王 曉,路建國,朱偉亞,門明新

1.河北農(nóng)業(yè)大學國土資源學院,河北省保定 071200

2.山東省土地勘測規(guī)劃院,山東濟南 250000

土地利用變化（LUCC）直接影響到社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，是全球環(huán)境變化的重要組成部分[1]。建設用地的空間擴展日益成為中國土地利用變化的主要特征。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展以及城市化進程的不斷推進，建設用地的需求不斷增大,引發(fā)了一系列的問題，諸如糧食安全、生態(tài)安全等。建設擴展機制合理化是解決這一問題的重要途徑。

近年來，區(qū)域建設用地擴展機制研究成為國內(nèi)外地理學界關注的熱點問題之一，國內(nèi)外學者從不同角度對土地利用功能分區(qū)進行研究，并取得一定成果。在建設用地擴展機制上，W.H.Form從市場驅動和權力行為兩個方面來開考察建設用地擴展機制[2]；Pierce通過對大型城市研究，認為建設用地擴展的驅動力包括人口、經(jīng)濟水平、農(nóng)用地質量和原有建設用地邊界等[3]。在擴展效應方面張兆明等運用TM影像圖對植被變化擴展影響方面進行了跟蹤研究[4]。部分學者注重建設用地擴展后對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)造成的影響，探討擴展效應與生態(tài)安全格局的關系[5-6]。在擴展調控方面美國提出了精明增長（Smart Growth），并劃定增長邊界（Urban Growth Boundary，UGB）控制建設用地擴展[7]。吳次芳等學者將UGB模式與中國現(xiàn)實情況相結合提出了彈性增長的約束模式[8]。

縱觀以上研究，關于建設用地擴展的研究主要集中在建設用地的擴展驅動力、擴展效應、擴展邊界調控上，而將主體功能區(qū)與建設用地擴展相結合的研究較少。近年來，主體功能區(qū)與土地利用變化研究的聯(lián)系越來越緊密，本文嘗試根據(jù)空間開發(fā)適宜性評價結果，以冀東山地丘陵區(qū)典型縣域盧龍縣為研究對象，運用DUHP（[land development(D)]、利用[land use(U)]、整治[land harness(H)]、保護[land protection(P)]）不同的優(yōu)先度組合模式，將預測的目標年建設用地總規(guī)模按行政區(qū)進行數(shù)量分配與空間配置。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

盧龍縣位于東經(jīng) 118°45′54"～119°08′06"， 北緯39°43′00"～40°08′42"之間， 地處河北省東部秦皇島市。其屬于冀東山地丘陵區(qū)典型縣域，縣北部為低山區(qū),中部為丘陵區(qū),南部為山麓平原區(qū),丘陵區(qū)面積最大,占全縣總面積的71.63%,低山區(qū)、山麓平原區(qū)分別占10.43%和17.94%。林業(yè)資源豐富,有較多自然保護區(qū),還擁有著遠近馳名的桃林口水庫,在秦皇島市乃至整個河北省,有著重要的生態(tài)地位。隨著河北省經(jīng)濟重心向沿海、京津地區(qū)的產(chǎn)業(yè)轉移，以唐秦承為中心的“冀東經(jīng)濟區(qū)”將成為環(huán)渤海地區(qū)新的經(jīng)濟增長極，勢必會使該區(qū)的空間格局發(fā)生巨大變化，以盧龍縣為研究對象，具有典型代表意義，通過研究以求為山區(qū)縣域土地資源合理配置與優(yōu)化利用提供建設性方案。

本研究基礎數(shù)據(jù)為盧龍縣2009年第二次土地調查的土地利用現(xiàn)狀圖和數(shù)字高程模型（DEM）、土地利用總體規(guī)劃圖、《盧龍生態(tài)縣建設規(guī)劃報告》、《盧龍縣土壤志》、《盧龍縣土地志》、《盧龍縣土地利用總體規(guī)劃、《盧龍縣土地利用總體規(guī)劃與城市規(guī)劃協(xié)調報告》、《盧龍縣土地供需預測》，數(shù)據(jù)來源可靠。

2 研究思路與方法

建設用地擴展調控需要綜合考慮經(jīng)濟發(fā)展的潛在需求和資源環(huán)境條件的地區(qū)差異[9]。首先結合國家主體功能區(qū)政策，建立潛力-約束分區(qū)指標體系，進行區(qū)域空間開發(fā)適宜性分區(qū)分級評價，據(jù)此計算各行政單元的建設用地適宜性指數(shù)；對區(qū)域建設用地總量進行預測，結合適宜性指數(shù)計算各行政單元的建設用地數(shù)量；依據(jù)各柵格單元開發(fā)適宜性高低選擇建設用地擴展范圍。

2.1 空間開發(fā)適宜性評價分區(qū)

本文采用“潛力-約束評價法”在評價建設用地空間開發(fā)適宜性時，從主導性出發(fā)，分約束類指標和潛力類指標建立指標體系，分別評價約束和潛力重要性指數(shù)，進行數(shù)據(jù)處理時使用柵格數(shù)據(jù)模型，柵格數(shù)據(jù)模型使用規(guī)則網(wǎng)格表達地理空間，每個象元值都可以用來表達空間現(xiàn)象的屬性，其符合功能分區(qū)要求，打破行政界線，劃分25×25的柵格單元。分別計算每個柵格單元對于空間開發(fā)適宜性適宜度值。在ARCGIS中，對其進行互斥性矩陣分類，確定優(yōu)先開發(fā)、適度開發(fā)和禁止開發(fā)等適宜性類型。

采用互斥矩陣法對空間開發(fā)適宜性分區(qū)進行劃分。該方法是主體功能區(qū)劃分常用的“打分法”和“二分法”的結合,即先把每個空間單元按照其“發(fā)展約束類”和“發(fā)展?jié)摿︻悺狈謩e打分,然后根據(jù)得分的大小建立距陣,每個空間單元都可以在距陣中找到相對合適的位置。對角線附近的樣本需要慎重對待,應以定性法二次處理較合適,遠離對角線的樣本則以其得分為主要劃分依據(jù),必要的話可以定性法二次處理。通過此方法,將空間開發(fā)適應性分區(qū)和行政區(qū)域相匹配。

表1 空間開發(fā)適宜性分區(qū)“距陣法”Table 1 “Murex matrix” method of spatial development sustainability regionalization

2.2 建設用地需求與配置

2.2.1 建設用地需求分析 建設用地需求量預測都是建立在經(jīng)濟預測基本理論和方法基礎上的一種實際應用，而在建設用地需求量預測研究中更加注重的是根據(jù)建設用地自身運動規(guī)律和與外部事物關聯(lián)性出發(fā)對預測模型的選擇[10]。準確預測社會經(jīng)濟發(fā)展對建設用地的需求顯得尤為關鍵。土地利用變化是自然、經(jīng)濟、社會等多種因素共同作用的結果。而這些因素的變化一般都具有不同程度的不確定性。這些基本因子的不確定性是土地利用變化預測模型建立的主要障礙，基于以上分析本研究將對建設用進行合理剝離分別進行預測。

1）城鎮(zhèn)及工礦用地規(guī)模預測 城鎮(zhèn)及工礦用地預測需先確定城鎮(zhèn)工礦用地的若干驅動力，在合理范圍內(nèi)得到各驅動力的集約控制值，并將各集約控制值進行匯總。確保預測模型在矜持因地制宜的前提下考慮社會經(jīng)濟的發(fā)展趨勢。

第一步，建立驅動力回歸模型:

式中:N1,N2,Nk表示第一、第二、第k個驅動力驅動下的城鎮(zhèn)及工礦用地預測值；X1,X2,Xk表示第一、第二、第k個驅動力回歸模型的自變量，X可能是一個變量也可能是多個變量，f為回歸方程。

第二步，進行集約控制。不同驅動力回歸模型下的集約控制方法不同。通過該步驟得到各驅動力集約控制用地規(guī)模J1,J2,Jk。

第三步，根據(jù)驅動力貢獻度的不同賦予權重，然后求和。模型如下:

式中:J表示最終城鎮(zhèn)及工礦用地預測值；α，β，γ，分別為J1,J2,Jk的權重。

2）農(nóng)村居民點用地規(guī)模預測 根據(jù)對未來農(nóng)村居民點中人口預測，參照人均建設用地指標，計算未來居民點建設用地規(guī)模。這是目前土地利用規(guī)劃和城市規(guī)劃中確定居民點用地規(guī)模最常使用的方法。

式中：Z—規(guī)劃目標年農(nóng)村居民點占地面積；N—規(guī)劃目標年農(nóng)村人口；J—人均建設用地指標。3）交通水利設施及而特殊用地規(guī)模預測 交通用地、水利設施用地及特殊用地的分配布局在主要受政策影響，在發(fā)展中具有很強的不確定性，這類地的變化屬于集結式發(fā)展，不具有規(guī)律性。因此，本研究將受政策因素影響較大的特殊用地、交通用地、水利設施用地進行單獨預測，其用地規(guī)模根據(jù)交通水利等相關部門規(guī)劃確定。

2.2.2 建設用地數(shù)量與空間配置 以人口、資源、環(huán)境和發(fā)展（Population,Resource,Environment and Development,PRED）協(xié)調為理念，將主體功能區(qū)與土地利用變化（LUCC）進行結合。土地利用變化的4個側面，土地開發(fā)[land development(D)]、利用[land use(U)]、整治[land harness(H)]、保護[land protection(P)],其不同的優(yōu)先度組合方式將產(chǎn)生不同的土地利用結構與空間布局,對在建設用地擴展具有引導作用[11-13]。

綜合國內(nèi)外研究文獻,眾多學者對不同的主體功能區(qū)的研究在DUHP優(yōu)先度組合的方向判斷上與邏輯分析是相一致的,在主體功能區(qū)戰(zhàn)略下優(yōu)化開發(fā)戰(zhàn)略、重點開發(fā)戰(zhàn)略、限制開發(fā)戰(zhàn)略和禁止開發(fā)戰(zhàn)略所對應的土地利用優(yōu)先組合模式應該分別為:U-H-D-P、D-U-H-P、H-P-U-D、P-H-U-D[14-15]。

表2 主體功能區(qū)戰(zhàn)略下DUHP可能的組合類型Table 2 Possible combining modes of DUHP under the major functional regionalization strategy

不同的主體功能區(qū)內(nèi)需要適宜的DUHP優(yōu)先度組合模式與其匹配，而不同的DUHP優(yōu)先度組合模式下其建設用地擴展調控機制有明顯的區(qū)別。應用層次分析法確定不同主體功能區(qū)中土地開發(fā)（land development）對分配建設用地的貢獻大小,U-H-D-P、D-U-H-P、H-P-U-D和P-H-U-D組合中體現(xiàn)出D的重要程度依次為0.2565、0.4913、0.1480和0.1042,C.R.值為0.0132,并通過一致性檢驗。盧龍縣全縣建設用地合理配置到各行政區(qū)時依據(jù)4類主體功能區(qū)的不同開發(fā)戰(zhàn)略,并且考慮各鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同主體功能區(qū)的面積比例,具體計算公式為:

式中,S增為全縣預測建設用地總指標;j為4類主體功能區(qū);MFOZj為4類主體功能區(qū)中D的權重;Smcj為不同主體功能區(qū)所分配的建設用地面積;Smzij為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)第j個主體功能區(qū)面積;Szci為第i個行政區(qū)所的建設用地數(shù)量;n為主體功能區(qū)分區(qū)數(shù)目;N為研究區(qū)行政區(qū)個數(shù)。

3 研究結果

3.1 空間開發(fā)適宜性評價

建立開發(fā)適宜性指標體系是進行適宜性分區(qū)的關鍵。依據(jù)參考文獻[9,16-20]，將生態(tài)重要性、資源易損性、資源環(huán)境條件、區(qū)域開發(fā)效益、綜合區(qū)位條件五個方面共13個指標分為開發(fā)約束類和開發(fā)潛力類兩大類，在人口、經(jīng)濟、資源、環(huán)境各方面協(xié)調發(fā)展思想的主導下，構建評價指標體系。以25×25網(wǎng)格為基本單元，對每個柵格單元進行空間開發(fā)適宜性評價，通過互斥性矩陣確定每個柵格單元的適宜性分值，然后運用ARCGIS空間分析功能，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)為單位對柵格網(wǎng)進行裁剪，得到每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)優(yōu)化開發(fā)區(qū)、重點開發(fā)區(qū)、限制開發(fā)區(qū)、禁止開發(fā)區(qū)的具體數(shù)值。同時,考慮到各指標對區(qū)域承載狀況的貢獻不同,在專家咨詢的基礎上,運用層次分析法對各指標的權重進行確定,各項評價因子及權重見下表。

表3 盧龍縣開發(fā)適宜性分區(qū)指標及權重分配Table 3 Index of development sustainability regionalization and weights allocation

3.2 單項評價結果與綜合評價結果

3.2.1 開發(fā)約束與開發(fā)潛力分布 由下圖可以分別看出盧龍縣開發(fā)約束和開發(fā)潛力指數(shù)分布情況。開發(fā)約束指數(shù)較高的區(qū)域主要分布在縣域東北部及中部丘陵區(qū)，地勢起伏較大，植被覆蓋率高，承擔著縣域生態(tài)保護及水源涵養(yǎng)作用，并屬于地質災害重點防治區(qū)域，不適于建設擴展。開發(fā)潛力指數(shù)分布較高的區(qū)域主要分布在縣域西南部，區(qū)域交通便捷，具備現(xiàn)有城鎮(zhèn)發(fā)展體系，但區(qū)域內(nèi)部因現(xiàn)有發(fā)展程度不同在確定綜合指數(shù)時是應進行區(qū)別對待。

圖1 盧龍縣開發(fā)約束和發(fā)展?jié)摿λ娇臻g分布Fig.1 Spatial distribution of development constraint and potential in Lulong County

3.2.2 開發(fā)適宜性空間分布 采用“互斥矩陣法”對空間開發(fā)適宜性進行分區(qū)，根據(jù)開發(fā)約束分值和開發(fā)潛力分值建立矩陣，對每個柵格單元在矩陣中找到相對合適的位置。

縣域西南部開發(fā)潛力較大，生態(tài)約束較弱。交通通達度高，經(jīng)濟發(fā)展水平高，建設用地投入產(chǎn)出率明顯高于其他區(qū)域。但根據(jù)潛力大小及現(xiàn)有城鎮(zhèn)發(fā)展體系覆蓋程度，將該區(qū)域分別劃分為優(yōu)化開發(fā)區(qū)和重點開發(fā)區(qū)，在進行建設用地布局時優(yōu)化開發(fā)區(qū)有注意現(xiàn)有建設用地的集約節(jié)約利用，進行產(chǎn)出率較高的建設用地擴展。

縣域中部地區(qū)開發(fā)約束中等，現(xiàn)有開發(fā)強度較低，發(fā)展?jié)摿m中，應堅持保護優(yōu)先、適度開發(fā)、點狀發(fā)展的原則，嚴格控制開發(fā)強度，逐步減少城鎮(zhèn)用地和農(nóng)村居民點用地空間，限制增加建設用地，引導與主體功能定位相悖的產(chǎn)業(yè)向區(qū)外有序轉移，將該區(qū)域劃為限制開發(fā)區(qū)。

縣域東北部地區(qū)主要為坡度大于25°的山地區(qū)。具有較為強大的生態(tài)功能，在維護區(qū)域環(huán)境中發(fā)揮重要的作用。未來應實行強制性保護，嚴禁任何不符合主體功能定位的各類土地利用活動，確保生態(tài)功能的穩(wěn)定發(fā)揮，將該區(qū)域劃為禁止開發(fā)區(qū)。

表4 盧龍縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)空間開發(fā)適宜性分布結構表Table 4 The structural table of spatial development sustainability distribution of towns in Lulong County

圖2 盧龍縣空間開發(fā)適宜性格局分布圖Fig.2 Distribution map of spatial development sustainability regionalization in Lulong County

3.3 建設用地需求與分布

3.3.1 建設用地需求分析1）城鎮(zhèn)工礦用地需求分析 城鎮(zhèn)工礦用地擴展是多因素共同驅動的結果，通過實地調查確定推動其擴展的因素為：GDP、工業(yè)總產(chǎn)值、固定資產(chǎn)投資、城鎮(zhèn)化人口、總人口。通過聚類分析分析確定城鎮(zhèn)工礦用地擴展的兩大驅動力：人口增長和經(jīng)濟發(fā)展。

經(jīng)濟增長對城鎮(zhèn)及工礦用地的需求突出表現(xiàn)為產(chǎn)業(yè)規(guī)模（第二、三產(chǎn)業(yè)）的擴大帶來的用地規(guī)模擴張。因此，可以通過產(chǎn)業(yè)用地比重來表示經(jīng)濟因素的權重β，通過計算可以得出工業(yè)用地占城鎮(zhèn)工礦用地的比例約為25～30%，以二、三產(chǎn)業(yè)比例為2：1計算，確定第三產(chǎn)業(yè)與城鎮(zhèn)工礦用地比例為37.5～45%，取平均值為40%。而隨著經(jīng)濟水平的不斷提高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展區(qū)域成熟，人口規(guī)模的權重將有所提升，2020年α和β的取值為0.7、0.3。將α、β、J1、J2代入公式求得2020年城鎮(zhèn)工礦用地面積為4114.36 hm2。

2）農(nóng)村居民點用地需求分析 2006年盧龍縣人均居民點面積為242.00 m2，盧龍縣受社會經(jīng)濟等條件的制約，短期內(nèi)不可能對居民點用地進行大規(guī)模挖潛整理，結合國家標準并考慮盧龍縣實際情況確定盧龍縣人均居民點用地面積為180 m2。

2020年盧龍縣預測總人口為42.52萬人；城鎮(zhèn)化率為43.86%，可以預測2020年盧龍縣農(nóng)村人口為23.87萬人。則2020年久居農(nóng)村的農(nóng)村人口所需農(nóng)村居民點用地為：

圖3 盧龍縣城鎮(zhèn)及工礦用地總量與人口變化Fig.3 Change of amount of urban and industrial and and mining land and population in Lulong

圖4 盧龍縣城鎮(zhèn)及工礦用地總量與經(jīng)濟變化Fig.4 Change of amount of urban land and industrial mining land and economy in Lulong

在城市化過程中，大量農(nóng)村人口遷往城鎮(zhèn)，其中部分人口在城鎮(zhèn)擁有住房的同時并沒有放棄農(nóng)村住房，根據(jù)盧龍縣實際情況，取遷移人口一半作為不放棄農(nóng)村住房的人口。以此計算2020年城鄉(xiāng)兩棲人口讓保留的農(nóng)村居民點用地規(guī)模為：

為全面推進新農(nóng)村建設和農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化進程，以及開展農(nóng)村居民點整理過程中仍需新占部分土地，預留950 hm2作為居民點新增建設所用，預測至2020年農(nóng)村居民點用地新增建設用地950 hm2。

由此可知，2020年農(nóng)村居民點總規(guī)模為：4294.45+841.08+950=5635.53 hm2

3）交通水利設施及特殊用地需求分析 交通水利及特殊用地需求上參考旅游用地規(guī)劃、秦皇島市交通規(guī)劃、水利部門防洪工程體系，最終確定盧龍縣2020年特殊用地（主要為旅游用地）面積為285.16 hm2，交通水利用地面積為1344.71 hm2，水利設施用地面積為929.27 hm2。

3.4 建設用地數(shù)量與空間分布

依據(jù)空間適宜性評價結果，得到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)4類主體功能區(qū)面積與位置，結合公式（4），對預測的建設用地總規(guī)模進行數(shù)量分配與空間布局。西南部的盧龍鎮(zhèn)、石門鎮(zhèn)優(yōu)化開發(fā)區(qū)面積較大，2009年該區(qū)域建設用地面積占全縣總面積的29.42%，2020年占全縣總面積的31.90%，主要通過產(chǎn)業(yè)結構調整、提升促進城鎮(zhèn)土地利用結構優(yōu)化,避免破壞自然環(huán)境特點的連綿式建設。東南部的劉田各莊鎮(zhèn)重點開發(fā)區(qū)面積較大，2009年該區(qū)域建設用地面積占全縣總面積的8.72%，2020年展全縣總面積的11.00%，該區(qū)域建設用地擴展主要為產(chǎn)業(yè)發(fā)展集聚區(qū)，促進區(qū)域內(nèi)一些具有比較優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)集群的形成與發(fā)展,與優(yōu)化開發(fā)區(qū)中的產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間形成良好的分工合作。中部的下寨鄉(xiāng)、雙望鎮(zhèn)、木井鄉(xiāng)、蛤泊鄉(xiāng)、潘莊鎮(zhèn)、印莊鄉(xiāng)限制建設區(qū)面積較大，2009年該區(qū)域建設用地面積占全縣總面積的44.00%，2009年占全縣總面積的41.99%，該區(qū)域以農(nóng)田和部分水源為基底,城鎮(zhèn)發(fā)展基礎條件一般,或其建設發(fā)展與糧食安全發(fā)展沖突,選擇部分城鎮(zhèn)適度點狀開發(fā)。北部的劉家營鄉(xiāng)、燕河營鎮(zhèn)、陳官屯鄉(xiāng)禁止建設區(qū)面積較大，2009年該區(qū)域建設用地面積占全縣總面積的17.86%，2020年占全縣總面積的16.75%，該區(qū)域為水源涵養(yǎng)地、自然保護區(qū)，對區(qū)域生態(tài)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義，嚴禁建設活動的開展。

表5 盧龍縣目標年建設用地預測量Table 5 The predicted amount of the construction land in the targeted year in Lulong County

圖5 盧龍縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設用地配置結果Fig.5Allocation results of construction land at each village and town in Lulong County

圖6 盧龍縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設用地布局Fig.6 Spatial distribution of urban and town construction in Lulong County

4 結論

1）將開發(fā)約束-潛力評價分析法納入到空間開發(fā)適宜性評價分區(qū)方法中，從開發(fā)約束、開發(fā)潛力兩個方面建立空間開發(fā)適宜度評價指標體系。并運用矩陣互斥法，借助ARCGIS空間分析，評價了劃分的柵格單元的空間開發(fā)適宜程度，結合盧龍縣實際情況，貫徹主體功能區(qū)思想，共劃分優(yōu)化開發(fā)區(qū)、重點開發(fā)區(qū)、限制開發(fā)區(qū)、禁止開發(fā)區(qū)，四類空間開發(fā)適宜性分區(qū)。分區(qū)結果符合盧龍縣實際情況、且分區(qū)方法科學、合理。

2）運用回歸預測法、標準法、部門預測法相結合的方法分城鎮(zhèn)工礦用地、農(nóng)村居民點用地、交通水利及特殊用地對目標年建設用地需求總量進行預測。然后依據(jù)空間開發(fā)適宜性評價結果對建設用地總量進行數(shù)量與空間位置的布局。開發(fā)潛力較高，開發(fā)約束適中的地區(qū)主要集中在縣域西南部，2020年建設用地面積為3863.14 hm2，占全縣的31.39%，與2009年相比有小幅增加。開發(fā)潛力較高，開發(fā)約束較低的區(qū)域集中在縣域東南部，2020年建設用地面積為1331.87 hm2，占全縣的11%，與2009年相比有顯著增加。開發(fā)潛力適中，開發(fā)約束適中的區(qū)域主要集中在縣域中部，2020年建設用地面積為5085.16 hm2，占全縣的41.99%，低于2009年。開發(fā)潛力較低，開發(fā)約束較高的區(qū)域集中在縣域東北部，2020年假設用地面積為2028.86 hm2，占全縣的16.75%，低于2009年。

3）將空間開發(fā)適宜性分區(qū)與建設用地空間配置相結合，利于主體功能區(qū)政策的落實，對縣域土地利用變化及具體土地政策實施提供依據(jù)。并且拓展了建設用地空間配置的方法，為建設用地合理布局和高效利用提供科學依據(jù)。

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