Orginal Article

Study on Land Use Changes of Shenzhen Bay and Danang Bay for 30 Years

  • FENG Xue 1, 2 ,
  • SU Fenzhen , 2, * ,
  • WANG Wuxia 2, 3 ,
  • DING Zhi 2, 4
Expand
  • 1. China University of Geosciences, Wuhan 430074, China
  • 2. State key Lab of Resources and Environmental Information System, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research,CAS, Beijing 100101, China
  • 3. Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China
  • 4. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
*Corresponding author: SU Fenzhen, E-mail:

Received date: 2015-11-20

  Request revised date: 2016-01-28

  Online published: 2016-09-27

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Abstract

Bays that are similar in their geographical conditions may experience different land use changes due to the distinct levels of development. In this paper, Shenzhen Bay in China and Danang Bay in Vietnam were chosen as the study regions. Based on the land use data in 1987 and 2015, which is interpreted from Landsat image, a dynamic degree model and a comprehensive index was used to extract the information of land exploration and utilization in Shenzhen Bay and Danang Bay. Finally, the level of economic development was estimated by analyzing the land use changes. The whole research includes four parts that are explained as follows. (1) From 1987 to 2015, all of the arable land and 51% of the aquaculture land was turned into the urban land in Shenzhen Bay region. However, in Danang Bay region, 86% of the arable land was changed into the urban land and the aquaculture land had increased with an annual rate of 0.55 square kilometers, which is opposite to Shenzhen Bay. (2) The land area transformed from water in Shenzhen Bay is 32 square kilometer, being much greater than Danang Bay, which is 5 square kilometers, explaining that the scale of sea reclamation in Shenzhen Bay is far more severe than Danang Bay. (3) The dynamic degree of urban land in Danang Bay is higher than Shenzhen Bay. Meanwhile, the land utilization comprehensive index model claims that the land utilization degree in Shenzhen Bay is much higher, which reveals that the level of development in Shenzhen Bay is obviously higher than Danang Bay. Analysis on all land use changes shows that Danang Bay is in the middle of industrialization, while Shenzhen Bay is in the late industrialization. (4) The area of bare land had increased by 3.5 times in Danang Bay, while there was no increase in Shenzhen Bay. Furthermore, the area of mangroves had increased by 2.1 times in Shenzhen Bay. All of these conclusions indicate that more attention should be paid to the growth of natural functional vegetation and the protection of ecological environment in Shenzhen Bay than in Danang Bay.

Cite this article

FENG Xue , SU Fenzhen , WANG Wuxia , DING Zhi . Study on Land Use Changes of Shenzhen Bay and Danang Bay for 30 Years[J]. Journal of Geo-information Science, 2016 , 18(9) : 1276 -1286 . DOI: 10.3724/SP.J.1047.2016.01276

1 引言

随着南海周边国家社会经济的不断发展,城镇化进程的加速,南海周边海岸带的土地利用格局也在发生急剧变化[1]。而海湾作为海岸带开发的重点区域,其土地利用变化尤为剧烈,更能体现土地变化特征。海湾的土地利用变化是海湾开发程度的综合反映,也是海湾研究的重要内容之一。土地利用变化与经济增长、经济结构互为因果,具有极强的相关性,不同的土地利用特征反应出不同的经济发展状况[2-4]。快速、准确地掌握南海周边海湾的土地利用开发状况,有利于了解南海周边国家沿海区域经济的发展情况,发现其与中国的发展差距,促进南海周边国家的互相了解及互相合作,对南海周边海湾的开发与保护以及建设南海和平稳定的环境具有重要的意义。
由于海湾岸带环境复杂多变,其进入性、通达性较差,常规的海岸带调查在调查成本、资料获取、信息处理等方面存在诸多限制,难以满足当前海岸带变化监测的需求。遥感技术以其宏观性、现时性、便捷性成为海岸带区域土地利用变化状况不可缺少的研究手段。近年来,已有部分学者对南海周边海湾的土地利用进行了研究。Abino等采用1999-2006年的TM影像对菲律宾拉古纳德湾周边的土地利用变化进行分析,发现除了农用地明显增加,其余土地类型如建设用地、林地等几乎没有发生变化[5]。Song等采用1993-2007年的TM影像对乐清湾的土地利用变化进行检测,发现该海湾的土地利用类型发生了剧烈的变化[6]。Behara等采用快鸟影像对马来西亚吉兰丹河下流的海湾土地利用类型进行分类,结果表明红树林面积最多,其次依次为居民地、沙地、耕地和养殖用地,并利用NDVI和根茎密度的关系对红树林生长状况进行评估[7]。Olaniyi等利用马来西亚雪兰莪1990年和2006年土地利用数据、生物物理数据和社会经济数据对其土地利用变化和驱动力进行分析;Lam-Dao等利用Landsat、SPOT及Radarsat数据对越南湄公河河口地区进行土地变化检测,发现约一半的红树林转化为养殖用地,并且多个岸段遭到海浪侵蚀[8]
目前,土地利用/覆被变化区域对比研究还处于起步阶段,因此国际地理联合会LUCC研究组已将协调不同区域土地利用/覆被变化的对比研究、模式研究以及驱动力研究作为重点研究目标之一[9],相关的区域对比研究取得了一定的进展。刘永超等[10]利用1985-2015年的遥感影像,分别提取了中国象山港和美国坦帕湾的岸线空间位置、长度和曲折度以及港湾地区景观构型、多样性和破碎度等信息,然后对其进行对比研究。于杰等[11]利用Landsat数据,对近10年广东省3个典型海湾海岸线变迁进行了对比分析,发现近10年来广东省海岸带变迁程度有加重的趋势。这些案例对比研究将会极大深化对不同地理和历史背景下人类驱动力引起的土地覆被变化的认识,但目前还没有针对海湾土地利用变化对比的相关研究。而对相似海湾的发展模式进行对比研究,探究其发展过程中的相似性与差异点,对海湾区域可持续发展具有重要意义。

2 研究区概况

岘港湾[9]邻近环北部湾经济圈,拥有一个机场和一个大型港口,是整个越南中部地区的海上门户。老挝、柬埔寨东北部、泰国东北部进出口贸易历来都依赖越南的岘港。岘港于1996年1月1日正式成为中央直辖市,经济不断发展,在2001-2010年帆港市GDP年均增长高均超过12%[12]。近年来,越南政府一直重视岘港码头的升级改造和扩建[13]。深圳湾[14]位于深圳和香港的交界,是中国对外开放的前沿阵地,在过去近30年里,深圳湾周边区域的城市化水平、人口数量和工业产值等均出现了急剧增长,是中国土地利用变化最为剧烈的地区之一。这2个海湾为南海2个重要的交通枢纽和经济热点地区,同时在形态、地形、气候、经济地位等方面都具有很大的相似性,对其土地利用的发展格局进行对比研究,发现其开发过程中的差异,对研究海湾开发及发展状况具有重要意义。本文选取岘港湾和深圳湾为研究区,对这2个海湾的土地利用格局进行研究,从时空上分别研究二者不同类型的土地利用动态度及土地利用综合程度等特征,分析其在土地利用结构和利用程度等方面的异同点。从土地利用角度探寻其经济发展轨迹,通过互相对比,更直观地理解2个海湾的发展状况,不仅可了解这2个海湾土地利用的特点,为了解这2个海湾的土地可持续利用提供依据,也有助于了解南海周边海湾的土地利用状况及经济发展情况,为整个南海地区土地的合理利用提供借鉴,进而为整个国家或区域的宏观决策提供支持。
深圳湾和岘港湾都属于大中型海湾,经济发展迅速,海陆交通发达,是南海周边2个重要的交通枢纽及经济中心(图1)。
Fig.1 Overview of Shenzhen Bay and Danang Bay

图1 深圳湾和岘港湾地势图

深圳湾(也称为后海湾)为珠江口伶仃洋东侧中部的一个外窄内宽的海湾。深圳湾在大地构造上位于华南准地台的边缘。由北岸往北,地势逐步升高,湾顶为深圳河下游冲积-海积平原。河口附近高程约为1.3~1.8 m深圳湾北岸的大沙河口,由海积、冲积的粗砂和淤泥形成了向海突出的扇形三角洲平原。南岸主要为香港新界的花岗岩丘陵。深圳湾东北部分布大面积的泥滩和红树林,是华南地区具有国际意义的最重要的湿地生态系统之一。深圳河、山贝河、大沙河是流入深圳湾的三大河流,每年携带泥沙入海湾,但河流作用并不明显,深圳湾主要靠纳潮量维持水深,深圳湾潮流动力是维持深圳湾水深的主要动力[14]。目前,深圳湾仍处于淤浅状态,是一个缓慢淤积的浅水海湾。
岘港湾位于越南中部,临南海,易受台风海啸侵袭[15-16]。海湾口门两岬角地形较高,山地直逼海岸,北面是海云岭,海拔超过2000多米,湾口南有山茶岭,其高度约为800 m,湾顶及其余部分地势平坦,海拔较低,多在百米以下。地势整体上自西北向东南倾斜。岘港湾内部海岸类型多为基岩海岸,汉江河口早期为淤泥质海岸,后期经不断发展转变为人工海岸。铜德河和汉江是岘港湾两大河流,汉江携带少量泥沙,在河口区域堆积形成淤泥浅滩。
表1为深圳湾与岘港湾各特征参数。整体而言,2个海湾具有以下共性:气候温和,降雨充足;海湾岬角为山地,构成港湾天然屏障;湾顶区域地势平坦;湾内河网密布,河流沉积作用微弱,具有良好的水运条件,宜建港口,交通发达;近湾城市发展迅速。
Tab.1 Characteristic parameters of Shenzhen Bay and Danang Bay

表1 深圳湾与岘港湾各特征及参数比较

深圳湾 岘港湾
位置 22º24′18″~22º32′12″N
113º53′06~11º02′30″E
16°4'19"~16°11'58"N
108°7'22"~108°14'35"E
水域面积/km2 90 130
年均温度/℃ 22.4 25.9
年降水量/mm 1933 2505
形态 狭长型半封闭 宽长型半开敞
平均潮差/m 0.38 0.7
近湾城市 经济特区深圳 直辖市岘港
河流作用 缓慢淤积 无明显淤积

3 数据来源与研究方法

实验所用数据为1987年Landsat-TM及2015年Landsat 8-oli遥感影像,均由美国地质勘探局官方网站提供(http://glovis.usgs.gov/)。本文以ENVI软件为平台,对遥感影像进行预处理,包括辐射定标、影像融合和影像增强等操作。
海湾陆域范围的界定有多种方法,如矩形范围法、行政界限法、等高线法、缓冲区法等[17]。本文所研究的深圳湾和岘港湾均为半圆形,参照2005年前后的中国近海海洋综合调查与评价(即908专项)项目,以海岸线为基线向内陆延伸5 km缓冲区,此范围为影响海湾的陆上因素及海湾陆上部分经济活动的集中带,基本包含所研究海湾的各个特征[18]

3.1 土地利用分类与遥感解译

海湾海岸带地物地貌复杂,单一的自动分类方法无法提供有效的结果。本文采取半自动解译方法,先使用自动分类法大致分类,然后再根据影像地物的空间特征、影像特征,在ArcGIS中进行目视解译。结合海湾的土地利用特点,参照海岸带遥感的分类体系[19],将影像分为林地、建设用地、水体、草地、耕地、养殖用地、裸地、沙地等,得到研究区土地利用分类图,统计出各土地利用类型面积及转变信息等。其中,城镇用地包括城乡居民地、交通用地、和工业用地以及即将开发建设的裸地等;水体包括河流、湖泊、水库、坑塘等;草地零星分布,包括山顶草地、城市绿地和沼泽地等;耕地包括水田和旱地;裸地主要为裸岩及裸土等。最后选取部分影像的解译结果,与同区域高分影像的目视解译结果进行比较,对解译结果进行检验,发现解译精度达到89%,满足研究需要。

3.2 土地利用变化速度模型

土地利用变化速度模型的意义在于可以直观地反映类型变化的幅度与速度,也易于通过类型间的比较反映不同类型变化的差异,从而探测其背后的驱动或约束因素。本文采用综合土地动态度模型[20],对研究区内土地利用类型变化速率进行描述,如式(1)所示。
LC = i = 1 n L U i - j i = 1 n L U i × 1 T × 100 % (1)
式中: LC 为研究时段内综合土地利用动态度; L U i 为监测起始时间第 i 类土地利用类型面积; L U i - j 为监测时段内 i 类土地利用类型转换为非 i 类土地利用类型的面积的绝对值; T 为监测时段长度。根据式(1)计算出深圳湾及岘港湾土地利用类型的面积变化及其土地利用年变化速率,可在一定程度上反映研究区内土地利用类型变化的剧烈程度。

3.3 土地利用程度变化模型

土地利用程度表示人类活动对土地资源开发利用的程度,是一定区域土地利用程度及其累积承载密度的综合反映。与人类活动相关的土地类型,如城镇建设用地、耕地、园地等所占比例越高,土地的利用程度就越高,反之,说明土地利用程度越低。根据刘纪远等[21]提出的土地利用程度的综合分析方法,再结合海湾特殊的土地利用特点,将土地利用类型分为4级,本文采用土地利用综合指数来描述土地利用程度。土地利用程度综合指数表达式如式(2)所示:
L j = 100 × i = 1 n ( A i × C i ) (2)
式中: L j 为土地利用程度变化量; n 为土地利用程度分级数; A i 为第 i 级土地利用程度分级指数; C i 为第 i 级土地利用类型面积百分比。计算所需的土地利用类型分级指数如表2所示。
Tab.2 Graded index of different land use

表2 土地利用类型分级指数

土地利用类型 分级指数
未利用土地级 裸地、沙地 1
土地自然再生利用级 林地、草地、水体 2
土地人为再生利用级 耕地、养殖用地 3
土地非再生利用级 城镇用地 4

4 研究结果与分析

4.1 海湾土地利用变化分类结果

深圳湾土地利用变化分类结果如图2表3、4所示。由表3可知,深圳湾1987年土地覆盖类型中,林地最大,占43.11%,其次为城镇用地,占25%;原始农渔业还大量保留,河口区域几乎全部被养殖用地占领,占到海湾陆域的18.84%。红树林面积非常少,仅占到整个陆域面积的1.08%。至2015年土地利用格局已发生极大发生变化,最主要的土地利用类型从林地变为城镇用地,城镇用地面积已占到整个陆域的58.5%。森林面积从107.36 km2减少到76.15 km2,主要分布在丘陵山地。耕地全部转化为城镇用地,养殖用地减少了3/4,剩余量仅有12.3 km2,而红树林面积几乎增加了2倍多。整体而言,深圳河以北的区域,除过海拔较高的山地土地类型为林地,其余土地利用类型几乎都转变为城镇用地。深圳河以南区域城镇向外围有小规模扩张,但原有的土地利用格局并未有大的改变,土地变化程度小于深圳河北部区域。
Fig.2 The land classification results of Shenzhen Bay in

图2 深圳湾1987年和2015年土地利用分类图

Tab.3 Land use status of Shenzhen Bay in 1987 and 2015

表3 深圳湾1987-2015年土地利用状况

土地类型 1987年该类面积/km2 1987年该类占陆域比例/(%) 2015年该类面积/km2 2015年该类占陆域比例/(%) 减少地占1987年同类面积比例/(%) 增加地占2015年同类面积比例/(%)
草地 12.79 5.13 22.87 7.97 43.81 68.50
城镇用地 62.57 25.12 167.83 58.48 0.00 62.72
耕地 14.65 5.88 0.00 0.00 100.00 0.00
红树林 2.68 1.08 5.73 2.00 18.47 64.94
林地 107.36 43.11 76.15 26.54 36.30 10.20
裸地 2.09 0.84 2.09 0.73 0.00 0.00
养殖用地 46.91 18.84 12.30 4.29 74.91 4.30
Tab.4 The matrix of shift probability for land use change from 1987 to 2015 in Shenzhen Bay (km2)

表4 深圳湾1987-2015年土地利用变化转移矩阵(km2)

1987年 2015年
草地 城镇用地 耕地 红树林 林地 裸地 养殖用地 水体 合计
草地 7.19 5.60 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 12.79
城镇用地 0.00 62.57 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 62.57
耕地 0.00 14.65 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 14.65
红树林 0.02 0.00 0.00 2.01 0.00 0.00 0.49 0.16 2.68
林地 10.06 28.72 0.00 0.00 68.38 0.00 0.00 0.20 107.36
裸地 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.09 0.00 0.00 2.09
养殖用地 3.34 23.83 0.00 0.37 5.60 0.00 11.77 2.00 46.91
水体 2.27 32.46 0.00 3.35 2.17 0.00 0.03 89.38 129.66
合计 22.87 167.83 0.00 5.73 76.15 2.09 12.30 91.73 378.70
岘港湾土地利用变化分类结果如图3表5、6所示。如图3所示,研究期内岘港湾最主要变化是城镇用地面积大大增加,变化类型几乎都是向城镇用地转化。研究期间城镇用地几乎占到三十年前的4倍。草地面积锐减,从原来的11%降至5%,几乎全部转化为城镇用地。汉江流域的城镇用地规模快速扩大,山茶半岛、福祥山脉之间的广阔绿地几乎全部转化为城镇用地;汉江河口的城镇用地也明显向湾内水域扩张。沙地也大量转变为城镇用地,剩余面积仅为0.56 km2,距海较远的沙地几乎全部转化为建设用地,留下多为沿海沙滩。岘港湾口两端,即海云山和山茶半岛一直被林地覆盖,林地几乎占到整个陆域的一半,研究期间没有明显变化。在铜德河河口,草地开始转化为城镇用地和裸地;此外在海湾西南部的铜德河口处,新增了大量养殖用地,面积约有1.4 km2
Fig.3 The land classification results of Danang Bay in 1987 and 2015

图3 岘港湾1987年和2015年土地利用分类图

Tab.5 Land use status of Danang Bay in 1987 and 2015

表5 岘港湾1987-2015年土地利用状况

土地类型 1987年该类面积/km2 1987年该类占陆域比例/(%) 2015年该类面积/km2 2015年该类占陆域比例/(%) 减少地占1987年同类面积比例/(%) 增加地占2015年同类面积比例/(%)
草地 23.28 11.04 10.95 5.09 59.34 10.10
城镇用地 26.21 12.43 87.30 40.53 0.00 68.38
耕地 40.10 19.02 5.65 2.62 85.92 0.00
林地 110.66 52.48 107.80 50.05 2.58 0.00
裸地 0.47 0.22 1.68 0.78 0.00 71.84
沙地 10.14 4.81 0.56 0.26 95.20 6.97
养殖用地 0.00 0.00 1.43 0.66 0.00 100.00
Tab.6 The matrix of shift probability for land use change from 1987 to 2015 in Danang Bay (km2)

表6 岘港湾1987-2015年土地利用变化转移矩阵(km2)

1987年 2015年
草地 城镇用地 耕地 林地 裸地 养殖用地 沙地 水体 合计
草地 9.47 10.90 0.00 0.00 1.16 1.20 0.04 0.52 23.29
城镇用地 0.00 26.21 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 26.21
耕地 0.38 34.02 5.65 0.00 0.05 0.00 0.00 0.00 40.10
林地 0.94 1.91 0.00 107.80 0.00 0.00 0.00 0.00 110.65
裸地 0.00 0.00 0.00 0.00 0.47 0.00 0.00 0.00 0.47
养殖用地 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
沙地 0.00 9.62 0.00 0.00 0.00 0.00 0.49 0.03 10.14
水体 0.00 4.63 0.00 0.00 0.00 0.22 0.04 130.29 135.18
合计 10.79 87.30 5.65 107.80 1.68 1.43 0.56 130.84 346.05

4.2 海湾土地利用变化分析

4.2.1 林地的变化

本文的林地包括生长于陆地的林地和沿海的红树林。林地是深圳湾和岘港湾陆域面积最大的土地使用类型,主要分布于山地及其周边。研究期内深圳湾林地面积从107.36 km2下降到76.15 km2,岘港湾林地面积从110.66 km2降为107.8 km2。从土地利用动态度来看,2个海湾林地的动态度分别为-1.04%和-0.99%,与其他土地利用类型相比,林地的变化相对较小。这与2个海湾的地理状况有着密切联系。深圳湾四周有大片山地,如大南山、小南山、流浮山鸡公岭等,这些山地上都被林地覆盖。而岘港湾有山茶半岛、海云岭等高海拔山脉,城市扩张到山地下围就被迫停止,林地面积虽有减少但大部分林地位于山地,因高程、土质等问题,难以开发而等因素得以保存。
红树林[18]是一种重要的海岸湿地类型,具有稳固海岸线,防风护堤,净化水质等功能,具有极大的社会、经济和生态价值。深圳湾在研究前期,只 有锦田河河口有明显的红树林分布,面积仅有 2.68 km2;30年间,深圳湾红树林面积净增3.05 km2,深圳河、元朗河、锦田河河口都有明显的红树林分布,虽然其在整个海岸带的占比只有1.61%,但其面积是1987年水平的2.1倍。主要由于1984年4月,深圳湾省政府批准成立“福田红树林鸟类自然保护区”,香港当局已划为“米埔红树林鸟类自然保护区”。而岘港湾在1987年红树林就已经消失了。
4.2.2 绿地的变化
绿地主要包括耕地和草地。1987年时深圳湾的绿地主要分布在大沙河流域及深圳河北部,分布比较零散,至2015年时,草地有46.8%转化为城镇用地,耕地也全部转化为城镇用地,绿地被人工景观切割,破碎度更加明显。岘港湾1987年绿地主要分布于湾顶的广阔区域,面积大,景观均匀,到2015年湾顶的主要土地类型变为城镇用地,绿地则比较分散。
1987年深圳湾的草地面积仅占整个陆域总面积的5%,主要为大沙河流域的沼泽草地以及城市内部的绿地。到2015年,大沙河流域的草地全部转化为城镇用地;与此同时,由于林地退化、养殖场废弃、及填海造陆等因素造成林地、水体、养殖用地等土地类型向草地转化,整体而言草地面积有小幅增加。岘港湾1987年草地面积为23.28 km2,占整个海岸带的11.04%;到2015年草地面积减少至10.95 km2,几乎减少了一半,同时也有其他一些地类转化为草地,包括林地和水体,从整体来看草地处于持续减少状态。
研究期内深圳湾和岘港湾耕地每年都在以相近的速率减少。1987年深圳湾陆域的耕地面积很少,占到整个海岸带的5.88%,而到2015年已经全部转变为城镇用地。岘港湾1987年的耕地面积为40.10 km2,占整个陆域面积的19.2%,到2015年时则剩下5.65 km2占整个陆域面积的2.62%,几乎只剩30年前的七分之一。深圳湾的耕地几乎全部被转化为城镇建设用地,而岘港湾2015年时仍有相当大面积的耕地,这也从另一面说明深圳湾比岘港湾的土地开发程度更高。
4.2.3 养殖用地变化
研究前期,深圳湾的西北部的前海湾以及入湾的三大河流河口都分布有大片养殖用地,其总面积为46.91 km2,约占整个陆域的19%;到研究后期,以深圳河为界线,深圳河以北的养殖用地全部消失,转化为城镇用地,而深圳河南部的养殖用地虽也有减少,余量仍有12.3 km2,约占陆域总面积的4%。研究前期,岘港湾几乎没有成形的养殖用地,之后慢慢增加,到研究后期时,其面积已达到1.43 km2,约占陆域总面积的0.66%,主要分布在铜德河河口区域。
深圳湾的养殖业不断减少,转化为城镇用地,而岘港湾则恰恰相反,养殖用地不断增加。从土地利用程度来看,城镇用地的土地利用程度是高于养殖用地的,所产生的经济效益也高于养殖用地,由此也可以看出深圳湾的经济已高度发展,岘港湾发展速度很快,但仍处于较低层次的开发。
4.2.4 裸地变化
在城市扩张过程中,随着资源开发、城市建设,往往会出现大量人为活动破坏而形成的裸地,如采挖沙石、开采煤矿后弃置不用的裸地;而在城市高度发展时,土地资源紧缺,这些裸地可能会被进一步开发利用。岘港湾陆域的裸地大多位于山地区域,为裸岩或采矿采石后遗留的难以再次开发利用的土地。1987年时裸地面积为0.47 km2,占陆域总面积的0.22%,大部分为山地中的裸岩;到2015年裸地面积为1.68 km2,增加了1.21 km2,达到了1987年裸地面积的3.5倍,增加的裸地面积占到2015年裸地总面积的71.84%,主要分布在山区与城市边缘,多由草地和耕地转化而来,为城镇化过程中造成的破坏性较严重的难以利用的土地。裸地面积的增加说明岘港湾在城镇化不断推进过程中对土地造成一定伤害,并且这些裸地没有得到有效利用。而深圳湾的裸地多为裸岩,面积并无明显变化,在城镇化过程中对土地造成的伤害小于岘港湾。
4.2.5 填海造陆
2个海湾都有填海造陆工程,湾内水域面积都在减少,并且大部分填海所造陆地的利用类型都是城镇用地。深圳湾的水域面积减少约37 km2,岘港湾的水域面积减少约5.02 km2,深圳湾的填海造陆活动主要围绕大南山和小南山进行,规模庞大,2015年时填海面积已占到整个城镇用地面积的19.3%,海湾的形态发生巨大的变化,深圳湾西北部的前海湾水域直径减小了一半,深圳湾北部岬角的平均宽度约从3.2 km增加到6.6 km,在深圳湾北端形成明显的人工填海区——蛇口。岘港湾的填海工程主要集中在汉江河口区域,主要是港口的扩建与升级改造,填海面积约占现在城镇用地面积的5.3%,填海强度远小于深圳湾。
4.2.6 城市扩张
从1987年到2015年,深圳湾和岘港湾的城镇用地都以迅猛的速度增加。在研究期间,深圳湾城镇用地面积从62.57 km2增加至167.83 km2,新增的面积占如今建设用地总面积的62.72%,是所有类型里变化最为剧烈土地利用类型,城镇用地增加的来源最多,除了红树林,几乎其他类型都有部分转变为城镇用地。岘港湾1987年建设用地占地面积约26.21 km2,占整个陆域面积的12.43%,到2015年时城镇建设用地面积为87.30 km2,占到整个陆域的40.53%。
而从城镇化土地来源来看,深圳湾的城镇土地来源包括了红树林以外的其他所有类型,如图4所示,其所占比例分别为水体31%、林地27%、养殖用地23%、耕地14%和草地5%,水体和林地转化为城镇用地的比例最大,草地比例很少,说明随着经济的不断发展,土地开发利用程度已接近极限,在土地资源短缺的情况下,城市已经向海向山上扩张。而岘港湾其他类型转变为城镇用地的有耕地、草地、沙地、水体和林地,分别占到增加城镇用地的56.99%、18.25%、16.12%、7.76%和0.88%,耕地和沙地所占比例最大,而且耕地还在继续转化为城镇用地,草地所占的比例也较多,说明城市还在扩张过程中,开发程度低的土地利用类型还在向开发程度利用高的土地利用类型不断转化,还有部分可供进一步开发的资源,城市还有一定的发展空间。
Fig.4 The sources of the enlarged urban land in the study area

图4 深圳湾及岘港湾城镇用地来源

4.3 海湾土地利用变化类型

从1987-2015年,深圳湾和岘港湾的土地利用类型都发生了很大的变化,涉及多种变化类型,除了一些常规的普通的土地变化类型外,还包括一些海湾特有的土地变化类型。例如,草地转化为水体,转化原因是城市化过程中沼泽地草地转变为建设用地,其间往往会修建水库,水渠等设施,以疏导雨季带来的大量降水。同样,养殖用地在城市扩张时也会变为城镇建设用地,需要修筑河道,将河流以及降水排往海域,所以除了存在少部分养殖用地转化为水体的情况,还存在养殖用地转化为林地或者草地的情况,这是因为:(1)由于填海造陆工程的推进,部分养殖用地转化为建设用地,但其部分水分含量较多的地区仍种植树木,成为城市绿地;(2)原有的养殖用地用途改为种植林木或者弃置之后重新生长出草地灌木等植被。海湾城市庞大的填海造陆工程造成大量水体转化为城镇用地,期间还存在水体转变为林地或者草地的情形,这主要原因是填海后形成的陆地仍然有河流通过,在土地含水量较多的区域,土地利用方式为林地或者草地等;另外一个原因是原有河流改道后,在原河道生长出植被。

4.4 海湾土地利用动态度分析

土地利用动态度能更直观地反映海湾的土地利用变化情况。深圳湾与岘港湾的耕地都以相似的速率减少,林地变化也比较相似,均缓慢减少,这是城镇化的必然结果。
图5可知2个海湾城镇用地动态度较高,均为正值,说明城镇用地每年以相似的速率增加,深
圳湾的城镇用地土地利用动态度6.01%,而岘港湾为8.32%,岘港湾略高于深圳湾,说明岘港湾30年来的平均城镇化速度略高于深圳湾。主要原因是深圳湾南岸是香港特区,开发较早,从图2、3可看出,1987年时深圳湾南岸的城镇化程度已渐趋成熟,之后土地变化较小;北岸是深圳特区,该区域于1981年经济特区成立就开始大规模的土地开发,城镇化到约1988年达到峰值,之后逐渐减小[22];而岘港则是于1997年建立直辖市,开始大规模经济开发[23]
Fig.5 Time differentiation with respect to the single dynamic degree of land use in the study area

图5 深圳湾与岘港湾近30年土地利用动态度对比图

裸地、养殖用地是较低层次的土地利用方式,这2项岘港湾的动态度均高于深圳湾,即岘港湾对土地的利用水平低于深圳湾。深圳湾裸地动态度为零,没有增加,说明在土地资源紧缺的情况下裸地也已被开发;而岘港湾为9.11%,远高于深圳湾,说明岘港湾目前正在进行大规模的开发,并且土地资源还比较富余,裸地暂处于闲置状态。
红树林以及草地的土地利用动态度符号相异,其变化方向相反,存在较大的差异。岘港湾所有的植被类型动态度都为负值,其自然土地类型面积不断减小,在开发过程中没有对海湾的生态保护给予足够的重视。深圳湾红树林以及草地的动态度为正,裸地为0,养殖用地为负,自然性及功能性土地类型面积明显增加,这说明深圳湾在土地开发的同时也注重自然土地类型的生态价值,注重土地开发的科学性和合理性[24]

4.5 海湾土地利用综合指数分析

从土地利用综合指数看(表7),1987年时,深圳湾的土地利用综合指数已达到274.12,之后城镇化步伐继续加大,2015年时土地利用综合指数已高达320.52;而岘港湾1987年的土地利用综合指数为238.85,仍有相当一部分土地有待开发,到2015年时达到283.28。故虽然研究期内深圳湾的城镇化平均速率略小于岘港湾,但在城镇化的整体进程上,深圳湾始终快于岘港湾。
Tab.7 The comprehensive index of land utilization in the study area in 1987 and 2015

表7 深圳湾及岘港湾1987年和2015年土地利用程度综合指数

海湾 1987年土地利用综合指数 2015年土地利用综合指数
深圳湾 274.12 320.52
岘港湾 238.85 283.28

4.6 发展现状及建议

工业化初期,经济发展主要依靠加工工业和农业,城镇用地开始增长,生产性功能土地,如耕地占主导地位,土地利用变化较缓;进入工业化中期后,土地利用变化日趋强烈,城镇用地能给经济快速发展提供更大的承载空间,城镇用地规模出现加速趋势,农用地面积显著减少,土地利用方式已开始从粗放型向集约型转变;进入工业化后期后,资本已经相当充裕,而土地稀缺问题加剧,土地的利用更加集约,土地变化趋于缓和[4,25-26]。岘港湾城镇用地快速增长,城镇周边遍布裸地,养殖用地大量增加,耕地面积下降明显但仍有较多保留,土地利用效率较低,整体呈现出明显的工业化中期土地利用特征;而深圳湾以城镇建设用地等承载性功能土地占主体地位,耕地消失,土地利用集约化程度高,已属于工业化后期[27]
岘港湾土地利用存在较多问题,包括城镇周边分布大片未利用裸地,城市化侵占农用地现象严重,养殖用地抢滩占滩现象严重,与深圳湾相比,土地利用程度仍处于较低水平,应抓住机遇,引进外部资金加快自身发展;随着城镇化的继续推进,必然使该地区人地矛盾更加尖锐,生态环境存在进一步恶化的潜在威胁,应在经济发展的同时,优化城市建设用地的空间扩展模式,积极合理地利用其内部的空闲地和废弃地,以提高城镇土地利用效益,使土地资源得到有效利用,加强对土地利用合理性规划与管理,以及对生态环境的建设。当工业化后期,城市高度发展,土地紧缺会成为制约发展的瓶颈,湾内水域、滩涂等后备资源被陆续开发,将导致填海造陆,城市向湾内区域扩张转移。深圳湾的土地利用正处于这一阶段,土地土地利用集约化程度高,人地矛盾十分尖锐,土地资源的稀缺决定了土地优化利用的重要性;同时深圳湾在生态建设已取得一定成果,红树林保护政策对深圳湾的土地利用结构产生了很大的影响,红树林保护区的建立对植被的保护以及生态环境的建设发挥了重要作用,极大地改善了沿海生态环境;但填海造陆以及滩涂被开发为养殖用地的同时也存在生态环境进一步恶化的潜在威胁。应继续注重加强生态环境建设,保持海湾生态环境健康发展。合理优化海湾土地利用空间格局,对海湾的进一步发展以及生态修复与可持续发展具有重要意义。

5 结论与讨论

本文应用1987年和2015年的遥感影像提取并分析了深圳湾和岘港湾近30年的土地利用变化信息,得出以下结论:
(1)深圳湾和岘港湾的耕地、林地以及湾内水域等都有不同程度的减少,而建设用地大幅增加;同时,都有不同程度的填海造陆工程,这是城市化推进的必然结果。
(2)具体来看,深圳湾现阶段已经没有耕地,岘港湾则余量较多;深圳湾养殖用地减少,岘港湾则增加;岘港湾的填海造陆工程量也远小于深圳湾。岘港湾的城镇化速率高于深圳湾,土地利用综合指数却远低于深圳湾。整体上看,岘港湾的土地利用程度远低于同期深圳湾的土地利用水平。
(3)研究期内深圳湾的裸地面积没有增加,而岘港湾裸地面积增加明显。对于海湾内部的淤泥质岸线,深圳湾建立了红树林保护区,其红树林面积大幅增加;而岘港湾的淤泥质海岸线都转化成了人工岸线。这表明在土地开发的同时,深圳湾比岘港湾更注重对自然土地类型及功能性植被的保护。
综上所述,深圳湾和岘港湾虽然经济地位与自然条件都比较相似,但其土地的开发程度大不相同;岘港湾的经济发展状况略高于深圳湾1987年时水平,但远低于同期深圳湾的发展水平。岘港湾的土地利用呈现出明显的工业化中期的土地利用特征,而深圳湾则已属于工业化后期。南海周边海湾开发程度不同,海湾开发存在不合理因素,也说明南海周边国家沿海区域经济发展的不均衡及开发的不合理。研究南海周边海湾的土地利用变化,对了解南海周边区域发展状况,促进区域合作及海湾可持续发展具有重要的指导意义。

The authors have declared that no competing interests exist.

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宋艳暾,余世孝,李楠,等.快速城市化过程与景观格局研究——以深圳经济特区为例[J].中山大学学报(自然科学版),2006,45(6):87-92.利用1979-2003年四期遥感图像结合景观生态学原理和方法 着重分析了快速城市化过程和景观时空格局自特区设立以来的变化特征.结果表明:深圳经济特区在1979-2003年总体表现出随城市化过程,景观时空格局 复杂性程度不断增加的趋势,但变化速率、强度和发展态势在4个行政区域表现出一定的分异特征,其中盐田区、罗湖区较大景观结构变化发生在 1979-1990年,表现出上述区域城市化干扰程度较轻,特别是盐田区表现为受重干扰的次数较少;福田区表现出景观时空结构变化持续时间长、开始时间早 的特点与特区总体景观结构变化特征较一致;南山区主要的变化主要发生在1990年以后.同时福田区和南山区表现出多次多段干扰的迹象,受城市化干扰程度巨 大.4个行政区域由于规划发展目的不同表现出不同的时空变化特点.

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[ Song Y T, Yu S X, Li N, et al.Relationship between processes of rapid urbanization and landscape temporal and spatial patterns - a case study in Shenzhen SEZ[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni, 2006,45(6):87-92. ]

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山东省人民政府.越南岘港市[J].山东政报,2006(8):48.正 五月三十一日至六月一日济南军区司令员钱国梁、参谋长沈兆吉率军区机关及沿黄驻军部队有关领导在副省长陈延明、黄河水利委员会副主任陈效国等陪同下,勘察了黄河山东段重点险工险段,检查指导驻鲁部队黄河防汛工作。钱国梁等在进入黄河济南段后,省委副书记、省长李春亭,省委常委、济南市委书记孙淑义,济南市市长谢玉堂一道进行了考察。李春亭省长指出,今年防汛形势十分严峻,全省各级各部门要认真贯彻落实中央关于抓好防汛工作的指示,在抓好地方防汛的同时,为全力协助部队做好抗御大洪水的各项准备工作创造良好的条件。一日韩寓群副省长签发《山东省人民政府关于做好国有大中型亏损企业扭亏脱困工作的通知》

[ Danang in Vietnam[J]. Gazette of the People's Government of Shandong Province, 2006,8:48. ]

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常青,李双成,王仰麟,等.基于稳定映射分析的深圳绿色景观时空演化及启示[J].地理学报,2012,67(12):1611-1622.绿色景观是城市开发建设所必需的空间资源,也是城市生态功能维续的基础和载体, 其动态演变过程关乎人类福祉与城市可持续发展。本文应用1986-2005年多时序的Landsat TM/ETM+遥感数据,采用改进型稳定映射变化轨迹分析、景观格局指数和系统聚类方法,综 合分析城市化以来深圳市绿色景观的时空动态演变过程,探讨其空间发生机制。结果表明: 研究期内深圳市绿色景观面积和类型组成变化显著,且均在1995年前后出现变幅拐点,具明 显的阶段性特征;全市绿色景观动态变化轨迹包括4大类、2中类和13小类,以类内转化过程 比例最高 (30.5%),由此引发的潜在生态环境影响应成为今后城市景观演变与生态环境效应研 究的一大重点;各类绿色景观变化轨迹形成集聚型、相对集聚型和分散型空间布局,长期保 持过程集中分布于高海拔地区,与低海拔区域分布的波动、消失过程构成空间共轭关系,地 形条件成为深圳市57%以上绿色景观的天然庇护。而在地形平坦的城市中,如何在快速城市化 过程中有效保留充足、高质量的绿色景观资源,是值得进一步深入探讨的问题。

[ Chang Q, Li S C, Wang Y L, et al.Green landscape evolution and its diving factors in Shenzhen[J]. Acta Geographica Sinica, 2012,67(12):1611-1622. ]

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张文忠,王传胜,吕昕,等.珠江三角洲土地利用变化与工业化和城市化的耦合关系[J].地理学报,2003,53(5):677-685.在分析珠江三角洲1990~2000年土地利用变化趋势和特征的基础上,根据土地利用的综合变动系数将珠江三角洲划分为4种土地变化类型,即剧变型、缓变型、相对稳定型和稳定型,并总结了不同变化类型的特征.进一步研究了工业化、城市化发展阶段与土地利用变化类型的关系,结果显示,处于不同工业化、城市化阶段的县市,其土地利用变化也明显不同,且与工业化、城市化进程和状态具有一定的内在关系;最后对产业非农化、城市化与土地利用变化的耦合系数进行了研究,发现各市县的产业非农化、城市化和土地利用变化的耦合系数,与土地利用的综合变动系数具有很高的一致性,按照产业非农化、城市化和土地利用变化耦合系数,在一定程度上可以判断土地变化的类型.

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[ Zhang W Z, Wang C S, Lv X, et al.Coupling relationship between land use change and industrialization & urbanization in the Zhujiang River Delta[J]. Acta Geographica Sinica, 2003,58(5):677-685. ]

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赵翠薇,濮励杰,孟爱云,等.基于经济发展阶段理论的土地利用变化研究——以广西江州区为例[J].自然资源学报,2006,21(2):172-179.土地利用在不同的经济发展阶段表现出不同特点。广西江州区属于我国西部经济欠发达地区,经济发展正处于工业化初期的起步阶段,土地利用变化特点主要表现为:以农业生产用地和生态用地竞争为主,耕地变化是土地利用变化的主要内容;建设用地低效、缓慢增长,农村居民点增长面积占较大比重;人均农村居民点面积逐渐增加。以1978&mdash;2002年的统计数据为基础,用主成分分析和回归分析相结合,对耕地面积变化的驱动力进行了研究,结果表明:人口增长、经济发展和土地管理使得耕地面积不断增长,收入和消费的提高以及农业产业结构调整导致耕地面积减少。发达地区的发展历程表明,经济高速发展必然引起农地快速非农化,江州区在土地利用中,必须注意节约用地,保护耕地,减少土地资源浪费,防止环境污染,实现区域土地的可持续利用。

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[ Zhao C W, Pu L J, Meng A Y, et al.A study on land use changes based on theory of economic development phases - a case study of Jiangzhou county in Guangxi[J]. Journal of Natural Resources, 2006,21(2):172-179. ]

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夏向阳,张红辉.后工业化时代沿海副省级城市经济发展及其驱动力研究——基于深圳、厦门、青岛、宁波4市的实证研究[J].科技进步与对策,2011(18):21-25.选取我国具有代表性的深圳、青岛、厦门和宁波4个沿海副省级城市作为研究对象,通过综合分析其经济发展速度、工业化进程和大众消费水平,明晰了后工业化时代沿海副省级城市的经济发展现状;通过对4市经济发展驱动力的实证研究,探寻了驱动其经济发展的主导力量。实证研究表明:沿海副省级城市当前正处于工业化中后期,即将迈入工业化后期阶段,并进入大众消费时代,经济发展的主要驱动力仍以全社会固定资产投资为主,逐渐呈现出以进出口贸易和第三产业带动发展的局面;宁波市的经济发展则相对滞后。

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[ Xia X Y, Zhang H H.Coastal sub-provincial city economic development and driving force in the post-industrial era: based on the empirical research in Shenzhen, Xiamen, Qingdao and Ningbo[J]. Science & Technology Progress and Policy, 2011,18:21-25. ]

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