海南西部海岸帶土地利用變化與陸海相互作用

海南西部海岸帶土地利用變化與陸海相互作用

濱海帶是地球系統(tǒng)的重要界面。它不僅是人類進(jìn)入海洋的第一個荊棘，也是人類抵抗海洋疾病的主要防線。同時(shí)海岸帶也是人口與生產(chǎn)力密集帶,世界上大約有60%的人口生活在距離海岸60km的狹長地帶,約占全球表面積8%的海岸平原及淺水海域(3—30m),提供了全球25%的生物生產(chǎn)量;中國有40%以上的人口和60%以上的國內(nèi)生產(chǎn)總值在江河下游的東部沿海地區(qū)。土地利用/土地覆蓋變化(Land-UseandLand-CoverChange,簡稱LUCC)是全球變化研究的關(guān)鍵領(lǐng)域,是人地關(guān)系在地表的直觀表現(xiàn)。國際地圈生物圈(IGBP)研究計(jì)劃都將土地利用變化、陸海相互作用作為核心項(xiàng)目,都將海岸帶這個全球變化敏感地帶與人類影響劇烈地帶作為研究的關(guān)鍵地區(qū),海岸帶LUCC也成為研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)LUCC研究集中在格局與過程、驅(qū)動機(jī)制、生態(tài)環(huán)境影響等方面。LUCC的綜合性與復(fù)雜性可多維反映資源環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)等信息,LUCC成為研究復(fù)雜地理現(xiàn)象的鑰匙,如學(xué)者以之為媒介研究區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與生態(tài)安全、全球變化及其后果等問題。海岸帶是大陸與海洋各種動力相互作用和影響的集中地帶,而通過物流能流體現(xiàn)的海陸相互作用對于全球氣候變化有著頭等重要的意義。結(jié)合海岸帶LUCC研究海陸相互作用,對解讀復(fù)雜人地關(guān)系及全球變化將提供一個新的視角。該文通過對海南西部海岸帶LUCC研究,分析海洋對地表的作用及陸地對海洋作用的響應(yīng),揭示海陸相互作用的若干規(guī)律。1關(guān)于共同研究1.1自然地貌和氣候本研究所稱海南西部地區(qū)由東方市和昌江黎族自治縣兩市縣組成,西鄰北部灣,隔海與越南和廣西相望,東倚壩王嶺、黎母山脈。地理坐標(biāo)為18°43′N—19°30′N,108°36′E—109°17′E?？偯娣e3851km2,總?cè)丝跒?8.13萬人。氣候干旱,年降水僅1000mm左右。海岸線長210km,其中大部分為砂質(zhì)海岸。因西部工業(yè)走廊的建設(shè),近年經(jīng)濟(jì)發(fā)展快,2008年東方市GDP增長率為20.1%,特別是工業(yè)發(fā)展速度快,已成為國民經(jīng)濟(jì)的主要部門。1.2資料與研究方法基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括研究區(qū)1930年代1∶50000、1950年代1∶25000、1970年代1∶50000大比例尺地形圖以及1986、1996、2003年TM影像圖。1930年代地形圖為民國廣東省陸地測繪局野外實(shí)地測繪,測圖時(shí)間為1920年代—1930年代,1938年制版,1951年由中央人民政府重印,所反映的土地利用信息,可以代表1920年代末和1930年代初的狀況。此外,有關(guān)1930年代的生態(tài)環(huán)境及其與土地利用方面的數(shù)據(jù),還參考了廣東省檔案館的中華民國時(shí)期的相關(guān)資料。1950年代地形圖為1959年航攝,1964年出版的1∶25000地形圖。1970年代為1975年航攝,1978年出版的1∶50000地形圖。此外,本研究參考了1975年出版的中科院地理所編制的1∶10000土地利用現(xiàn)狀圖以及廣州地理所1985年編制的1∶50000海南島土地利用圖、海南島荒地資源圖、海南島植被類型圖等。對上述3期地形圖進(jìn)行數(shù)字化掃描,并對掃描圖像進(jìn)行幾何矯正、裁剪和拼接。以預(yù)處理后的1975年地形圖為基準(zhǔn),對TM衛(wèi)星影像圖進(jìn)行校正處理。經(jīng)校正后的各期圖像均具有相同的投影方式和地理坐標(biāo)。對衛(wèi)星影像還進(jìn)行了去云處理,采用就近同地類替代和鄰期同位置影像替代兩種方法實(shí)施地類還原。以Arcview3.2軟件為工具,對6期地形圖和TM影像圖解譯,建立6個時(shí)期的研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖。地形圖以目視解譯為主,TM影像圖的解譯,先選取典型地段,通過實(shí)地勘查,建立解譯標(biāo)準(zhǔn),再以人機(jī)互動完成解譯。以Arcview3.2軟件的面積量算工具對6期土地利用現(xiàn)狀圖中的各地類進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì),建立了6期土地利用數(shù)據(jù)庫。海岸帶是動態(tài)變化的,其寬度尚無統(tǒng)一規(guī)定。本研究以國土資源部海岸帶調(diào)查所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),即以距海岸線10km作為海岸帶的范圍。2影響土地分布的主要因素表1列出了1930年代—2000年代海南西部海岸帶各類土地構(gòu)成,它展示海南西部海岸帶土地利用特征有:(1)分布最廣的土地類型是農(nóng)業(yè)用地,其中耕地與林地是面積最大的兩類土地類型,而且農(nóng)業(yè)中仍然是傳統(tǒng)利用方式,即種植業(yè)為主的方式。(2)土地后備資源較充足,未利用地面積較大,開發(fā)利用條件較好,具有較好的利用潛力。(3)與海洋直接相關(guān)的土地面積逐年增大,主要是沿海沙地與防護(hù)林地。(4)水源是影響耕地分布的主要因素,灌溉水田多集中于河流兩岸,越近海洋耕地越少。離海洋越近,土地利用越充分,未利用地在距海岸線5km以外地區(qū)才有分布。(5)建筑用地靠海分布的特征明顯,越近海洋,比重越大。(6)園地在海岸帶并不占主要地位,而且面積波動較大。3不同類型土地的日變化和變化表2列出1930年代—2000年代海南西部海岸帶各地類的數(shù)量變化。它展示,在研究時(shí)段內(nèi)各類土地的數(shù)量變化可分為兩種:持續(xù)增長型與波狀變化型。持續(xù)增長型的土地主要是建筑用地,包括城鎮(zhèn)用地、工礦用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地。建筑用地與人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素直接相關(guān),人口增長導(dǎo)致居住用地的增加,經(jīng)濟(jì)發(fā)展而廠礦增多是建筑用地增長的直接動因。建筑用地具有剛性,土地成為建筑用地后就很難再改造為其他類型土地(成本太高)。其他用地的變化呈波狀起伏,土地被作為耕地、林地、未利用地等方式利用時(shí),對其自然屬性改變不大,相互間轉(zhuǎn)化容易。耕地之間的轉(zhuǎn)換最多,主要是灌溉水田轉(zhuǎn)換成旱地,灌溉水田面積自1970年代以來持續(xù)減少。耕地轉(zhuǎn)換成林地是近年來土地變化的新特征,其中速生桉的種植最為普遍(海南造紙業(yè)的發(fā)展,急需大量木材作為原料)。城鎮(zhèn)擴(kuò)張占用耕地,交通設(shè)施如鐵路建設(shè),高速公路等均占用耕地,使耕地轉(zhuǎn)變建筑用地。由于耕地轉(zhuǎn)化為其他地類,自1970年代以來,耕地面積不斷減少,這與前人研究是一致的。防護(hù)林地與沙地之間相互轉(zhuǎn)化,也出現(xiàn)此消彼長的波狀變化。在各類土地變化中,變化速度最快的是旱地,其次是防護(hù)林地。建筑用地一直呈增長態(tài)勢,其中以城鎮(zhèn)用地面積增長最快,但農(nóng)村居民點(diǎn)用地仍然是用地最多的建筑用地,工業(yè)用地也有穩(wěn)定增長。后備土地資源變化較大,主要有未利用地與沿海沙地,其變化是波狀起伏的,以1960年代為最多,2000年代為最少。耕地的變化也呈波狀變化,但基本趨勢是減少,特別是旱地的變化大,1930年代最多時(shí)有152km2。植被覆蓋呈U形變化,1930年代與2000年代都多,最多為1930年代,有496.2km2。沙地與防護(hù)林地是變化復(fù)雜的土地,二者具有負(fù)相關(guān)性。但防護(hù)林地基本上呈增長趨勢,則沙地呈減少趨勢,但其增長率與減少率并不同步,說明沙地的治理難度越來越大。4海岸帶土地利用的類型土地利用是土地系統(tǒng)在自然與人文雙重因素作用下所表現(xiàn)出的狀態(tài),海洋是影響海岸帶土地系統(tǒng)的主要自然因素。根據(jù)壓力—響應(yīng)—狀態(tài)原理,面對海洋強(qiáng)大的作用力,土地系統(tǒng)必然做出相應(yīng)變化以應(yīng)對海洋壓力,應(yīng)對結(jié)果是土地利用變化按一定規(guī)律變化,并且土地利用類型向有利于海洋功能發(fā)揮的方向變化。這種變化不僅表現(xiàn)在海岸帶土地利用類型的變化,也表現(xiàn)在各類土地利用數(shù)量的變化。由于海洋的存在,使海岸帶土地利用不斷出現(xiàn)新的土地利用類型。這些土地利用類型或?yàn)槔煤Ｑ筚Y源,或?yàn)榉婪逗Ｑ鬄?zāi)害。研究時(shí)段內(nèi)新出現(xiàn)的土地利用類型主要有:(1)防護(hù)林地,由于沿海風(fēng)沙的危害,脅迫人類應(yīng)對不利環(huán)境而種植耐旱耐風(fēng)沙的木麻黃、桉樹等林木,逐漸在沿海地區(qū)形成海岸帶特有的防護(hù)林地。(2)港口用地,日本人入瓊后即開始建設(shè)八所港,現(xiàn)港口用地面積達(dá)1.1km2。(3)高位蝦池用地,是利用海水在海岸帶建起的養(yǎng)殖用地,主要是1990年代后才出現(xiàn)的土地利用類型,它既占用沿海防護(hù)林地,又產(chǎn)生富營養(yǎng)化問題,對沿海環(huán)境影響大。上述新出現(xiàn)的土地利用類型反映海洋影響的進(jìn)一步加強(qiáng)。在諸類土地利用類型中有2類土地雖不是新近出現(xiàn)的,但與海洋的存在直接相關(guān),一是沿海沙地,二是鹽場用地。海南西部沿海地區(qū)斷續(xù)地分布著大片沙地,以昌江棋子灣、東方四更、感城等地最典型,其中在棋子灣甚至可以觀察到流動沙丘。海南西部自古以來就是海鹽產(chǎn)地,境內(nèi)的東方鹽場是海南三大鹽場之一,最盛時(shí)鹽場用地達(dá)440hm2,年產(chǎn)海鹽5.69萬t(1)。各類土地利用面積變化的不同反映了海洋在海岸帶土地利用變化中的重大影響。與海洋有關(guān)的土地利用類型變化數(shù)量較大,如防護(hù)林地與沿海沙地,前者在快速增加,后者變化較復(fù)雜。1930年代沙地面積狹小,主要集中于河流入?？诘饶嗌硜碓簇S富的地區(qū),而其他地區(qū)基本為植被所覆蓋。而后,沙地面積不斷增加,1950年代達(dá)到最大面積,高達(dá)101.4km2。高位蝦池用地是新近出現(xiàn)的用地類型,1990年代年代增加較多,近年政府嚴(yán)厲管制,數(shù)量有所控制。將上述用地合并,其數(shù)量增幅高達(dá)3倍以上。海洋的航運(yùn)便利以及海洋中豐富的資源使海岸帶地區(qū)比內(nèi)陸地區(qū)更適合人類的各種規(guī)模生產(chǎn)與生活活動,海岸帶地區(qū)人類的工商業(yè)活動、居住活動等也更多,使居民點(diǎn)及工礦業(yè)用地的增多。研究時(shí)段內(nèi),此類用地一直呈增長態(tài)勢,從1930年代的1.20%到2000年代的4.79%,比重增加了3倍。5海洋對海洋區(qū)域的影響機(jī)制5.1海洋災(zāi)害的作用海洋對海岸帶地形、土壤、氣候、動植物等自然要素影響土地利用變化。野外考察發(fā)現(xiàn),海岸帶以平原為主。平原利于耕作,因而土地利用充分,利用強(qiáng)度大。西部海岸帶降水量不多,且多大風(fēng),加之其他因素使海岸帶干旱作用明顯,不利作物生長,影響地表覆被。海岸帶河流流速減緩,河面展寬,加之瀉湖的形成,水庫塘壩增多,使海岸帶水域增加。總之海洋作用于海岸帶自然要素而直接影響海岸帶土地利用,平坦的地形利于土地的成片開發(fā)與規(guī)模種植,所以耕地比重大。但由于干旱對需水較多的水稻種植形成制約,耕地向用水量少的旱地轉(zhuǎn)變。從歷年西部地區(qū)耕地變化的數(shù)據(jù)看,這種趨勢一直存在。海洋極端天氣現(xiàn)象多,對大陸形成海洋災(zāi)害。多樣性海洋災(zāi)害作用于海岸帶自然環(huán)境,干預(yù)海岸帶土地利用變化。海南西部受海洋災(zāi)害影響大而頻繁,風(fēng)沙是最主要的危害之一。由于海岸帶泥沙物質(zhì)來源廣,在海水與河流綜合作用下使泥沙在海岸地帶富集,出現(xiàn)大片的沙地。大風(fēng)、干旱、多變的自然環(huán)境,使植物在沙地不易成活,植被稀少。缺少植被保護(hù)的裸露沙地,一旦有大風(fēng),則推動泥沙向陸運(yùn)動,甚至揚(yáng)起沙子飛往內(nèi)陸,形成海岸帶特有的風(fēng)沙災(zāi)害。風(fēng)沙災(zāi)害也造就了特殊的土地覆被—海岸帶沙地。防護(hù)林在防風(fēng)固沙中的有效作用使防護(hù)林種植成為海岸帶地區(qū)防治風(fēng)沙的重要工作,防護(hù)林帶也就成為海岸帶地區(qū)特有土地利用類型。海洋對土地的負(fù)面影響作用還包括海岸帶的鹽堿地、地下咸水等的形成。5.2海岸帶的匯流功能強(qiáng)化了城鎮(zhèn)用地因海洋的存在使海岸帶成為陸地與海洋的交接過渡帶,陸地與海洋自然屬性的巨大差異使交接帶具有特殊的功能,其中交流與匯流功能在土地利用變化中起重要作用。海岸帶的交流功能促使海南西部土地利用向?qū)崿F(xiàn)該功能的方向變化。陸地物質(zhì)與海洋物質(zhì)的交換,陸地人員與外界其他地區(qū)的交往,都通過海岸帶完成。充分發(fā)揮海岸帶的交流功能是海岸帶土地利用的變化方向。與此功能相適應(yīng),海南西部集鎮(zhèn)與聚落中心在海岸帶地區(qū)集聚,表現(xiàn)為城鎮(zhèn)及農(nóng)村居民點(diǎn)用地面積擴(kuò)大,比重提高。城鎮(zhèn)聚落中心的擴(kuò)大又進(jìn)一步強(qiáng)化了海岸帶的交流功能。為實(shí)現(xiàn)與區(qū)外人員流動與物質(zhì)交流所需的設(shè)施用地也相應(yīng)增加,如航道港口設(shè)施,與港口相連的公路、鐵路及其他交通設(shè)施,以及倉儲用地等也相應(yīng)增加。海岸帶的交流功能引領(lǐng)土地利用變化的方向。海岸帶的匯流功能使人類對海岸帶土地利用廣泛而強(qiáng)烈,因人口和經(jīng)濟(jì)活動向海岸帶匯聚,致使土地利用發(fā)生巨大變化。人口密集區(qū)、工業(yè)區(qū)、城市等的出現(xiàn)深刻改變了海南西部海岸帶土地利用的類型與強(qiáng)度。匯流功能發(fā)揮最有效的是城鎮(zhèn),海岸帶為城鎮(zhèn)提供良好的發(fā)展空間、發(fā)展條件,海岸帶城鎮(zhèn)也因海岸帶匯流功能而得到良好的發(fā)展。從研究時(shí)段工業(yè)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、城鎮(zhèn)用地三類建筑用地的變化來看,城鎮(zhèn)用地的增長速度最快,從1930年代的1.07km2到2000年代的13.21km2,增長了12倍多,而工業(yè)用地僅增長了2倍多,農(nóng)村居民點(diǎn)用地增長了3倍多。海南西部的城鎮(zhèn)從無到有到迅速發(fā)展是海洋對海岸帶土地利用變化作用的結(jié)果。5.3海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖人類活動,特別是人類對海洋資源的開發(fā)利用活動,是海洋作用海岸帶土地利用變化的重要介體。海南西部海洋資源豐富,主要有水產(chǎn)、海鹽、油氣等資源。海鹽曬制是占地較多的活動,東方鹽場在東方境內(nèi)北到南都有分布,鹽場用地是工業(yè)用地中所占比重較大的地類。海洋水產(chǎn)一是捕撈,二是海水養(yǎng)殖。養(yǎng)殖主要是高位蝦池,在海岸帶出現(xiàn)較多,而且呈擴(kuò)大趨勢。捕撈主要是沿海地區(qū)的漁業(yè)村和漁港,漁業(yè)村在海岸帶都有分布,較大漁港有昌化港、八所港、利章港等。油氣資源主要在北部灣海域發(fā)現(xiàn)了大型油氣田,東方化工城的建設(shè)是因北部灣有豐富的油氣資源。海岸帶是海洋資源開發(fā)利用的基地,為海洋資源開發(fā)利用活動提供空間場所,直接改變海岸帶的土地利用狀況。1930年代非農(nóng)用地中工業(yè)用地與城鎮(zhèn)農(nóng)村居民用地基本相當(dāng),往后隨著鹽場規(guī)模的擴(kuò)大,工業(yè)活動的增多,其用地規(guī)模逐步擴(kuò)大,到2000年代,工業(yè)用地、城鎮(zhèn)用地與農(nóng)村居民點(diǎn)用地三者面積大小相當(dāng)。此外,海洋災(zāi)害也通過人類活動改變地表狀況,如人類為預(yù)防災(zāi)害而修建的各種工程設(shè)施等用地。6沿海地區(qū)土地利用變化特征第一,借助地形圖及TM影像資料,運(yùn)用GIS方法,研究海岸帶LUCC,可以解析出海洋對陸表的作用與影響。海岸帶LUCC受海洋與陸地的雙重影響,是海洋對陸地作用的表現(xiàn)方式,LUCC變化程度反映了海洋對陸地作用的強(qiáng)度。第二,海岸帶土地利用類型的空間分布受海洋影響大。土地利用程度越近海岸線越高,與海洋直接相關(guān)的土地類型,如沙地與防護(hù)林地等,面積逐年增大。耕地則是越近海洋耕地越