近40年粵港澳大灣區(qū)?；~(yú)塘演變監(jiān)測(cè)和分析

程子浩 劉先鋒 林港特 何俊安 黃方圓 楊現(xiàn)坤

(廣州大學(xué)地理科學(xué)與遙感學(xué)院，廣東 廣州 510000)

?；~(yú)塘是以低洼的土地挖深成塘，將泥土覆于四周成基，并受到水陸相互作用的人工生態(tài)系統(tǒng)，常見(jiàn)于長(zhǎng)三角與珠三角地區(qū)。其原理主要為池埂種桑、桑葉養(yǎng)蠶、蠶沙喂魚(yú)、塘泥肥桑、?；汪~(yú)塘互相促進(jìn)，具有魚(yú)蠶兼取的效果(張健等,2010)。與其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相比，基塘系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益高，具有調(diào)節(jié)旱澇、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、形式簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)(鐘功甫,1988)。近幾十年基面作物(如花基、果基和雜基等)發(fā)生演變，但仍屬于基塘農(nóng)業(yè)的范疇(鐘功甫等,1987)。隨著農(nóng)村人口流出、城鎮(zhèn)擴(kuò)張，基塘農(nóng)業(yè)發(fā)展急劇變化，在粵港澳大灣區(qū)多個(gè)地市基塘退化萎縮明顯。因此，亟需開(kāi)展基塘的相關(guān)研究，摸清基塘變化的現(xiàn)狀，促進(jìn)粵港澳大灣區(qū)特色生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。

目前，?；~(yú)塘的定性研究主要集中在基塘生態(tài)重建、文化景觀價(jià)值挖掘、基塘功能和基塘發(fā)展歷史等(聶呈榮等, 2003; 郭盛暉等, 2010; 郭程軒等, 2011; 劉克華, 2016)?，F(xiàn)有定量研究多以單個(gè)地市的基塘演變?yōu)閷?duì)象，如劉凱等(2008)以佛山市1988—2006年間基塘系統(tǒng)空間格局為對(duì)象探究基塘系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的演變，認(rèn)為大灣區(qū)傳統(tǒng)基塘系統(tǒng)正逐漸消亡；林媚珍等(2014)探究基塘景觀格局變化，得出中山市基塘景觀破碎化程度降低、聚合度上升的結(jié)論。但類似研究多受限于時(shí)空尺度，且近10年來(lái)學(xué)界對(duì)基塘演變的研究仍然較少，長(zhǎng)時(shí)間尺度的研究也比較少見(jiàn)。本研究以粵港澳大灣區(qū)桑基魚(yú)塘為研究區(qū)，以1986—2019年遙感影像為數(shù)據(jù)源，提取基塘空間分布數(shù)據(jù)，在不同空間尺度下分析其空間演變規(guī)律，探討基塘變化原因，為基塘農(nóng)業(yè)的合理開(kāi)發(fā)、大灣區(qū)農(nóng)業(yè)政策的科學(xué)實(shí)施和水生態(tài)文明建設(shè)提供理論依據(jù)和政策建議。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

粵港澳大灣區(qū)(簡(jiǎn)稱“大灣區(qū)”)地處廣東省中南部，由港澳兩地同廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門、肇慶9個(gè)城市組成(24°24′～21°30′ N，111°24′～115°24′ E)。2017年灣區(qū)人口數(shù)達(dá)6 958萬(wàn)，地區(qū)生產(chǎn)總值為1.51萬(wàn)億美元(毛艷華等, 2019)，是目前中國(guó)開(kāi)放程度最高，經(jīng)濟(jì)活力最強(qiáng)的區(qū)域之一，也是?；~(yú)塘分布的典型區(qū)域之一，其中以佛山、江門、肇慶等市最為集中。隨著改革開(kāi)放的深入，基塘發(fā)展受到擠壓，基塘系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能退化嚴(yán)重。

1.2 數(shù)據(jù)源

研究選取1986年、1988年、1991年、1994年、1999年、2006年、2009年、2013年、2015年 和2019年共10個(gè)時(shí)期的Landsat系列衛(wèi)星影像作為數(shù)據(jù)源。要求影像在研究區(qū)內(nèi)無(wú)薄云，地表云量和高空云量參數(shù)均低于5%，同時(shí)，考慮年際變化比對(duì)和亞熱帶典型氣候特點(diǎn)，影像采集時(shí)間均集中在秋冬季。

本研究將大灣區(qū)劃分為25個(gè)研究單元，江門市6個(gè)單元 ：鶴山、新會(huì)、臺(tái)山、江海、蓬江、開(kāi)平與恩平；佛山市5個(gè)單元：三水、南海、順德、高明、禪城；廣州市4個(gè)單元：番禺、白云與花都、南沙、廣州其他區(qū)(越秀區(qū)、荔灣區(qū)、海珠區(qū)、天河區(qū)、黃埔區(qū)、增城市、從化區(qū))；肇慶市4個(gè)單元：高要、端州與鼎湖、四會(huì)、肇慶其他區(qū)(德慶縣、懷集縣、封開(kāi)縣、廣寧縣)；其他6個(gè)單元：東莞、惠州、深圳、珠海、中山、香港。

為保證遙感影像解譯精度，研究人員在佛山、廣州等較典型地區(qū)對(duì)基塘進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，獲取典型基塘的光譜信息等數(shù)據(jù)，并根據(jù)隨機(jī)抽樣點(diǎn)，結(jié)合Google Earth歷史影像、實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)以及土地利用歷史數(shù)據(jù)等確定檢驗(yàn)樣本。精度評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示，各年度基塘解譯Kappa系數(shù)均在0.8以上，說(shuō)明解譯精度良好，可用于后續(xù)數(shù)據(jù)分析。

2 研究方法

2.1 桑基魚(yú)塘的遙感提取方法

研究采用Landsat影像標(biāo)準(zhǔn)預(yù)處理方法進(jìn)行輻射校正、幾何校正與影像拼接，得到研究區(qū)的衛(wèi)星影像。在基塘信息提取方面，采用支持向量機(jī)法結(jié)合地面濕地調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，以保證水體的分類精度(閆琰等, 2011)。Landsat基塘與其他水體的光譜特征極其相似(圖1)，因此需要人機(jī)交互目視解譯的方法提取影像中的基塘信息。

圖1 Landsat遙感影像中的典型基塘形態(tài)特征Fig. 1 Representative morphological features for the fish ponds for visual interpretation

從圖2a可以看到監(jiān)督分類基本準(zhǔn)確地獲得了區(qū)域內(nèi)的水體數(shù)據(jù)，后通過(guò)目視解譯將基塘與河涌等水體分開(kāi)(圖2b)。圖3為10期遙感影像的提取結(jié)果匯總，可以清楚地看到1986-2019年基塘的分布變化。

圖2 基塘局部提取結(jié)果比較Fig.2 The classification results and the subsequent visual interpretation results

圖3 10個(gè)不同時(shí)段基塘提取結(jié)果Fig.3 The corresponding image analysis results for the aforementioned 10 periods

2.2 水體變化強(qiáng)度指數(shù)(W)

式中，Aa和Ab分別表示研究期初第a年和期末第b年的水體面積；△t代表第a年與第b年間的時(shí)間差。水體變化強(qiáng)度指數(shù)可用于表示一段時(shí)間內(nèi)地區(qū)基塘面積變化的速率(汪權(quán)方等, 2019)。

2.3 綜合擴(kuò)展系數(shù)(Ulc)

綜合擴(kuò)展系數(shù)是衡量研究對(duì)象發(fā)展變化的重要定量指標(biāo)，其計(jì)算公式為：

式中，Ulc為綜合擴(kuò)展系數(shù)，由內(nèi)部結(jié)構(gòu)遞轉(zhuǎn)系數(shù)(Ul1)、空間結(jié)構(gòu)遞轉(zhuǎn)系數(shù)(Ul2)和擴(kuò)展系數(shù)(Ul3)相乘所得。

為探究大灣區(qū)內(nèi)各研究單元基塘面積變化的類型，應(yīng)用綜合擴(kuò)展系數(shù)將25個(gè)研究單元?jiǎng)澐譃?種類型：強(qiáng)擴(kuò)展型(Ulc＞40)、弱擴(kuò)展型(40＞Ulc＞1)、相對(duì)穩(wěn)定型(1＞Ulc＞0)、萎縮型(Ulc＜0)(張文忠等, 2003;葉長(zhǎng)盛, 2013)。

3 結(jié)果與分析

3.1 粵港澳大灣區(qū)基塘變化特征

整體來(lái)看，1986—2019年大灣區(qū)基塘面積呈先增加后減少的趨勢(shì)(圖4)，1986—2009年基塘面積穩(wěn)定增長(zhǎng)，2013—2019年基塘面積顯著減少，且表現(xiàn)出明顯的區(qū)域特征。1986—1994年大灣區(qū)基塘面積從10.66萬(wàn)hm2增加至18.72萬(wàn)hm2，增幅達(dá)74.2%；1994—2009年，基塘面積變化相對(duì)穩(wěn)定；2009—2013年基塘面積顯著增加，2013年基塘面積最大，為19.64萬(wàn)hm2；2013—2019年基塘面積顯著減少，年均減少1.02萬(wàn)hm2，2019年基塘面積減少至13.49萬(wàn)hm2，降幅達(dá)31.30%，但仍大于1986年的基塘面積。

水體變化強(qiáng)度所反映的變化速率與基塘面積演變基本吻合(圖4)，1986—1994年基塘加速擴(kuò)張，增長(zhǎng)速率在1994年達(dá)到峰值，1994—2013年增速顯著下降，2013年后基塘面積逐年萎縮。

圖4 粵港澳大灣區(qū)基塘面積變化定量統(tǒng)計(jì)圖Fig.4 The statistical chart for fish-ponds’area fluctuation in the GB A.

根據(jù)各年份大灣區(qū)基塘面積標(biāo)準(zhǔn)差變化(表2)，可將大灣區(qū)基塘演變分為3個(gè)時(shí)期，1986—1994年標(biāo)準(zhǔn)差持續(xù)增大，由64 359.50升至91 933.36，說(shuō)明該時(shí)期灣區(qū)基塘的空間分布差異增大，屬集聚期；1994—2009年標(biāo)準(zhǔn)差下降至63 026.68，屬擴(kuò)散期；2009—2019年標(biāo)準(zhǔn)差先增后減，表明該時(shí)期基塘分布呈先集聚后擴(kuò)散的趨勢(shì)。

表2 1986—2019年粵港澳大灣區(qū)基塘地區(qū)差異指標(biāo)值Table 2 Statistical disparities of fish-ponds in GBA from 1986 to 2019

3.2 粵港澳大灣區(qū)各城市基塘變化特征

根據(jù)研究期內(nèi)各城市基塘年際變化，可將大灣區(qū)各城市基塘面積變化分為以下3類：

(1)波動(dòng)增長(zhǎng)型 。含廣州、惠州、珠海、肇慶、江門、中山，1986—2019年基塘面積均有不同程度的增加，其變化趨勢(shì)呈波動(dòng)增長(zhǎng)，但峰值出現(xiàn)時(shí)間略有不同(圖5a)。

(2)波動(dòng)萎縮型。含佛山和東莞，整體上兩地均保持先波動(dòng)增長(zhǎng)、后波動(dòng)萎縮的趨勢(shì)，與1986年相比，2019年佛山基塘面積減少了39.43%，東莞減少27.90%(圖5b)。

(3)快速萎縮型。含深圳和香港，兩地基塘面積均大幅萎縮，與1986年相比，深圳2019年基塘面積減少97.08%，香港減少63.82%(圖5c)。

圖5 大灣區(qū)三類城市基塘面積變化趨勢(shì)圖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年的基塘面積最大，隨后又明顯下降。

3.3 各研究單元基塘變化特征

將研究期分為1986—2013年和2013—2019年2個(gè)時(shí)段，利用綜合擴(kuò)展系數(shù)分別對(duì)各年份大灣區(qū)25個(gè)研究單元進(jìn)行計(jì)算并劃分其所屬類型。

3.3.1 第一時(shí)段(1986—2013年)

(1)強(qiáng)擴(kuò)展型。該類型包括四會(huì)、三水、番禺、南沙、新會(huì)、臺(tái)山、珠海7個(gè)單元(圖6a)。此類綜合擴(kuò)展系數(shù)均大于89，擴(kuò)展速率均在5.6以上。1986—2013年，該類型區(qū)的基塘面積由1.26萬(wàn)hm2增加至8.04萬(wàn)hm2，占大灣區(qū)基塘總面積的比重由11.81%增加到40.94%。

(2)弱擴(kuò)展型。該類型包括鼎湖與端州區(qū)、高要、高明、鶴山、開(kāi)平與恩平市、花都與白云區(qū)、南海、中山8個(gè)單元。此類綜合擴(kuò)展系數(shù)均大于1.4，擴(kuò)展速率超過(guò)0.8。1986—2013年，該類型區(qū)的基塘面積由4.0萬(wàn)hm2增加到7.7萬(wàn)hm2，增長(zhǎng)92.36%，占大灣區(qū)基塘總面積比重由37.55%增加到39.22%。

(3)相對(duì)穩(wěn)定型。該類型包括惠州、廣州其他區(qū)、東莞、蓬江、江海5個(gè)單元。此類綜合擴(kuò)展系數(shù)在0～1之間，基塘面積在大灣區(qū)占比相對(duì)穩(wěn)定。1986—2013年，該類型區(qū)基塘面積由1.29萬(wàn)hm2增加至2.05萬(wàn)hm2，雖面積增長(zhǎng)明顯，占大灣區(qū)基塘總面積比重由12.14%減少到10.44%。

(4)萎縮型。該類型包括肇慶其他區(qū)、禪城、順德、深圳、香港5個(gè)單元。此類綜合擴(kuò)展系數(shù)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)遞轉(zhuǎn)系數(shù)都是負(fù)數(shù)，各單元基塘面積萎縮。1986—2013年，該類型區(qū)基塘面積由4.10萬(wàn)hm2萎縮至1.85萬(wàn)hm2，共減少55.03%，占大灣區(qū)基塘總面積比重由38.50%減少到9.40%。

3.3.2 第二時(shí)段(2013—2019年)

(1)弱擴(kuò)展型。該類型僅有臺(tái)山，2013—2019年，該類型基塘面積由1.12萬(wàn)hm2增加至1.34萬(wàn)hm2，共增長(zhǎng)19.56%，占大灣區(qū)基塘總面積比重由5.72%上升到9.96%。

(2)相對(duì)穩(wěn)定型。該類型包括香港、惠州、開(kāi)平與恩平市3個(gè)單元(圖6b)。2013—2019年，該類型區(qū)基塘面積由1.09萬(wàn)hm2增加到1.17萬(wàn)hm2，增長(zhǎng)7.35%，占大灣區(qū)基塘總面積比重由5.56%增加到8.69%。

(3)萎縮型。該類型包括三水、南海、順德、高明、禪城、番禺、白云及花都、南沙、廣州其他區(qū)、東莞、深圳、珠海、中山、高要、端州與鼎湖區(qū)、四會(huì)、肇慶其他區(qū)、鶴山、新會(huì)、江海、蓬江，共21個(gè)單元。2013—2019年，該類型基塘面積由17.42萬(wàn)hm2減少到10.97萬(wàn)hm2，減少37.00%，占大灣區(qū)基塘總面積由88.72%變?yōu)?1.35%。

2013—2019年各單元平均水體變化強(qiáng)度指數(shù)為-5.67%(圖6c)。其中，基塘年均萎縮面積最快的是順德、中山和三水，基塘萎縮幅度最快的是禪城、深圳和鶴山。從圖6c可以看出，2013—2019年，除臺(tái)山、香港、惠州、開(kāi)平與恩平市4個(gè)單元基塘類型為弱擴(kuò)展型或相對(duì)穩(wěn)定型外，其他21個(gè)單元均為萎縮型。

圖6 各研究單元基塘變化的空間特征圖Fig.6 The spatial characteristics in fish-pond changes in different sub study areas

4 討論

粵港澳大灣區(qū)為不同發(fā)展程度的城市復(fù)合綜合體。因此，研究不同類型城市基塘面積的變化，可預(yù)估未來(lái)大灣區(qū)基塘發(fā)展的趨勢(shì)。

4.1 波動(dòng)增長(zhǎng)型城市基塘面積變化分析

該類型共含廣州、惠州、珠海、中山、肇慶和江門6個(gè)城市，與1986年相比，2019年的基塘面積有所增加，呈波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)，且峰值均在2019年之前。

廣州市1990—2006年人口增加166.47萬(wàn)人，增長(zhǎng)約28%（吳玉琴等，2011）。因人口流入與市場(chǎng)需求擴(kuò)大，刺激了水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2013年前廣州基塘面積增加，尤其以廣州南沙為典型，南沙區(qū)1986—2013年為強(qiáng)擴(kuò)展型。2013年后，南沙區(qū)被劃為自貿(mào)區(qū)，用地類型進(jìn)一步轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致基塘萎縮(李婧賢等,2019)，類似情況也發(fā)生在惠州等地。

肇慶市通過(guò)對(duì)低洼地域沙荒地的改造，1986—2006年基塘面積快速增長(zhǎng)(楊木壯等,2008)。2006—2009年、2013—2019年，因自然災(zāi)害、菌病以及水產(chǎn)價(jià)格波動(dòng)劇烈等影響，水產(chǎn)養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)增加，打擊了養(yǎng)殖戶的生產(chǎn)積極性，基塘面積呈萎縮趨勢(shì)(鐘小慶,2012)。

在地區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策的驅(qū)動(dòng)下，1990—2006年珠海市耕地向基塘凈轉(zhuǎn)入面積達(dá)1.61萬(wàn)hm2(鐘世堅(jiān)等,2013)。2006—2009年隨著建設(shè)用地的增加，一定程度上加快了對(duì)基塘的占用。2013—2019年，珠海市大力發(fā)展花卉、果蔬和有機(jī)米等生態(tài)農(nóng)業(yè)，淘汰部分經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益低的基塘農(nóng)業(yè)，導(dǎo)致基塘面積萎縮。

4.2 波動(dòng)萎縮型城市基塘面積變化分析

佛山和東莞兩地基塘面積先增長(zhǎng)后萎縮。1986—1994年佛山市基塘面積顯著增長(zhǎng)，以佛山南海為例，該地在1987年成為土地政策改革試驗(yàn)區(qū)，受靈活的土地制度刺激，極大地釋放了生產(chǎn)力，傳統(tǒng)農(nóng)作物種植面積大幅減少，向蔬菜種植地與基塘轉(zhuǎn)變。1994年后，工業(yè)化發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)促使建設(shè)用地急劇擴(kuò)張，年均增長(zhǎng)率超7%(劉毅華等，2019)，導(dǎo)致基塘面積萎縮，分布格局破碎。十八大后，隨著《廣東佛山珠三角基塘農(nóng)業(yè)系統(tǒng)保護(hù)與發(fā)展規(guī)劃》《廣東省實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃(2018—2022年)》等發(fā)展規(guī)劃的頒布，一定程度減緩了基塘面積的萎縮，但仍無(wú)法扭轉(zhuǎn)基塘萎縮的態(tài)勢(shì)。

4.3 快速萎縮型城市基塘面積變化分析

香港、深圳兩地基塘面積小，萎縮速度快。香港的基塘主要集中于元朗的山貝河河口、南生圍一帶的河流沖積平原。上世紀(jì)80年代，香港基塘發(fā)展達(dá)到全盛期，隨著90年代后元朗的快速發(fā)展，傳統(tǒng)基塘逐漸消失。深圳的基塘主要集中在原寶安縣，在1980年深圳特區(qū)成立后，優(yōu)越的政策等區(qū)位條件促使第二、三產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)用地需求不斷增加，基塘面積急劇萎縮。城市化進(jìn)程是深圳與香港的基塘面積萎縮的根本原因。

4.4 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)估

未來(lái)基塘面積將長(zhǎng)期萎縮并難以逆轉(zhuǎn)，但各地區(qū)的萎縮速率受地方發(fā)展與政策等因素影響會(huì)存在較大差異。未來(lái)基塘的發(fā)展將趨向與第三產(chǎn)業(yè)融合，通過(guò)深挖基塘文化價(jià)值、建設(shè)基塘農(nóng)業(yè)示范區(qū)等方式增加基塘的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

本研究利用1986—2019年Landsat衛(wèi)星影像對(duì)大灣區(qū)基塘面積、分布及演變進(jìn)行了分析，并劃分了基塘變化的空間類型。1986—2019年大灣區(qū)基塘面積總體上呈先增加后減少的趨勢(shì)；在空間分布上基塘先集聚后波動(dòng)擴(kuò)散，整體趨向均勻化；以2013年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)劃分前后兩個(gè)時(shí)段，并對(duì)25個(gè)研究單元基塘變化的空間類型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)17個(gè)單元由增長(zhǎng)型或穩(wěn)定型轉(zhuǎn)變?yōu)槲s型。

社會(huì)需求的擴(kuò)大是大灣區(qū)基塘在1986—2013年保持穩(wěn)定增長(zhǎng)的根本原因。2013年后，大灣區(qū)建設(shè)提上日程，大灣區(qū)建設(shè)傾向于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)升級(jí)，基塘農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出有限，勢(shì)必受城市化影響而不斷萎縮。通過(guò)深挖基塘文化、建設(shè)基塘農(nóng)業(yè)示范區(qū)等方式增加基塘經(jīng)濟(jì)效益，可減緩基塘萎縮趨勢(shì)，并提升?；~(yú)塘的社會(huì)價(jià)值。