余中元 温文柱

摘要 以三亚市海棠区为例，运用ArcGIS和ENVI软件对2002—2022年遥感影像进行处理，探索20年来土地利用变化趋势；计算人均生态足迹和生态承载力，分析土地利用变化产生的生态环境效应。结果表明：海棠区的土地利用状况发生了巨大的变化，其中变化较为显著的是耕地、林地、建设用地；耕地和林地的流向主要是建设用地。这一时期海棠区高速发展，人类活动对土地利用的影响加剧。海棠区土地利用生态效应不宜乐观，海棠区生态足迹与生态承载力供给呈反方向发展趋势，海棠区人口对自然资源的利用已逐渐接近自然生态系统的生态承载力饱和范围。

关键词 旅游型海岸区；土地利用变化；生态效应；驱动力

中图分类号 F301.2  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）10-0089-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.020

Analysis of Land Use Change， Ecological Effect and Driving Force in Tourism Coastal Region—Taking Haitang District of Sanya City as an Example

YU Zhong-yuan1，2，WEN Wen-zhu1

（1.School of Geography and Tourism， Huizhou University， Huizhou，Guangdong 516007;2.College of Geography and Environmental Science， Hainan Normal University， Haikou，Hainan 571158）

Abstract Taking Haitang District of Sanya City as an example，ArcGIS and ENVI software were used to process remote sensing images from 2002 to 2022， explore the change trend of land use over the past 20 years，calculate per capita ecological footprint and ecological carrying capacity， and analyze the ecological environmental effects generated by land use changes.The results showed that the land use status in Haitang District had undergone great changes， among which the most significant changes were cultivated land， forest land and construction land.The decrease of cultivated land and forest land was mainly for construction land.The rapid development of Haitang District in this period reflected the intensification of human activities on land use.The ecological effect of land use in Haitang District should not be optimistic.The ecological footprint and ecological carrying capacity supply in Haitang District developed in the opposite direction.The utilization of natural resources by population in Haitang District gradually approached the saturation range of ecological carrying capacity of natural ecosystem.

Key words Tourism coastal region;Land use change;Ecological effects;Driving force

基金項目 国家自然科学基金项目（41961041）;广东省驻帮镇扶村农村科技特派员重点派驻项目（KTP20210412）；海南省自然科学基金重点项目（ZDYF2016148）。

作者简介 余中元（1969—）， 男， 四川广安人，教授，博士，从事土地利用与生态经济、旅游规划与资源利用研究。

收稿日期 2023-06-25

经济全球化、新型城市化以及对土地的过度利用，使得区域土地景观的结构、功能都受到一定程度的破坏，导致严重的生态环境问题，比如水土流失、空气污染、生物群落失衡以及自然灾害的频繁发生［1-3］。自十八大以来，我国加强国土资源的有效管理，实施节约、合理、有序的开发政策，努力实现绿色、有序、可持续的国土空间开发，促进经济社会的健康增长［4］。

海岸带是陆地和海洋的过渡地带，是人类活动和自然环境之间的重要界面，是海洋生态系统重要的栖息地和繁殖地。随着市场经济的繁荣和人们收入的提高，居民旅游消费需求和消费能力增强。旅游开发等人类活动引起的土地利用改变对海岸生态环境造成重要影响。旅游产业的快速发展和过快的城镇化，给海岸生态环境带来了潜在的威胁。海滩沙滩清理、海洋开发、滨海城市扩展等一定程度上破坏了原有的生态环境。大量游客的涌入和游艇、潜水、浮潜等活动，可能破坏海洋的生态平衡，给海洋动植物带来很大的损害和威胁，引发潜在的生态灾难。此外，旅游业发展还会带来垃圾量的增加、水体的污染和噪音等问题。随着城市化的加速和人们海滨旅游的增加，海岸带面临的环境挑战不断增多。

旅游行业急需建立旅游用地生态效应评估和监管制度［5-6］。开展土地利用景观格局演变及预测研究，研究海岸生态效应和生态环境变化的机理、特点和规律，对于保护海洋生态系统、减轻环境破坏、提升生态旅游价值、对区域土地合理开发保护、提高社会发展的可持续均具有重要意义。该研究以旅游型海岸区三亚市海棠区为例，研究区景区土地利用变化趋势、通过计算生态足迹和生态承载分析土地利用变化产生的生态环境效应，为政府制定合理的管理政策和合理利用方案提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

三亞市海棠区位于我国海南省南部，地理位置为109°52′30″～110°18′00″E、18°12′30″～18°37′30″N，东南临琼海，西接三亚市崖州区和天涯区，北邻乐东黎族自治县，南濒南海（图1）。海棠区总面积为166 km2，其中陆地面积为38.13 km2，水域面积为127.87 km2，海岸线长达54.6 km。海棠区地质基底主要由古生代基岩和新生代沉积岩构成的，属于海岛型火山岩山地和沿海平原地貌。

1.2 数据来源 该研究所需的遥感数据及土地利用数据遥感数据来源于中国地理监测云平台，由中国科学院提供，包含海棠区2002年9月21日的Landsat7卫星影像、2012年12月27日的Landsat7卫星影像、2022年4月26日的Landsat8卫星影像。生态足迹和环境承载力数据源选自2002、2012、2022年《三亚市统计年鉴》，其中包括耕地（谷类、豆类、薯类、油料等）、林地（原始林、次生林和人工林等）、草地（猪肉、牛肉、羊肉、禽肉、奶类、禽蛋等用地）、水域（河流、湖泊、水库）、建设用地（居民区、商业区、行政机构、休闲设施等）。

1.3 研究方法 该研究定性和定量分析海棠区生态足迹与生态承载力供给的现状与发展趋势，为管理者制定合理的管理政策和土地利用方案提供科学依据。具体策略：构建土地利用变化模型方法和合适的指标体系；进行土地利用类型变化分析和空间转移分析，探索土地利用变化趋势；计算人均生态足迹和生态承载力，分析土地利用变化产生的生态环境效应；提出土地利用及生态效应优化的措施（图2）。

1.3.1 土地利用变化分析。

运用ArcGIS和ENVI软件对遥感影像进行处理，根据遥感解译结果，对土地利用数据进行采集、处理、空间综合分析。将不同时期的三亚市海棠区海岸带土地利用分类栅格图像按照国家标准的土地利用分类进行矢量提取、输出，并运用ArcMap对所选地物信息进行重分类、修整等，获得2002、2012、2022年的土地利用分类专题图。统计2002、2012和 2022年三亚市海棠区土地利用分类专题图面积信息，运用ArcGIS软件进行土地利用情况分析。对土地利用现状进行统计分析，了解该地的土地使用情况。

1.3.2 生态效应评价。

生态足迹是衡量生态效应的一种方法，最早由加拿大人威廉·里斯特·理查德森（William Rees）和马思·麦克斯·温厄姆（Mathis Wackernagel）于1992年提出并完善，又称为生态占用、生态痕迹、生态脚印。已被广泛应用于生态学、环境经济学、社会学等领域，成为评估和促进生态可持续发展的重要方法［7］。

生态足迹的基本思想是将人类生态足迹与生态承载力转化为可以共同比较的土地面积，通过比较二者的差值来分析人类对生态环境的利用情况［8］。计算给定人口和经济条件下，通过将个人消耗的资源以及吸纳人类所排放的废物折合成全球统一的具有生产力的地域面积，来计算区域生态的供给与需求差值，即生态赤字或生态盈余，以测度不同区域内人类活动对生态环境现状的影响［9］。

生态足迹计算公式如下：

EF=N×ef=N×（rj×aj）（1）

式中：EF为总的生态足迹;N为总人口数;ef为人均生态足迹;rj为均衡因子;aj为人均拥有生物生产性土地面积。

生态承载力计算公式如下：

EC=N×ec=N×（aj×rj×yj）（2）

式中：EC为总的生态承载力;N为总人口数；ec为人均生态承载力；aj为人均拥有生物生产性土地面积；rj为均衡因子；yj为产量因子。

生态赤字（ED）计算公式如下：

ED=EF-EC（3）

若ED>0，则表示生态赤字，若ED<0，则表示生态盈余。为方便计算，用人均数值来计算生态赤字或生态盈余的情况。

在计算生态足迹时，根据海棠区海岸带生物生产性特点，土地面积计算选择考虑5种土地利用的类型，分别是耕地、林地、草地、水域和建设用地。为了将这5种具有不同生物生产力的土地面积转化为可加总的具有比较性的土地面积，需要对各生物生产性土地面积乘以均衡因子［10-11］。某类生物生产性土地面积的均衡因子等于全球该类生物生产性土地面积的平均生态生产力除以全球所有生物生产性土地面积的平均生态生产力。考虑到各市（县）商品和资源的流通与交易量难以统计以及生态系统的完整性，该研究选用海南省产量因子来计算三亚市海棠区的生态承载力。海南省产量因子可以根据全国产品平均产量与海南省平均产量之间的比值确定［12-13］。

2 结果与分析

2.1 三亚市海棠区的土地利用变化

2.1.1 土地利用类型变化。

从图3和表1可以看出，2002—2012年用地类型主要是林地和耕地，草地、水域和建设用地面积占比较小。草地面积近20年有大幅减少，2022年较2002年减少1.93 km2，减少了31.54%。水域面积波动幅度较大，2002—2012年增加2.49 km2；2012—2022年减少了0.77 km2。建设用地面积不断增长，2002—2012年增加1.43 km2；2012—2022年又增加14.27 km2，2022年较2002年增加了266.10%。耕地面积基本呈减少趋势，2002—2012年减少1.45 km2，2012—2022年又减少了4.65 km2。

2.1.2 土地利用类型转换。

利用ArcGIS软件对海棠区土地利用转换进行空间叠加分析，得出2002—2012和2012—2022年的转移矩阵图（图4）和转移矩阵表（表2～3）。结果显示：耕地2002—2012年主要转化为林地、水域和建设用地，2012—2022年主要转化为建设用地、水域和林地；林地2002—2012年主要转化为建设用地、耕地和水域，2012—2022年主要转化为建设用地、耕地和水域。草地2002—2012年主要转化为林地和耕地；2012—2022 年主要转化为水域，其次是耕地和建设用地。水域2002—2012年主要转化为林地和耕地；2012—2022年主要转化为林地，其次转化成耕地和建设用地。建设用地2002—2012 年主要转化为耕地和水域，2012—2022 年主要转化为林地。

2.1.3 土地利用变化的驱动力。

由于自然因素对于该研究的时间尺度而言基本可以忽略不计，因此海棠区的土地利用类型变化驱动力分析中，自然驱动力不占主要原因，在此不做过多讨论。在Excel工作表中运用CORREL函数计算研究区2009—2022年不同土地利用类型与各因子之间的相关系数（表4），得出耕地、林地、草地、建设用地面积与人口、经济的变化关系（图5）。由表4可知，耕地、林地、草地、建设用地面积与人口、人均可支配收入的相关系数的绝对值都大于0.85，其中耕地、林地、草地面积与人口、人均可支配收入呈强负相关性，而建设用地面积与人口、人均可支配收入呈强正相关性，这说明人口、经济对耕地、林地、草地、建设用地面积的变化有重要影响。而水域面积与各影响因子的相关系数的绝对值都比较小，说明人口、经济在水域面积变化的影响因素中不占主要地位。

（1）人口变化是导致土地利用变化的主要原因。

海棠区总人口从2002年的44 944人增至2012年的47 637人，到了2022年人口更是达到了85 086人。随着海棠区总人口的急剧增多，海棠区建设用地面积也必然会迅速增加，从2002年的5.90 km2增至2012年的7.33 km2，2022年又大幅增至21.60 km2。对比人口变化趋势和建设用地面积变化趋势，可以发现2002—2022年人口数增加且建设用地面积也相应增加，建设用地面积增加必然导致耕地面积减少。2002—2022年耕地面积的变化趋势与建设用地面积的变化趋势有很好的对应关系。

（2）经济增长是土地利用变化的最重要驱动力。

近年来，海棠区的旅游业极大地推动了全区经济社会和城市建设快速发展。经济增长和社会发展使农业生产部门从传统农业向现代农业转变，改变了農民的耕种方式，也影响了土地利用类型的变化。城市化与经济增长和社会发展之间存在正相关关系。经济增长越快，人口增加越多，城市土地利用变化越大；反之，人口增长也会促进城市土地利用变化。

2.2 生态足迹与承载力的动态变化

2.2.1 生态足迹的变化。

土地利用类型的模式及其转化趋势能够在很大程度上反映城市发展的结构和规模，生态足迹可以反映出海棠区土地利用变化的生态效应［14-15］。世界环境发展委员会的研究表明，在评估生态承载能力的过程中，应考虑扣除12%的生物多样性的保护面积［16］。

由表5可知，海棠区耕地的人均生态足迹2002—2012年减少了0.005 km2，到2022年略微增加至0.023 km2；林地的人均生态足迹在2002—2012年维持在0.001 km2，2022年增至0.002 km2；草地的人均生态足迹在2002—2012年维持在0.004  km2，2022年增加至0.008  km2；水域的人均生态足迹2002—2012年维持在0.008  km2，2022年增加至0.023  km2；建设用地的人均生态足迹从2002年的0.004 km2增至2012年的0.007  km2，2022年增加至0.086  km2。

2.2.2 承载力的变化。

由表6可知，海棠区耕地的人均生态承载力2002—2012年增加了0.002 km2，到2022年骤减至0.090 km2，较2002年减少了48.6%；林地的人均生态承载力从2002年的0.714 km2减少至2012年的0.474 km2，2022年又减少至0.254 km2；草地的人均生态承载力从2002年的0.043 km2减至2012年的0.030  km2，2022年又减少至0.011  km2；水域的人均生态承载力从2002年0.132  km2减至2012年的0.098  km2，2022年又减少至0.053  km2；建设用地的人均生态承载力从2002年的0.131 km2增至2012年的0.243  km2，2022年又减少至0.040  km2。

2.2.3 综合生态效益的变化。

从图6可以看出，海棠区总的人均生态足迹从2002年的0.044 km2略微减少至2012年的0.042 km2，而到了2022年骤增至0.119 km2，但是人均生态承载力却从2002年的1.195 km2降至2012年的1.022 km2，至2022年更是降至0.448 km2。海棠区的可利用生态承载力在稳定持续降低，土地利用的人均生态盈余从2002年的1.008 km2 降至2012年的0.857 km2，2022年进一步降至0.265 km2。海棠区的生态足迹与生态承载力供给呈相反的方向发展，对当地生态环境的利用虽然还未超出自然生态系统的生态承载力范围，但生态系统已经有所退化，人地关系趋于紧张。

3 结论与建议

3.1 结论

（1）人口和经济发展是土地利用变化的主要驱动因素。

土地利用分析的结果表明海棠区2002—2022年的土地利用方式有较大的变化，其中变化幅度最大的是耕地、林地和建设用地。由于人口的增长和城镇化的发展，建设用地面积大幅增加，而建设用地的增加导致耕地和林地的减少。这说明在这20年间海棠区的经济正在高速发展，人口和经济发展是主要的土地利用变化驱动因素。

（2）海棠区的生态环境即将进入生态赤字，土地利用的负面生态效应显现。研究区2002—2022年人均生态足迹、人均生态承载力及人均生态盈余变化情况表明，由于人口的增加和土地利用类型的转变，海棠区人均生态足迹在不断增加，而自然环境承载力却在不断减少，二者呈负相关的发展方向，且对自然资源的利用已逐渐接近自然生态系统的生态承载力饱和范围。这极不利于维持海棠区自然环境的可持续发展，若按照这个趋势继续发展，海棠区的生态环境即将进入生态赤字。

3.2 建议

（1）加强土地利用规划，明确土地功能，调整产业结构。加强土地利用规划时，划分不同的用途和区域，明确不同区域的功能，避免重复占用土地，合理布局。调整海棠区的产业结构，适量增加农业用地，维持现存的林地面积，高效利用现今的建设用地。

（2）合理农业种植，推广多种经营，提高土地利用效益。在农业生产中，采用科学的耕作技术、高效肥料和农药管理等手段，保证土地的产量最大化，提高土地的利用效率。农业、畜牧业、林业、渔业等多种经营方式有机结合，实现资源共享，提高土地利用效益。

（3）多层次开发，提高建筑密度。城市用地可以进行多层次的开发，例如在原有建筑的基础上进行拓建或者细化利用，或者通过增加建筑密度可以实现用地的合理利用，提高建筑的容积率，以此提高土地的使用效率。

（4）加强信息化建设，实现共享监督机制。可以通过遥感技术、地理信息系统等现代技术手段，加强土地利用信息化建设和推广，对大范围的区域进行监测和分析，因地制宜利用土地，保护水源、土壤等环境，保障土地资源的可持续利用。

（5）加强宣传，发动公众参与。加大土地利用监测宣传力度，让大众了解其背景、原理和应用的重要性，以推动社会各方面人员更多参与到海岸生态保护工作中来。

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