平潭岛土地利用变化对人类活动的响应

李潇，黄义雄

(福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350007)

平潭岛土地利用变化对人类活动的响应

李潇，黄义雄

(福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350007)

以平潭岛为例，依据2000年、2005年、2009年和2013年土地利用数据，分别从土地利用变化速度、土地利用转移方向和土地利用程度方面，全面分析2000年以来平潭岛在人类活动影响下的土地利用时空变化规律。结果表明：(1)2000—2005年，2005—2009年，2009—2013年，平潭岛综合土地利用动态度分别为0.25、0.93、0.82，土地利用变化速度先快后慢；(2)三个时段的土地利用类型转移方向都表现出林地、农田转化为建设用地和未利用地的特点；(3)2000年、2005年、2009年和2013年研究区土地利用程度指数分别为38.73、39.02、40.60、42.74，表明人类活动使平潭岛土地利用开发程度逐渐增大。

土地利用变化；人类活动；平潭岛

土地利用变化是自然环境对人类活动最直接的响应，是联系人类社会经济活动和地球陆地表层自然环境的桥梁和纽带[1]。人类社会出于生存和发展的需要，不断地驱动自然环境发生改变，使陆地表层显现出不同的土地利用方式，因此，土地利用变化是对人类活动的重要表现和响应[2]。建立模型对土地利用变化速度、土地利用转移方向和土地利用程度等变化过程进行研究，不仅有利于把握区域土地利用变化的时空变化规律，还可以反映出土地利用变化对人类活动的响应程度[3]。目前，已有学者利用遥感影像数据，运用不同的指标和模型，对不同尺度的研究区土地利用变化和人类活动的关系进行了研究。刘纪远、张增祥等[4，5]从全国尺度上，采取土地利用动态度和土地利用程度等指标，对土地利用的时空特征进行了研究，发现人类社会经济的发展是土地利用发生变化的主要原因，宋开山等[6]从中尺度上分析了三江平原土地利用变化的特点，认为耕地的变化是其土地利用发生变化的主要因素；乔伟峰等[7]从小尺度上分析了苏州市土地利用的动态性和空间特征，认为城市化是导致区域土地利用发生变化的主要原因。但是，从目前的研究看，大部分是利用单一指标和部分指标来分析土地利用变化的时空规律，综合分析海岛地区土地利用变化对人类活动响应的研究则少有报道。

平潭岛是海峡西岸经济区的“主战场”之一，是我国内陆连接台湾的一个重要地区，具有明显对台区位优势，2009年平潭县升级为福州(平潭)综合实验区，2012年又升级为福建省平潭综合实验区[8]。平潭岛的社会经济进入一个快速发展阶段，伴随着经济快速发展与城市化、工业化进程的推进，平潭岛土地利用方式也发生一系列的变化，土地利用矛盾也日益突出。本研究以福建省平潭岛为案例，以2000年、2005年、2009年、2013年遥感影像为基础数据源，分析区域土地利用变化的时空规律和土地利用变化对人类活动的响应，以期为区域土地利用规划管理提供相关的理论参考。

1 研究区概况

平潭岛地理坐标25°15′—25°45′ N、119°32′—120°10′ E，是福建省东部沿海一个岛县，全县陆地面积392 km2，海域面积6 064 km2，是全国第五大岛，福建省第一大岛。该岛属南亚热带湿润型气候，海洋性气候特征突出：年平均气温约19.5 ℃，年平均降水量约1 196.2 mm。该岛南北高中部低，有礁、港湾、丘陵与平原等多类型地貌，其中丘陵和平原占陆地总面积的80%到90%。2013年平潭岛地区生产总值达155.39亿元。

2 数据来源与处理

本研究基础数据来源于平潭岛2000年、2005年、2009年、2013年夏季Landsat ETM+遥感影像和野外踏勘，通过eCognition Developer8.0软件进行人机交互解译，以中科院资源环境科学数据中心2010年发布的中国土地现状遥感数据中的土地分类为标准，结合平潭岛土地利用实际状况，将研究区土地利用分为林地、草地、水域、农田、建设用地和未利用地6大类，并获取四个年份的土地利用数据。社会经济数据来源于平潭县2014年统计年鉴。

3 研究方法

3.1 土地利用变化速度

3.1.1 综合土地利用动态度 土地利用综合动态度是描述土地利用类型变化速度区域差异的指标，反映人类活动对流域土地利用类型变化的综合影响[3,4]，数学模型为：

式中：S为t时段对应的研究区土地利用综合动态度， ΔSi-j为检测开始至监测结束时段内第i类土地利用类型转换为其他类土地利用类型面积总和，Si为监测开始时间第i类土地利用类型总面积；100表示将其扩大100倍，t为土地利用变化时间段。

3.1.2 单一土地利用动态度 单一土地利用动态度是描述不同土地利用类型在一定时间段内的变化速度和幅度的指标，反映人类活动对单一土地利用类型的影响[9]，其数学模型为：

式中：Ki为t1到t2时段内i类土地利用类型动态度；Sit1、Sit2分别表示t1、t2时间i类土地利用类型面积。

3.2 土地利用转移方向

土地利用状态转移矩阵不仅可以全面、具体地体现出区域研究期初、研究期末土地利用变化的结构特征，还可以反映出研究期间人类活动导致的土地利用变化方向。此方法来源于系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述，即在一定时间间隔下，一个亚稳定系统从T时刻向T+1时刻状态转化的过程，从而可以更好地了解土地利用格局的时空演化过程[10]，其数学表达形式为：

式中：Sij为研究期初与研究期末的土地利用状态，n为土地利用的类型数。i为研究初期生态系统类型,j为研究末期生态系统类型。

3.3 土地利用程度

土地利用程度的变化可以定量描述研究区域土地利用综合水平，反映人类活动对土地利用的干扰程度[11]。土地利用程度采取刘纪远等提出的土地利用程度综合变化指数模型[12]来描述，其数学计算模型如下：

上式中，L为研究区域土地利用程度综合指数；n为土地利用类型的数量，本研究将土地利用类型的数量分为 6类，故n取 6；Ai为第i类土地利用类型的面积；Pi为不同类型的土地利用程度参数，反映不同土地利用类型的人类活动参与、管理、改造的强度和属性特征。

确定土地利用程度指数，结合 Delphi 打分法和 Leopold 矩阵法[13]，利用采取二者平均值的方法来确定研究区土地利用程度参数 Pi值(表1)

表1 不同土地利用类型的土地利用程度参数(Pi)设置

4 结果与分析

4.1 土地利用变化分析

(1)从土地利用变化速度看，变化速度增大，反映人类活动对该区域的影响增大。2000—2005年，土地利用综合度为0.25，土地利用变化速度相对较慢，表明此时期平潭岛人类活动的影响较小。2005—2009年，土地利用综合动态度为0.93，2009—2013年，为0.82，说明平潭岛土地利用变化速度经历了一个先慢后快的过程。

(2)从不同土地利用类型的变化速度来看(图1)，2000—2013年，平潭岛建设用地和未利用地变化最为明显，表现在面积增加量和增加幅度较大，林地、草地、农田、水域面积减少。结合平潭岛的实际，建设用地的增加是城镇化进程的推进造成的，特别是平潭岛2009年升级为综合试验区后建设活动对其他土地利用类型的占用。

(3)土地利用结构在不断地优化调整。2009—2013年，建设用地增加幅度和增加面积都在减小，主要是此时期政府等相关部门开始注重对林地、农田等的保护，着力将未利用地转化为建设用地，林地、草地、水域、农田在此阶段的减少程度和减少幅度也在减小，体现平潭岛在经济建设过程中开始注重对生态环境的保护。

图1 不同时期平潭岛土地利用类型变化速度

4.2 土地利用转移方向

根据以上方法计算出2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年以及2000—2013年平潭岛土地利用转移方向情况(限于篇幅，只列出2000-2013年的土地利用转移矩阵)(表2、表3)

表2 2000年以来平潭岛土地利用变化情况表 hm2

表3 2000—2013年平潭岛土地利用转移矩阵 hm2

4.2.1 2000-2013年建设用地增加了1927.53 hm2，主要由林地和农田转化而来。2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年林地转化为建设用地的面积分别为205.59 hm2、302.61 hm2、318.04 hm2，呈增长态势，但增速变缓；2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年农田转化为建设用地的面积分别为428.15 hm2、543.98 hm2、376.44 hm2，先增长后减小；2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年水域转化为建设用地的面积分别为53.02 hm2、25.26 hm2、135.46 hm2，先减缓后快速增加。建设用地整体增加的原因是平潭岛城市化进程的推进，特别是2009年升级为实验区后建设活动对其他土地类型的占用。

4.2.2 2000—2013年未利用地增加了286.87 hm2，主要由林地和农田转化而来。2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年林地转化为未利用地的面积分别为97.17 hm2、186.38 hm2、0.33 hm2，先迅速增长再迅速下降，2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年农田转化为未利用地的面积分别为129.85 hm2、76.39 hm2、0.00 hm2，呈迅速下降状态。未利用地增加的原因主要是城市建设过程中遗留下了被废弃的、还没有被开发的土地。

4.2.3 草地和农田面积在整个研究期间下降幅度较大。草地在2000—2005年主要转化为林地和农田，2005—2009年主要转化为林地和建设用地，2009—2013年全部转化为建设用地；农田在2000—2005年主要转化为林地和建设用地，2005—2009年绝大部分转化为建设用地，2009—2013年全部转化为建设用地。原因是城市建设用地增加(尤其是2009年之后的实验区建设)大量占用草地和农田。

4.2.4 林地和水域面积在研究期内也有所减少。林地在研究期内主要转化为农田和建设用地，转化为农田面积逐渐减小，转化为建设用地面积快速增长；水域在本研究期内主要转化为建设用地。

4.3 土地利用程度

图2 不同时期平潭岛土地利用程度变化

依据公式计算可得到平潭岛2000年、2005年、2009年、2013年土地利用程度综合指数分别为38.73 、39.02 、40.60 、42.74，说明在本研究期间，平潭岛土地利用程度呈现出逐年增加趋势，人类活动对其土地利用的干扰程度不断增加。从土地利用程度的组成结构上看(图2)，平潭岛土地利用程度水平主要是农田和建设用地决定的。农田的土地利用程度在逐年降低，建设用地的利用强度在逐年升高，林地、草地、水域、未利用地相对稳定。反映出平潭岛土地利用结构正在发生变化，由以农田为主的土地利用方式，逐渐转变为以建设用地为主的结构。

5 结论

综合土地利用变化速度、土地利用转移方向和土地利用程度三个方面，可以系统的分析区域土地利用变化对人类活动程度的响应关系，对研究平潭岛土地利用的时空变化规律具有重要的实践意义。

(1)2000—2005年、2005—2009年、2009—2013年，平潭岛土地利用变化速度分别为0.25、0、93、0.82，城镇建设用地面积不断增加，未利用地先增加后减少，林地、草地、农田、水域面积呈不断减少趋势。平潭岛城市化进程的加快是其土地利用变化的主要驱动力。

(2)通过分析转移矩阵，表明平潭岛建设用地和未利用地的增加主要来自农田和林地。农田和林地在城市化过程中比较容易受到侵占，随着其城市化进程的加快，将有更多的农田和林地转变为建设用地。

(3)研究期间，平潭岛土地开发利用综合水平在不断地上升，增加的幅度较小，说明人类活动导致的平潭岛城镇建设用地面积也是在稳定增加的。这也体现出平潭岛土地直接经济价值也在稳步提升。

2009年，平潭岛设立为“综合实验区”，海岛地区的生态建设正面临严峻考验，随着平潭岛城市化进程的加快，将有更多的非建设用地被转化为城市建设用地，土地利用强度也将持续增大。因此，应制定合理的土地利用规划政策，就保护而言，应充分保护现有的各种土地资源，开发不能超过其阈值为限。就开发而言，应进行土地分类利用，计划开发，避免重复开发与短期开发所带来的浪费。

[1] Mooney H A，Duraiappah A，Larigauderie A.Evolution of natural and social science interactions in global change research programs[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2013,110(S1):3665-3672

[2] 刘纪远，张增祥，庄大方，等.20世纪90年代中国土地利用变化时空特征及其成因分析[J].地理研究，2003,22(1)：1-12

[3] 付宝宝.水土流失重点治理区土地利用变化对人类活动程度的响应——以长汀县为例[J].海峡科学，2015,22(6)：69-71

[4] 刘纪远，中国土地利用变化现代过程时空特征的研究：基于卫星遥感数据[J].第四纪研究，2000,20(3)：229-239

[5] 刘纪远，刘明亮，庄大方，等.中国近期土地利用动态变化的空间格局分析[J].中国科学，2002,32(12)：1031-1040

[6] 宋开山，刘殿伟，王宗明，等.1954年以来三江平原土地利用变化及驱动力[J].地理学报，2008,63(1)：93-104

[7] 乔伟峰，孙在宏，邵繁荣，等.高度城市化区域土地利用结构演化与驱动因素分析：以苏州市为例[J].长江流域资源与环境，2012,21(5)：557-564

[8] 郭佳蕾. 平潭岛社会—生态系统脆弱性评价[D].福州：福建师范大学，2017

[9] 王秀兰，包玉海.土地利用动态变化研究方法探讨 [J].地理科学进展，1999，18(1)：81-87

[10] 全斌.土地利用覆盖变化导论[M].北京：中国科学技术出版社，2010

[11] 胡和兵，刘红玉，郝敬锋，等.城市化流域生态系统服务价值时空分异特征及其对土地利用程度的响应[J].生态学报，2013,33(8)：2565-2576

[12] 庄大芳，刘纪元.中国土地利用程度的区域分异模型研究[J].自然资源学报，1997,12(2)：105-111

[13] 陈浮，葛小平，陈刚，等.城市边缘区景观变化与人为影响的空间分异研究[J].地理科学，2001,21(3)：210-216

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

李潇(1991-)，女，湖北黄冈人，在读硕士研究生，主要从事生态与环境研究，Email:lixiao765@163.com

黄义雄(1960-),男，福建福州人，博士，研究员，主要从事景观生态方面的研究，Email:yxhuang@fjnu.edu.cn

U412.14

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.10.005