岳 晨, 崔亞莉, 饒 戎, 董 翔

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所, 河北省 石家莊 050061;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 水資源與環(huán)境學(xué)院, 北京 100083; 3.清華大學(xué) 建筑學(xué)院, 北京 100084)

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基于生態(tài)規(guī)劃的長春市土地生態(tài)適宜性評價

岳 晨1,2, 崔亞莉2, 饒 戎3, 董 翔3

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所, 河北省 石家莊 050061;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 水資源與環(huán)境學(xué)院, 北京 100083; 3.清華大學(xué) 建筑學(xué)院, 北京 100084)

土地生態(tài)適宜性評價是進行城市生態(tài)規(guī)劃的基礎(chǔ)。根據(jù)土地生態(tài)適宜性評價結(jié)果可對城市建設(shè)用地進行劃分。以長春市為例，綜合考慮地質(zhì)、水文、植物、土地利用等因子，對不同因子賦予不同的權(quán)重值，采用層次分析法(AHP)和GIS手段相結(jié)合的方法，將各因子進行加權(quán)疊加計算，可得出長春市土地生態(tài)適宜性評價，并將其劃分為保護區(qū)、保育區(qū)、緩沖區(qū)和適宜建設(shè)區(qū)；為合理有效地安排土地資源利用方式和長春市生態(tài)規(guī)劃土地類型提供依據(jù)。從保證自然生態(tài)系統(tǒng)和人居生態(tài)系統(tǒng)和諧共處的角度為城市土地利用提出建議，為下一步進行城市生態(tài)規(guī)劃提供有益補充和嘗試。

長春; 生態(tài)適宜性; 生態(tài)規(guī)劃; 層次分析法

《中國都市化進程報告2014》[1]指出，我國未來城市的發(fā)展方向是宜居城市。因此，在進行城市規(guī)劃時應(yīng)采用一種更加動態(tài)性的城市規(guī)劃體系代替當(dāng)前這種基于各標(biāo)準(zhǔn)的城市規(guī)劃體系。中央經(jīng)濟工作會議進一步提出，把生態(tài)文明的理念和原則全面融入到城鎮(zhèn)化，走集約、職能、綠色、低碳的新型城鎮(zhèn)化道路。因此如何引導(dǎo)城市向智慧城市發(fā)展，達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)與人居系統(tǒng)和諧共處，實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展，是我國城市向宜居城市發(fā)展所必須面對和亟需解決的問題[2-3]。通過采用科學(xué)的方法了解城市各個范圍內(nèi)土地的利用方式，可對城市規(guī)劃提供參照，也是實現(xiàn)宜居城市的有效途徑[4-7]。

城市土地生態(tài)適宜性評價是現(xiàn)今評價城市土地利用方式的一種創(chuàng)新型方法，經(jīng)各國學(xué)者積極完善與探索，已獲得較大發(fā)展。城市土地生態(tài)適宜性評價融合了生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、地學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科的原理和方法，是一種綜合性的研究方法。其目的是達(dá)到土地開發(fā)利用的方式與土地的自然屬性和諧統(tǒng)一，即使用的土地在滿足人類使用的基礎(chǔ)上不損害自然效益，達(dá)到人與自然和諧共處[8-9]。

本文以長春市為研究對象，選擇相應(yīng)的生態(tài)適宜性評價指標(biāo)，采用層次分析法，結(jié)合GIS技術(shù)綜合分析長春市土地利用的生態(tài)建設(shè)的等級分區(qū)，對長春市土地進行生態(tài)適宜性評價，為長春市城市規(guī)劃提供參考。

1　研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)概況

長春市位于北半球中緯度北溫帶吉林省中部松遼平原腹地，北緯43°05′—45°15′，東經(jīng)124°18′—127°05′。研究區(qū)主要包括長春市轄區(qū)及九臺市、德惠市和農(nóng)安縣，總面積15 860 km2。

受新構(gòu)造運動影響，長春東部為隆起區(qū)，西部為沉降區(qū)，地勢東高西地，地貌由臺地與平原組成。年平均氣溫4.8℃，最高溫度39.5℃，最低溫度-39.8℃。年平均降水量522～615 mm，夏季降水量占全年降水量的60%以上。

受地形分異影響，長春土壤共有12個土類、38個亞類、64個土屬、190個土種，其形成與分布具有明顯的過渡性。長春東部為暗棕壤地帶，中部為黑土地帶，西部為黑鈣土地帶，自東向西更替。

長春植物資源共約800多種，森林資源不豐富。林地面積低于全省和全國的平均水平，東部山地丘陵區(qū)森林資源比較豐富，西部臺地平原區(qū)比較貧乏。草地資源共45.33萬km2，主要分布在西北部，其次是松花江河漫灘及其支流卡岔河，拉林河河谷低地。此外，荒山荒丘也有零星分布。

1.2數(shù)據(jù)來源與處理

對研究區(qū)展開生態(tài)適宜性評價，根據(jù)該區(qū)域自然系統(tǒng)與人居系統(tǒng)的特點，統(tǒng)計其地貌類型，地層結(jié)構(gòu)，坡度，高程，土壤類型，地質(zhì)災(zāi)害，降水量，水質(zhì)，地下水富水性分區(qū)，動植物多樣性，收集《2010年吉林省水資源公報》，《2010年吉林統(tǒng)計年鑒》，2000年、2005年和2010年9月30日NDVI數(shù)據(jù)，基本農(nóng)田，土地生產(chǎn)力等數(shù)據(jù)，然后選取地表水分布情況和城鎮(zhèn)分布情況采用GIS聚類分析做出河流湖泊聚集度和人居聚集度。經(jīng)專家進行篩選分析，選擇出對研究區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)和城市發(fā)展影響最大的因子作為評價因子。

2　評價方法

2.1研究方法

目前用于生態(tài)適宜性評價的主要方法有網(wǎng)絡(luò)GIS法，權(quán)重修正法，AHP法，突變級數(shù)法等。其中層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)是一種比較科學(xué)的定性分析和定量分析相結(jié)合的多因素評價方法[10]。由于其利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學(xué)化，可以將多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題簡化而廣泛應(yīng)用于生態(tài)適宜性評價中[11]。

應(yīng)用層次分析法計算指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，實際上是建立在有序遞階的指標(biāo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)各個指標(biāo)aij之間的兩兩比較，通過對系統(tǒng)中各指標(biāo)予以優(yōu)劣評判，建立判斷矩陣模型，計算判斷矩陣模型的特征向量Wi及最大特征根λmax，并利用這種評判結(jié)果來綜合計算各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

計算公式：

(i,j=1,2,3，…，n)

(1)

式中：tij——指標(biāo)aij形成的矩陣向量。

其次，對單因子權(quán)重值進行一致性檢驗CI，其公式如下：

(2)

式中：n——判斷矩陣階數(shù)。

判斷矩陣是具有一致性還是具有隨機性，見公式(3)：

(3)

式中：RI——平均隨機一致性指標(biāo)，RI的值與矩陣的維數(shù)大小有關(guān)。

一般認(rèn)為，當(dāng)CR≤0.1時，判斷矩陣基本符合完全一致性條件；當(dāng)CR>0.1時，所給出的判斷矩陣是不符合完全一致性條件的，需要進行調(diào)整和修正。

2.2因子選擇與權(quán)重確定

依據(jù)《中華人民共和國城市規(guī)劃法》和《中華人民共和國土地管理法》等相關(guān)法律文件，遵循的原則為：綜合分析與主導(dǎo)因素相結(jié)合、實用性與評價區(qū)實際情況相結(jié)合，在因子選擇時應(yīng)能反映出研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件對自然生態(tài)系統(tǒng)及人居生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系；反映研究區(qū)人類對生態(tài)環(huán)境影響程度；反映研究區(qū)域的資源利用程度[13]。選取最能反映研究區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)及人居生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系的因子，分成地質(zhì)、水文、植物、土地四大類(圖1)。

其中：地質(zhì)類：主要指城市規(guī)劃、建設(shè)的基礎(chǔ)資料，根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件及研究程度，選取城市基巖地質(zhì)、第四紀(jì)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)成果，對城市地質(zhì)情況進行適宜性分區(qū)評價。

水文類：主要指城市水文系統(tǒng)。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颉⑺牡刭|(zhì)條件，選取與城市水溫系統(tǒng)相關(guān)的降水，河流湖泊水系分布情況，水質(zhì)以及水資源量等相關(guān)成果，進行適宜性分區(qū)評價。

植物類：主要指與城市生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的城市及其周邊植被屬性，通過選取城市及其周邊植被覆蓋程度，動植物生態(tài)多樣性，動、植物分布情況等相關(guān)成果，進行適宜性分區(qū)評價。

土地利用類：主要通過選取代表土地特征量上的變化，來劃分土地等級質(zhì)量。通過對城市及其周邊土地利用程度、土地生產(chǎn)力等相關(guān)成果，進行適宜性分區(qū)評價。

根據(jù)各個因子對自然生態(tài)環(huán)境和人居系統(tǒng)的影響程度，根據(jù)層次分析法將單因子分別賦予權(quán)重值，將單因子適宜度分為不適宜、基本適宜、較適宜、適宜、非常適宜五級，賦值分別為1～5(表1)。

圖1　生態(tài)適宜性評價分級標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表1:

一級指標(biāo)屬性分級評價值二級指標(biāo)屬性分級評價值權(quán)重植物類因子位于基本農(nóng)田區(qū)域,城鎮(zhèn)地區(qū),或植被覆蓋少的地區(qū)1植被分布根據(jù)植被分布、植被覆蓋類型、森林分布、草地分布、自然保護區(qū)分布計算0.238997植被覆蓋率較低的地區(qū),生物多樣性一般的地區(qū)2NDVI指數(shù)<0.1350.135～0.320.32～0.40.4～0.53>0.53123450.196616植被覆蓋率一般的地區(qū),生物多樣性中等的地區(qū)3動物棲息地城鎮(zhèn)農(nóng)田沙丘灌木草甸草原闊葉雜木123450.151193動植物保護區(qū)邊緣,植被覆蓋率較高的地區(qū),生物多樣性比較重要的地區(qū)4生物多樣性一般地區(qū)中等地區(qū)重要地區(qū)1340.193008動植物保護區(qū)范圍內(nèi),植被覆蓋率高的地區(qū),生物多樣性重要的地區(qū)5基本農(nóng)田有無150.192872土地利用類因子土地生產(chǎn)力很低,人類聚集度很低,不適宜人類利用1土地利用建設(shè)用地沙地、荒鹽堿地、裸土地農(nóng)業(yè)用地草地林地123450.398668土地生產(chǎn)力較低,人類聚集度較低,不適宜人類利用2高程>500m400～500m300～400m200～300m<200m123450.26832土地生產(chǎn)力一般,人類聚集度一般,較適宜人類利用3人居聚集度0.19488土地生產(chǎn)力較高,人類聚集度較高,比較適宜人類利用4土地生產(chǎn)力<0.140.14～0.270.27～0.410.41～0.55>0.55123450.138131土地生產(chǎn)力高,人類聚集度高,適宜人類利用5

按照各個因子的評分值，建立單因子圖層集。再利用ArcGIS 9.3的空間分析模塊，通過對各因子圖層的加權(quán)疊加運算進行生態(tài)適宜性綜合評價。

3　結(jié)果與分析

3.1土地生態(tài)適宜性評價等級劃分

首先，根據(jù)表1中的4個類因子加權(quán)疊加得出土地生態(tài)適宜性評價值W變化范圍為1.44～4.39，取1.44，2.88，3.24，3.54，4.39為綜合適宜度分級標(biāo)準(zhǔn)。劃分為適宜建設(shè)區(qū)、緩沖區(qū)，保育區(qū)和保護區(qū)4個等級。

其中，1.44

3.2土地生態(tài)適宜性評價

根據(jù)上述土地生態(tài)適宜性評價劃分方法，通過Arcgis空間分析模塊，對各單因子進行空間疊加計算，得出長春市土地生態(tài)適宜性評價圖(附圖14)。

由附圖14可知：保護區(qū)主要分布在長春東南、東北部蓮花山脈形成的低山丘陵地區(qū)，植被覆蓋率高，生物多樣性較好，水資源豐富，為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)。主要包括基本農(nóng)田保護區(qū)、水源保護區(qū)、自然保護區(qū)的核心區(qū)、生態(tài)脆弱區(qū)等，為禁止建設(shè)區(qū)。

保育區(qū)主要分布在飲馬河和第二松花江沿岸河漫灘和河谷地帶，植被覆蓋率較高，生物多樣性較好，水資源比較豐富。主要包括風(fēng)景名勝區(qū)、水源涵養(yǎng)區(qū)、自然保護區(qū)的控制區(qū)、一般農(nóng)田用地區(qū)、重要生態(tài)廊道等，為限制建設(shè)區(qū)。

緩沖區(qū)主要分布在自然生態(tài)系統(tǒng)和城市交接帶，平原地區(qū)，植被主要為經(jīng)濟作物或林草地，坡度較緩，地勢較低，人類聚集度較高。為自然生態(tài)系統(tǒng)與人工生態(tài)系統(tǒng)的過渡地帶。主要包括風(fēng)景名勝區(qū)、公園等人與自然交互地帶。

適宜建設(shè)區(qū)主要分布在中西部廣大平原地區(qū)，城市、城鎮(zhèn)之間。植被覆蓋率低，生物多樣性差，該地區(qū)坡度較緩，地質(zhì)條件比較穩(wěn)定，人類聚集程度很高，為適宜城市發(fā)展的建設(shè)用地。

利用層次分析法計算出各項指標(biāo)的權(quán)重值，并將各個指標(biāo)的權(quán)重值帶入到不同土地類型中，并計算依據(jù)長春市土地生態(tài)適宜性評價圖，可得長春市范圍內(nèi)各土地生態(tài)適宜性分區(qū)面積及所占的百分比。長春市土地生態(tài)適宜性分區(qū)劃分為保護區(qū)、保育區(qū)、緩沖區(qū)和適宜建設(shè)區(qū)。保護區(qū)面積為4 263.6 km2，保育區(qū)為2 767.7 km2，緩沖區(qū)3 391.5 km2，適宜建設(shè)區(qū)5 438.1 km2。其中保護區(qū)與保育區(qū)為應(yīng)受到保護的區(qū)域，面積總計7031.3 km2，占研究區(qū)總面積的43.33%，這些地區(qū)生態(tài)較脆弱，應(yīng)受到政府和廣大人民的重點保護，應(yīng)將自然保護區(qū)等地重點放到此地區(qū)發(fā)展，或者開發(fā)其旅游業(yè)等，避免生態(tài)環(huán)境遭到破壞。研究區(qū)適宜人類活動的面積為5 438.1 km2，約占總面積的34.29%。說明該地區(qū)土地生態(tài)環(huán)境較好，比較適宜人類開發(fā)利用，在進行城市建設(shè)時，重點將城市發(fā)展的重點方向放在適宜建設(shè)區(qū)，并應(yīng)根據(jù)適宜建設(shè)區(qū)的分布進行城市合理布局。

4　結(jié) 論

土地生態(tài)適宜性評價目的在于協(xié)調(diào)城市發(fā)展與環(huán)境保護之間的矛盾[13-14]。為解決這一矛盾，本文提出基于生態(tài)規(guī)劃的土地生態(tài)適宜性評價方法，旨在為城市科學(xué)規(guī)劃、構(gòu)建合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局提供新的途徑，促進城市生態(tài)系統(tǒng)健康可持續(xù)發(fā)展。評價結(jié)果表明，研究區(qū)土地生態(tài)適宜性評價可以較好地定量評價出城市發(fā)展方向和環(huán)境保護的重點地區(qū)，為城市科學(xué)規(guī)劃提供借鑒與依據(jù)。

本文結(jié)合GIS技術(shù)與層次分析法，對長春市土地生態(tài)適宜性進行了評價。將長春市劃分為保護區(qū)、保育區(qū)、緩沖區(qū)和適宜建設(shè)區(qū)。據(jù)此，在長春市山區(qū)丘陵地區(qū)應(yīng)盡量保存其自然特征，大力發(fā)展林業(yè)、旅游業(yè)，作為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，盡量作為禁建區(qū)或限建區(qū)保護其生態(tài)系統(tǒng)。在廣大平原區(qū)，在適宜建設(shè)區(qū)合理建立人居系統(tǒng)，嚴(yán)格控制建設(shè)用地，保護耕地，減少低效益的耕地占用，將生態(tài)廊道、斑塊與人居系統(tǒng)連續(xù)貫通。

本次長春市土地生態(tài)適宜性評價表面，生態(tài)適宜性評價是從保護城市生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)所進行的城市規(guī)劃評價，針對的是城市及周邊土地利用，通過區(qū)域生態(tài)適宜性評價能夠及時反映城市現(xiàn)狀用地情況，將現(xiàn)狀土地結(jié)構(gòu)劃分為保護區(qū)、保育區(qū)、緩沖區(qū)和適宜建設(shè)區(qū)，對城市規(guī)劃有一定的助益，也是城市規(guī)劃方法向生態(tài)方向發(fā)展的有益補充和嘗試。

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Evaluation on Ecological Applicability of Land in Changchun City Based on Ecological Planning

YUE Chen1,2, CUI Yali2, RAO Rong3, DONG Xiang3

(1.Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences,Shijiazhuang050061,China; 2.SchoolofWaterResources&Environment,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China; 3.SchoolofArchitecture,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Ecological applicability evaluation on land is the basis for ecological planning. According to the ecological applicability evaluation urban land construction can be evaluated. Using Changchun City as an example, comprehensively considering the geology, hydrology, plants, land use and other factors, endowing the different weights to different factors, using the analytic hierarchy process (AHP) and GIS, calculating each factor through a weighted superposition, we get the conclusion of ecological applicability evaluation in Changchun city. The results show that land construction would be divided into protected area, conservation area, buffer area and constructive expansion permitted zone. It provides reasonable and effective basis for utilization of land resources and land type of ecological planning in Changchun City. From the viewpoints of natural ecological system and human settlement ecosystem harmony, the suggestions for urban land use was put forward, which provide for the beneficial supplement and try of urban ecological planning.

Changchun; ecological applicability evaluation; ecological planning; analytic hierarchy process

2015-02-04

2015-04-16

國家科技部“十一五”科技支撐計劃“城市建設(shè)中生態(tài)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)與方法研究與示范”(2007BAC28B02)

岳晨(1988—),女,河北省邯鄲人,碩士研究生,研究實習(xí)員,主要從事水文地質(zhì)等方面的研究。E-mail:yuechen24@163.com

X826

A

1005-3409(2016)02-0318-05