朱東國,熊 鵬,方世敏,*

1 湘潭大學(xué)商學(xué)院,湘潭 411105 2 湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,長沙 410081

土地利用/土地覆被變化是全球生態(tài)環(huán)境變化和可持續(xù)發(fā)展研究關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)問題,在全球生態(tài)系統(tǒng)變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究中占有重要的地位[1- 2]。張家界是我國著名旅游城市,旅游業(yè)的發(fā)展對土地利用格局產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響,同時(shí)也對生態(tài)環(huán)境造成了強(qiáng)烈的沖擊,由此帶來的旅游生態(tài)安全問題日顯突出。目前,眾多學(xué)者對旅游生態(tài)安全約束下土地利用優(yōu)化的研究主要集中在3個(gè)方面：一是研究土地利用與生態(tài)安全之間的關(guān)系。國內(nèi)學(xué)者主要探討城市土地利用變化對生態(tài)安全的影響,包括對氣候、水文以及土壤和生物多樣性的影響[3- 4]。郭斌等[5]運(yùn)用RS/GIS技術(shù)分析了西安市土地利用變化,并通過構(gòu)建城市生態(tài)安全P-S-R模型探討土地利用變化與生態(tài)安全之間的內(nèi)在關(guān)系。何玲等[6]以生態(tài)安全格局為影響因素利用元胞自動(dòng)機(jī)和馬爾科夫模型進(jìn)行了不同情境的土地利用格局模擬。二是對旅游生態(tài)安全的研究。關(guān)于旅游地生態(tài)安全評價(jià)方面,李若凝[7]結(jié)合了旅游地生態(tài)環(huán)境與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特點(diǎn),構(gòu)建了旅游地生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系；還有部分學(xué)者預(yù)測了旅游生態(tài)安全的發(fā)展趨勢和警情演變趨勢[8- 9]。從研究方法來看,肖建紅等[10]基于生態(tài)足跡模型對旅游生態(tài)安全開展了研究；武春友[11]結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對旅游生態(tài)安全進(jìn)行了仿真模擬。三是有關(guān)土地利用優(yōu)化的研究。Doyen等[12]利用GIS技術(shù)的空間分析功能對土地利用空間格局進(jìn)行了生態(tài)優(yōu)化。喻鋒等[13]認(rèn)為土壤侵蝕和生態(tài)用水是影響流域生態(tài)安全的重要因素,并對土地利用格局進(jìn)行了優(yōu)化。王越等[14]運(yùn)用3S技術(shù),建立了土地利用格局元胞自動(dòng)機(jī)優(yōu)化模型。李鑫等[15]利用CLUE-S模型開展了區(qū)域土地利用優(yōu)化布局研究。

整理國內(nèi)外關(guān)于旅游生態(tài)安全約束下土地利用優(yōu)化研究的相關(guān)文獻(xiàn),大多是單方面研究土地利用優(yōu)化或就旅游生態(tài)安全本身進(jìn)行研究,很少有關(guān)于旅游生態(tài)安全約束下典型旅游城市土地利用優(yōu)化的研究。為此,本文選擇張家界作為研究區(qū)域,首先運(yùn)用灰色線性規(guī)劃法求出旅游生態(tài)安全約束下的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu),再借助CLUE-S模型對土地利用空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,以期為旅游城市生態(tài)安全維護(hù)和土地合理利用與管控提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

張家界市位于湖南省西北部,地勢西北高東南低,轄永定、武陵源2區(qū)和桑植、慈利2縣(圖1),總面積約9533 km2。截止2015年,全市總?cè)丝?72.12萬人,常住人口151.9萬人。境內(nèi)地勢險(xiǎn)峻,地貌構(gòu)造復(fù)雜,地表起伏大,相對高差1800多米,屬典型的山地丘陵區(qū)。水系以澧水為主,往南經(jīng)桑植縣、永定區(qū)、慈利縣匯入洞庭湖流域。張家界氣候?qū)賮啛釒皆图撅L(fēng)濕潤氣候,雨量充沛,四季分明,多年平均氣溫16.8°C,平均降雨量1400 mm。區(qū)內(nèi)不僅擁有獨(dú)特且豐富的自然風(fēng)光和人文資源,同時(shí)棲息了多種野生珍稀動(dòng)植物,是湖南省生態(tài)環(huán)境脆弱和水土流失較為嚴(yán)重的地區(qū)之一,旅游生態(tài)安全問題不容忽視。

圖1 研究區(qū)位置

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究采用中國科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云提供的2015年TM遙感影像(地面分辨率為30 m×30 m)作為初始數(shù)據(jù)源。以張家界市1∶50000分幅地形圖和統(tǒng)計(jì)局社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充信息源。首先對原始圖像進(jìn)行坐標(biāo)配準(zhǔn)和拼接,在ERDAS 9.2平臺(tái)下進(jìn)行幾何校正和數(shù)據(jù)融合,再選擇TM 2、3、4 波段進(jìn)行RGB假彩色合成,并采取均衡化處理,然后根據(jù)行政區(qū)劃圖在ArcGIS 10.0中進(jìn)行裁剪。最后,根據(jù)實(shí)地考察的地形特征,采用非監(jiān)督分類方法進(jìn)行目視解譯,將研究區(qū)劃分為林地、草地、耕地、建設(shè)用地、水域和未利用地等6種用地類型。本文共采集了90個(gè)GPS點(diǎn)對2015年的解譯結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證,其中有78個(gè)點(diǎn)顯示解譯正確,解譯精度為86.7%。

2.2 研究方法

2.2.1 灰色線性規(guī)劃法

灰色線性規(guī)劃法是指技術(shù)系數(shù)為可變的灰數(shù),且約束值為發(fā)展?fàn)顟B(tài)下的動(dòng)態(tài)線性規(guī)劃方法[16- 17]。本研究擬采用灰色線性規(guī)劃法構(gòu)建土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型,模擬旅游生態(tài)安全約束下的市域土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu),其基本模型為:

(1)

(2)

式中,xj為土地利用類型,cj為效益系數(shù)向量,aij為約束系數(shù),bi為約束常數(shù)。

2.2.2 CLUE-S模型法

CLUE-S模型從概念上分為兩部分,一是非空間的土地需求模塊,二是空間配置模塊?？臻g配置模塊通過尋找影響土地利用類型空間分布的因素,采用Logistic 模型提取分布規(guī)則,然后調(diào)整競爭因子,最后進(jìn)行多次迭代來實(shí)現(xiàn)空間模擬[18- 19],計(jì)算公式如下：

TPROPi,u=Pi,u+ ELAUu+ ITERu

(3)

式中,ITERu代表土地類型u的競爭因子,迭代過程中自動(dòng)調(diào)整,且其大小不斷的改變；ELAUu是土地類型u的轉(zhuǎn)移參數(shù),可根據(jù)柵格的現(xiàn)狀屬性確定其大小,即轉(zhuǎn)換成本越大,ELAUu值設(shè)置越大；Pi,u是柵格i對土地類型u的適宜概率,既是Logistic的回歸結(jié)果,也是土地利用現(xiàn)狀的空間分布規(guī)則；TPROPi,u是柵格i對于土地類型u的總體適宜度。

2.2.3 土地利用現(xiàn)狀布局優(yōu)化調(diào)整

本文針對張家界市土地利用現(xiàn)狀及布局優(yōu)化調(diào)整的可行性,提出如下調(diào)整方案：為防止水土流失,治理生態(tài)環(huán)境,把坡度25°以上的耕地和地形起伏度在70 m以上的居民點(diǎn)變?yōu)榱值兀粸楸３炙蛏鷳B(tài)平衡,把湖泊周圍500 m以內(nèi)的土地利用類型變?yōu)椴莸?；把地質(zhì)災(zāi)害區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū)內(nèi)的居民點(diǎn)變?yōu)榱值?；把離城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)的農(nóng)村居民點(diǎn)變?yōu)楦?。通過上述四步操作,形成優(yōu)化后的土地利用布局,CLUE-S模型可在其中提取各用地類型的優(yōu)化布局規(guī)則。

3 張家界市旅游生態(tài)安全現(xiàn)狀評價(jià)

3.1 旅游生態(tài)安全指標(biāo)安全指數(shù)及權(quán)重

3.1.1 指標(biāo)安全指數(shù)

本文將旅游生態(tài)安全指標(biāo)劃分為正向指標(biāo)和逆向指標(biāo),分別計(jì)算其安全指數(shù)[20]。假定第i項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際值為Yi(i=1…n),評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值為Qi,且p(Yi)為該指標(biāo)的不安全指數(shù),則有以下兩種方法確定其安全指數(shù)：

(1)正向指標(biāo)的安全指數(shù)確定

正向指標(biāo)的安全趨向性為正,屬于越大越安全的指標(biāo)。假如用“安全”作為標(biāo)準(zhǔn)值,當(dāng)Y≥Q,則安全指數(shù)為1；當(dāng)YQ,則安全指數(shù)為1-Q/Y。

(2)逆向指標(biāo)的安全指數(shù)確定

逆向指標(biāo)的安全趨向性與正向指標(biāo)相反,屬于越小越安全的指標(biāo)。假如用“安全”作為標(biāo)準(zhǔn)值,當(dāng)Y≤Q,則安全指數(shù)為1；當(dāng)Y>Q,則安全指數(shù)為Q/Y；假如用“不安全”作為標(biāo)準(zhǔn)值,當(dāng)Y≥Q,則安全指數(shù)為0；當(dāng)Y

從張家界市土地利用現(xiàn)狀、旅游生態(tài)環(huán)境、旅游資源及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平出發(fā),計(jì)算旅游生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)的安全指數(shù),結(jié)果如表1所示。

3.1.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

從旅游資源環(huán)境壓力、旅游環(huán)境狀況、旅游人文社會(huì)響應(yīng)三方面選擇能夠表征旅游生態(tài)安全的指標(biāo)[21],構(gòu)建張家界市旅游生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系,并采用層次分析法(AHP)法,結(jié)合專家咨詢來確定不同層次各指標(biāo)的權(quán)重(表1)。

旅游生態(tài)安全指旅游地的生態(tài)系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)完整、功能健全,其生態(tài)環(huán)境和自然資源處于一種無威脅、無風(fēng)險(xiǎn)的安全狀態(tài)。表1中的人口自然增長率反映了旅游地居民人數(shù)對生態(tài)環(huán)境的影響,人口增長過快將直接對旅游地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和土地資源的充分供給造成影響；而旅游客流增長率反映了旅游地的吸引力水平,客流量的增長表示旅游地生態(tài)環(huán)境所承受的壓力增加,對旅游用地的需求也會(huì)增加；旅游地建筑密度反映了旅游地建筑對旅游生態(tài)環(huán)境造成的負(fù)面影響,建筑密度越大,生態(tài)安全性越低,說明旅游地土地利用結(jié)構(gòu)處于不合理的狀態(tài)。

3.2 旅游生態(tài)安全值

旅游生態(tài)安全指標(biāo)體系的每一項(xiàng)指標(biāo)只是從不同側(cè)面反映旅游生態(tài)安全現(xiàn)狀,若對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合計(jì)算,可以全面地反映研究區(qū)旅游生態(tài)安全現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)變化。計(jì)算公式如下：

(4)

式中,V為綜合旅游生態(tài)安全值,p(Yi)為第i項(xiàng)指標(biāo)的安全指數(shù),Wi為第i項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重。評價(jià)旅游生態(tài)安全值如表2所示。

表1 張家界市旅游生態(tài)安全評價(jià)指數(shù)及指標(biāo)權(quán)重[22]

*資料主要來源于2015年《張家界市統(tǒng)計(jì)年鑒》

表2 張家界市旅游生態(tài)安全評價(jià)結(jié)果

3.3 旅游生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)的評判

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究成果,結(jié)合張家界市的實(shí)際情況,并在咨詢有關(guān)專家的基礎(chǔ)上,將旅游生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)取值范圍劃分為4個(gè)等級,即不安全、稍不安全、比較安全、安全,并給出了相應(yīng)的評判標(biāo)準(zhǔn)(表3)。

表3 旅游生態(tài)安全度的劃分

V,綜合旅游生態(tài)安全值 Integrated tourism ecological safety value

3.4 旅游生態(tài)安全評價(jià)分析

張家界市2015年旅游生態(tài)安全度為“比較安全”,處于較安全的土地利用狀態(tài)。如若2025年張家界市土地利用達(dá)到“安全”的旅游生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn),則需將旅游生態(tài)安全作為土地利用優(yōu)化的前提和目標(biāo),對土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間布局進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)土地利用綜合效益最大化。

4 旅游生態(tài)安全約束下的土地利用優(yōu)化

4.1 土地利用格局分析

綜合分析張家界市2015年土地利用格局可得,張家界市土地利用類型以林地、耕地和建設(shè)用地為主,分別占市域總面積的72.74%、16.46%和4.48%,構(gòu)成了張家界市土地利用格局的基本類型。從土地利用空間分布特征來看,耕地主要分布在慈利縣和永定區(qū)境內(nèi)的一些地勢較低的平原和沖擊盆地以及坡度起伏不大的地區(qū)；林地和草地主要集中于桑植縣境域內(nèi)的山地丘陵區(qū)、武陵源區(qū)和慈利縣東部以五雷山為核心的山地區(qū)域；建設(shè)用地主要集中在慈利縣、桑植縣、永定區(qū)境域內(nèi)的核心城區(qū)和住宅區(qū),武陵源區(qū)所占的比例很少；未利用地主要以裸露的土地為主,零星分布在慈利縣、桑植縣及永定區(qū)；張家界市水資源較豐富,是澧水發(fā)源地,域內(nèi)主要有澧水干流、支流和沅水支流兩大水系。

4.2 土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化

4.2.1 設(shè)置模型變量

根據(jù)張家界市土地利用現(xiàn)狀、土地資源特點(diǎn)及土地利用總體規(guī)劃的要求,以2015年為基期年,以2025年為目標(biāo)年,共設(shè)置6個(gè)變量:X1(耕地)、X2(林地)、X3(草地)、X4(水域)、X5(建設(shè)用地)、X6(未利用地),單位為hm2。

4.2.2 建立約束條件

所設(shè)約束條件主要基于旅游生態(tài)安全和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的考量。

土地面積約束。 張家界市的土地總面積為953377.48 hm2,各種用地類型面積之和應(yīng)該等于土地總面積。

X1+X2+X3+X4+X5+X6= 953377.48 hm2

(5)

常住人口總量約束。根據(jù)2015年張家界市統(tǒng)計(jì)公報(bào)中常住人口的相關(guān)數(shù)據(jù),計(jì)算出農(nóng)區(qū)用地和城鎮(zhèn)用地人口密度分別為0.96人/hm2和15.93人/hm2,預(yù)測2025年人口總量達(dá)1679529人。

0.96(X1+X2+X3)+15.93X5≤1679529

(6)

糧食產(chǎn)量需求約束。為持續(xù)保障張家界市糧食安全,以研究區(qū)糧食需求總量和實(shí)際總產(chǎn)量計(jì)算,并根據(jù)市域土地利用規(guī)劃中關(guān)于耕地保有量的規(guī)定,2025年耕地總量將不得少于134445.68 hm2。

134445.68 hm2≤X1≤156963.25 hm2

(7)

旅游生態(tài)環(huán)境約束。為保障張家界市旅游生態(tài)環(huán)境安全,應(yīng)適當(dāng)增加林地面積,預(yù)測2025年林地面積不少于2015年的面積。

X2≥693446.31 hm2

(8)

旅游地建筑密度約束。根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn),旅游地建筑密度控制在1.6%以內(nèi)為生態(tài)安全好的標(biāo)準(zhǔn)。為緩解游客活動(dòng)對旅游景區(qū)造成的壓力,2025年旅游地建筑密度將不超過1.6%,其中旅游地景區(qū)總面積為120200 hm2,旅游景區(qū)建筑面積占總建設(shè)用地面積比為1.5%。

0.015X5/120200≤0.016

(9)

旅游資源利用強(qiáng)度約束。根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn),旅游資源利用強(qiáng)度維持在0.8以內(nèi)為生態(tài)安全好的標(biāo)準(zhǔn)。為確保張家界市旅游資源的利用強(qiáng)度不超過旅游生態(tài)環(huán)境可承受的范圍,2025年旅游資源利用強(qiáng)度將不超過0.8。根據(jù)張家界市統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù),預(yù)測2025年游客人數(shù)為16285.5萬人,森林覆蓋率為X2/953377.48,人均綠地面積參考國內(nèi)同類風(fēng)景區(qū),取值為0.004 hm2/人。

(16285.5/365)/(X2/953377.48×953377.48)/0.004≤0.8

(10)

草地資源約束。根據(jù)張家界市草地資源現(xiàn)狀和后備資源條件,為保障草地資源供需平衡,草地面積應(yīng)適當(dāng)減少,預(yù)測2025年草地面積將不少于29830 hm2。

X3≥29830 hm2

(11)

植被保護(hù)約束。張家界市2015年水土流失面積約為228810.60 hm2。為保證旅游生態(tài)安全,應(yīng)最大限度的控制水土流失,預(yù)測2025年各類水土流失面積占土地總面積的比例不大于0.24,2025年各類水土流失面積應(yīng)不大于2015年各類水土流失面積。

0.24×(X1+X2+X3+X4+X5+X6)≤228810.60 hm2

(12)

建設(shè)用地總規(guī)模約束。根據(jù)張家界市土地利用總體規(guī)劃的要求,為加強(qiáng)對自然遺產(chǎn)地和風(fēng)景名勝區(qū)的保護(hù),在參考研究區(qū)建設(shè)用地規(guī)?？刂颇繕?biāo)的基礎(chǔ)上,預(yù)測2025年建設(shè)用地增加量不得超過2491.02 hm2。

X5-42682.46≤2491.02 hm2

(13)

未利用地需求約束。根據(jù)張家界市土地利用規(guī)劃中適度調(diào)減未利用地的要求,結(jié)合未利用地的開發(fā)現(xiàn)狀,預(yù)計(jì)到2025年,因城市發(fā)展、耕地整理、生態(tài)保護(hù)和旅游開發(fā)等占用未利用地不超過1814.32 hm2。

X6≥4623.36-1814.32=2809.04 hm2

(14)

水域面積約束。為保證市水資源的供給,湖泊水域面積應(yīng)適當(dāng)增加。假定2025年水域面積最多增加1250.72 hm2,約占2015年水域面積的5%。

X4-1250.72≤23835.48 hm2

(15)

4.2.3 確立目標(biāo)函數(shù)

本研究以單位面積上各用地類型的生態(tài)效益作為變量系數(shù),建立基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的目標(biāo)函數(shù)預(yù)測旅游生態(tài)安全最大化時(shí)張家界市的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)。生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值向量參照謝高地等人的研究成果[23],并將研究區(qū)建設(shè)用地和未利用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量設(shè)定為1.00,由此得出張家界市生態(tài)系統(tǒng)單位面積的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量(表4)。目標(biāo)函數(shù)確定為:

maxf(x)=7.9X1+28.12X2+11.67X3+45.35X4+X5+X6 (16)

4.2.4 優(yōu)化結(jié)果分析

據(jù)此,獲得張家界市2025年土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案(表5)。其中,林地和水域面積增幅明顯,分別增加了22586.77 hm2和1250.72 hm2,這主要是因?yàn)榱值睾退虻纳鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高,其面積的增加有利于提高自然生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)功能和抗御自然災(zāi)害的能力；而建設(shè)用地的增加則歸因于現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和休閑旅游的快速發(fā)展。與此相反,耕地、草地和未利用地的面積有所減少,分別減少了22517.57、1996.62 hm2和1814.32 hm2,主要源于耕地、草地和未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對較低,其產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效益不如林地和水域。通過與2015年土地利用狀況進(jìn)行比較,2025年研究區(qū)單位面積耕地農(nóng)藥負(fù)荷、地質(zhì)災(zāi)害受災(zāi)面積比例、人均旅游生態(tài)足跡、環(huán)境噪音、25°以上坡耕地面積比、糧食單位面積產(chǎn)量、水土流失面積比例、耕地有效灌溉比、環(huán)境治理占GDP比例等指標(biāo)的安全指數(shù)增加,分別為0.18、0.36、0.14、0.82、0.57、0.92、0.52、0.88、0.46,旅游生態(tài)安全綜合指數(shù)達(dá)到0.8196(表2),比2015年提高了0.0802,處于安全的等級。

4.3 基于優(yōu)化布局的各類用地分布規(guī)則提取

本研究先用Logistic提取各土地利用類型的分布規(guī)則,再以該優(yōu)化布局規(guī)則為指導(dǎo),運(yùn)用CLUE-S模型對土地利用優(yōu)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間配置。根據(jù)研究區(qū)土地利用狀況分別選取坡度、高程、與市中心的距離、與湖泊的距離、與縣級道路的距離、與鄉(xiāng)級道路的距離等6個(gè)驅(qū)動(dòng)因子,并對因子進(jìn)行空間化處理。坡度與高程由DEM數(shù)據(jù)生成,其他驅(qū)動(dòng)因子的空間化文件通過歐式距離得出,提取出各土地利用類型的柵格圖,經(jīng)過文件格式轉(zhuǎn)換產(chǎn)生stat.txt文件,再導(dǎo)入SPSS 13.0中,運(yùn)用Logistic逐步回歸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,求出不同用地分布的回歸系數(shù),即各土地利用類型的分布規(guī)則(表6)。由此可知,耕地分布與坡度和高程呈負(fù)相關(guān),即坡度或高程越高,耕地分布的可能性越小；與市中心或縣級道路的距離呈正相關(guān),即與市中心或縣級道路的距離越遠(yuǎn),用地類型為耕地的可能性越大；與鄉(xiāng)級道路的距離呈負(fù)相關(guān),即離鄉(xiāng)級道路越近,耕地分布的面積越大。草地分布與湖泊的距離呈負(fù)相關(guān),即離湖泊越近,草地分布的可能性越大。林地分布與湖泊的距離呈負(fù)相關(guān),即與湖泊的距離越近,越有利于林地分布；與縣級道路的距離呈正相關(guān),即與縣級道路的距離越遠(yuǎn),林地分布的可能性越大,且林地主要分布在距市中心較遠(yuǎn)的山區(qū)。建設(shè)用地分布與高程、坡度呈負(fù)相關(guān),即高程或坡度越高,建設(shè)用地分布的可能性越??；與市中心或縣級道路的距離呈負(fù)相關(guān),離市中心或縣級道路越近,建設(shè)用地分布的可能性越大。

表5 張家界市2025年土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

表6 各用地類型Logistic分布的回歸系數(shù)

4.4 土地利用空間布局優(yōu)化

由于水域和未利用地分布的驅(qū)動(dòng)因子十分復(fù)雜,因此水域和未利用地不參與空間配置處理,而是進(jìn)行緩沖區(qū)分析,直到緩沖區(qū)面積等于其在旅游生態(tài)安全約束下的數(shù)量約束值為止。根據(jù)前述布局規(guī)則把既定數(shù)量的土地利用優(yōu)化結(jié)構(gòu)配置在空間上,具體操作是：先把表6中的數(shù)據(jù)寫入alloc.reg文件,再將張家界市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案寫入demand.in文件,并把水域和未利用地等不參與空間配置的用地范圍寫入region.fil文件,關(guān)于CLUE-S模型的其他參數(shù)應(yīng)在main.1文件中進(jìn)行設(shè)置,最終便可獲得張家界市2025年旅游生態(tài)安全約束下的土地利用空間結(jié)構(gòu)。

與2015年土地利用狀況比較,優(yōu)化后的土地利用空間布局顯得更合理：林地主要分布在武陵源區(qū)、桑植縣境內(nèi)的丘陵區(qū)、慈利縣東部的山區(qū)以及永定區(qū)的南部。因?yàn)檫@些地區(qū)地勢相對較高,用于林地種植不僅具有很好的生態(tài)效益,而且能夠創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,同時(shí)在桑植縣北部、慈利縣東部以及永定區(qū)南部有大片的林地分布,這樣分別在南北兩側(cè)對張家界城區(qū)形成了兩道生態(tài)屏障,不僅有利于吸收城區(qū)排出的廢氣,同時(shí)凈化了市域水體環(huán)境。建設(shè)用地的增加主要位于慈利縣、桑植縣和永定區(qū),景區(qū)內(nèi)分布較少。建設(shè)用地向中心城區(qū)西南擴(kuò)張主要由于該地區(qū)交通條件便利,高速公路在此交匯,且靠近火車站和機(jī)場。桑植縣東部和慈利縣中部的建設(shè)用地主要是中心鎮(zhèn)及附屬的產(chǎn)業(yè)園建設(shè)用地。草地主要集中在桑植縣、慈利縣的低海拔山區(qū)及武陵源區(qū)。耕地布局變化則表現(xiàn)在其分布的減少,主要分布在慈利縣和永定區(qū)的平原地帶,中心城區(qū)周圍、慈利縣內(nèi)大部分不宜于耕地的柵格單元變成建設(shè)用地和林地,同時(shí)在偏遠(yuǎn)的交通不便和高海拔地區(qū),也不宜于耕地的分布,已變?yōu)榱值亍Ｎ蠢玫孛娣e減少,零星分布在慈利縣、桑植縣和永定區(qū)。經(jīng)布局優(yōu)化后,各用地類型均已分布在適宜度較高的空間單元,呈現(xiàn)出較為合理的狀態(tài),在相同的投入條件下,能獲得更大的生態(tài)效益,并將促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和旅游可持續(xù)發(fā)展(圖2,圖3)。

圖2 張家界市2015年土地利用格局

圖3 張家界市2025年土地利用空間優(yōu)化圖

5 結(jié)論

本文以張家界市為例,首先借助灰色線性規(guī)劃法中的Lingo11.0模型求取了旅游生態(tài)安全約束下的最優(yōu)土地利用結(jié)構(gòu),再根據(jù)分布規(guī)則把優(yōu)化后的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)配置在空間上,最后運(yùn)用CLUE-S模型對土地利用空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。主要結(jié)論如下：

(1)本研究從旅游資源環(huán)境壓力、旅游環(huán)境狀況和旅游人文社會(huì)響應(yīng)3個(gè)方面選取了能夠反映旅游生態(tài)安全的指標(biāo),構(gòu)建了旅游生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系,計(jì)算出張家界市2015年旅游生態(tài)安全綜合指數(shù)為0.7394,處于“比較安全”的狀態(tài)。其中旅游資源環(huán)境壓力、旅游環(huán)境狀況、旅游人文社會(huì)響應(yīng)得分分別為0.3231、0.2789、0.1374,旅游環(huán)境狀況和旅游人文社會(huì)響應(yīng)的安全度較低,表明張家界市旅游生態(tài)安全建設(shè)還需進(jìn)一步加強(qiáng)。

(2)基于張家界市土地資源數(shù)量、旅游生態(tài)環(huán)境保護(hù)和水資源供給等約束條件,以旅游生態(tài)安全為目標(biāo),運(yùn)用灰色線性規(guī)劃法對土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。與2015年土地利用狀況相比,林地和水域面積分別增加22586.77 hm2和1250.72 hm2；建設(shè)用地因城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要增加2491.02 hm2；耕地、草地和未利用地的面積分別減少22517.57、1996.62 hm2和1814.32 hm2。優(yōu)化后的張家界市旅游生態(tài)安全綜合指數(shù)為0.8196,比2015年提高了0.0802,優(yōu)化后的旅游生態(tài)安全度處于“安全”的狀態(tài),說明優(yōu)化后的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)將對旅游生態(tài)安全起到明顯的改善作用。

(3)為提高土地利用生態(tài)效益,不僅要對土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,而且還要對土地利用空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在旅游生態(tài)安全約束下借助CLUE-S模型進(jìn)行土地利用空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化,結(jié)果表明：林地主要集中在慈利縣的山區(qū)、武陵源區(qū)、桑植縣的丘陵地帶和永定區(qū)南部；建設(shè)用地主要分布在慈利縣、桑植縣和永定區(qū)城區(qū)；草地主要位于桑植縣、慈利縣的低矮山區(qū)和武陵源區(qū)；耕地主要分布在慈利縣的丘陵及永定區(qū)的平原地區(qū)；未利用地零星分布在慈利縣、桑植縣及永定區(qū)。

6 討論

(1)本研究雖從旅游資源環(huán)境壓力、旅游環(huán)境狀況和旅游人文社會(huì)響應(yīng)3個(gè)層面構(gòu)建了張家界市旅游生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系,但在指標(biāo)的選取上存在一定的主觀性,如何通過約束條件的設(shè)定更好地實(shí)現(xiàn)旅游生態(tài)安全的目標(biāo),如何在深入理解土地利用與旅游生態(tài)安全相互關(guān)系的基礎(chǔ)上,構(gòu)建更加完善的旅游生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系,是今后研究的重點(diǎn)。

(2)本研究沒有直接將旅游生態(tài)安全最大化作為目標(biāo)函數(shù)預(yù)測土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu),而是建立基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的目標(biāo)函數(shù)來間接預(yù)測旅游生態(tài)安全最大化時(shí)的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu),雖然在優(yōu)化模型中引入了能體現(xiàn)旅游生態(tài)安全的約束條件和生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn),但是目前還沒有一種通用的模型方法來直接預(yù)測旅游生態(tài)安全最大化時(shí)的土地利用結(jié)構(gòu),因此,未來對于該方法的研究有待加強(qiáng)。