譚 敏，孔祥斌，段建南，范文洋，余強(qiáng)毅，張青璞

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河北 保定 071001；4.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

1 引言

土地資源的生態(tài)安全是指一定時(shí)空范圍內(nèi)，土地生態(tài)系統(tǒng)能夠保持其結(jié)構(gòu)與功能不受威脅或少受威脅的健康、平衡的狀態(tài)，并能夠?yàn)楸Ｕ先祟惿鐣?jīng)濟(jì)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供穩(wěn)定、均衡、充裕的自然資源，從而維持土地自然、社會、經(jīng)濟(jì)復(fù)合體長期協(xié)調(diào)發(fā)展［1］。隨著人類活動(dòng)的加劇和對土地資源不合理利用行為的增多，土地資源的生態(tài)安全受到了極大地威脅，如何預(yù)防土地資源的生態(tài)環(huán)境遭到破壞成為今后合理利用土地資源的重要發(fā)展道路。國內(nèi)學(xué)者從生態(tài)安全角度對土地資源利用進(jìn)行預(yù)警的研究也日益增多。如傅伯杰、陳國階對區(qū)域生態(tài)環(huán)境預(yù)警的原理進(jìn)行了深入的研究［2-3］；劉邵權(quán)、陳國階等人對三峽庫區(qū)山地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合預(yù)警［4］；王瑞玲、陳印軍在深入了解土壤污染物來源的基礎(chǔ)上，以鄭州城郊為例，對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了預(yù)警［5］；王耕、吳偉將生態(tài)安全狀態(tài)和隱患相結(jié)合，以遼河流域?yàn)槔?，提出了預(yù)警指數(shù)的測算方法［6］；劉普幸、李筱琳以酒泉綠洲為例，依據(jù)環(huán)境現(xiàn)狀利用層次分析法構(gòu)建了區(qū)域的預(yù)警指標(biāo)體系［7］。目前，生態(tài)安全預(yù)警的研究范圍已經(jīng)擴(kuò)展到農(nóng)業(yè)、水資源、綠洲等領(lǐng)域，研究手段也越來越豐富，然而，這些研究多是從時(shí)間角度對區(qū)域的生態(tài)安全狀況進(jìn)行預(yù)警，缺乏從空間的角度對區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行預(yù)警。

本文以北京市房山區(qū)城鎮(zhèn)村建設(shè)用地（未包括交通用地和水利設(shè)施用地）地塊作為基本預(yù)警單元，選擇預(yù)警因子，構(gòu)建預(yù)警指標(biāo)評價(jià)體系，從空間上對現(xiàn)狀建設(shè)用地分布進(jìn)行預(yù)警評價(jià)，為建設(shè)用地合理布局提供依據(jù)。

2 研究區(qū)域概況和數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)域概況

房山區(qū)地處東經(jīng)115°25′—116°15′，北緯39°30′—39°55′，東隔永定河與大興區(qū)相望，南與河北省涿州市為鄰，西與河北省淶水縣接壤，西北與門頭溝區(qū)相連，總面積1995.38km2，其中建設(shè)用地總面積為310km2，占總面積的15.54％。全區(qū)位于暖溫帶半濕潤地區(qū)，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。境內(nèi)地貌類型復(fù)雜多樣，由西北向東南依次為中山、低山、丘陵、崗臺地、洪沖積平原和沖積平原。山地和丘陵面積占總面積的2/3以上。至2005年末，全區(qū)總?cè)丝诩s為75.44萬人。共轄6個(gè)鄉(xiāng)、14個(gè)鎮(zhèn)、3個(gè)辦事處，106個(gè)社區(qū)委員會，462個(gè)村委會。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文以北京市房山區(qū)2006年集體土地調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)；房山區(qū)地貌圖來自《北京市地貌與流域劃分及三維景觀項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告》中提供的矢量數(shù)據(jù)；災(zāi)害數(shù)據(jù)和保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)來自北京市地質(zhì)研究所提供的相關(guān)圖件。

3 研究方法

3.1 預(yù)警因子的選擇

本文是基于生態(tài)安全的角度對城鎮(zhèn)村建設(shè)用地布局的現(xiàn)狀合理性進(jìn)行預(yù)警研究，根據(jù)可操作性、代表性、可量化以及敏感性等原則，結(jié)合房山區(qū)的實(shí)際情況，并參照國內(nèi)有關(guān)研究成果［8-11］，從自然資源分布情況、地形地貌、地質(zhì)災(zāi)害和土地退化等方面選取預(yù)警因子。

3.1.1 自然資源分布因素

（1）保護(hù)區(qū)因子。保護(hù)區(qū)主要有自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景旅游保護(hù)區(qū)和森林保護(hù)區(qū)，它作為生態(tài)系統(tǒng)最為復(fù)雜、生態(tài)結(jié)構(gòu)最具多樣性的區(qū)域，對于改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡、保持水土等方面有重要作用，應(yīng)該禁止保護(hù)區(qū)內(nèi)及其周邊的開發(fā)建設(shè)活動(dòng)。（2）水域因子。水域主要是指區(qū)域內(nèi)的河流和湖泊，水域不但是人類用水的重要來源地，有保護(hù)環(huán)境、調(diào)節(jié)溫度等作用，原則上規(guī)定水域范圍一定區(qū)域內(nèi)不允許進(jìn)行開發(fā)建設(shè)。（3）濕地因子。濕地作為最重要的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，具有調(diào)節(jié)大氣、涵養(yǎng)水源、保護(hù)生物多樣性等眾多功能，因此也稱作“地球之腎”。由于水域已經(jīng)作為單項(xiàng)因子進(jìn)行考慮，本研究中的濕地只包括沼澤、葦?shù)睾蜑┩俊?/p>

3.1.2 地形地貌因素

（1）坡度因子。地面坡度是決定地表物質(zhì)與能量再分配的關(guān)鍵因子，地面坡度的高低對土地利用類型的結(jié)構(gòu)有很大影響，過大的坡度將對開發(fā)建設(shè)活動(dòng)造成不利影響，同時(shí)也危害了建設(shè)用地的安全。（2）地貌因子。地貌是地球表面各種高低起伏的形體的總稱，是內(nèi)外營力綜合作用的結(jié)果［12］。地貌對地理環(huán)境的其他要素及人類的生產(chǎn)和生活具有深刻的影響，房山區(qū)作為一個(gè)地貌類型復(fù)雜多樣的地區(qū)，該因素對建設(shè)用地布局的有很大的影響。

3.1.3 災(zāi)害因素

（1）泥石流因子。房山區(qū)地貌類型復(fù)雜，多有泥石流發(fā)生。泥石流突發(fā)性和破壞力大等特點(diǎn)對周邊的建設(shè)用地構(gòu)成了很大的危害。在泥石流多發(fā)地帶應(yīng)禁止進(jìn)行建設(shè)活動(dòng)，以保護(hù)人民的生命安全。（2）塌陷因子。塌陷多是由于地下過度挖掘?qū)е碌?，房山的塌陷區(qū)多是由礦山的開墾產(chǎn)生的。塌陷易破壞房屋的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致房屋的坍塌，對人民的生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成了極大的威脅。（3）水土流失因子。水土流失不但破壞周圍的生態(tài)環(huán)境，也制約著當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。該因子以水土流失嚴(yán)重程度作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，對現(xiàn)狀建設(shè)用地的適宜性進(jìn)行預(yù)警。

3.2 預(yù)警指標(biāo)體系的構(gòu)建

3.2.1 預(yù)警參照標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)立

預(yù)警參照標(biāo)準(zhǔn)是判斷建設(shè)用地與預(yù)警因子之間交互脅迫效應(yīng)從而產(chǎn)生警報(bào)的依據(jù)［13］。根據(jù)房山區(qū)的生態(tài)安全狀況以及預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的分級原則，分為5個(gè)警報(bào)級別，分別為無警、輕警、中警、重警、巨警，并在0-10的取值范圍對各級別進(jìn)行賦值，規(guī)定各級別的值域（表1）。

3.2.2 預(yù)警因子的無量綱化

在建設(shè)用地的生態(tài)預(yù)警因子確立之后，對各預(yù)警因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其處于一個(gè)可以比較的范圍內(nèi)。本文根據(jù)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，對預(yù)警因子進(jìn)行無量綱化處理，計(jì)算得到各因子的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)警指數(shù)。

表1 預(yù)警因子參照標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Reference standard of early warning factors

上述式中，Xn為各因子量綱化后的數(shù)值；Un為各因子量綱化前的數(shù)值；同時(shí)，S1＞S2＞S3＞S4＞S5＞S6，分別表示不同警度區(qū)間的臨界值。

3.2.3 預(yù)警因子警度區(qū)間及權(quán)重的確定

如何確定預(yù)警因子的臨界值是定義預(yù)警因子警度區(qū)間的關(guān)鍵所在，本文根據(jù)房山區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r和生態(tài)環(huán)境特征，借鑒了國內(nèi)外相關(guān)研究成果［14-16］，參考有關(guān)技術(shù)規(guī)程和保護(hù)條例（《北京市限建區(qū)規(guī)劃》；《關(guān)于劃定郊區(qū)主要河道保護(hù)范圍的規(guī)定》；風(fēng)景名勝區(qū)規(guī)劃規(guī)范（國家標(biāo)準(zhǔn)）），確立了各因子的警度區(qū)間范圍。預(yù)警因子權(quán)重通過采用層次分析法，判斷各因子的相對重要程度，構(gòu)建判斷矩陣，最后得到權(quán)重值。因子警度區(qū)間及各權(quán)重值見表2。

表2 各預(yù)警因子警度及權(quán)重劃分表Tab.2 Early-warning ranks and weight division for each early-warning factor

3.3 數(shù)據(jù)的處理

本文以2006年房山區(qū)集體土地調(diào)查數(shù)據(jù)作為底圖，并結(jié)合北京市房山區(qū)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀圖、北京市房山區(qū)旅游資源圖和房山區(qū)地貌圖等相關(guān)資料（對相關(guān)柵格圖件，利用ArcGIS進(jìn)行矢量化處理，從中提取所需數(shù)據(jù)），應(yīng)用ArcGIS的空間分析功能，從集調(diào)數(shù)據(jù)中提取城鎮(zhèn)村建設(shè)用地（去除了交通用地和水利設(shè)施用地部分）地塊作為基本評價(jià)單元，進(jìn)行距離測算、緩沖區(qū)分析和疊置分析。對房山區(qū)的城鎮(zhèn)村建設(shè)用地進(jìn)行預(yù)警分析，分析的方法為單因子分析法和多因子綜合分析法，多因子綜合分析法具體方式如下：

式6中，Pi，j為第j個(gè)斑塊參評因子的綜合分值；Wi，j為第j個(gè)斑塊第i個(gè)因子的權(quán)重；Xi，j為第j個(gè)斑塊第i個(gè)因子的分值。

3.3.1 預(yù)警因子到建設(shè)用地距離的測算

城鎮(zhèn)村建設(shè)用地地塊到各預(yù)警因子的遠(yuǎn)近將直接決定此地塊的預(yù)警結(jié)果的大小，本文利用ArcGIS的距離測算功能，得到每個(gè)城鎮(zhèn)村建設(shè)用地地塊到參評預(yù)警因子的最小距離，將所得地塊的距離數(shù)據(jù)表同集調(diào)圖進(jìn)行鏈接，形成了參評預(yù)警因子的距離圖。

3.3.2 預(yù)警因子的緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是按照目標(biāo)要素設(shè)定一定的距離條件，圍繞要素構(gòu)建緩沖多邊形實(shí)體的過程。對目標(biāo)要素Oi構(gòu)建緩沖區(qū)的基本方程為［17］：

式7中，Bi為Oi的距離為d且小于R的全部點(diǎn)的集合；x表示全部點(diǎn)的集合；d表示點(diǎn)距Oi的距離；R為目標(biāo)要素的緩沖半徑。

4 預(yù)警結(jié)果的分析

4.1 單項(xiàng)因子預(yù)警結(jié)果分析

根據(jù)集調(diào)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果房山區(qū)城鎮(zhèn)村建設(shè)用地面積為295378.29hm2，斑塊數(shù)量為16238塊。通過對城鎮(zhèn)村建設(shè)用地各斑塊預(yù)警因子進(jìn)行賦值后分析可得，從單項(xiàng)預(yù)警因子各預(yù)警級別所占面積比重上看，處于無警狀態(tài)的面積比重最大，絕大部分預(yù)警因子在該狀態(tài)的面積比重都超過了50％（因房山區(qū)整個(gè)區(qū)域內(nèi)都存在水土流失，在該警別中面積比重為0），其中泥石流因子的面積比重更是達(dá)到了94.51％；處于輕警狀態(tài)的預(yù)警因子以水土流失因子所占比重最大，達(dá)到了83.97％，其他因子該狀態(tài)所占比重較?。惶幱谥芯癄顟B(tài)的預(yù)警因子面積普遍低于10％；重警狀態(tài)中，地貌因子面積比重較高，接近于20％；從處于巨警狀態(tài)的預(yù)警因子中分析，自然資源分布因素面積比重較高，都超過了10％，災(zāi)害因素面積比重較低，其中水土流失因子在該狀態(tài)上的面積比重為0（表3）。從面積比例上分析，房山區(qū)警情狀況多處在無警或輕警狀況，基本態(tài)勢良好，個(gè)別因子出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的警情。

4.2 綜合預(yù)警結(jié)果的分析

表3 單項(xiàng)因子各預(yù)警級別面積比例表Tab.3 Area proportions of each early warning rank for individual factors

表4 綜合因子各預(yù)警級別面積比例表Tab.4 Area proportion of each early-warning rank for comprehensive factors

本文通過采用多因子綜合分析法，利用ArcGIS的統(tǒng)計(jì)分析功能，對房山區(qū)城鎮(zhèn)村建設(shè)用地地塊綜合預(yù)警分析結(jié)果為：房山區(qū)城鎮(zhèn)村建設(shè)用地地塊大部分處于無警狀態(tài)，占建設(shè)用地比重的65.88％，預(yù)警級別處于重警和巨警狀態(tài)的城鎮(zhèn)村建設(shè)用地所占比重較小，只占到城鎮(zhèn)村建設(shè)用地比重的3.46％（表4），房山區(qū)城鎮(zhèn)村建設(shè)用地用地布局總體上處于安全狀態(tài)。城鎮(zhèn)村建設(shè)用地各用地類型中處于重警和巨警狀態(tài)面積最大的為農(nóng)村居民點(diǎn)，占到總面積的77.31％，這主要是由農(nóng)村居民點(diǎn)在總用地類型中所占面積較大，分布零散造成的。

從城鎮(zhèn)村建設(shè)用地各預(yù)警級別的空間布局上看，處于重警和巨警狀態(tài)的城鎮(zhèn)村建設(shè)用地地塊主要分布在房山區(qū)北部和西南部的河北鎮(zhèn)、佛子莊鄉(xiāng)和十渡鎮(zhèn)，中部的周口店鎮(zhèn)和大石窩鎮(zhèn)也有少量的分布。處于正常狀態(tài)的建設(shè)用地地塊主要分布在房山區(qū)的東部和東南部且呈集中式分布（圖1）。因此，房山區(qū)城鎮(zhèn)村建設(shè)用地的警度級別由東往西逐漸增高，西部自然資源豐富，地貌類型復(fù)雜多樣，造成了此區(qū)域建設(shè)用地警度級別較高。

圖1 綜合因子預(yù)警分析圖Fig.1 Early warning analysis for comprehensive factors

5 結(jié)論與討論

（1）本文以城鎮(zhèn)村建設(shè)用地斑塊作為預(yù)警分析的基本評價(jià)單元，從自然資源分布因素、地形地貌因素和災(zāi)害因素三個(gè)方面選取預(yù)警因子，構(gòu)建預(yù)警指標(biāo)體系，應(yīng)用ArcGIS軟件，對現(xiàn)狀城鎮(zhèn)村建設(shè)用地的空間分布情況進(jìn)行預(yù)警，直觀地展現(xiàn)了各地塊的警度級別，在保護(hù)區(qū)域生態(tài)安全上取得了一定的成果。

（2）本文是從城鎮(zhèn)村建設(shè)用地的現(xiàn)狀空間分布對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的危害程度進(jìn)行預(yù)警，結(jié)果表明房山區(qū)建設(shè)用地布局總體態(tài)勢還是比較理想的，局部地區(qū)分布不是特別合理，處于重警和巨警狀態(tài)的用地類型以農(nóng)村居民點(diǎn)為主，且多分布在北部和西南部地區(qū)。

（3）由于房山部分城鎮(zhèn)村建設(shè)用地存在著重警和巨警，應(yīng)對存在著此類警情的自然村進(jìn)行整體搬遷，以減少警情對人民生命財(cái)產(chǎn)的危害。本文根據(jù)各村鎮(zhèn)的警情的嚴(yán)重程度，建議部分村鎮(zhèn)近期（5年）和遠(yuǎn)期（10年）的搬遷計(jì)劃，具體如下：①近期搬遷自然村：十渡鎮(zhèn)的七渡村、八渡村、九渡村、北石村、臥龍村、平峪村、西河村、西關(guān)上村和佛子莊鄉(xiāng)的北窖村；②遠(yuǎn)期搬遷自然村：十渡鎮(zhèn)的六渡村、十渡村、馬安村、西莊村，河北鎮(zhèn)的北辛莊相村、磁家務(wù)村、河?xùn)|村，佛子莊鄉(xiāng)的陳家臺村和下英水村，張坊鎮(zhèn)的穆家口村。

（4）如何預(yù)測未來城鎮(zhèn)村建設(shè)用地的數(shù)量及其分布情況，進(jìn)而對未來城鎮(zhèn)村建設(shè)用地的空間分布情況進(jìn)行預(yù)警并未在本文中涉及，這也是以后尚待加強(qiáng)的部分。

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