杭州湾南岸围垦土地人类活动强度及对滨海湿地覆被类型的影响

王丽佳，李加林,2,3*，田 鹏，姜忆湄，刘瑞清，童 晨，周子靖

（1.宁波大学地理与空间信息技术系，浙江·宁波315211；2.宁波大学东海研究院，浙江·宁波315211；3.宁波陆海国土空间利用与治理协同创新中心，浙江·宁波315211）

土地是人类主要经济社会活动和生态空间载体[1]，海岸带地区作为社会经济发展和人类活动的主要集聚地，其土地资源价值与日俱增。为增加耕地、拓展城市空间、服务工业生产、缓解人地矛盾、贯通江河水系、消除内涝隐患等[2-4]，“围填海”现象在世界多个沿海地区颇受推崇[5-7]，使得区域内土地开发利用程度日益强化，土地覆被类型相应发生剧烈演替。人类活动空间的向海式扩张可收获诸多效益，但土地利用方式及时空格局的变化也会间接引发土地资源承载和生态系统服务功能退化[8]，不断催生出人地矛盾激化、土地过度开发、岸线利用结构不可持续等窘境[9-11]。

滨海湿地围垦作为一项重要的海洋工程，已经成为多数城市向海洋拓展生存空间和生产空间的一种重要手段[12]。由于长期大规模围垦，自然滨海湿地面积缩减迅速、自然岸线锐减等问题较为突出[13]，已经严重损害海洋和陆地生态系统，引发国家相关部门对海洋生态问题的持续关注[14-15]。杭州湾南岸属淤长型滩涂，其悠久的围垦历史最早可追溯至唐宋时期，是浙江省土地后备资源最为充足的地区，以慈溪段最具有代表性[4]，其滩涂围垦区以农业利用型为主[16-17]，其海湾岸线和向海推进距离的多年变化较北岸更加深刻[18]。杭州湾南岸地处陆缘与海洋交汇的生态空间，依靠围垦积累了社会经济发展的资源基础，宁波杭州湾新区GDP 曾多年基本保持大于25%的超高速增长，综合实力快速增强[9]。

研究滨海湿地围垦特征，评价人类活动对滨海围垦湿地的开发强度，总结土地覆被类型规律，对于有效维护滨海湿地生态安全、切实提高海岸带土地资源管理和滨海湿地保护水平具有重要意义。基于此，选取杭州湾南岸围垦规模相对较大时期的（2005、2010、2015 年）相关遥感影像及土地利用数据，对北部弧形淤泥质滨海湿地围垦区的土地开发强度、覆被类型空间格局进行多重叠加分析，揭示土地利用的时空演变规律，构建开发强度评价体系，评估围垦区内各地区土地利用水平，以期为统筹陆海国土空间开发保护、海岸带资源集约利用和滨海湿地生态保护修复提供数据参考。

1研究区概况

研究区滨海湿地位于浙江省宁波市北部，其前身是慈溪经济开发区，现属宁波杭州湾新区（图1）。研究区内包括庵东镇、崇寿镇全域及市海涂地、杭州湾新区、周巷镇、新浦镇的一部分。西讫余姚，北隔杭州湾与上海、嘉兴相望。自然条件优越，气候常年温和湿润，光热条件良好，四季分明，属北亚热带季风气候区。在地质构造上属新华夏系第二隆起带地段，区内地势由南向北呈条带状分布，淤质滩涂在北部广阔分布，涂内为滨海沉积平原，呈扇形向北凸出于杭州湾，海拔3-5m。南部平原土壤肥沃，水系发达。

图1研究区区位示意Fig.1 Sketch map of the study area

研究区滩涂资源丰富，围涂造地历史悠久。海岸线向北凸出显弧形。在海岸潮流作用下，长江、钱塘江、曹娥江排出的大量泥沙经海流搬运，沉积在慈溪沿海，形成大片淤长型海岸滩地。20世纪90年代以后，慈溪市围涂筑塘技术成熟，施工设备和施工工艺逐步先进，围塘砌筑标准级别提高，单块围涂规模扩大。且先后在市“九五”（1996-2000）及“十一五”（2006-2010）规划中确定了围涂目标和规模，统一规划阶段性围涂，以保证土地的有序扩张。

2数据来源及研究方法

2.1数据来源及处理

选取杭州湾南岸2005、2010及2015共3期Landsat TM/OLI 的30 m 分辨率的遥感影像（轨道号118-39），为减少解译干扰，优先选择云量较少、人类活动较为丰富、植物生长良好的夏半年时期的清晰图像。利用ENVI 软件对遥感影像经大气校正、几何精校正、假彩色合成、目标区域影像裁剪等预处理步骤，另通过土地覆被类型目视解译与解译斑块平滑处理等步骤，初步获得研究区土地利用数据。后在ArcGIS 10.6平台中，结合Google Earth 历史影像、第二次全国土地详查更新数据、地理空间数据云平台提供的高精度解译土地利用数据、2015年围垦区域范围边界线等，对滨海湿地的岸线范围、土地利用类型做精准校正，最终获取研究区平均精度达94.27%的滨海湿地土地利用矢量数据。

依据中国土地利用现状分类国家标准（GB/T 21010-2007），将研究区滨海湿地景观分为水田、旱地、林地、草地、草滩湿地、建设用地、水体（主要指人工开挖的河渠及坑塘）、滩涂共八种地类（图2）。

图2研究区2005-2015年土地利用现状Fig.2 Land utilization of the study area in 2005-2015

2.2 研究方法

（1）Markov 模型

马尔科夫模型是基于马尔科夫过程理论而形成的预测事件发生概率的一种方法[19]，多用于预测无后效性特征的地理时间[20]，通常被用于描述土地利用覆被的格局变化。在土地利用变化研究中，土地利用类型对应Markov 过程中的“可能状态”，而类型之间相互转化的面积数量比例即为状态转移概率，公式如下：

式中：S(t)、S(t+1)分别表示t、t+1时刻的系统状态；Pij为状态转移概率矩阵（景观类型转换概率矩阵），如下[21]：

式中：Pij为景观类型i转化为景观类型j的转换概率（为景观类型的数量。

（2）土地开发利用动态模型

土地利用动态度反映了土地利用变化速率的区域差异，公式如下[22]：

式中：Si为监测开始时间第i类土地利用类型总面积，Δsi-j为监测开始至监测结束时段内第i类土地利用类型转换为其它类土地利用类型面积总和，t为时间段，土地利用动态度S反映了与t时段对应的研究样区土地利用变化速率。

（3）人类活动强度定量评估

人类活动强度是表征人类对陆地表层自然、社会、经济影响和作用程度的综合指标[23-24]，本文主要参考理想状态下土地利用利用程度分级原理[25]，结合滨海湿地围垦土地覆被类型情况[26]，按人工活动影响程度，对8种地类进行赋值分级，结果如表1 所示。

表1滨海围垦湿地人类活动强度分级赋值Table 1 The classification values of human activity intensity of coastal reclamation land

式中：H为研究区土地利用多样性指数，值越大表示土地利用类型多样化程度越高；Pi为研究地区第i级土地利用类型所占百分率；m为土地利用类型数量。

3结果分析

3.1滨海围垦土地人类活动强度分布

叠加各时期土地开发利用数据与人类活动强度分级数据，经自然断点法重新分为5类，得到研究区围垦土地人类活动强度空间分布结果（图3）。由结果可知，围垦区人类活动强度分布与海陆距离有密切关联，研究区内围垦土地的人类活动强度总体沿东西海岸线方向遵循开发强度递减规律自南向北呈条带状分布，即距海越近的区域土地开发强度越低，距海越远的区域土地开发强度越高。加之研究区地处杭州湾南岸北凸部分，自然淤积速率快，受人类围垦活动影响较大，各强度开发区域的范围边界形状具有明显的平直特征，土地开发强度宏观分布格局与人类围垦活动拓展范围基本一致。

图3杭州湾南岸围垦区人类活动强度分区Fig 3 The human activity intensity distribution of coastal reclamation land in 2005-2015

由滨海围垦土地开发强度分区统计结果（表2）可知，研究期间，低度开发区土地面积不断减少，比例下降明显，10年间共流失104.441 km2；中度和极高度开发区面积持续增加，比率逐年上升。其中，在2005 年占比仅7.67 %的中度开发区土地，到2015年已升至全域的31.13%，总面积累计增加82.940 km²；而极高强度开发区在研究期末的土地面积是初期的2.7倍，增长速率较快，总面积增加量达42.516 km²。此外，较低度开发区内的土地面积先增后降，较高度开发区内的土地面积先略有下降后基本保持不变。这表明，10 年间，开发度越弱的土地面积逐年减少，开发度越高的土地面积快速增加，研究区内滨海围垦土地主要向中度、极高度开发方向转变。

表2研究区滨海围垦土地开发强度分区统计Table 2 The development intensity result of coastal reclamation landin 2005-2015

3.2 滨海围垦土地人类活动强度变化

由研究区滨海围垦土地多年人类活动强度增减分布结果（图4）可知，2005-2015 年期间，杭州湾南岸海岸带土地开发利用度逐渐深化，向城镇聚落用地方向转变，土地开发水平不断提高。开发强度变化剧烈的土地主要集中在研究区中部，依然呈条带状分布。土地开发增强区的面积远大于开发减弱区，且开发增强区的面积范围不断扩大，逐渐由南向北呈“向海式”扩张，增强区的分布也逐渐由分散向“连片式”转变。

图4滨海围垦土地人类活动强度变化Fig.4 Human activity intensity distribution changes of coastalreclamation land

从具体增减幅度看（表3），在中强度缩减区，研究区围垦土地多年开发强度差异十分细微，可见在滨海围垦区土地开发利用上，相邻5年内鲜有“建筑用地退还为自然植被（林地、草地、草滩湿地）”或“耕地（水田、旱地）退还为滨海滩涂”等开发水平大幅降低的情况。在低强度浮动区，2005-2010 年间土地面积变化较少，但在2010-2015年间，有44.266 km²的土地其开发水平提升了1个强度级，占当年总变化量的37.80%。在中强度增加区，动态度为2的土地在当期变化量中的比例由2005-2010年的87.86%下降至2010-2015 年的40.04%，但同水平开发强度的土地面积仍位居各时期第一。2005-2015年开发水平提升2 度的土地总增长面积达83.715 km2，占总比一半以上。整个研究期间，中强度增加区的面积占到全部土地变化量的80%，仅有少许土地在高强度增加区。由此可知，研究区内滨海围垦土地开发强度动态度为2的在各时期内占比最高，土地开发普遍以高出原土地2～3个强度级别进行，部分土地提升1个强度，土地开发强度骤变的情况极少出现。

表3研究区滨海围垦土地多年开发强度动态度Table 3 Development intensity changes of coastal reclamation land in different years

3.3 滨海围垦土地覆被类型变化响应

由研究区滨海围垦土地各覆被类型面积变化量及转移矩阵（图5、表4），各土地覆被类型面积均发生了不同程度的变化，差异性明显；滩涂、水田、林地等的面积呈减少趋势，建设用地、旱地、水体等的面积呈增长趋势；滩涂和草滩湿地是主要的转出类型，建设用地和水体（养殖鱼塘）是主要的转入类型。10年间，研究区内滩涂的面积不断减少，共累计减少104.441 km2，建设用地和水体的面积不断增长，分别累计增加了42.516 km2和82.940 km2。草地和草滩湿地面积变化量波动性较强，草地面积在研究期间略有增加，草滩湿地面积累计减少21.380 km2。旱地、水田、林地的面积变化量则十分微小。该结果表明滩涂和草滩湿地等自然地类人工化程度不断加强，逐渐向人工鱼塘及建设用地方向转化。

总结各地类高频转化的组合可知，滩涂—草滩湿地、滩涂—水体、草滩湿地—水体、草滩湿地—建设用地这4 种是最主要的转化类型，各地类间的开发强度变化度多集中在1～2 之前，仅草滩湿地—建设用地的开发强度变化度为3，这与上文得出的土地开发强度动态变化结果相互印证。

图5 2005-2015年土地利用类型面积变化Fig.5 The changed area of each land-use type in 2005-2015

表4滨海围垦土地各利用类型面积转移矩阵（单位：km²）Table 4 The transfer matrix of each land-use type in the study area

3.4 滨海围垦土地开发强度区异特征

由各乡镇内人类活动强度结果可知（表5），研究期间，各开发强度等级的土地区域分异特征显著，滨海乡镇低开发强度土地分布面积广、开发潜力大、开发前后强度变化差距较大；距海遥远的内陆乡镇，已有土地开发程度水平高、低强度土地存量小、整体开发度变化细微。

从最值结果看，市滩涂地Ⅰ类土地拥有量最多，Ⅴ类土地占比最小。周巷镇北侧在研究区范围内Ⅰ～Ⅲ类土地极少，土地的人工开发水平整体较高。从各区域内分布结果看，市滩涂地2005 年土地开发强度越高，土地拥有量越大；随着时间推移，到2015年，面积量最大的Ⅰ类土地已由最初的187.028 km2锐减至81.548 km2，Ⅱ、Ⅳ类土地有小幅增长，但Ⅲ类土地已由初期的11.452 km2快速增长至95.439 km2，同时还伴有Ⅴ级土地由1.646 km2增至15.096 km2的开发，区域内开发强度为的土地面积扩张最快，人类活动强度为I 的土地面积流失最严重。庵东镇域内各开发强度级内的土地分布较为稳定，土地主要人类活动强度达Ⅳ～V 级，除Ⅴ级土地量发生小幅增长外，其他强度的土地略有减少，区域内土地开发保守，低强度土地损失和高强度土地扩张比较温和。2005-2015年间，杭州湾新区Ⅱ级和Ⅴ级土地面积变化最为明显，两类强度级土地面积此消彼长，其他强度级土地变化细微。这种围垦土地人类活动强度的短期内大幅度骤变，主要是受杭州湾新区开发政策影响，使得Ⅱ级土地直接向V 级土地加速开发，跳过了临近开发强度土地过渡阶段。崇寿镇、周巷镇、新浦镇在研究期间土地开发强度分布与变化量均比较微弱，一方面是因为落在研究区内的面积本身较小，二来也是因为距海较远，区域内主要为开发程度比较高的土地，低强度类土地存量小，导致变化不够明显。

表5研究区各乡镇人类活动强度Table 5 The result of human activity intensity in different towns

4结论与讨论

4.1结论

基于2005、2010、2015 三期30 m 分辨率的遥感影像及土地利用数据，在杭州湾南岸北部凸出弧形淤泥质滨海湿地这一主要受人工围垦影响的典型区域内，分析围垦土地的人类活动强度及覆被类型的时空演变特征，总结其变化规律，为统筹陆海国土空间开发保护、促进海岸带资源集约利用和滨海湿地保护修复等提供有益数据参考。研究发现：

（1）研究区内围垦土地人类活动强度自南向北呈条带状递减，与距海距离远近有密切关联。其宏观分布格局与围垦活动拓展范围基本一致，且各强度开发区域的范围边界形状具有明显的平直特征；活动强度越低的土地面积逐年减少，活动强度越高的土地面积快速增加，城市建设进程推进显著。

（2）研究区内滨海围垦土地主要向中度、极高度开发方向转变，围垦土地人类开发活动增强区的面积远大于强度减弱区，其分布范围不断扩大，并由南向北呈“向海式”扩张，结构上逐渐由分散型向“连片式”转变。土地开发活动普遍以高出原土地2～3 个强度级别的进行，部分土地提升1个强度，土地开发强度骤变的情况出现极少。

（3）滩涂和草滩湿地等自然地类的人工化程度不断加强，逐渐向人工鱼塘及建设用地方向转化。滩涂和草滩湿地是主要的转出类型，建设用地和水体（养殖鱼塘）是主要的转入类型。滩涂、水田、林地等地类面积呈减少趋势，建设用地、旱地、水体等地类面积呈增长趋势。滩涂—草滩湿地、滩涂—水体、草滩湿地—水体、草滩湿地—建设用地是4 种主要转变组合。

（4）研究期间，各人类活动强度等级的土地区域分异特征显著，滨海乡镇低活动强度土地分布面积广，开发潜力大，开发前后强度变化差距较大；距海遥远的内陆乡镇，已有土地人类活动程度水平高，低强度土地存量小，整体开发度变化细微。市滩涂地Ⅰ类土地拥有量最多，其土地面积流失最严重，强度级的土地面积扩张最快。庵东镇区域内土地开发保守，低强度土地损失和高强度土地扩张比较温和。杭州湾新区受开发政策影响，Ⅱ级土地直接向Ⅴ级加速开发，跳过了邻近强度过渡的常规阶段。

4.2 讨论

杭州湾南岸自古就是典型的淤长型滩涂，农渔业发达，经济发展基础良好。凭借长江三角洲地区独特的区位优势，在经济建设和社会发展进程中，其人口增长及城市化、工业化发展水平也一直位居地区前列。自2001 年杭州湾新区开发建设启动以来，为拓展发展空间，土地的向海扩张不断有序进行，更加刺激滨海湿地土地覆被类型和土地开发强度发生显著演替。因此自然演替规律受到强烈的人为干扰，土地利用类型发生了典型的“非常规化”演替现象，即自然植被有规模地快速转化为城乡及工业建设用地，以服务高速开发需求。

为应对海洋生态环境日益严峻的形势和海洋开发秩序混乱问题，近年来国家相继出台了系列极为严格的围填海管控措施。实际上，如此严格的围填海管控和滨海空间的科学利用与规划要求，不仅不会影响地方经济建设和社会发展，反而会发挥出良性的反刺激作用，有效改变地区粗放式发展的旧途径，增强节约集约、科学用海水平，并盘活大量存量土地资源。2019年7月，宁波前湾新区通过审批正式设立，全面融入“长三角一体化发展”国家战略，将推动杭州湾南岸地区发展迈向新的时期，其在实现陆海统筹与综合管理、维护滨海湿地生态安全、构建国土空间开发保护新格局等方面的各项举措十分可期。

本研究采用了多时相遥感监测手段，这对于追溯2005-2015年间杭州湾南岸围垦区内滨海湿地景观的连续变化、辅助做好精准生态修复十分必要。当然本研究难免存在不足之处，未来还将进一步增加对围垦区外部海岸线形态、生态服务价值等研究，为海洋资源的严格保护和有效修复提供更有意义的科学依据。

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