1、第 卷第 期年 月地理研究 ,收稿日期 :;修订日期 :基金项目 :国家 计划 ();中国科学院知识创新工程重要方向项目 ();国家自然科学基金项目 (、);中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室开放研究基金资助项目 ()。作者简介 :侯西勇 (),男 ,山东泰安人 ,博士 ,研究员 ,从事、海岸带信息集成 、海岸带综合管理研究 。:通讯作者 :徐新良 (),男 ,山东青岛人 ,博士 ,主要从事土地利用变化研究 。:世纪初中国海岸带土地利用空间格局特征侯西勇,徐新良(中国科学院烟台海岸带研究所,烟台;中国科学院地理科学与资源研究所,北京)摘要 :基于 空间分析技术 、条带分割法以及优势度和
2、土地利用程度综合指数 ,分析了 世纪我国海岸带区域 (海岸线向陆 范围 )土地利用的数量 、结构 、空间格局和集约化特征 。研究表明 :世纪我国海岸带土地利用以耕地 、林地和建设用地为主 。距海远近不同 ,土地利用的结构特征和空间格局差异显著 ,水域和建设用地的向海特征最为显著 ,其次是耕地 。海岸带土地利用的集约化程度远高于全国平均水平 ,距离岸线 左右是土地利用程度综合指数的峰值 。海岸带土地利用还存在显著的省际差异 ,不同省区土地利用类型的优势组合差异显著 ;海岸带土地利用类型的高程分异亦非常显著 ,耕地 、水体 、建设用地和未利用土地集中分布在 以下的低海拔区 ,林地主要分布于中高海拔
3、区 ,而草地则在低海拔和高海拔区域都有分布 。关 键 词 :土地利用 ;空间格局 ;中国海岸带文章编号 :() 引言海岸带是陆地和海洋之间的过渡地带 ,是典型的生态交错带和脆弱区 ,也是开发利用强度最高的区域之一 。广泛而深刻的人类活动 ,如土地利用 、城市化 、滨海旅游 、盐业开发 、矿产开采 、渔业养殖 、围填海等对海岸带及近海区域的环境和生态造成了非常深远的影响 。因此 ,海岸带已成为多学科研究的焦点和热点区域 。但是 ,目前对海岸带空间范围的认定则因学科 、研究目的和研究手段等的不同而差异巨大 。例如 ,主要基于陆海相互作用研究的需要定义海岸带 ,其范围较大 ,大体对应等高线至等深线之
4、间的区域 ;各国海岸带调查的空间范围多是指向海等深线 ,向陆延伸左右 ,我国世纪年代开展的全国海岸带和海涂资源综合调查即参照这一标准。土地利用是从空间视角反映不同尺度空间区域人类活动的范围 、强度及影响作用的一个最佳出发点 ,是联系和建立自然科学与社会科学之间关系的良好纽带 。受自然条件 、资源禀赋和经济活动强度等影响 ,海岸带土地利用的类型 、空间分布和时空演化过程等表现出了相对独特的一面 ;与此同时 ,海岸带土地利用不仅是沿海区域经济社会可持续发展的基础和保障 ,而且也会对海岸带区域陆地 、河口及近海环境和生态产生多方面深刻的影响 。故加强海岸带区域土地利用变化等方面问题的研究 ,意义重大
5、 。 自世期 侯西勇 等 :世纪初中国海岸带土地利用空间格局特征 纪年代以来即开始通过合理规划和改变人类的土地利用等陆基活动以实现对海岸带和海洋环境的有效保护。年 ,国际海岸带陆海相互作用 ()研究计划在第一阶段任 务 完 成 之 际 ,在 其 第 二 阶 段 计 划 中 ,又与国际全球环境变化人文因素计划()相结合 ,强调对海岸带区域土地利用等人文过程及其环境效应的综合研究 ,以期进一步深入理解海岸带人文因素与自然因素的交互影响作用 。近年来 ,国外学者加强了对海岸带土地利用变化研究的重视 ,并强调将其作为河口湿地保护 、海岸带水环境保护和海岸带综合管理决策与实践的基本因素予以考虑 ,例如
6、, 综述了土地利用与海岸带之间的关系 ,指出了农业发展 、老龄化 、收入与生活水平提高以及可再生能源发展等因素驱动土地利用变化并进而影响到海岸带的作用途径与机制等;等研究了土地利用变化和基础设施建设对海岸带湿地演替的影响效应 ;等研究并建立了海岸带城市区域土地利用变化影响效应评估的方法体系 ;等利用水文模型模拟流域水文过程并评价陆域活动和陆源污染对海岸带水环境的影响等 。我国是世界上海岸线最漫长的国家之一 ,由南向北跨越了个纬度以及热带 、亚热带和温带大气候带 ;全国个省市区位于沿海 ,由北向南分别是辽宁 、河北 、天津 、山东 、江苏 、上海 、浙江 、福建 、广东 、香港 、澳门 、广西
7、、台湾 、海南 ;除此之外 ,我国还有多个岛屿。我国海岸带土地利用具有类型多样 、空间分异明显 、开发优势突出 、动态变化显著等特点,但是 ,由于沿海地区的人口密度与经济密度高 ,土地资源开发利用中的不合理因素及其所造成的土地资源退化等问题也极为突出 。世纪年代 ,吴传钧等老一辈科学家系统地研究了当时我国海岸带区域的土地利用结构 、空间格局等特征 。近年来 ,国内对海岸带土地利用及相关问题的研究也日益增多 ,例如 ,朱会义等研究了环渤海地区土地利用变化的特征和驱动力 ,傅伯杰等研究了环渤海地区土地利用变化的生态环境效应及可持续性等 ;等定量化研究了浙江海岸带区域的土地利用变化特征 ;金凤君等讨
8、论了中国沿海地区的土地利用 、食物安全和城市化问题 ,并指出了土地资源集约利用的途径 ;李加林等研究了世纪年代杭州湾南岸滨海平原的土地利用 覆被空间格局变化特征 ;刘高焕等对黄河三角洲土地利用进行了动态监测 ,提出了区域海岸带综合管理的政策与措施 ;刘彦随等研究了中国东南沿海区域土地利用类型的转换程度 、时空差异 、变化机制 、城乡发展态势与土地利用优化等问题 。为充分揭示海岸带区域土地利用的空间格局特征 ,尤其是海陆梯度特征 ,本文将全国海岸线 (包括台湾 、海南两省区的海岸线 )向陆一侧缓冲区范围作为研究区 ,基于遥感信息和空间分析技术 ,分析和总结世纪初我国海岸带土地利用的结构特征和空间
9、格局特征等 。研究区总面积约万,占我国国土总面积的比例约。 数据来源与研究方法 土地利用数据土地利用数据来自于中国科学院地理科学与资源研究所 ,是在国家科技支撑计划 、中国科学院知识创新工程重要方向项目等多项重大科技项目的支持下经过多年的积累而建立的全国范围陆地区域多时相万比例尺土地利用现状矢量数据集。该数据集将全国土地利用划分为个一级类型 、个二级类型。本文基于年时相的土地利用现状数据开展研究 ,该数据是在年土地利用现状数据的基础上通过年土地利用类型动态变化的遥感识别所获得 ,所采用的遥感信息源包括年以及 地 理 研 究 卷年成像的 影像 ,数据缺失的区域则用中巴地球资源二号卫星()数据补充
10、 ,两期遥感影像几何纠正后的平均误差小于。在遥感解译过程中 ,通过野外实地调查对解译结果进行了验证和修改 ,验证结果表明 :年土地利用变化制图中耕地判别准确率达,草地 、林地 、建设用地准确率达,综合精度具有以上的定性准确率 。本研究利用技术 ,从个沿海省市区的数据中切割出研究区范围的数据用于开展世纪初中国海岸带土地利用特征研究 。 条带分割法海陆梯度 、高程分异是多种地理要素最基本的空间格局特征之一 ,为了分析和揭示土地利用分布的海陆梯度与高程分异特征 ,对研究区进行了条带分割 :()基于技术和土地利用现状矢量数据提取全国岸线数据 ,进而按照间距进行缓冲区分析 ,保留向陆一侧的个条带作为研究
11、区 ;将条带数据与土地利用数据进行空间叠加和统计 ,即可获得不同条带的土地利用结构信息 。()利用基于栅格数据的空间分析技术 ,提取研究区分辨率的数据 ,统计不同高程区域的面积比例 ,并确定以、为高程分割标准 ,将研究区分割为个高程带 ,进而 ,利用空间分析技术统计不同高程带的土地利用结构信息 。 相对优势度土地利用相对优势度指数 ( ,)是反映某一特定区域 (例如 ,全国 )的内部分区 (省 、区 、市或者一个地理分区 ,如 ,海岸带区域 )土地利用类型相对重要性的量度指标 ,通常采用比较优势指数公式来表达,即 :()式中 ,为土地利用类型在海岸带区域的分布面积 ,为土地利用类型在全国(或沿
12、海省市区 )的分布面积 ,为海岸带区域总国土面积 ,为全国 (或沿海省市区 )范围总国土面积 。相对优势度大于,表明该土地利用类型在海岸带区域的密度高于全国 (或沿海省市区 )平均 ,空间分布的向海趋势较为突出 ,数值越大 ,则向海特征越显著 ;相对优势度小于或等于,则表明 ,相对而言 ,该土地利用类型不具有向海趋势 。 土地利用程度综合指数土地利用程度综合指数用于定量度量土地利用的集约化水平 ,按照土地资源在人类行为因素影响下的状态分为未利用土地级 、林草水用地级 、农业用地级和城镇聚落用地级共个级别 ,分别赋予、不同的分级指数 ,进而通过计算 ,得到之间连续分布的综合指数 ,数值大小不仅反
13、映土地本身的自然属性 ,也反映人类因素与自然环境因素之间相互交织的综合效应。具体公式如下 : , ()式中 ,为研究区土地利用程度综合指数 ,为研究区域内第级土地利用程度分级的分级指数 ;为区域内第级土地利用程度分级的面积百分比 ;为土地利用程度的分级数 。 结果分析 海岸带土地利用的结构特征统计和汇总研究区的土地利用数据 ,得到整体的土地利用结构信息 (表)。可见 :期 侯西勇 等 :世纪初中国海岸带土地利用空间格局特征 ()我国海岸带区域土地利用类型丰富 ,分布有个一级类型和个二级类型 ,与全国陆地区域相比 ,仅缺少永久性冰川雪地 ()和戈壁 ()两个二级类型 ;()在个一级类型中 ,耕地
14、分布最为广泛 ,占研究区总面积的;林地次之 ,占研究区总面积的;再次是建设用地 ,占研究区总面积的;水域面积列第位 ,占研究表 海岸带土地利用分类及其面积统计 代码 名称面积()占研究区面积比例 ()优势度:与全国比较:与沿海省市区比较优势度对比关系 水田 旱地 有林地 灌木林 疏林地 其他林地 高覆盖度草地 中覆盖度草地 低覆盖度草地 河渠 湖泊 水库坑塘 滩涂 滩地 城镇用地 农村居民点 其他建设用地 沙地 盐碱地 沼泽地 裸土地 裸岩石砾地 其他 耕地合计 林地合计 草地合计 水域合计 建设用地合计 未利用土地合计 :(绝对向海 ,岸线向陆范围内的面积比例 沿海省市区范围内的面积比例 全
15、国范围的面积比例 );:(向海分布 ,但是沿海省市区范围内的向海特征强于岸线向陆范围);:(绝对向陆 ,岸线向陆 范围内的面积比例沿海省市区范围内的面积比例全国范围的面积比例 );:(相对向海 ,在全国范围内向陆特征显著 ,但在沿海省市区范围内则向海特征显著 );:(相对向海 ,沿海省市区范围内的面积比例全国范围的面积比例岸线向陆 范围内的面积比例 )。 地 理 研 究 卷区总面积的;草地和未利用土地的分布面积及其所占比例均较小 ;()在个二级类型中 ,广泛分布的有 :旱地有林地水田其他林地农村居民点疏林地其他建设用地城镇用地 ,这个类型的分布面积合计占研究区总面积的;()耕地类型中 ,旱地与
16、水田均大量分布 ,北旱南水格局突出 ,但旱地面积大于水田面积 ;林地中 ,以有林地为主 ;草地中 ,以高覆盖度草地为主 ;水域中 ,以水库坑塘 、滩涂和河渠为主 ;建设用地中 ,以农村居民点为主 ;未利用土地中 ,以沼泽地和盐碱地为主 。 海岸带土地利用的相对优势度如表,分别以全国和沿海省市区为参照对象 ,分析岸线向陆范围内各土地利用类型分布面积的优势程度 ,两个优势度指数与的对比关系差异比较明显 ,体现了土地利用向海分布的相对性 ;同时 ,将一级分类与其所包含的二级分类相比较 ,两个优势度指数与的对比关系并非完全一致 ,体现了土地利用向海分布特征的等级差异 。具体而言 :一级分类中 ,耕地
17、、水域和建设用地属于类 ,表明它们在岸线向陆范围及沿海省市区范围均具有比较显著的向海分布特征 ,而且在岸线向陆范围内的面积比例最为显著 ;林地属于类 ,表明其在沿海省市区范围内的向海分布特征更强于其在岸线向陆范围 ;草地属于类 ,向陆分布特征显著 ;未利用土地属于类 ,表现为局部的 、相对的向海特征 。与此相应 ,在二级分类中 ,水田 、其他林地 、河渠 、水库坑塘 、滩涂 、滩地 、城镇用地 、农村居民点 、其他建设用地属于类 ;旱地 、有林地 、疏林地属于类 ;高 、中 、低覆盖度草地以及湖泊和裸岩石砾地均属于类 ;沙地 、盐碱地 、沼泽地 、裸土地和其他地类均属于类 ;灌木林属于类 。
18、距海远近对土地利用结构的影响按照间距将岸线向陆范围划分为至共个带状区域 ,分别计算“各个带区内的土地利用结构 ”和 “不同土地利用类型在各个带区的面积比例特征 ”,其中 ,一级类型的统计结果如图、图。由图、图,随着与海岸线之间距离的变化 ,海岸带区域的土地利用结构变化显著 ,具体特征如下 :()个带区均是耕地分布最广泛以及未利用土地面积最少 ,除了的带区之外 ,其他个带区内分布面积居第二位的均为林地 ,居第三位的均为建设用地 ;()总体上 ,岸线向陆范围的个带区内土地利用结构明显不同于其他的个带区 ,虽然耕地和林地的绝对面积及其比例仍比较大 ,但却远远低于其他的带区 ,相反 ,水域 (以滩涂
19、、水库坑塘为主 )和建设用地 (城镇用地 、农村居民点与其他建设用地均比较突出 )的面积及比例却远远高出了其他带区 ,这充分证明了交通工矿 、水利设施 、养殖与盐田等人类生产与生活行为更具有趋海特征 ;()随着与海岸线之间距离的增加 ,不同条带内各土地利用类型的分布面积及其所占比例的变化趋势差异较大 :耕地的面积及所占比例总体上呈现为首先迅速增加而后缓慢降低的趋势 ;个带区内林地面积波动不大 ,但比例则表现为在带区内持续上升的趋势 ;草地的面积及比例表现为先平稳下降而后平稳上升的宽 “”型特征 ;水体的面积及比例表现为先急剧下降而后小幅波动变化的趋势 ;建设用地的分布面积在之内表现为持续下降的
20、趋势 ,所占比例则表现为总体平稳下降并伴随内陆个别条带微弱起伏的特征 ;各个条带间未利用土地的面积和比例表现为小幅波动并总体下降的趋势 ;()各土地利用类型逐带区面积比例累积曲线进一步表明 :在离海岸线的区域 ,以上的水域分布在距海范围 ,以上的建设用地和未利用土地分布在距海范围 ,以上的草地分布在距海期 侯西勇 等 :世纪初中国海岸带土地利用空间格局特征 图 海岸带不同带区内的土地利用结构 图 各土地利用类型逐带区面积比例累积曲线 范围 ,以上的耕地分布在距海范围 ,以上的林地分布在距海范围 ,由此可见 ,各个一级土地利用类型空间分布的向海特征由强到弱依次为 :水体建设用地未利用土地草地耕地
21、林地 。 距海远近对土地利用程度的影响分别计算研究区 、个条带以及全国的土地利用程度综合指数 ,其中研究区和全国范围的土地利用程度综合指数分别为和,这表明海岸带区域土地资源的开发程度和集约化水平远远高于全国平均水平 。海岸带区域个条带的土地利用程度综合指数如图。最小值为,出现在条带;最大值为,出现在条带(条带、条带分别为、,均略低于条带);各个条带土地利用的集约化水平均远远高出全国平均水平 。距离海岸线的带区最易受到风暴潮 、台风 、海水入侵 、洪水 、风沙等不利因素的影响 ,因此土地利用程度相对较低 ,但是 ,也已经超过了远居内陆的四个条带 (离海的范围 );共个条带 (离岸的范围 )土地利
22、用程度综合指数均大于研究区的平均值 ,是海岸带区域土地利用 地 理 研 究 卷程度最高 、人类活动强度最显著的区域 ;对共个条带的土地利用程度综合指数进行线性拟合 ,总体趋势为下降 ,线性方程的拟合优度接近,进行显著性检验 ,模型显著有效 。图 距海远近对土地利用程度综合指数的影响 (线性拟合不计 带区数值 ) 海岸带土地利用的省际差异由于地理位置 、自然条件 、经济社会发展历史及发展现状等因素的差异 ,海岸带土地利用也表现出比较明显的省际差异 (图)。在离岸以内的陆地区域 ,土地利用结构的省际差异突出表现为 :()辽宁 、广东 (含港澳 )、浙江省区海岸带土地利用以耕地林地 建设用地为主 ,
23、三类型比例之和分别达、和,但辽宁的耕地比重更为突出 ,而浙江和广东的林地比重则略高于耕地 ;()河北海岸带土地利用以耕地 建设用地为主 ,二者合计占,其中耕地分布最广泛 ,比例高达;()天津 、江苏 、上海省区海岸带土地利用以耕地 水体和建设用地为主 ,三类型比例之和分别达、和,其中江苏耕地比重尤为突出 ,超过了;()山东海岸带土地利用以耕地 建设用地 草地为主 ,三类型合计占,其中耕地尤为突 出 ; ()福建海岸带土地利用以林地 耕 地 草 地 为 主 ,三 类 型 合 计 占,其中林地尤为突出 ;()广西 、海南 、台湾省区海岸带土地利用以林地 耕地为主 ,两个类型的比例之和分别达、和,特
24、别是海南和台湾 ,其林地比重均在以上 。 海岸带土地利用的高程分异高程分异是地表水热再分配以及物质迁移的重要影响因素 ,因而对土地利用分布的影响也极为深刻 。我国海岸带区域的高程分异特征显著 ,既有广阔而平坦的滩涂 ,又有起伏剧烈的高地 、丘陵和山地 。基于分辨率的统计海岸带不同高程范围的分布面积及比例 ,进而将研究区分割为、和五个高程带 ,其面积比例分别为、。由图、图,不同高程带主导的土地利用类型以及不同土地利用类型主导的高程分布区均差异巨大 ;低海拔区域耕地占据优势 ,但是随着海拔的升高 ,其优势地位则逐渐被林地所取代 ;水体与建设用地集中分布于低海拔区域 ,随着海拔高度的攀升 ,它们的比
25、例迅速降低 ;草地主要分布于中高海拔区域 。具体而言 ,的低海拔区域以耕地 、水体和建设用地为主 ,三者的面积比例合计达;在高程区域 ,更是以耕地和建设用地期 侯西勇 等 :世纪初中国海岸带土地利用空间格局特征 图 向陆 范围海岸带区域土地利用结构的省区际差异 为主 ,二者比例分别达和;而在、以及的高程区域 ,耕地比例迅速降低至不足,而林地的比例则大幅提高至以上 。总体而言 ,研究区海拔以下的区域占研究区总面积的以上 ,在这些区域集中分布了的耕地 、的水体 、的建设用地和的未利用土地 ;海拔在以上的区域 ,林地 、草地的比重占据明显的优势 ,集中分布了研究区的林地和的草地 。图 不同高程带的土
26、地利用结构 图 土地利用类型分布的垂直分异 结论与讨论世纪初我国海岸带区域土地利用具有多方面的显著特征 ,主要包括 :()海 岸 带 区 域 以 耕 地 、林 地 和 建 设 用 地 为 主 ,三者合计占研究区总面积的;分别以全国及沿海省市区为参照 ,表明水域和建设用地的向海特征最为显著 ,其次是耕地 。()距海远近不同 ,土地利用的数量结构和空间格局显著不同 ,随着离海距离的逐 地 理 研 究 卷渐增加 ,不同土地利用类型分布面积的变化趋势差异较大 。总体上 ,海岸线向陆的区域土地利用结构特征明显不同于距海的区域 ,表现在耕地 、林地的比例相对较低 ,而水域 (尤其是滩涂和水库坑塘 )和建设
27、用地 (城镇 、农村居民点和其他建设用地 )的比例却相对很高 。()海岸带区域土地利用的集约化程度远远高于全国平均水平 ,而且海陆梯度特征较为显著 :由海向陆 ,随着离岸距离增加 ,土地利用程度综合指数迅速增加并达到峰值(离岸范围是峰值区 ),而后则总体平稳下降 ;总体上 ,向陆之间的范围土地利用集约化水平高于研究区的平均值 ,是海岸带人类活动强度比较突出的区域 。()海岸带土地利用存在显著的省际差异 ,沿海不同省区海岸带土地利用类型的优势组合既有相同之处 ,又有显著的差异性 。()海岸带高程分异对土地利用分布的影响比较显著 ,海拔以下是耕地 、水体 、建设用地和未利用土地集中分布的区域 ,低
28、海拔区域耕地占据优势 ,但是随着海拔的升高 ,其优势地位逐渐被林地所取代 ,草地则在低海拔和高海拔区域较为集中 。本文研究还有如下启示 :()“其他建设用地 ”的向海特征异常突出 ,表明沿海地区存在着比较明显的滩涂资源开发和围填海过程 ,应该加强对其未来发展态势的动态监测 ,以便有助于制定相应的控制性和约束性政策措施 ,从而达到保护天然滩涂及自然岸线的目的 ;()海岸带土地利用集约化水平非常突出 、人类活动强度居高 ,同时大量的城镇等用地类型紧邻水体 ,水环境所面临的压力和风险巨大 ,应尤为重视海岸带土地利用结构与布局的优化 ,以达到降低人类陆基活动对海岸带和海洋环境负面影响的目的 ;()应该
29、密切关注海岸带区域林草地的时空动态特征及其与邻近区域城镇 、农村居民点等其他土地利用类型之间的数量对比关系和空间格局关系 ,以促进海岸带区域生态修复和防减灾措施与目标的制定与实施 。参考文献 :杜云艳 ,周成虎 ,苏奋振 ,等 海岸带及近海科学数据集成与共享研究 北京 :海洋出版社 , , ,: ,: , , , , ,: , , ,: , , ,:韩立民 ,王爱香 保护海岛资源 ,科学开发和利用海岛 海洋开发与管理 ,():彭建 ,王仰麟 ,刘松 ,等 海岸带土地持续利用景观生态评价 地理学报 ,():吴传钧 ,蔡清泉 ,朱季文 ,等 中国海岸带土地利用 北京 :海洋出版社 ,朱会义 ,何书
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31、析 自然资源学报 ,():刘彦随 ,卢艳霞 中国沿海地区城乡发展态势与土地利用优化研究 重庆建筑大学学报 ,(): , , ,:刘纪远 中国资源环境遥感宏观调查与动态研究 北京 :中国科学技术出版社 ,刘纪远 ,布和敖斯尔 中国土地利用变化现代时空特征的研究 :基于卫星遥感数据 第四纪研究 ,():刘纪远 ,刘明亮 ,庄大方 ,等 中国近期土地利用变化的空间格局分析 中国科学 (辑 ),地球科学 ,():刘纪远 ,张增祥 ,庄大方 ,等 世纪 年代中国土地利用变化时空特征及其成因分析 地理研究 ,():刘纪远 ,张增祥 ,庄大方 ,等 世纪 年代中国土地利用变化的遥感时空信息研究 北京 :科学出版社 ,刘纪远 ,张增祥 ,徐新良 ,等 世纪初中国土地利用变化的空间格局与驱动力分析 地理学报 ,(): , ( , ,; , ,): , , , , , ; , , , , : ; ;