic attitude is 0.25, 0.93 & 0.82, the change rate of land use is fast first and then slow. (2) The direction of land use type transfer in the three periods shows the characteristics of forest land and farmland convert into construction land and unused land.(3) In 2000, 2005, 2009 and 2013, the degree of land use is 38.73, 39.02, 40.60 & 42.74 respectively, indicating that human activities make the land use development of Pingtan Island gradually increased.

land use change; human activities; Pingtan Island

1005-5215(2017)10-0015-04

2017-09-04

李瀟(1991-)，女，湖北黃岡人，在讀碩士研究生，主要從事生態(tài)與環(huán)境研究，Email:lixiao765@163.com

黃義雄(1960-),男，福建福州人，博士，研究員，主要從事景觀生態(tài)方面的研究，Email:yxhuang@fjnu.edu.cn

U412.14

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.10.005