王曼曼，張宏艷，張有廣，林明森，宮鵬

(1.國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心，北京 100081；2.清華大學(xué) 地球系統(tǒng)科學(xué)系，北京 100084；3.北京工商大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，北京 100048)

1 引言

長三角是帶動中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎與接駁世界經(jīng)濟(jì)體系的門戶區(qū)，國務(wù)院2010 年批準(zhǔn)的《長江三角洲地區(qū)區(qū)域規(guī)劃》確定長三角范圍包含江蘇省、浙江省和上海市。在全球變化、快速城鎮(zhèn)化、工業(yè)化及沿海開發(fā)深化背景下，長三角地區(qū)面臨海平面上升、極端氣候事件、地面沉降、環(huán)境污染、海岸侵蝕等生態(tài)環(huán)境問題[1]，同時伴隨大量優(yōu)質(zhì)農(nóng)田和生態(tài)用地被侵占，致使土地后備資源短缺難以支撐未來區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略需求，區(qū)域生態(tài)安全格局面臨嚴(yán)重威脅。尤其在長三角海岸帶地區(qū)，海陸交互作用顯著，因其特殊的地理位置及獨特的元素構(gòu)成[2]，逐漸成為陸域土地系統(tǒng)外拓所覬覦的焦點，且在《長江三角洲城市群發(fā)展規(guī)劃》（2016-2020）的空間格局中，長三角海岸帶被定義為沿海發(fā)展帶，致力于打造與生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶。該區(qū)域土地利用模式因區(qū)位和人類活動方式不同而各異，在工業(yè)化和城鎮(zhèn)化地區(qū)，海岸帶開發(fā)趨于臨港產(chǎn)業(yè)、城市建設(shè)、濱海旅游等高經(jīng)濟(jì)效益利用方式，開發(fā)范圍由陸緣向海洋拓展；在農(nóng)業(yè)發(fā)展地區(qū)，海岸帶開發(fā)主要通過灘涂圍墾、濕地養(yǎng)殖、近岸捕撈等實現(xiàn)陸海空間利用[2]。在海岸帶土地開發(fā)逐漸深化和政策助推下，海岸帶土地利用變化加劇，已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的矛盾熱點區(qū)。

目前，土地利用變化的動態(tài)監(jiān)測與研究已成為人類活動對全球環(huán)境變化影響研究的重要內(nèi)容之一[3]，對維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力具有重要意義[4]，在復(fù)雜性科學(xué)視角下，土地利用變化系統(tǒng)表現(xiàn)出多方向性、非線性、時空尺度差異性和時空異質(zhì)性等特征[5-6]。隨著沿海開發(fā)力度的逐漸深化，該區(qū)域土地利用變化加劇，其經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展根植于對優(yōu)質(zhì)農(nóng)田、草地、岸線資源的過度利用，導(dǎo)致濱海濕地面積銳減、生物棲息地被破壞及物種資源嚴(yán)重衰退等問題顯現(xiàn)，同時隨著國家海洋戰(zhàn)略及“一帶一路”建設(shè)的加快推進(jìn)，海岸帶土地開發(fā)建設(shè)與資源環(huán)境保護(hù)的壓力倍增，如何協(xié)調(diào)與統(tǒng)籌生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的聯(lián)系成為海岸帶土地利用可持續(xù)發(fā)展的核心議題。近些年，借助于“3S”技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計、空間計量等手段，國內(nèi)外學(xué)者對海岸帶區(qū)域開展了大量研究，主要集中在以下4 個方面：一是基于遙感影像的海岸帶信息提取與制圖分析，如邸向紅等[7]基于Landsat TM 影像開展中國海岸帶土地利用遙感分類系統(tǒng)研究，侯西勇等[8]對多時相中國海岸帶土地利用遙感制圖技術(shù)進(jìn)行歸納并對2010 年與2015 年影像制圖精度進(jìn)行評估，吳文挺等[9]對中國海岸帶圍墾用地開展遙感分析；二是海岸帶土地利用空間格局分析[10-15]，如王海云[10]基于地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)對珠海市海岸帶時空演變格局開展分析，田鵬等[11]對東海區(qū)大陸海岸帶景觀格局變化及生態(tài)風(fēng)險開展評價研究，侯西勇和徐新良[12]對21 世紀(jì)初中國海岸帶土地利用空間格局特征進(jìn)行分析；三是海岸帶土地利用適宜性評價與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估[16-20]，如孫曉宇等[16]對廣東東部海岸帶土地利用適宜度進(jìn)行評價，劉玉斌等[18]開展了基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的萊州灣—黃河三角洲海岸帶區(qū)域生態(tài)連通性評價分析；四是開展海岸帶土地利用模式研究，如彭建等[21]開展中國東部沿海灘涂資源在不同空間尺度下的生態(tài)開發(fā)模式，李偉芳等[2]以杭州灣南岸為例進(jìn)行發(fā)展?jié)摿σ暯窍碌暮０稁恋乩媚Ｊ窖芯俊Ｅc此同時，針對長三角地區(qū)，在海岸線變遷[22]、土地利用變化及格局分析[23-24]、海岸帶及灘涂資源開發(fā)模式[2,25-26]、灘涂圍墾演變分析[27-29]等方面取得了豐富成果，對海岸帶土地開發(fā)與管理提供重要指導(dǎo)。但綜合來看，現(xiàn)有土地生態(tài)系統(tǒng)研究多限于長三角的灣區(qū)、單個省、市或縣尺度，且研究時序較短，對整個長三角沿海區(qū)域視角的土地系統(tǒng)轉(zhuǎn)型特征刻畫及長期歷史演變規(guī)律的全面梳理研究較少。

故本文以長三角海岸帶土地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，基于1980 年、1990 年、2000 年、2010 年及2018年5 期土地利用矢量數(shù)據(jù)，采用土地轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)、年變化率、動態(tài)度及核密度分析方法，量化和表征近39 年來研究區(qū)土地開發(fā)利用格局演變過程，嘗試從整體數(shù)量結(jié)構(gòu)、空間形態(tài)、重點地類空間集聚、海陸梯度變化的視角揭示各階段土地轉(zhuǎn)型分異規(guī)律，以期為當(dāng)?shù)赝恋乩米兓瘷C(jī)理、土地可持續(xù)開發(fā)利用與優(yōu)化調(diào)控提供借鑒。

2 研究區(qū)概況

長三角海岸帶是全球變化與人類活動劇烈相互作用的典型區(qū)域[1]，在海岸帶范圍劃分上，借鑒一級海岸帶（沿海地區(qū)）、二級海岸帶（沿海城市）和三級海岸帶（沿海地帶）的三層劃分法[30]，其涵蓋范圍依次從沿海的省級、地市級（地級市、直轄市）向縣區(qū)級（縣、縣級市及市轄區(qū)）縮減，且三級海岸帶海洋屬性最突出，海洋產(chǎn)業(yè)布局最密集，人口最集中，生態(tài)環(huán)境保護(hù)任務(wù)最重，是海陸統(tǒng)籌管理的核心區(qū)。結(jié)合我國以行政區(qū)為管理單位的特點，考慮本文的研究需要，將研究區(qū)范圍定義為二級海岸帶即長三角沿海城市的大陸海岸帶部分，不包括海島區(qū)域，如上海市的崇明區(qū)及浙江省的舟山市均不在本文研究范圍內(nèi)，其具體矢量邊界向海一側(cè)定義為1980 年、1990 年、2000年、2010 年、2018 年大陸海岸線疊加后的最外沿邊界，向陸一側(cè)定義為沿海地級市和直轄市的行政區(qū)劃邊界內(nèi)側(cè)，以此結(jié)合向陸、向海矢量邊界形成的多邊形閉合區(qū)域即為研究區(qū)范圍（圖1），主要包含連云港市、鹽城市、南通市、上海市、嘉興市、杭州市、紹興市、寧波市、臺州市、溫州市共計10 個分析單元，總面積達(dá)98 392.04 km2，其中江蘇省、上海市和浙江省的海岸帶面積分別為33 597.14 km2、5 543.92 km2、59 250.98 km2。本文在開展研究區(qū)土地開發(fā)格局演變過程分析的基礎(chǔ)上，為重點探測灘涂地類的區(qū)域異質(zhì)性規(guī)律，進(jìn)一步將研究尺度拓展至縣區(qū)級，共計包含44 個縣區(qū)級分析單元。

圖1 研究區(qū)地理位置圖Fig.1 The location of the study area

長三角海岸帶境內(nèi)地勢低平，類型以平原、丘陵和山地為主，海岸大部分屬于淤泥質(zhì)平原海岸，擁有廣闊的灘涂。在我國國土開發(fā)與區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略格局中，長三角海岸帶隸屬國家層面的優(yōu)化開發(fā)區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)和省級層面的重點開發(fā)區(qū)、重點生態(tài)功能區(qū)[31]，且在《全國海洋功能區(qū)劃》（2011-2020）中，將其功能定位為農(nóng)業(yè)圍墾區(qū)、工業(yè)與城鎮(zhèn)用海區(qū)。

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

本文采用的數(shù)據(jù)源包含：由中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn）提供的基于1970年代末期（1970s，相當(dāng)于1980 年）、1980 年代末期（1980s，相當(dāng)于1990 年）、2000 年、2010 年、2018 年5 個時期的Landsat 遙感影像獲取的1∶10 萬比例尺土地利用矢量數(shù)據(jù)集產(chǎn)品，空間分辨率為30 m×30 m，該數(shù)據(jù)集經(jīng)野外調(diào)查資料與外業(yè)實地驗證，土地利用的一級類型綜合評價精度達(dá)到93%以上[3]。本研究涉及地類包含耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地（城鄉(xiāng)、工礦、居民用地）、未利用地和海洋共7 個一級類型21 個二級類型，通過對5 期土地利用矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間格局演變分析，揭示不同時段長三角海岸帶土地轉(zhuǎn)型分異規(guī)律。研究區(qū)行政區(qū)劃數(shù)據(jù)（地市和縣級）來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心2018 版矢量地圖數(shù)據(jù)（www.webmap.cn），考慮到1980-2018 年期間研究區(qū)內(nèi)的縣區(qū)級行政區(qū)劃有所調(diào)整，為保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性和可比性，各時期均統(tǒng)一采用2018 年的地市、縣區(qū)行政邊界作為行政分區(qū)。

3.2 研究方法

3.2.1 土地利用轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)

土地利用變化過程既包含數(shù)量與空間形態(tài)的變化，又包含地類間轉(zhuǎn)移方向的變化，且伴隨研究區(qū)不同發(fā)展時段，各地類受自然本底演變、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展及規(guī)劃政策驅(qū)動等影響，在數(shù)量增減大小、轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出方向、轉(zhuǎn)移速度快慢、空間形態(tài)聚縮上會存在差異。為全面刻畫長三角海岸帶在1980-2018 年期間不同地類的開發(fā)利用特征，基于1980-1990 年、1990-2000年、2000-2010 年、2010-2018 年、1980-2018 年共5個研究時段的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，將其視為一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)加以分析，以某時期的單個地類轉(zhuǎn)移為例，由“該地類名稱、轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移至地類名稱”構(gòu)成轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點和連線，且轉(zhuǎn)移量的多少作為連線的屬性。?；鶊D（Sankey diagram）也稱桑基能量分流/平衡圖，適用于特定流量轉(zhuǎn)換的可視化分析，由邊、節(jié)點和能量組成，其中節(jié)點代表不同類型，邊代表流動的數(shù)據(jù)，流量代表流動數(shù)據(jù)的具體數(shù)值，邊的寬度和流量成比例顯示，其始末端的分支寬度總和遵循能量守恒原則。將長三角海岸帶的土地生態(tài)系統(tǒng)總面積作為分析對象，自1980 年開始其歷經(jīng)39 年的發(fā)展演變，不同地類分支始終發(fā)生著“轉(zhuǎn)出減少”、“轉(zhuǎn)入增加”或“維持不變”的變化，但土地生態(tài)系統(tǒng)總量維持平衡，采用桑基圖能夠直觀、全面和具體的展現(xiàn)研究區(qū)近39 年來土地利用轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)的序列演變指標(biāo)特征，包含各時期始末地類面積的相對比例、地類間轉(zhuǎn)移的方向和大小、轉(zhuǎn)換貢獻(xiàn)率（“轉(zhuǎn)出減少”或“轉(zhuǎn)入增加”在凈轉(zhuǎn)換面積中所占百分比）、轉(zhuǎn)移變化率等。各時段土地系統(tǒng)空間形態(tài)的演變特征可借助GIS 分析方法予以空間展示。

3.2.2 土地利用變化的測度指標(biāo)

本研究采用年變化率和動態(tài)度指標(biāo)來綜合度量某個時期地類A 的變化速率和強(qiáng)度，其中，年變化率K有正負(fù)，反映了與t時段對應(yīng)的研究區(qū)地類A 的年擴(kuò)張速率或年縮減速率；動態(tài)度D反映了與t時段對應(yīng)的研究區(qū)地類A 變化的劇烈程度[3,32]。對于某土地類型A，計算公式如下：

式中，K、D分別表示地類A 的年變化率、動態(tài)度；Ua和Ub分別表示地類A 在某時間段內(nèi)的初期面積和末期面積（單位：km2）；ΔUin表示在研究時間段內(nèi)從其他地類轉(zhuǎn)化為地類A 的總面積，即新增面積（單位：km2）；ΔUout表示地類A 轉(zhuǎn)化為其他地類的總面積，即流失面積（單位：km2）；t為時間段。

3.2.3 Kernel 密度估計

核密度估計[33]是一種非參數(shù)的估計方法，在點位數(shù)據(jù)的空間集聚分析方面應(yīng)用廣泛，其原理是借助移動的單元格對點格局的密度進(jìn)行估計，距離格網(wǎng)搜尋中心越近的點則被賦予的權(quán)重值越大，最終實現(xiàn)將離散性的點轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的柵格密度表面，從而達(dá)到對點位分布數(shù)據(jù)的空間集聚特征可視化研究。本研究基于長三角海岸帶重點變化地類中的建設(shè)用地，提取不同時期新增建設(shè)用地斑塊的質(zhì)心作為點要素[34]，并以斑塊面積作為權(quán)重指標(biāo)進(jìn)行核密度分析，以等值線表示建設(shè)用地擴(kuò)展的空間變化趨勢，核密度值越高意味著長三角海岸帶地區(qū)建設(shè)用地擴(kuò)展態(tài)勢越聚集，反則越分散。采用四次多項式核函數(shù)估計，設(shè)p處密度為λh(p)，其估計值為計算公式如下：

式中，p為 待估計點的位置；pi為落入以p為圓心、h為半徑的圓形搜索范圍內(nèi)的第i個新增地類斑塊質(zhì)心的位置；h值的選擇會影響到各時期新增建設(shè)用地質(zhì)心點分布密度估計的平滑程度，本文為使研究結(jié)果具有年際可比性，各階段分析均采用了相同的搜索半徑和像元大小。

4 結(jié)果與分析

4.1 長三角海岸帶土地利用時空演變特征

4.1.1 數(shù)量結(jié)構(gòu)變化特征

2018 年，長三角海岸帶耕地面積40 869.40 km2，占研究區(qū)總面積的41.54%，所占比例最大；林地、建設(shè)用地次之，面積分別為33 788.03 km2、13 758.67 km2，分別占研究區(qū)總面積的34.34%、13.98%，耕地、林地和建設(shè)用地構(gòu)成研究區(qū)基底景觀，水域面積7 482.86 km2、草地面積2 214.57 km2，分別占研究區(qū)總面積的7.61%、2.25%，未利用面積最少，占總面積比例不到0.1%。在1980-2018 年期間，研究區(qū)主要土地利用變化呈現(xiàn)耕地持續(xù)平穩(wěn)減少、建設(shè)用地持續(xù)快速增加、林地波動式微弱減少、草地和水域波動式微弱增加的發(fā)展趨勢，且歷經(jīng)圍填海開發(fā)面積累計達(dá)2 161.01 km2。其中，耕地面積減幅為14.54%，主要轉(zhuǎn)向建設(shè)用地、水域和林地，轉(zhuǎn)出面積分別為7 505.72 km2、906.10 km2、530.04 km2；建設(shè)用地面積增幅為169.75%，主要轉(zhuǎn)入地類為耕地、水域、林地及圍填海用地，面積分別為7 505.72 km2、896.31 km2、418.66 km2、305.13 km2，尤其是2000-2018 年期間建設(shè)用地增量顯著，占增加總量的81.75%，主要由于該時段研究區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快及沿海工業(yè)的逐漸興起，新增建設(shè)用地占用大量優(yōu)質(zhì)耕地，耕地流失嚴(yán)重；林地經(jīng)歷了“降→升→降”波動式減少趨勢，減少面積為323.53 km2，整體減幅達(dá)0.95%，主要轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地和耕地；草地變化表現(xiàn)出與林地完全相反的特征，整體經(jīng)歷了“升→降→升”波動式增加趨勢，增加面積為247.15 km2，增幅達(dá)12.56%，主要來自水域和耕地轉(zhuǎn)入；水域變化趨勢與林地相同，但整體屬于增加狀態(tài)，增幅為6.62%，主要來自耕地與草地轉(zhuǎn)入。在土地利用動態(tài)度變化方面，各地類動態(tài)度由高到底依次為建設(shè)用地、海洋、水域、草地、耕地和林地；在省級差異上，江蘇省、上海市和浙江省在1980-2018 時段的各地類動態(tài)度均保持首位，其他時段呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。

圖2 結(jié)果主要展現(xiàn)各時期長三角海岸帶、江蘇省、上海市及浙江省海岸帶在不同時期的土地利用轉(zhuǎn)移關(guān)系，一方面通過堆疊柱狀圖直觀呈現(xiàn)地類結(jié)構(gòu)組成及面積比例，另一方面利用?；鶊D直觀厘清各地類間的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出關(guān)系及轉(zhuǎn)移幅度大小。長三角海岸帶在轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)中，主要表現(xiàn)出耕地面積不斷流失，其主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，同時水域向其他地類進(jìn)行頻繁且微弱的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。各省市在地類結(jié)構(gòu)組成及轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)上差異顯著，其中，在地類結(jié)構(gòu)組成上，江蘇省基底地類由耕地、水域和建設(shè)用地組成，5 個時期結(jié)構(gòu)形態(tài)基本維持穩(wěn)定；上海市基底地類由耕地和建設(shè)用地組成，且耕地比例呈明顯下滑趨勢，建設(shè)用地比例大幅上升；由于江蘇省與上海市海岸帶地勢均以平原為主，浙江省海岸帶地勢以丘陵和山地為主，故浙江省地類結(jié)構(gòu)與前兩者呈現(xiàn)明顯差異，浙江省基底地類主要由林地、耕地和建設(shè)用地構(gòu)成；在土地利用轉(zhuǎn)移關(guān)系上，江蘇省、上海市和浙江省均呈現(xiàn)明顯的建設(shè)用地與耕地間的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出現(xiàn)象。在不同地級市尺度上，連云港市、鹽城市、南通市及嘉興市在地類結(jié)構(gòu)組成及轉(zhuǎn)移關(guān)系中呈現(xiàn)較為一致的變化趨勢，耕地占比均最為顯著，且連云港市和嘉興市呈現(xiàn)出較為劇烈的耕地與建設(shè)用地間的轉(zhuǎn)換現(xiàn)象；浙江省其他沿海城市地類結(jié)構(gòu)組成相似度較高，均呈現(xiàn)林地占比最高、耕地次之，且5 個時期呈現(xiàn)出耕地持續(xù)減少現(xiàn)象，其主要轉(zhuǎn)向建設(shè)用地開發(fā)，主要是由于當(dāng)?shù)嘏R港工業(yè)、濱海城鎮(zhèn)發(fā)展對建設(shè)用地的需求日益增加，致使建設(shè)用地均呈現(xiàn)逐年擴(kuò)張態(tài)勢。

4.1.2 空間形態(tài)分異特征

受城鎮(zhèn)化、工業(yè)化及海洋戰(zhàn)略推進(jìn)的影響，長三角海岸帶土地利用開發(fā)加劇，其空間形態(tài)從自組織的自然發(fā)展?fàn)顟B(tài)演化為人為調(diào)控（工業(yè)新區(qū)建設(shè)、港口產(chǎn)業(yè)帶動、濱海新城建設(shè)等）下的再組織狀態(tài)，整體空間格局呈現(xiàn)出北耕南林、建設(shè)用地呈散團(tuán)式鑲嵌其中，且水域連綿依附于江蘇省東部及杭州灣沿岸的基底景觀形態(tài)（圖3）。自1980 年以來，長三角海岸帶空間景觀變化顯著，主要呈現(xiàn)出建設(shè)用地斑塊遍地開花并伴隨局部爆炸式擴(kuò)張、耕地斑塊逐漸縮減且趨于破碎化、江蘇和上海東部以及杭州灣沿岸圍填海開發(fā)形成明顯濕地景觀的演變態(tài)勢。將研究區(qū)各期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)分別進(jìn)行ArcGIS 空間分析，獲取各個時段土地利用轉(zhuǎn)移空間分布圖，結(jié)果表明，耕地轉(zhuǎn)向建設(shè)用地是5 個轉(zhuǎn)化階段中均居首位的地類間轉(zhuǎn)化類別，該類別零散分布于全域范圍，且隨著時間的趨近，零散斑塊逐漸顯化，尤其自2000 年至今，新增建設(shè)用地斑塊逐漸形成微小的散團(tuán)鑲嵌于整個長三角海岸帶空間，在上海市及杭州灣沿海區(qū)域表現(xiàn)尤其顯著。除此之外，其他地類間的轉(zhuǎn)化在各階段呈現(xiàn)出的形態(tài)差異各異。

圖3 1980 年、1990 年、2000 年、2010 年及2018 年長三角海岸帶土地類型空間分布格局Fig.3 Spatial distribution pattern of land types in the Changjiang River Delta coastal zone in 1980,1990,2000,2010 and 2018

4.2 重點變化地類空間集聚特征

4.2.1 建設(shè)用地變化空間集聚特征

對時空格局集聚演化的考察有利于揭示地類發(fā)展的階段性特征，本研究為深入分析長三角海岸帶建設(shè)用地擴(kuò)展的空間聚散態(tài)勢，對5 個階段新增建設(shè)用地斑塊進(jìn)行核密度分析，將其結(jié)果劃分為高密度區(qū)、較高密度區(qū)、中等密度區(qū)、較低密度區(qū)和低密度區(qū)（圖4）。

圖4 1980-2018 年期間長三角海岸帶城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴(kuò)展空間密度分布Fig.4 Spatial agglomeration of construction land expansion in the Changjiang River Delta coastal zone during 1980-2018

長三角海岸帶建設(shè)用地在數(shù)量上，呈持續(xù)增加趨勢，近39 年間增加面積累計達(dá)9 207.45 km2；在空間景觀上，整體擴(kuò)張規(guī)模呈小而散特征，其中，建設(shè)用地擴(kuò)張的較高與高密度區(qū)重點集中在上海市沿岸，在連云港東北部、鹽城市南部、南通市南部、杭州灣岸區(qū)、象山港岸區(qū)、椒江口岸區(qū)、甌江口-沙埕港岸區(qū)主要表現(xiàn)為中等密度擴(kuò)展區(qū)，其余地區(qū)均表現(xiàn)為較低與低密度擴(kuò)展區(qū)。在不同時段建設(shè)用地擴(kuò)展變化特征各異，以2000 年為界，2000 年以前除上海市呈現(xiàn)出“單中心”集聚高密度區(qū)之外，其余地區(qū)擴(kuò)展密度整體偏低，僅連云港市南部、鹽城市北部、杭州市東部及寧波市呈現(xiàn)中等密度擴(kuò)展；自2000 年以來，研究區(qū)呈現(xiàn)“多中心”集聚現(xiàn)象，整體建設(shè)用地開發(fā)程度增強(qiáng)，新增的擴(kuò)展熱點中心由上海市擴(kuò)增至連云港市中東部、鹽城市南部、南通市西南部、杭州灣岸區(qū)的嘉興市、杭州市東部及寧波市、臺州市東南部、溫州市中東部。綜合而言，長三角海岸帶建設(shè)用地空間集聚范圍呈持續(xù)擴(kuò)大態(tài)勢，且集聚程度隨集聚范圍的擴(kuò)張亦同步在加強(qiáng)，2000 年以前已初步嶄露頭角的中等密度擴(kuò)展區(qū)隨著沿海城市的快速發(fā)展及當(dāng)?shù)匾?guī)劃政策的驅(qū)動逐漸演變?yōu)闊狳c中心。

4.2.2 灘涂用地變化空間集聚特征

灘涂資源發(fā)揮著作為海陸統(tǒng)籌發(fā)展過程中的土地后備資源的關(guān)鍵作用，考慮到其重要性，將其從一級水域地類中提取出來單獨進(jìn)行空間集聚特征分析，因灘涂基本分布在大陸海岸線附近，其實際的經(jīng)營與管護(hù)直接歸屬于縣、縣級市或市轄區(qū)，故此處將研究尺度擴(kuò)展至縣區(qū)級行政單元。首先，開展研究區(qū)灘涂用地變化特征分析，因灘涂用地本身景觀斑塊小、數(shù)量少且布局分散，為精細(xì)化測度其斑塊面積變化的分異規(guī)律，利用ArcGIS Fishnet 漁網(wǎng)創(chuàng)建工具創(chuàng)建1 km×1 km 空間格網(wǎng)，將所有灘涂斑塊數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合到該格網(wǎng)下進(jìn)行單位格網(wǎng)變化面積（km2/ (1 km×1 km)）指標(biāo)的空間化表達(dá)，并按照變化程度劃分為減少（-1.0～-0.5、-0.5～0）和增加（0～0.5、0.5～1.0）兩大類（圖5）。

長三角海岸帶灘涂地類在數(shù)量變化上，總體呈減少態(tài)勢，近39 年間減少面積共計395.40 km2，除2000-2010 年灘涂面積增加252.71 km2外，其余時期均呈現(xiàn)階梯式減少趨勢；在空間景觀上各時期擴(kuò)展及縮減的集聚區(qū)地處縣市各異，其中，擴(kuò)展集聚區(qū)主要集中在大豐區(qū)、東臺市、如東縣、浦東新區(qū)及慈溪市；縮減集聚區(qū)主要集中在響水縣、射陽縣、亭湖區(qū)、大豐區(qū)、東臺市、海安縣、如東縣、通州區(qū)和海門市。在不同時段灘涂用地變化特征各異，1980-1990 年主要體現(xiàn)在鹽城市及南通市北部對灘涂地類的顯著開發(fā)占用及外擴(kuò)、浦東新區(qū)對灘涂地類的侵占式開發(fā)；1990-2000 年主要集中在上海市東部沿海的擴(kuò)展集聚及杭州灣區(qū)和三門灣區(qū)的縮減集聚；2000-2010 年擴(kuò)展集聚區(qū)集中在東臺市、如東縣和慈溪市，與此同時，在上述區(qū)域的內(nèi)環(huán)伴隨縮減現(xiàn)象；2010-2018 年整體表現(xiàn)出嚴(yán)重縮減態(tài)勢，縮減集聚區(qū)集中在大豐區(qū)、東臺市、海安縣、如東縣、通州區(qū)、海門市、啟東市以及慈溪市，且局部擴(kuò)展集聚區(qū)主要體現(xiàn)在南通市中東部、上海市東部、三門灣岸區(qū)和椒江口岸區(qū)。

4.3 土地利用結(jié)構(gòu)海陸梯度變化特征

三級沿海地帶海洋屬性較沿海城市更為突出，海洋產(chǎn)業(yè)布局尤為密集，作為海陸統(tǒng)籌管理的核心區(qū)，本文分析1980-2018 年距離研究區(qū)外側(cè)大陸海岸線0～20 km 范圍內(nèi)的地類變化情況，旨在測度沿海地帶土地利用變化的海陸梯度變化規(guī)律。具體以研究區(qū)右側(cè)大陸海岸線為基準(zhǔn)，以5 km 為分析步長，分別形成距海0～5 km、5～10 km、10～15 km、15～20 km的4 個梯度帶，距海最近的為第一梯度帶，最遠(yuǎn)的為第四梯度帶，由于海岸線呈彎曲狀，經(jīng)緩沖區(qū)分析，各梯度帶面積從沿海至內(nèi)陸逐漸減小，總體面積差別不大。進(jìn)一步分別計算不同時段不同梯度帶的動態(tài)度，結(jié)果如圖6 所示。

土地利用動態(tài)度隨梯度帶的增大表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，在整個長三角沿海地帶，1980-2018 年間建設(shè)用地和未利用地動態(tài)度占優(yōu)勢地位，且向海特征最為顯著，水域和草地變化微弱，并表現(xiàn)出一定的向海特征。不同地類在各時段內(nèi)動態(tài)度變化各異，其中，1980-1990 年間，變化度較高的地類主要為海洋、草地、水域和建設(shè)用地，且海洋、草地和水域呈現(xiàn)向陸變化劇烈的特征，建設(shè)用地整體動態(tài)度變化較小，向海特征不顯著；1990-2000 年間，未利用地和建設(shè)用地動態(tài)度較高，未利用地向海向陸均衡開發(fā)，建設(shè)用地呈現(xiàn)微弱的向海開發(fā)特征，水域和草地在各梯度動態(tài)度均較小且表現(xiàn)出一定程度的向陸開發(fā)特征；2000-2010 年間，建設(shè)用地動態(tài)度占優(yōu)勢地位，且向海特征尤為顯著；其他地類表現(xiàn)為海洋、水域、草地動態(tài)度較高，水域與草地向海向陸均衡變化，海洋地類向陸發(fā)展特征顯著，即該階段人類圍填海開發(fā)活動劇烈；2010-2018 年間，未利用地、海洋、草地與建設(shè)用地動態(tài)度較高，且向海向陸均衡發(fā)展?？傮w而言，建設(shè)用地向海特征顯著，海洋用地向陸特征顯著，其他地類動態(tài)度向?；蛳蜿懱卣鞑环€(wěn)定。

圖5 1980-2018 年期間長三角海岸帶灘涂用地空間演變Fig.5 Spatial evolution of tidal flat in the Changjiang River Delta coastal zone during 1980-2018

不同區(qū)域各地類動態(tài)度海陸梯度變化規(guī)律各異，其中，江蘇省表現(xiàn)為建設(shè)用地和草地呈顯著的向海特征，海洋和未利用地呈現(xiàn)一定程度的向陸特征，其余地類動態(tài)度波動較小且海陸梯度特征不明顯；上海市沿海地帶整體表現(xiàn)出草地、水域、建設(shè)用地和海洋動態(tài)度較高，且草地動態(tài)度占顯著優(yōu)勢地位，并表現(xiàn)出一定程度的向陸特征，建設(shè)用地向海特征顯著；浙江省較其他兩個省市整體地類動態(tài)度較低，主要表現(xiàn)為建設(shè)用地、海洋、未利用地和水域動態(tài)度較低，除建設(shè)用地動態(tài)度呈現(xiàn)向海變化特征外，其余地類海陸梯度特征均較弱。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

本文基于1980-2018 年5 期土地利用矢量數(shù)據(jù)，借助ArcGIS、?；鶊D分析等技術(shù)手段，量化了長三角海岸帶近39 年間的土地開發(fā)格局演變過程，從整體數(shù)量結(jié)構(gòu)、空間形態(tài)、重點地類空間集聚、海陸梯度變化規(guī)律的角度揭示各時段土地轉(zhuǎn)型分異特征，研究結(jié)果表明：

圖6 1980-2018 年期間長三角沿海地帶0～20 km 緩沖區(qū)土地利用動態(tài)度變化特征Fig.6 Characteristics of land use dynamics of 0～20 km buffer zone in the Changjiang River Delta coastal zone during 1980-2018

（1）2018 年長三角海岸帶現(xiàn)狀基底景觀由耕地、林地和建設(shè)用地構(gòu)成，占研究區(qū)總面積的89.86%，呈現(xiàn)出北耕南林、建設(shè)用地呈散團(tuán)式鑲嵌其中的空間格局。

（2）近39 年來，研究區(qū)土地利用系統(tǒng)在數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間形態(tài)上變化各異，其中，在數(shù)量結(jié)構(gòu)上整體呈現(xiàn)耕地持續(xù)平穩(wěn)減少、建設(shè)用地持續(xù)快速增加、林地波動式微弱減少、草地和水域波動式微弱增加的發(fā)展趨勢，且歷經(jīng)圍填海開發(fā)面積累計達(dá)2 161.01 km2；在空間形態(tài)上主要呈現(xiàn)出建設(shè)用地斑塊遍地開花并伴隨局部爆炸式擴(kuò)張、耕地斑塊逐漸縮減且趨于破碎化、江蘇和上海東部以及杭州灣沿岸圍填海開發(fā)形成明顯濕地景觀的演變態(tài)勢。

（3）重點針對建設(shè)用地和濕地開展的空間集聚演變分析結(jié)果顯示，建設(shè)用地擴(kuò)張規(guī)模呈小而散且擴(kuò)張集聚度呈持續(xù)增強(qiáng)趨勢，形成由“單中心”趨向“多中心”空間集聚格局；灘涂資源呈現(xiàn)數(shù)量少、斑塊小且分布散的特征，總體呈減少趨勢，各時期擴(kuò)展熱點區(qū)及縮減熱點區(qū)地處縣市各異。

（4）在距離海岸線20 km 范圍內(nèi)，研究區(qū)土地利用動態(tài)度呈現(xiàn)明顯的建設(shè)用地趨海及海洋用地趨陸的變化規(guī)律，且江蘇、上海及浙江沿海地帶的各地類動態(tài)度海陸梯度變化規(guī)律各異。

5.2 討論

人類在海岸帶土地開發(fā)過程中扮演主導(dǎo)者的角色，其行為決策影響區(qū)域土地系統(tǒng)顯性景觀與隱形功能的演變方向，因此，優(yōu)化配置海岸帶土地利用結(jié)構(gòu)須依托人為的監(jiān)測、規(guī)劃和管制，故全面系統(tǒng)開展長三角海岸帶土地利用轉(zhuǎn)型研究，可以為人類摸清國土開發(fā)中的問題并加深對特定時期土地系統(tǒng)復(fù)雜演變過程的認(rèn)識提供科學(xué)參考。（1）本文從整個長三角沿海區(qū)域視角對土地生態(tài)系統(tǒng)變化過程、特征及演變規(guī)律開展全面研究，尤其對重點變化地類進(jìn)行深入空間集聚分析，有助于加深對研究區(qū)土地生態(tài)發(fā)展過程的理解，促進(jìn)海岸帶資源與環(huán)境的可持續(xù)管理與開發(fā)。該區(qū)域已有基于省、市、縣級尺度開展的土地利用變化相關(guān)研究，尤其是針對灘涂資源的演變與開發(fā)模式分析，但在目前長江三角洲城市群發(fā)展格局定位背景下，缺乏對長三角沿海發(fā)展帶長期土地系統(tǒng)演變的全面系統(tǒng)了解，如何實現(xiàn)沿海發(fā)展帶的經(jīng)濟(jì)開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，為其決策支持提供基礎(chǔ)參考，本研究在已有成果積累基礎(chǔ)上進(jìn)行了有益的補(bǔ)充完善。（2）土地利用轉(zhuǎn)型作為一個復(fù)雜的演變過程，本文僅從顯性形態(tài)視角分析其轉(zhuǎn)型時空特征，雖然通過桑基圖、年變化率、動態(tài)度及核密度分析有效揭示了不同時段內(nèi)長三角海岸帶土地演變分異規(guī)律，但未能將相關(guān)隱形形態(tài)納入到對土地利用功能演變的刻畫中，如實現(xiàn)對“生產(chǎn)-生態(tài)-生活”三生功能空間的演變測度，分析土地利用演變過程中各項功能效應(yīng)及其變化特征，而需要指出的是土地利用顯性形態(tài)研究恰是隱性形態(tài)研究的重要前提，基于本文的研究成果，可進(jìn)一步開展土地利用功能分類與評價研究，提煉功能演變特征與模式，更有利于厘清土地資源開發(fā)過程中的癥結(jié)和問題，增強(qiáng)研究結(jié)果對現(xiàn)實問題的指導(dǎo)意義。（3）長三角海岸帶土地利用轉(zhuǎn)型是在特定社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段下土地利用形態(tài)的動態(tài)表征，其轉(zhuǎn)型過程受自然資源稟賦、區(qū)域發(fā)展定位、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施配置、區(qū)位交通便捷程度等影響而產(chǎn)生不同，且各區(qū)域發(fā)展目標(biāo)呈現(xiàn)多元化，因此需要開展土地演變與集聚的影響機(jī)制、探索符合各小區(qū)域特色的土地利用模式研究，并需要對區(qū)域本底、戰(zhàn)略定位、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、全球環(huán)境變化等進(jìn)行全面深入的剖析，亦迫切需要集成多學(xué)科技術(shù)，進(jìn)而對優(yōu)化調(diào)控土地利用空間結(jié)構(gòu)具有實踐指導(dǎo)意義。