近30年福建省土地利用時空演變的海陸梯度分異規(guī)律

吳燕芳，陳耀亮，陸燈盛

（福建師范大學(xué) a.地理研究所；b.濕潤亞熱帶山地生態(tài)國家重點實驗室培育基地，福州 350007）

土地利用變化是在人類活動和自然因素驅(qū)動下地表類型及其結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生或恢復(fù)性、或退化性、或徹底的改變（史培軍 等，2000；羅格平 等，2005）。近現(xiàn)代以來，地球表面的變化主要是由人類社會經(jīng)濟活動所導(dǎo)致的，是人類活動與生態(tài)環(huán)境相互作用的重要體現(xiàn)（劉紀遠 等，2018）。隨著中國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程的加速推進，土地利用類型發(fā)生明顯的時空變化，使得城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)空間矛盾愈演愈烈，在一定程度上限制了國土空間的可持續(xù)發(fā)展（范業(yè)婷 等，2019）。因此，探究土地利用時空演變特征，可為土地資源的可持續(xù)發(fā)展提供有效參考。

目前國內(nèi)外學(xué)者在不同的數(shù)據(jù)源、研究尺度的基礎(chǔ)上對土地利用變化進行了大量研究，已形成一套比較成熟的研究方法與理論體系（劉紀遠 等，2003；Lu et al., 2013）。大多研究以遙感影像數(shù)據(jù)、長時間序列土地利用分類數(shù)據(jù)集等為數(shù)據(jù)源（張宇碩 等，2015；Pan et al., 2017; Jiang et al., 2018），以全球、國家、城市等為研究尺度（杜國明 等，2015；Feng et al., 2017; Liu et al., 2021），采用轉(zhuǎn)移矩陣、動態(tài)度、空間分析等動態(tài)變化分析方法（張麗 等，2014；付建新 等，2020），主成分分析法、地理探測器等驅(qū)動分析方法（李進濤 等，2018），從時空變化特征、驅(qū)動因素、生境效應(yīng)等方面揭示了土地利用變化的演變規(guī)律及影響作用。如基于中國土地利用數(shù)據(jù)集的分析，發(fā)現(xiàn)中國不同分區(qū)之間土地利用變化存在顯著的差異性，國家政策是引起變化的一個重要因素（劉紀遠 等，2018；Kuang,2020）；中國土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)存在顯著的空間分異性（陳萬旭 等，2019）。

緩沖區(qū)分析法可將研究區(qū)域以某一中心點或邊界等距劃分為一定數(shù)量的子區(qū)域，是目前地理學(xué)領(lǐng)域中常被廣泛應(yīng)用于土地利用變化研究的一種梯度分析法（王德智 等，2014；于濤 等，2019）。特別是沿海地區(qū)，相關(guān)研究從不透水地表（ISA）擴張、土地利用景觀格局變化、海岸帶土地利用變化等方面探究沿海區(qū)域土地利用變化的海陸梯度分異規(guī)律（Kuang et al., 2014; Lu et al., 2018；孟紫琪 等，2018；Yan et al., 2020；賈艷艷 等，2020）。部分ISA 擴張研究結(jié)合研究區(qū)地理特征，以河流岸線、海岸線為基準進行緩沖區(qū)分析，如陳明發(fā)等（2021）研究得出粵港澳大灣區(qū)的城市建設(shè)以珠江支流與海岸線為軸心，在縱向和橫向上具有明顯的擴張?zhí)荻忍卣鳎灰灿袑W(xué)者采用景觀格局指數(shù)與緩沖帶分析等方法對福建東山島海陸梯度下的景觀破碎化變化特征進行分析，發(fā)現(xiàn)距離海岸線500和1 000 m 處是東山島沿海人為干擾的強烈地帶（巫麗蕓等，2020）。大多研究表明不同行政區(qū)劃單元下的海岸帶土地利用變化在空間上存在顯著的海陸梯度分異規(guī)律（吳莉 等，2015；Ding et al., 2019），如中國海岸帶不同土地利用類型之間的海陸梯度特征不同，其變化存在省域差異（侯西勇 等，2011）；江蘇省海岸帶土地利用多樣性和土地利用程度沿陸海方向分別呈現(xiàn)“低—高—低”“高—中—低”的不同規(guī)律，且南北梯度規(guī)律差異顯著（許艷 等，2012）；煙臺市海岸帶土地利用形態(tài)在空間上呈現(xiàn)類似圈層形狀的海陸梯度分異特征（鄒敏 等，2016）；青島市海岸帶港口區(qū)域的土地利用格局在空間上沿海陸方向按一定順序位置分布，且不同時期土地開發(fā)強度梯度特征會發(fā)生變化（Yan et al.,2021）；長三角地區(qū)海岸帶的土地利用動態(tài)度存在明顯的建設(shè)用地向海、海洋用地向陸變化規(guī)律（王曼曼 等，2020）。綜上所述，大多數(shù)對于土地利用變化海陸梯度分異規(guī)律的研究多限于海岸帶、島域、單一城市等中小尺度，僅能分析局部梯度變化規(guī)律，對于整個省域視角的土地利用變化海陸梯度分異規(guī)律的研究還比較少。

福建省地處中國東南沿海，自改革開放以來，全省社會經(jīng)濟建設(shè)從沿海到內(nèi)陸地區(qū)取得不同程度的成就，城鎮(zhèn)化程度不斷提升，對福建省的土地利用空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響。近年來，國內(nèi)學(xué)者對福建省土地利用變化展開了相關(guān)研究，但現(xiàn)有研究大多以行政區(qū)劃為研究單元分析福建省沿海到內(nèi)陸地區(qū)的土地利用變化時空演變規(guī)律、驅(qū)動機制及生境效應(yīng)（曲勝秋 等，2020；李勝鵬 等，2020），較少以緩沖區(qū)梯度帶為研究單元探索福建省沿海陸方向上土地利用變化趨勢及其空間分異規(guī)律。以緩沖帶為研究單元分析整個省域不同梯度帶下土地利用變化空間分異規(guī)律，能準確直觀地反映土地利用變化、分布特征，可為政府部門和國土規(guī)劃部門制定科學(xué)合理的土地管理政策提供依據(jù)；作為實例研究，還能豐富福建省土地利用實證分析研究，為推進福建省土地利用類型結(jié)構(gòu)調(diào)整及布局優(yōu)化提供參考。

因此，本文以福建省為研究區(qū)，基于1990、2000、2010、2020年4期的土地利用數(shù)據(jù)集，以海岸線為基準線，采用緩沖區(qū)分析法與土地利用動態(tài)變化指標，分析沿海陸方向不同梯度帶的土地利用類型的時空演變特征，并結(jié)合格網(wǎng)單元探究海陸梯度下福建省土地利用變化的空間分異規(guī)律。本文擬回答以下問題：1）沿海陸方向，近30年研究區(qū)各土地利用類型是否存在梯度變化規(guī)律？2）不同梯度帶呈現(xiàn)的土地利用時空格局是如何變化的？3）海陸梯度下土地利用變化是否具有空間分異特征？

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

福建省位于中國東南沿海，陸地總面積12.14萬km2。地勢西北高，東南低；境內(nèi)山地、丘陵面積約占全省總面積的80%以上，西部和中部形成兩大山帶，其間為互不貫通的河谷、盆地，東部沿海為丘陵、臺地和濱海平原。全省屬亞熱帶海洋性季風氣候，但氣候區(qū)域差異較大，閩東南沿海地區(qū)屬南亞熱帶氣候，其他地區(qū)屬中亞熱帶氣候；全省70%區(qū)域≥10℃的積溫為5 000～7 600℃，年均溫17～21℃，平均降雨量1 400～2 000 mm，是中國雨量最豐富的省份之一。全省水系密布，主要河流有閩江、九龍江、晉江、交溪、汀江；森林覆蓋率連續(xù)42 年為全國第一。2020 年末全省常住人口為4 161萬人，其中，城鎮(zhèn)常住人口2 861萬人，常住人口城鎮(zhèn)化率為68.8%；同年，福建省GDP達到4.39萬億元；到2020 年，全省基本形成鐵路網(wǎng)和公路網(wǎng)，2020年末全省鐵路營業(yè)里程和公路通車里程分別為3 774 和11 萬km（福建省統(tǒng)計局，2021）。研究區(qū)范圍包括福州市、廈門市、泉州市、漳州市、莆田市、寧德市、南平市、三明市和龍巖市9個設(shè)區(qū)市，共有29 個市轄區(qū)，12 個縣級市，43 個縣（不包含金門縣）。

1.2 數(shù)據(jù)收集和整理

1.2.1 福建省土地利用數(shù)據(jù)的獲取 1990、2000、2010、2020年4期的福建省土地利用矢量數(shù)據(jù)集來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心①https://www.resdc.cn。該數(shù)據(jù)集是劉紀遠團隊基于Landsat TM/ETM+數(shù)據(jù)，采用人機交互解譯的方法研發(fā)的全國土地利用現(xiàn)狀1∶10萬矢量數(shù)據(jù)庫，經(jīng)大量野外調(diào)查驗證，其產(chǎn)品總體精度達到90%以上（劉紀遠 等，2003，2018；Kuang et al., 2016；匡文慧 等，2022）。根據(jù)研究區(qū)的實際情況，采用的土地利用分類體系參考中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心的中國土地利用遙感監(jiān)測分類體系②https://www.resdc.cn/DOI/DOI.aspx?DOIID=54，將福建省土地利用類型劃分為6個一級類，即耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)建設(shè)用地和未利用地。

1.2.2 政策事件收集整理 主要通過中央人民政府門戶網(wǎng)站③http://www.gov.cn或福建省人民政府門戶網(wǎng)站④http://www.fujian.gov.cn收集16個主要區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略及政策，并根據(jù)研究時段進行匯總整理。

2 研究方法

2.1 梯度分析法

基于福建省海岸線，采用緩沖區(qū)梯度帶法（侯西勇 等，2011；陳明發(fā) 等，2021；Yan et al.,2021），分析該省海陸梯度下土地利用變化的時空演變規(guī)律及空間分異規(guī)律。首先，根據(jù)2020 年Landsat8 OLI 影像進行目視解譯提取該省海岸線，其中，海岸線直接以水陸分界線為解譯原則，不將平潭島、東山島等島嶼包含在內(nèi)；其次，借鑒已有研究（陳明發(fā) 等，2021），并結(jié)合福建省實際情況，以該海岸線為基準按照20 km 間隔向陸地一側(cè)進行緩沖分析，最終沿海陸方向生成15個梯度帶，在此基礎(chǔ)上劃分三大梯度帶，分別為沿海梯度帶（距海岸線0～60 km）、過渡梯度帶（距海岸線60～180 km）和內(nèi)陸梯度帶（距海岸線180～300 km），如圖1所示；第三，結(jié)合4期土地利用數(shù)據(jù)集，疊加分析不同梯度的土地利用的數(shù)量變化規(guī)律；第四，利用轉(zhuǎn)移矩陣，分析不同時期海陸梯度下土地利用類型的空間變化分布特征，以及通過動態(tài)度分析不同土地利用類型的梯度變化幅度及土地利用變化的劇烈程度；最后，以2 km × 2 km 的矢量格網(wǎng)作為研究單元、綜合土地利用動態(tài)度為觀測指標，利用空間自相關(guān)、熱點分析等方法，分析1990—2020年該省海陸梯度下土地利用變化的冷點和熱點在空間分布上的差異性。

圖1 福建省梯度帶劃分Fig.1 The buffer zone division in Fujian Province

2.2 土地利用動態(tài)分析法

2.2.1 土地利用類型的面積變化分析 面積變化量是反映研究期內(nèi)某一種土地利用類型的面積變化幅度（劉鳳蓮 等，2021）。表達式為：

式中：ΔC為單一土地利用類型的面積變化量，ΔC> 0 表示面積增加，ΔC< 0 表示面積減少；Ua和Ub分別表示研究期初和期末土地利用類型的面積。

2.2.2 轉(zhuǎn)移矩陣分析 轉(zhuǎn)移矩陣不僅可以體現(xiàn)研究區(qū)各土地利用類型互相轉(zhuǎn)移的方向和面積變化情況，還可以從空間角度直觀反映不同土地利用類型在不同時期的格局分布規(guī)律（孫智斌 等，2018）?；?期的土地利用數(shù)據(jù)集，利用ArcGIS的空間分析和統(tǒng)計分析功能，分別對臨近的2期數(shù)據(jù)進行空間疊加分析，得到1990—2020年不同時期的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

2.2.3 動態(tài)度分析 結(jié)合轉(zhuǎn)移矩陣分析，采用土地利用動態(tài)度對1990—2020年福建省土地利用類型動態(tài)變化進行分析。土地利用動態(tài)度分為單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度，二者可用于反映在一定時期內(nèi)研究區(qū)土地利用類型在數(shù)量上的動態(tài)變化特征（王宏亮 等，2017；付建新 等，2020）。

單一土地利用動態(tài)度（K）反映一定時期內(nèi)研究區(qū)某一種土地利用類型的變化速率。表達式為：

式中：T表示研究時長（年）。

綜合土地利用動態(tài)度反映在一定時期內(nèi)研究區(qū)內(nèi)整體土地利用類型變化的劇烈程度。表達式為：

式中：LC 為區(qū)域內(nèi)的綜合土地利用動態(tài)度；ΔLA(i，t0)為研究期初第i類土地利用類型的總面積（km2）；ΔLA(i，t1-t0)為研究期初至期末第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為其他類型面積的總和。

2.3 海陸梯度土地利用變化空間分異性分析

為探究1990—2020年福建省海陸梯度下土地利用變化的空間分異性，選取綜合土地利用動態(tài)度指數(shù)作為觀測指標，但由于福建省各縣市區(qū)行政區(qū)劃之間面積大小存在明顯差異，為了消除面積差異帶來的影響，結(jié)合研究區(qū)實際情況，以2 km×2 km格網(wǎng)作為研究單元對其進行分析。

2.3.1 空間自相關(guān) 空間自相關(guān)是對整個研究區(qū)某一觀測值在空間上是否存在聚集性的顯著性檢驗分析（郭椿陽 等，2019）。采用全局Moran'sI指數(shù)對綜合土地利用動態(tài)度指數(shù)進行全局空間自相關(guān)分析，基于其值大小從全局角度判斷沿海陸方向土地利用變化是否具有空間聚集性。其中，I>0，表示存在正的空間自相關(guān)，在空間上表現(xiàn)為聚集特征且值越接近1，聚集現(xiàn)象越明顯；I<0，表示存在負的空間自相關(guān)，在空間上表現(xiàn)為分散分布；I=0，表示不存在空間相關(guān)性。

2.3.2 土地利用變化熱點分析 為進一步探究局部相鄰區(qū)域之間土地利用變化的空間分異性，采用局部自相關(guān)分析中的熱點分析（Gi*指數(shù)）測度其空間差異特征，分析沿海陸方向的土地利用變化是否具有統(tǒng)計顯著意義上的冷熱點聚集現(xiàn)象（劉光旭 等，2021）。其中，冷熱點聚集主要根據(jù)表示概率的P值、標準差的倍數(shù)的z得分和置信度進行顯著性聚類，結(jié)合綜合土地利用動態(tài)度指標，將研究區(qū)劃分為5 個區(qū)域（陳萬旭 等，2019）：冷點區(qū)、次冷點區(qū)、次熱點區(qū)、熱點區(qū)和非顯著區(qū)。

3 結(jié)果分析

3.1 海陸梯度土地利用變化時空格局分析

3.1.1 海陸梯度土地利用數(shù)量變化分析 1990—2020年福建省土地利用變化沿海陸方向呈現(xiàn)明顯的梯度變化特征（圖2）。沿海梯度帶的各土地利用類型變化較為劇烈，其中，20 km 梯度帶內(nèi)的變化最為劇烈，以耕地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地變化為主；過渡梯度帶的各土地利用類型變化程度明顯小于沿海梯度帶，以林地、草地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地3種類型變化為主；內(nèi)陸梯度帶的各土地利用類型變化相對趨于穩(wěn)定。

圖2 福建省海陸梯度主要土地利用類型面積變化特征Fig.2 Area change characteristics of main land use types under the sea-land gradient in Fujian Province

近30年各土地利用類型的面積變化量隨離海岸線距離的增加具有不同的變化趨勢（圖2-a）。其中，耕地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地的面積變化量從沿海到內(nèi)陸呈持續(xù)減少的趨勢，面積顯著變化的區(qū)域主要集中在沿海梯度帶，面積變化量遠大于其他梯度帶，特別是距海岸線20 km 范圍，耕地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地的面積變化量均達到最大，分別為-1 317.12和1 799.8 km2；而過渡梯度帶中城鄉(xiāng)建設(shè)用地出現(xiàn)2處小峰值（120和180 km），其增加量明顯高于周邊，分別為177.85 和195.49 km2，這主要是由龍巖、三明和南平市轄區(qū)建成區(qū)擴張引起的。林地和草地的面積變化量呈現(xiàn)“減少—增加—減少”的梯度變化趨勢，林地增加量顯著增多的區(qū)域主要集中在過渡梯度帶和內(nèi)陸梯度帶的140～240 km 范圍內(nèi)，而草地在距海岸線20 km 范圍的減少量最大，為362.86 km2；水域整體變化幅度不大，僅在距海岸線20 km范圍有較為明顯的減少。

從不同時期看，各土地利用類型變化存在明顯的時序特征。林地和草地面積變化量呈持續(xù)減少的特征，2000 年以后顯著降低，尤其是1990—2000年二者的變化量均為最大，分別為1 831.21 和-1 851.76 km2，其中140～220 km 是林地和草地顯著變化的核心區(qū)域（圖2-b），該區(qū)域二者的變化量分別達到1 144.36 和-1 163.76 km2；耕地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地的面積變化量呈先增加后減少的特征，2000 年以后二者的變化量顯著上升，且梯度分異規(guī)律更加明顯，特別是2000—2010 年變化量最大，分別為-1 082.8和1 869.35 km2（圖2-c），該時期二者的梯度變化規(guī)律與1990—2020年較為一致，其中城鄉(xiāng)建設(shè)用地在120 和180 km兩處梯度帶的增加量均在120 km2左右；水域面積變化量總體呈微弱增加，其中，2000—2010年水域以增加為主，在過渡梯度帶的120～140 km 范圍內(nèi)有明顯的增加（圖2-c），而2010—2020年水域在沿海20 km范圍內(nèi)具有顯著的減少量，達176.93 km2（圖2-d）。

3.1.2 海陸梯度轉(zhuǎn)移矩陣分析 1990—2020 年前10個土地利用變化類型的轉(zhuǎn)移面積占總轉(zhuǎn)移面積的比例隨與海岸線距離的增加而降低（圖3-a），沿海梯度帶（44.23%）>過渡梯度帶（37.31%）>內(nèi)陸梯度帶（15.03%）；土地利用變化類型隨與海岸線距離的增加，由以耕地轉(zhuǎn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地為主逐漸向以草地轉(zhuǎn)林地、林地轉(zhuǎn)草地為主發(fā)生轉(zhuǎn)移（圖3-b）。

圖3 1990—2020年不同梯度帶前10個土地利用變化類型轉(zhuǎn)移變化比例Fig.3 Top 10 land use change types under different gradient zones in the transfer change ratio from1990 to 2020

從不同時期看，前10個土地利用變化類型的轉(zhuǎn)移變化比例具有顯著的時序特征和梯度分異規(guī)律（見圖3-a），表現(xiàn)為以60 km梯度帶為分界帶，沿海梯度帶內(nèi)的轉(zhuǎn)移變化比例隨著時間的推移而顯著升高，而過渡梯度帶和內(nèi)陸梯度帶則是下降，逐漸接近于0。其中，1990—2000年，前10個類型的轉(zhuǎn)移變化比例整體偏低（12%以下），呈現(xiàn)“降低—升高—降低”的梯度變化趨勢（見圖3-a）；該時期的土地利用變化類型以林地增加、草地和耕地減少為主，各轉(zhuǎn)移變化類型存在不同的梯度變化特征（圖3-c）。具體而言，草地轉(zhuǎn)林地比例呈現(xiàn)隨與海岸線距離增加而升高，主要集中在140～220 km 梯度帶內(nèi)，這可能與20 世紀90 年代初的“三五七”造林綠化工程等生態(tài)環(huán)境建設(shè)有關(guān)；耕地轉(zhuǎn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地僅在沿海梯度帶內(nèi)有部分占比，特別是距海岸線20 km的沿海地區(qū)。

2000—2010 年，前10 個類型的轉(zhuǎn)移變化比例整體呈持續(xù)下降的梯度變化趨勢（見圖3-a）；該時期的土地利用變化類型以城鄉(xiāng)建設(shè)用地急速增加，耕地、林地和草地減少為主（圖3-d）。具體而言，城鄉(xiāng)建設(shè)用地轉(zhuǎn)入類型主要來源于耕地（30.91%）、林地（17.54%）和草地（7.21%），這主要是由于沿海開放經(jīng)濟區(qū)以及海峽西岸經(jīng)濟區(qū)等區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的實行，促使大范圍的城市擴張；但不同轉(zhuǎn)入類型存在明顯的梯度分異性，耕地轉(zhuǎn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地比例主要表現(xiàn)為波動降低，主要集中在沿海梯度帶，林地轉(zhuǎn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地比例呈現(xiàn)先升高后降低，主要集中在過渡梯度帶；在120～140、260～300 km 梯度帶內(nèi)出現(xiàn)小幅度的水域增加，這是由于該時期有大型水庫的建成使用，使得耕地、林地轉(zhuǎn)為水域。

2010—2020 年，前10 個類型的轉(zhuǎn)移變化比例整體仍表現(xiàn)為持續(xù)下降的趨勢（圖3-a）；該時期的土地利用變化類型以城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加、林地小幅度增加、耕地和草地減少為主（圖3-e）。具體而言，耕地（43.63%）、林地（11.66%）、水域（9.43%）和草地（5.79%）向城鄉(xiāng)建設(shè)用地轉(zhuǎn)變，過渡及內(nèi)陸梯度帶中的耕地、林地、草地轉(zhuǎn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地占比均顯著升高，水域的轉(zhuǎn)入主要集中在距海岸線20 km 的范圍內(nèi)，由于沿海地區(qū)城市擴張引起的圍填海造地，使得一定量的水域面積減少；沿海梯度帶內(nèi)有明顯較高比例的耕地、草地轉(zhuǎn)林地，這是由于現(xiàn)代特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園的建設(shè)，使得草地和耕地大面積轉(zhuǎn)為果園、茶園和苗圃地等，致使林地面積增加。

從空間分布看，不同梯度內(nèi)的土地利用變化類型存在顯著的南北差異（圖4）。距海岸線20 km范圍內(nèi)是耕地減少、城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加的最主要區(qū)域，特別是東南部地區(qū)的沿海城市，如泉州市轄區(qū)、晉江市、石獅市等（圖4-d2）；2000 年以后，過渡梯度帶部分地區(qū)的城鄉(xiāng)建設(shè)用地顯著增加，如龍巖市轄區(qū)（120 km 梯度帶），以及三明市轄區(qū)、永安市、建陽區(qū)的建成區(qū)（180 km 梯度帶）（圖4-d），這是由于主要交通干線的建成使用促使其城市邊緣發(fā)生擴張，而建陽區(qū)后期的增加（圖4-d1）也與2014年國務(wù)院批復(fù)南平市行政區(qū)劃調(diào)整，撤市設(shè)區(qū)的政策有關(guān)。過渡梯度帶、內(nèi)陸梯度帶北部地區(qū)是林地增加、草地減少的主要區(qū)域，特別是2000年以前，如位于建甌市、將樂縣等地區(qū)（圖4-b1、c1）；2010—2020 年，在沿海梯度帶南部地區(qū)（漳州市的漳浦縣、云霄縣、平和縣，圖4-b2）存在顯著的林地增加。

圖4 1990—2020年福建省海陸梯度主要土地利用類型變化的空間分布（a.耕地；b.林地；c.草地；d.城鄉(xiāng)建設(shè)用地）Fig.4 Spatial distribution of main land use types changes under land-sea gradient in Fujian Province from 1990 to 2020(a.cultivated land; b.forest land; c.grassland; d.urban and rural construction land)

3.2 海陸梯度下土地利用空間分異特征分析

3.2.1 海陸梯度下的動態(tài)度變化分析 1990—2020

年不同梯度帶間的綜合土地利用動態(tài)度呈現(xiàn)“降低—升高—降低”變化規(guī)律，但沿海梯度帶>過渡梯度帶>內(nèi)陸梯度帶（表1），其中，距海岸線20 km范圍綜合動態(tài)度最高，為0.75%；單一動態(tài)度上（圖5-a），近30 年內(nèi)城鄉(xiāng)建設(shè)用地動態(tài)度具有顯著的梯度變化特征，呈現(xiàn)先升高后降低的態(tài)勢，其變化速率遠高于其他類型，這主要是由于其他3種類型的基數(shù)遠遠大于城鄉(xiāng)建設(shè)用地；耕地動態(tài)度呈現(xiàn)持續(xù)降低的趨勢，其中距海岸線20 km 范圍的耕地減少速率最大，為2.22%；草地動態(tài)度呈先降低后升高的趨勢，在220 km 梯度帶內(nèi)變化速率（-1.95%）達到最大；林地動態(tài)度最為穩(wěn)定，變化速率最低，這是由于全省林地面積基數(shù)最大。

表1 1990—2000年福建省海陸梯度綜合土地利用動態(tài)度Table 1 Comprehensive dynamic degree of land use of sea-land gradient in Fujian Province from 1990 to 2000 %

圖5 1990—2020年福建省海陸梯度單一土地利用類型動態(tài)度Fig.5 Dynamic degree of single land use type of sea-land gradient in Fujian Province from 1990 to 2020

從不同時期看，1990—2000年，各梯度帶的綜合動態(tài)度平均維持在0.24%，但過渡梯度帶>內(nèi)陸梯度帶>沿海梯度帶（見表1），這是由于該時期林地、草地、耕地在過渡和內(nèi)陸梯度帶中大幅度相互轉(zhuǎn)化引起；單一動態(tài)度上，林地動態(tài)度（0.34%～0.48%）、草地動態(tài)度（1.60%左右）在140～240 km梯度帶明顯高于其他類型，城鄉(xiāng)建設(shè)用地（0.69%～1.40%）則在沿海梯度帶變化速率較高（圖5-b）。2000—2010年，綜合動態(tài)度較前期具有顯著的梯度分異規(guī)律，呈現(xiàn)持續(xù)減少的特征，但內(nèi)陸梯度帶>沿海梯度帶>過渡梯度帶（見表1），這是由于內(nèi)陸梯度帶區(qū)域面積明顯小于其他區(qū)域，但發(fā)生轉(zhuǎn)移變化面積與其他區(qū)域相差不大；單一動態(tài)度上，城鄉(xiāng)建設(shè)用地動態(tài)度呈現(xiàn)先升高后降低的特征，基本都達到6%以上的變化速率（圖5-c），是變化速率最高的時期，而耕地動態(tài)度在沿海梯度帶明顯高于林地和草地，距海岸線20 km 范圍內(nèi)達到最高變化速率，為-1.16%。2010—2020年，整體綜合動態(tài)度顯著降低，僅沿海梯度帶（0.18%）有較劇烈的土地利用變化，特別是距海岸線0～40 km 范圍，其他梯度帶的變化程度基本保持穩(wěn)定（見表1）；單一動態(tài)度上，沿海梯度帶的城鄉(xiāng)建設(shè)用地變化速率明顯小于過渡、內(nèi)陸梯度帶的變化速率；其他類型的動態(tài)度與2000—2010年的趨勢相對一致（圖5-d）。

3.2.2 空間自相關(guān)分析 福建省各個時期的全局Moran'sI值在0.46～0.52（表2），表明土地利用變化在空間上具有顯著的聚集性；3 個時期的全局Mo‐ran'sI值先升高后降低，表明不同階段土地利用變化的空間聚集效應(yīng)呈先增強后減弱的特征。從各梯度帶的全局Moran'sI值看，1990—2020 年，20、40、120、140、180 、240 km梯度帶的Moran'sI值遠大于其他梯度帶，說明這些梯度帶內(nèi)的土地利用變化空間分布具有更為顯著的聚集性；距海岸線0～40 km 范圍3 個時期的Moran'sI值在0.45～0.50，說明這2個梯度帶的土地利用變化始終保持著較強的空間聚集效應(yīng)，而其他梯度帶則隨時間表現(xiàn)出不同程度的空間聚集性，如120 km梯度帶呈現(xiàn)先增強后減弱的空間聚集效應(yīng)，140和180 km梯度帶的空間聚集效應(yīng)則是持續(xù)減弱。

3.2.3 海陸梯度下冷熱點分析 根據(jù)海陸梯度下冷熱點的空間聚集結(jié)果（圖6）可知，空間上，各個時期的福建省土地利用變化沿海陸方向均有顯著的空間分異特征；時間上，以2000年為時間分界點，熱點區(qū)域大致呈現(xiàn)“由內(nèi)陸地區(qū)向沿海地區(qū)轉(zhuǎn)移”、由“北多南少”向“南多北少”轉(zhuǎn)變的空間聚集特征，2000年以后，熱點區(qū)域逐漸向沿海梯度帶聚集分布，過渡、內(nèi)陸梯度帶的熱點區(qū)域則是少數(shù)且分散分布。總體上，1990—2020年，全省土地利用變化具有明顯的冷點與熱點分區(qū)（圖6-a），其中，土地利用變化劇烈的熱點區(qū)域主要集中在沿海梯度帶，呈現(xiàn)“南多北少”的特征，過渡、內(nèi)陸梯度帶則相反，分散分布在主要縣市區(qū)，如三明市轄區(qū)、建陽區(qū)等；冷點區(qū)域主要分布在過渡梯度帶的中部地區(qū)，如永泰縣、德化縣等，而內(nèi)陸梯度帶主要分布在中、南部的邊界地區(qū)，如武平縣、長汀縣等，其變化程度均較為平緩或穩(wěn)定。

圖6 1990—2020年福建省海陸梯度下土地利用變化冷熱點空間分布Fig.6 Spatial distribution of cold and hot spots of land use change under the land-sea gradient in Fujian Province from 1990 to 2020

從不同時期看，1990—2000年，熱點區(qū)域呈現(xiàn)“北多南少”的空間分異特征，其中熱點區(qū)所占比例較大、次熱點區(qū)分布在其四周，熱點區(qū)域主要分布在福建省偏北部地區(qū)，特別是過渡梯度帶區(qū)域，如柘榮縣、閩清縣、古田縣、建甌市、將樂縣等，這是由于這些區(qū)域的類型轉(zhuǎn)移多且面積變化較大（見圖4），土地利用變化程度劇烈，從而綜合土地利用動態(tài)度值較高；冷點區(qū)域在空間上呈現(xiàn)“四周多中部少”的特征，其中次冷點區(qū)所占比例大，主要聚集在沿海梯度帶的中部、過渡梯度帶的南部邊界地區(qū)（圖6-b）。

2000—2010年，全省土地利用變化只呈現(xiàn)熱點區(qū)域的空間分布特征，這很可能是與該時期城鄉(xiāng)建設(shè)用地和耕地大面積變化，而其他類型變化相對不明顯有關(guān)（見圖2、5）。該時期的熱點區(qū)域呈現(xiàn)顯著的“南多北少”的空間分異特征（圖6-c）。相較1990—2000年，該期間的核心熱點區(qū)域由西北部的過渡梯度帶轉(zhuǎn)移到東南部的沿海梯度帶，呈現(xiàn)“一核心多分散”的分布特征。其中，“一個核心”的熱點區(qū)域主要集中分布在距海岸線20 km 范圍的廈漳泉地區(qū)，包括晉江市、石獅市、惠安縣、廈門市轄區(qū)、漳州市轄區(qū)等；“多個分散”的熱點區(qū)域則位于沿海梯度帶北部的福州市轄區(qū)，過渡梯度帶中、南部的德化縣、永安市、沙縣、新羅區(qū)等地區(qū)。

2010—2020 年，熱點區(qū)域的空間分異特征與2000—2010 年相似，但海陸差異更為顯著（圖6-d）。熱點區(qū)域更加聚集分布在沿海梯度帶，呈大范圍、均勻分布；而過渡梯度帶呈現(xiàn)“北多南少”的分散分布特征，主要分布在過渡梯度帶的主要縣市區(qū)建成區(qū)，包括南平市轄區(qū)、建甌市、三明市轄區(qū)等。該時期整體的熱點區(qū)域分布明顯發(fā)生“由南往北”轉(zhuǎn)移，其中沿海梯度帶表現(xiàn)為福州市轄區(qū)、莆田市轄區(qū)的熱點區(qū)域明顯擴大，而廈漳泉地區(qū)明顯縮??；過渡梯度帶表現(xiàn)為武夷山市、建陽區(qū)、建甌市等出現(xiàn)小范圍熱點聚集區(qū)，而南部地區(qū)無顯著的聚集區(qū)。

4 土地利用變化空間分異原因分析

沿海梯度帶的土地利用變化隨時間呈現(xiàn)“小幅度變化—急劇變化—減緩變化”的特征，具有顯著的空間分異規(guī)律，這與福建省沿海地區(qū)城市發(fā)展在政策方面受到很大支持有關(guān)（圖7）。自1985 年，國家支持閩南廈漳泉地區(qū)建設(shè)發(fā)展，并列入沿海經(jīng)濟開放區(qū)，閩南金三角地區(qū)率先發(fā)展（李永實，2001），使得耕地等類型被占用，城鄉(xiāng)建設(shè)用地開始小幅度增加；隨后2004年國家提出了“海峽西岸經(jīng)濟區(qū)”戰(zhàn)略設(shè)想，并在2009年由區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略上升為國家戰(zhàn)略，這10年間城鎮(zhèn)化加速推進，開啟了以東南沿海的廈漳泉區(qū)域為核心、主要交通干線為紐帶，輻射帶動過渡梯度帶南部交通沿線附近的建成區(qū)（如龍巖市的新羅區(qū)）加速發(fā)展的局面（白如山 等，2009）；2010—2020 年，“中國（福建）自由貿(mào)易試驗區(qū)”“21世紀海上絲綢之路核心區(qū)”“福州新區(qū)設(shè)立”“福廈泉國家自主創(chuàng)新示范區(qū)”等一些系列國家政策支持，以及“三縱六橫”鐵路網(wǎng)、“六縱十橫”高速公路網(wǎng)已基本形成使用，全省區(qū)域發(fā)展重心逐漸從廈漳泉地區(qū)轉(zhuǎn)移向福州地區(qū)，形成以福州地區(qū)為核心，通過交通路網(wǎng)連通廈漳泉地區(qū)協(xié)同發(fā)展，帶動福州市周圍及過渡梯度帶北部主要縣市區(qū)的建成區(qū)（如建陽區(qū)等）建設(shè)發(fā)展（李勝鵬 等，2020）；而自十八大以來，中國經(jīng)濟不斷推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，著重生態(tài)建設(shè)發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程進入發(fā)展轉(zhuǎn)型期，全省的城鄉(xiāng)建設(shè)用地增速明顯較前期有所減緩，特別是廈漳泉地區(qū)。

圖7 20世紀80年代以來福建省主要區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略及政策匯總Fig.7 Summary of major regional development strategies and policies in Fujian Province since the 1980s

過渡梯度帶的土地利用變化隨時間變化具有明顯的區(qū)域差異性。早期過渡梯度帶具有較為劇烈的土地利用變化，這是由于1981年“大念山海經(jīng)”到1989年“三五七造林綠化工程”等生態(tài)環(huán)境建設(shè)政策的實施（見圖7），極大地推動了草地和耕地等宜林地、荒山大面積轉(zhuǎn)為林地，使得1990—2020年植被變化相當活躍，林地轉(zhuǎn)入面積大幅增加；自2000年之后，過渡梯度帶的土地利用變化格局由植被變化轉(zhuǎn)變?yōu)槌青l(xiāng)擴張變化，但其南北地區(qū)的城市擴張程度不同，這很可能與沿海梯度帶城市發(fā)展的輻射影響有關(guān)。而內(nèi)陸梯度帶由于距離海岸線最遠，且丘陵山地分布居多，以林地、草地變化為主，城市擴張最不顯著，僅在2010—2020年有小幅度的城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加。

5 結(jié)論與啟示

基于1990、2000、2010、2020 年土地利用數(shù)據(jù)集，采用緩沖區(qū)梯度帶法、動態(tài)度指標、轉(zhuǎn)移矩陣等方法分析了近30年福建省海陸梯度下的土地利用變化時空演變特征，通過空間自相關(guān)、熱點分析等方法結(jié)合格網(wǎng)單元探究了1990—2020年福建省土地利用變化的海陸梯度分異規(guī)律。得到如下主要結(jié)論：

1）從面積變化上看，總體上近30 年內(nèi)主要土地利用類型的面積變化隨與海岸線距離的增加具有不同的變化趨勢，其中，耕地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積變化量呈持續(xù)減少的梯度變化趨勢，距海岸線20 km 范圍二者的面積變化量最大，分別為-1 317.12和1 799.8 km2；而林地和草地面積變化量呈現(xiàn)“減少—增加—減少”的趨勢，集中在140～240 km 梯度帶；水域整體變化幅度不大，僅在距海岸線20 km 范圍有較為明顯的減少。不同時期的各土地利用類型面積變化存在明顯的時序特征。

2）從轉(zhuǎn)換類型上看，近30年前10個土地利用變化類型的轉(zhuǎn)移面積占總轉(zhuǎn)移變化面積的比例隨著離海岸線距離的增加而降低，沿海梯度帶（44.23%）>過渡梯度帶（37.31%）>內(nèi)陸梯度帶（15.03%）；土地利用變化類型隨與海岸線距離增加，由以耕地轉(zhuǎn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地為主逐漸向以草地轉(zhuǎn)林地、林地轉(zhuǎn)草地為主發(fā)生轉(zhuǎn)移。空間分布上，不同梯度內(nèi)的土地利用類型變化存在顯著的南北差異?？臻g上，沿海梯度帶是耕地減少、城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加的主要區(qū)域；過渡梯度帶、內(nèi)陸梯度帶北部地區(qū)是林地增加、草地減少的主要區(qū)域。

3）從動態(tài)度上看，1990—2020 年不同梯度帶間的綜合土地利用動態(tài)度呈現(xiàn)“降低—升高—降低”變化規(guī)律，但沿海梯度帶>過渡梯度帶>內(nèi)陸梯度帶；單一動態(tài)度上，城鄉(xiāng)建設(shè)用地動態(tài)度沿海陸方向呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，其變化速率遠高于其他類型；耕地動態(tài)度呈現(xiàn)持續(xù)降低，其中距海岸線20 km 范圍的耕地減少速率最大，為2.22%；草地動態(tài)度呈現(xiàn)先降低后升高，在220 km梯度帶內(nèi)變化速率（-1.95%）達到最大；林地動態(tài)度最為穩(wěn)定，變化速率最低，這是由于全省林地面積基數(shù)最大。

4）1990—2020 年全省土地利用變化在空間上具有顯著的海陸分異規(guī)律，且存在南北區(qū)域差異；時間上，以2000 年為時間分界點，熱點區(qū)域呈現(xiàn)“由內(nèi)陸地區(qū)向沿海地區(qū)轉(zhuǎn)移”、由“北多南少”向“南多北少”轉(zhuǎn)變的空間聚集特征。1990—2020 年福建省土地利用變化的海陸梯度分異特征與福建省各階段的區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略及生態(tài)環(huán)境建設(shè)等政策息息相關(guān)。

目前關(guān)于土地利用變化的海陸梯度分異規(guī)律的研究大多基于特定緩沖區(qū)域或行政區(qū)劃單元進行緩沖分析，而針對沿海省域尺度的海陸梯度演變規(guī)律的研究較少。以緩沖梯度帶作為研究單元，分析省域尺度下土地利用變化的梯度分異規(guī)律是本文的一個創(chuàng)新點，具有拓寬研究思路的作用。本文結(jié)果對新時代新型城鎮(zhèn)化發(fā)展背景下福建省國土空間規(guī)劃具有重要參考意義。

結(jié)合本研究，就新時代福建省國土空間開發(fā)保護方面提出建議：①因地制宜，保護國土資源。對于沿海梯度帶區(qū)域，要切實保護沿海地區(qū)集中連片的優(yōu)質(zhì)耕地資源，嚴格遵守耕地保護紅線，協(xié)調(diào)好耕地與城鄉(xiāng)建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；同時，要加強海域使用管理，兼顧沿海梯度帶區(qū)域的海洋資源的大力保護與適度開發(fā)。對于過渡、內(nèi)陸梯度帶區(qū)域，除了落實耕地保護，還要對林地資源進行嚴格管控與保護，加強對優(yōu)質(zhì)林地資源的可持續(xù)經(jīng)營管理，并積極推動造林、生林等項目工程發(fā)展。②合理規(guī)劃開發(fā)，提高利用效率。結(jié)合不同梯度帶區(qū)域的城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)模和類型，差異化地明確城鎮(zhèn)開發(fā)邊界；同時，根據(jù)土地利用空間分異規(guī)律特征，在國土空間規(guī)劃中按照土地類型比例綜合考慮并設(shè)置混合用地，打破單一土地單一功能的局限性，促進福建省土地節(jié)約集約利用。

本文也存在一些不足，如僅分析了海陸梯度的分異規(guī)律，對于同一梯度帶內(nèi)的南北區(qū)域的發(fā)展與特征差異未進一步深入探討；對于海陸梯度分異的原因僅從定性角度討論，后續(xù)還需要結(jié)合定量角度進一步探討具體原因。