張榮群，王大海，艾 東，孫瑋健，侯振宇

0 引 言

隨著中國城鎮(zhèn)化進程不斷加快，城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模不斷擴大[1]，人地矛盾日益尖銳[2]，城市內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能的不合理現(xiàn)象日益顯現(xiàn)，這對維持城市土地生態(tài)安全來說是一個巨大挑戰(zhàn)[3]。城市土地利用總體規(guī)劃的合理制定是實現(xiàn)土地資源合理、可持續(xù)利用和緩解城市用地與城市建設(shè)發(fā)展之間的矛盾以及促進城市健康發(fā)展的關(guān)鍵[4]，而科學(xué)的城市土地開發(fā)適宜性評價則是土地利用總體規(guī)劃制定的重要依據(jù)。

近年來，土地適宜性評價發(fā)展迅速，研究者從省域[5-6]、地區(qū)[7-9]、縣域[10-11]甚至是村域[12]等不同研究尺度對土地適宜性評價進行科學(xué)探討，從山地地區(qū)[13-14]、高原地區(qū)[15]、丘陵地區(qū)[16-17]、平原地區(qū)[18-19]等不同地形角度豐富土地適宜性評價的應(yīng)用領(lǐng)域，通過壓力-狀態(tài)-響應(yīng)[7,20]、經(jīng)濟-社會-壓力[21-22]等不同模型對評價指標(biāo)體系的構(gòu)建進行合理嘗試。隨著 GIS和遙感等技術(shù)的不斷發(fā)展，關(guān)于城市土地發(fā)開適宜性的評價研究也逐漸增多，如李猷等[3]基于景觀生態(tài)學(xué)理論從經(jīng)濟優(yōu)先發(fā)展、生態(tài)保護優(yōu)先和協(xié)調(diào)發(fā)展 3種方案對城市用地進行適宜性評價，為丹東市城市布局提供了合理方案。劉孝富等[23]以構(gòu)建景觀水平過程的生態(tài)適宜性評價方法為基本出發(fā)點，借助最小累積阻力模型對城市土地生態(tài)適宜性進行合理分區(qū)。王艷等[24]采用無教師學(xué)習(xí)的自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對濟南城市進行適宜性評價，該方法降低了人為因素對評價結(jié)果的限制。余光英等[25]從城市圈碳平衡的視角出發(fā)，從碳源和碳匯兩個角度對武漢城市圈各城市的土地適宜性進行了評價，為實現(xiàn)城市圈的協(xié)同發(fā)展提供了一定的指導(dǎo)意義。

城市土地適宜性評價是一種融合了地學(xué)、生態(tài)學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科的的綜合性研究方法[26]，現(xiàn)今已廣泛應(yīng)用于城市土地合理規(guī)劃研究，但鮮有從“反規(guī)劃”的角度（優(yōu)先選出不宜規(guī)劃的控制區(qū)，避免了由評價結(jié)果得出的不宜規(guī)劃區(qū)域造成的城市建設(shè)空間與用地布局的不合理性[27]）逆向出發(fā)來對城市規(guī)劃提供建議指導(dǎo)。本研究以北京市房山區(qū)為研究區(qū)，考慮到房山區(qū)由國務(wù)院批復(fù)確定為城市發(fā)展新區(qū)和生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，并且承擔(dān)著首都經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)涵養(yǎng)、人口疏解和休閑度假等功能的情況，從保護生態(tài)角度出發(fā)引入生態(tài)學(xué)中的生態(tài)位適宜度模型，并借鑒反規(guī)劃思想構(gòu)建評價因子體系，從深山、淺山、平原三方面對房山區(qū)進行城市土地適宜性評價分析，為建設(shè)產(chǎn)業(yè)友好、生態(tài)宜居的新房山提供一定的參考價值和指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

房山區(qū)地處北京西南，介于東經(jīng) 115°25′～116°15′，北緯 39°30′～39°55′之間，下轄 28 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道、地區(qū)辦事處，其行政區(qū)劃如圖 1所示。房山區(qū)內(nèi)交通發(fā)達，水系豐富，地形復(fù)雜多變，處于華北平原與太行山交接地帶，山地、丘陵、平原各占三分之一；全區(qū)年平均氣溫11～12℃，多年平均年日照時數(shù)2621 h，無霜期185 d左右；全區(qū)總面積2019 km2，常住人口109.6萬人（2016年末）；2016年全區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）593億元，比2011年增長42.6%。房山區(qū)作為北京西南的重要門戶，京原、京九、京廣、京石等鐵路穿境而過，107國道、108國道、京港澳高速等連接區(qū)內(nèi)外，軌道交通房山線20分鐘直達市中心，為房山經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展提供了便利條件。

圖1 房山區(qū)行政區(qū)劃圖Fig.1 Administrative map of Fangshan

城市土地開發(fā)適宜性評價數(shù)據(jù)主要來源于北京市房山區(qū)2016年統(tǒng)計年鑒、2016年房山區(qū)土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫、房山區(qū)土地利用總體規(guī)劃（2010—2020年）、房山區(qū)耕地質(zhì)量等別更新成果。

2 研究方法

2.1 “反規(guī)劃”思想

“反規(guī)劃”概念是在中國城市化進程快速發(fā)展和城鎮(zhèn)無序擴張的背景下提出的，是一種城市發(fā)展建設(shè)中的逆向思維方法[27]。與傳統(tǒng)城市規(guī)劃理論相比，“反規(guī)劃”思想更注重維護土地的生態(tài)安全，是一種通過優(yōu)先控制不宜建設(shè)區(qū)域、優(yōu)先規(guī)劃城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，進而確保城市進行合理空間規(guī)劃的方法論，是對快速城市擴張的一種應(yīng)對[27]。 “反規(guī)劃”的思維方式對于城市土地開發(fā)建設(shè)而言，對保護城市土地與生態(tài)格局具有積極作用，對城市土地利用總體規(guī)劃的合理制定具有重要意義。

2.2 生態(tài)位適宜度模型

生態(tài)位概念最早由Crinell于1917年提出，其定義為生物在棲息地所占據(jù)的單元[28]。經(jīng)過多年發(fā)展，Hutchinson于1957年在多維超體積生態(tài)位概念基礎(chǔ)上發(fā)展出生態(tài)位適宜度[29]，即生物的現(xiàn)實資源生態(tài)位和最適生態(tài)位之間的貼近程度，用來反映生物對其某種生境狀態(tài)的適宜程度。若將城市土地開發(fā)建設(shè)比作環(huán)境中的生物行為，則城市土地開發(fā)適宜性分區(qū)的關(guān)鍵就是找到生物最適生存的空間位置。考慮到城市土地開發(fā)建設(shè)受自然稟賦、區(qū)位條件等 n維現(xiàn)實資源因素的影響，且每一維的因素對于城市土地的開發(fā)建設(shè)均有一個最適閾值，在閾值限定區(qū)間內(nèi)，任何符合城市土地開發(fā)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的點共同構(gòu)成了城市土地開發(fā)建設(shè)的n維超體積生態(tài)位[30]，其中城市土地生態(tài)位可用如下函數(shù)表示：

式中N表示城市土地生態(tài)位；xi表示第i個影響城市土地生態(tài)位適宜度的限制因素。

根據(jù)城市土地現(xiàn)實生態(tài)位與最適宜生態(tài)位的貼近程度，當(dāng)評價單元的現(xiàn)實資源條件完全滿足城市土地開發(fā)建設(shè)要求時，該評價單元生態(tài)位適宜度為1，反之為0，故城市土地生態(tài)位適宜度值區(qū)間為[0,1]。其中，影響城市土地開發(fā)建設(shè)的限制因素通?？煞譃?3類[31]，第一類為正向因素，即在滿足其最低要求的同時，值越大越好，如道路通達性。該類型因素評價模型為：

式中 NFk為城市土地開發(fā)建設(shè)中第 k個評價因素的生態(tài)位適宜度；Xk為第 k個評價因素的現(xiàn)實生態(tài)位值；Dkopt為第k個評價因素的最適生態(tài)位值；Dkmin為第k個評價因素的生態(tài)位最小值。

第二類為適度因素，即在一個適宜的區(qū)間內(nèi)，值過大或過小均會對城市土地開發(fā)建設(shè)產(chǎn)生影響，如人口密度。該類型因素評價模型為：式中Dkmax為第k個評價因素的生態(tài)位最大值。

第三類為負(fù)向因素，即值越小越好，如災(zāi)害易發(fā)程度。該類型因素評價模型為：

城市土地生態(tài)位是一個由n種資源構(gòu)成的n維資源空間，結(jié)合綜合指數(shù)法，確定其生態(tài)位適宜度模型為：

式中NF為城市土地的n維資源生態(tài)位適宜度；wk為第k個評價因素的權(quán)重。

2.3 評價因子體系的構(gòu)建

城市土地生態(tài)位適宜度評價因子的選取主要遵循主導(dǎo)性、綜合性、可操作性等原則，同時借鑒反規(guī)劃理論，將評價因子劃分成強限制因子和較強限制因子。其中，根據(jù)《基本農(nóng)田保護條例》，基本農(nóng)田原則上禁止占用，且在黨的十七屆三中全會提出了要劃定永久基本農(nóng)田，實行基本農(nóng)田永久保護，因此永久基本農(nóng)田被列為強限制因子；采空塌陷是指由于地下挖掘形成空間，造成上部巖土層在自然重力作用下失去穩(wěn)定性而引起的地面塌陷現(xiàn)象，容易發(fā)生塌陷地震，無法進行城市建設(shè)開發(fā)，故屬于強限制因子；水源地主要包括河流水面和水庫水面，并且河流和水庫是重要的泄洪通道、蓄洪設(shè)施、水源地和生態(tài)濕地，是生態(tài)環(huán)境涵養(yǎng)的基礎(chǔ)，因此被劃分為強限制因子；生態(tài)管控區(qū)內(nèi)，除已經(jīng)市政府批復(fù)和審定的規(guī)劃建設(shè)用地之外，禁止一切與保護無關(guān)的建設(shè)活動，因此生態(tài)管控區(qū)可作為一票否決強限制因子；特殊用地（軍事設(shè)施、涉外、宗教、監(jiān)教、墓地等其它有特殊用途的用地）和自然文化遺產(chǎn)保護區(qū)，都是不適宜作為承載生產(chǎn)生活的建設(shè)空間的，均被列為強限制因子。在優(yōu)先“剔除”強限制因子后，較強限制因子的確定則主要從自然稟賦和區(qū)位條件 2方面進行遴選，在自然稟賦中從建設(shè)開發(fā)安全性角度遴選出地震活躍區(qū)和地質(zhì)突發(fā)災(zāi)害區(qū) 2個評價因子，從建設(shè)開發(fā)難易程度上遴選出一般農(nóng)用地和坡度等評價因子；在區(qū)位條件方面主要從人民生活交通便利程度、生活舒適度等角度遴選出道路通達性、人口密度等評價因子。城市土地生態(tài)位適宜度評價因子體系如圖2所示。

圖2 城市土地生態(tài)位適宜度評價因子體系Fig.2 Evaluation index system of urban land niche suitability

2.4 評價因子生態(tài)位最適值的確定

城市土地評價因子的最適值受多重因素的影響，充分考慮研究區(qū)內(nèi)城市土地的現(xiàn)實資源生態(tài)位，并結(jié)合相關(guān)歷史文獻[28,31-32]為各評價因子賦予相應(yīng)分值，對強限制因子用0、1進行賦值；較強限制因子則根據(jù)專家打分法進行賦值。其中，各較強限制因子在進行分值化后，便可將最大分值 100作為其對應(yīng)因子的最適值，城市土地生態(tài)位評價因子適宜分值如表 1所示，同時根據(jù)反規(guī)劃理論對公式（5）進行糾正，公式如下：

式中j為強限制性因子編號；r為較強限制性因子編號；Fj為第j個強限制性因子適宜性分值；m為強限制性因子個數(shù)；l為較強限制性因子個數(shù)。

2.5 較強限制因子權(quán)重的確定

層次分析法[33](analytic hierachy process, AHP)是由美國著名運籌學(xué)家Satty等在20世紀(jì)70年代提出的一種定性與定量相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。常被用于處理多層次、多要素、多目標(biāo)的非結(jié)構(gòu)化復(fù)雜問題，其基本思想是：按問題要求建立能夠描述系統(tǒng)功能特征的層次結(jié)構(gòu)（以本文的較強限制因子為例，其層次結(jié)構(gòu)如表 2所示）；各層次元素之間兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣獲得各元素的重要程度序列；采用方根法計算出判斷矩陣的特征向量和最大特征值（λmax）后，通過計算一致性比例（CR）判斷其是否通過一致性檢驗。

表1 城市土地生態(tài)位評價因子適宜分值Table 1 Appropriate score of evaluation index of urban land niche

表2 較強限制因子層次結(jié)構(gòu)Table 2 Hierarchy of stronger restrictive factor

對于第一層中的 3個因子（C1、C2、C3）采用層次分析法確定權(quán)重分別為CW1、CW2、CW3。在第二層中對于同屬于C1的2個因子（P1、P2）也采用層次分析法確定權(quán)重分別為PW11、PW21；同理，同屬于C2的2個因子（P3、P4）的權(quán)重分別為PW32、PW42，同屬于C3的3個因子（P5、P6、P7）的權(quán)重分別為 PW53、PW63、PW73。其中，各層次間所涉及的判斷矩陣的一致性比例經(jīng)驗證均可接受，各較強限制因子權(quán)重wr的具體分配如表3所示。

式中s為第一層因子個數(shù)。

表3 城市土地生態(tài)位較強限制因子權(quán)重分配Table 3 Urban land niche stronger restriction factor weight distribution

2.6 評價單元的劃定

評價單元作為評價的最小單位，是影響土地開發(fā)適宜性諸因素的空間實體。考慮到土地利用現(xiàn)狀圖斑作為基本評價單元的局限性，以及數(shù)據(jù)源的多樣性，本次研究將各評價因素的圖層轉(zhuǎn)換為 5×5的柵格，通過強限制因子和較強限制因子圖進行多圖層疊加，以得出的最終柵格為評價單元，該方法克服了單一的土地類型作為評價單元的弊端，使評價單元更加科學(xué)合理[29]。

2.7 評價因子數(shù)據(jù)的獲取與處理

城市土地開發(fā)適宜性評價因子體系由強限制因子和較強限制因子組成，其中采空塌陷區(qū)、水源地、等強限制因子數(shù)據(jù)從房山區(qū)土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫中獲取，永久基本農(nóng)田、生態(tài)管控區(qū)等從土地利用總體規(guī)劃獲取，得到各強限制因子矢量數(shù)據(jù)后，通過ArcGIS中的“字段計算器”對其進行賦值處理，最終根據(jù)“面轉(zhuǎn)柵格”工具得到各強限制因子的 5×5柵格數(shù)據(jù)圖層。較強限制因子數(shù)據(jù)獲?。旱卣鸹钴S區(qū)為房山區(qū)地震局提供的1:50000“地震烈度區(qū)劃圖”；突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害為房山區(qū)地礦科提供的1:50000突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害圖；一般農(nóng)用地是從2016年房山區(qū)土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫中獲?。黄露仁歉鶕?jù)房山區(qū)DEM數(shù)據(jù)，通過ArcGIS中的“坡度”工具提取得到；道路通達性、地鐵通達性是利用ArcGIS中的“歐式距離”工具做統(tǒng)計分析得到距道路、鐵路的距離圖層；人口密度是通過統(tǒng)計房山區(qū)2016統(tǒng)計年鑒各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)量，根據(jù)房山行政區(qū)劃圖利用ArcGIS統(tǒng)計各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積，二者相除后得到。

2.8 劃分城市土地開發(fā)適宜性分區(qū)

本次城市土地開發(fā)適宜性評價，綜合考慮城市土地生態(tài)位適宜度分布曲線斜率突變點[34-35]，結(jié)合自然斷點法，在參考相關(guān)歷史文獻的基礎(chǔ)上，將研究區(qū)域的城市土地開發(fā)適宜性劃分為4個等級，即I級（最適宜）、II級（基本適宜）、III級（不適宜）、IV級（特別不適宜）共4個等級。具體分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 城市土地開發(fā)適宜性分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Urban land development suitability partition criteria

3 結(jié)果與分析

3.1 城市土地開發(fā)適宜性分區(qū)結(jié)果

由于各評價因子在進行專家打分后均處于 0到 100分值區(qū)間內(nèi)，故均采用式（2）（值越大越好）來計算各自的生態(tài)位適宜度，進而便可根據(jù)式（6），利用ArcGIS中的“柵格計算器”工具計算出房山區(qū)的整體生態(tài)位適宜度，最終再結(jié)合城市土地開發(fā)適宜性分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)得到房山區(qū)城市土地開發(fā)適宜性分區(qū)圖（圖 3），其中最適宜區(qū)域面積2 645.93 hm2，占全區(qū)面積的13.27%；基本適宜區(qū)域面積1 697.79 hm2，占全區(qū)面積的8.52%；不適宜區(qū)域面積11 533.68 hm2，占全區(qū)面積的57.86%；特別不適宜區(qū)域面積4 057.77 hm2，占全區(qū)面積20.35%。

圖3 房山區(qū)城市土地開發(fā)適宜性分區(qū)Fig.3 Urban land development suitability zoning of Fangshan

3.2 城市土地開發(fā)適宜性評價分析

考慮到房山區(qū)的西北高、東南低的特殊地形，結(jié)合房山區(qū)城市土地開發(fā)適宜性分區(qū)圖（圖3）下面將從平原區(qū)、淺山區(qū)和深山區(qū)三方面對其進行評價分析。

1）房山平原區(qū)城市土地開發(fā)適宜性評價分析

房山平原區(qū)地勢平坦、水系豐富、交通便利，是房山區(qū)進行土地開發(fā)建設(shè)的重點地區(qū)。其中，房山全區(qū)最適宜進行土地開發(fā)的區(qū)域大多分布于此，即平原區(qū)的中部及東北部地區(qū)，是房山區(qū)的中心城區(qū)。這些區(qū)域臨近北京市東西城區(qū)，是房山區(qū)發(fā)展的核心地區(qū)，是經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展中城鄉(xiāng)空間資源配置進一步優(yōu)化和城鄉(xiāng)整體性協(xié)調(diào)發(fā)展的重點地區(qū)。房山平原區(qū)中特別不適宜進行土地開發(fā)的區(qū)域大多分布在房山區(qū)東南部的沖擊平原，多為國家劃定永久基本農(nóng)田，而平原區(qū)中的基本適宜區(qū)和不適宜區(qū)的數(shù)量相對較少，在進行城市土地開發(fā)建設(shè)時可根據(jù)實際情況進行合理安排。

2）房山淺山區(qū)城市土地開發(fā)適宜性評價分析

房山淺山區(qū)是山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)與平原生態(tài)系統(tǒng)的交錯區(qū)，是首都最重要的水源涵養(yǎng)地和生態(tài)屏障，是周口店猿人、西周燕都遺址等文物古跡的重要承載區(qū)和市民休閑旅游目的地。其中，該地區(qū)多為特別不適宜區(qū)和不適宜區(qū)，主要受地質(zhì)災(zāi)害和生態(tài)管控等因素的影響，而最適宜區(qū)和適宜區(qū)則相對較少且主要分布在鄰近平原區(qū)的交界地帶。隨著房山區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和人口規(guī)模的快速增長，淺山區(qū)面臨強烈的開發(fā)建設(shè)需求。然而淺山區(qū)作為天然生態(tài)屏障和生態(tài)敏感地區(qū)，進行大規(guī)模城鄉(xiāng)建設(shè)必然會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。因此該地區(qū)在進行開發(fā)建設(shè)時，應(yīng)在在切實保護生態(tài)環(huán)境的前提下，充分利用適宜區(qū)和最適宜區(qū)，合理開發(fā)旅游資源，實現(xiàn)淺山優(yōu)化、科學(xué)發(fā)展。

3）房山深山區(qū)城市土地開發(fā)適宜性評價分析

房山深山區(qū)地勢較高、起伏較大、森林植被覆蓋大、采礦用地和生態(tài)管控等用地較多、地災(zāi)易發(fā)區(qū)分布較多，是房山西北部的綠色屏障。近年來，西北部大安山鄉(xiāng)地區(qū)由礦區(qū)塌陷所帶來的地震已發(fā)生數(shù)起。因此，該區(qū)適宜進行土地開發(fā)建設(shè)的土地較少，大部分為不適宜區(qū)和特別不適宜區(qū)，在進行城市建設(shè)開發(fā)時要著重考慮生態(tài)管控、采空塌陷等限制因子的影響，在合理進行建設(shè)開發(fā)的同時，最大限度的保護好深山區(qū)這一綠色屏障。

綜合以上評價分析可見，生態(tài)管控、采空塌陷等強限制因子是導(dǎo)致城市土地開發(fā)“非適宜”區(qū)域增多的主導(dǎo)因素。究其原因，城市建設(shè)的前提就是保護，也正如習(xí)近平同志在十九大報告中所說：“建設(shè)美麗中國，加快生態(tài)文明體制改革，必須堅持保護優(yōu)先、自然恢復(fù)為主的方針，形成節(jié)約資源與保護環(huán)境的空間格局，還自然以寧靜、和諧、美麗”。生態(tài)城市建設(shè)離不開生態(tài)環(huán)境的保護，房山區(qū)城市土地開發(fā)建設(shè)對生態(tài)管控區(qū)的保護是維持其可持續(xù)發(fā)展的重要前提，也是建設(shè)美麗中國、和諧首都的有力保障。

4 結(jié) 論

1）本研究將生態(tài)位理論引入城市土地開發(fā)適宜性分區(qū)研究中，借鑒反規(guī)劃思想構(gòu)建出由強限制因子和較強限制因子組成的評價因子體系，在明確生態(tài)意義的同時優(yōu)先控制不宜建設(shè)區(qū)域，確保城市空間規(guī)劃的合理進行。

2）整體來看，北京市房山區(qū)土地開發(fā)適宜性呈階梯狀，由西向東逐漸升高。其中，平原區(qū)土地開發(fā)適宜性最高；深山區(qū)和淺山區(qū)適宜性較低主要受生態(tài)管控、采空塌陷等限制因素的影響。

生態(tài)位適宜度模型尚處于完善階段，還不夠成熟，尤其是評價因子生態(tài)位最適值的確定方法，應(yīng)在接下來的研究工作中逐步探索并完善。

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