姜曉麗 楊偉

摘要：以“三生”空間為視角，以促進(jìn)“三生”空間合理布局和有序開(kāi)發(fā)為目標(biāo)，以山西省孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群為例進(jìn)行建設(shè)用地拓展適宜性評(píng)價(jià)分析?；谧钚±鄯e阻力模型（MCR），以城市（鎮(zhèn)）建設(shè)用地為擴(kuò)展源，從地形、地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、可達(dá)性4個(gè)方面構(gòu)建阻力因子賦值體系，構(gòu)建最小累積阻力面，采用自然斷點(diǎn)法將研究區(qū)劃分為最適宜建設(shè)區(qū)、一般適宜建設(shè)區(qū)、較不適宜建設(shè)區(qū)、不適宜建設(shè)區(qū)、禁止建設(shè)區(qū)等5種類型;采用坡向變率和坡形組合法提取建設(shè)用地適宜拓展路徑。結(jié)果表明，適宜拓展路徑集中于中北部盆地，空間上呈現(xiàn)“U”形分布，對(duì)比相關(guān)區(qū)域規(guī)劃，與研究結(jié)果基本一致。說(shuō)明采用最小累積阻力模型與坡向變率和坡形組合法相結(jié)合能有效評(píng)價(jià)建設(shè)用地適宜性，能夠?yàn)橥恋乩酶窬謨?yōu)化提供決策支持。

關(guān)鍵詞：“三生”空間;適宜性評(píng)價(jià);最小累積阻力模型;坡向變率與坡形組合法

中圖分類號(hào)： F323.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）16-0282-04

收稿日期：2018-04-02

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金（編號(hào)：41701191）。

作者簡(jiǎn)介：姜曉麗（1985—），女，遼寧丹東人，博士，講師，主要從事城市與區(qū)域發(fā)展研究。

城市空間擴(kuò)展是城鎮(zhèn)化過(guò)程在地域空間上最直觀的響應(yīng)，是城鎮(zhèn)建設(shè)需求與生態(tài)環(huán)境約束之間的博弈結(jié)果[1]。近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，我國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張迅速，但同時(shí)也出現(xiàn)了城鄉(xiāng)不協(xié)調(diào)、區(qū)域不均衡、資源粗放利用、生態(tài)破壞等一系列問(wèn)題，成為阻礙城鎮(zhèn)化健康發(fā)展的限制性因素[2]。優(yōu)化區(qū)域開(kāi)發(fā)格局、促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展成為我國(guó)當(dāng)前新型城鎮(zhèn)化發(fā)展中亟待解決的重大問(wèn)題，評(píng)價(jià)土地適宜性正是解決這一問(wèn)題的重要基礎(chǔ)[3]。土地適宜性評(píng)價(jià)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界關(guān)注的重要領(lǐng)域之一[4]。對(duì)土地適宜性評(píng)價(jià)的研究最早起源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評(píng)價(jià)[5]，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平的不斷提高，針對(duì)城市建設(shè)用地開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)[6-8]。從研究?jī)?nèi)容上看，主要集中于城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展需求與可利用地保障程度的匹配情況分析[9-10]。評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取也由僅限于生態(tài)因素[11]逐漸擴(kuò)展到自然、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多方面[3]?；贕IS空間分析技術(shù)的相關(guān)分析方法的引入，使建設(shè)用地適宜性的分析方法逐漸豐富起來(lái)，主要包括疊加分析法、多因子加權(quán)分析法、最小累積阻力模型分析法等[12-14]。黨的十八大報(bào)告明確指出“優(yōu)化國(guó)土空間開(kāi)發(fā)格局，控制開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，調(diào)整空間結(jié)構(gòu)，促進(jìn)生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”[15]，并提出從生產(chǎn)-生活-生態(tài)空間（“三生”空間）協(xié)調(diào)角度優(yōu)化區(qū)域開(kāi)發(fā)格局，為區(qū)域開(kāi)發(fā)格局優(yōu)化提供新的研究視角。城市建設(shè)用地適宜性程度，可理解為由其他功能空間轉(zhuǎn)化為城市生產(chǎn)、生活空間的適宜程度[5]?；谕恋刂黧w功能劃分“三生”空間，對(duì)土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并將具有相同主體功能的土地利用類型進(jìn)行歸并，相對(duì)于利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算定量確定空間功能主導(dǎo)類型[16]具有更好的實(shí)踐應(yīng)用性，也能更好地解決土地功能分類與土地利用分類的對(duì)接問(wèn)題[5，17]。因此，本研究以山西省中部孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群為例，從區(qū)域生活、生產(chǎn)、生態(tài)功能視角出發(fā)，構(gòu)建基于“三生”空間城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展適宜性研究框架，系統(tǒng)評(píng)估建設(shè)用地?cái)U(kuò)展適宜性程度，以期為國(guó)土空間的有序開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群位于山西省中部，包括呂梁市的孝義市、汾陽(yáng)市和晉中市的平遙縣、介休市、靈石縣，區(qū)域總面積為5 305 km2，總?cè)丝跒?11.5萬(wàn)人（2015年），其中城鎮(zhèn)人口113.3萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率為53.6%;2015年實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值896億元，占太原都市圈的18.8%，是太原都市圈的次級(jí)核心，也是推進(jìn)太原城市群發(fā)展的重要戰(zhàn)略支點(diǎn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，區(qū)域土地資源的供需矛盾日趨顯現(xiàn)，建設(shè)用地空間分布破碎散亂等問(wèn)題成為影響該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的因素之一。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

參照第2次全國(guó)土地調(diào)查分類標(biāo)準(zhǔn)，采用2013年SPOT5影像資料進(jìn)行土地利用數(shù)字化解譯，獲取研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。地形條件數(shù)據(jù)由DEM數(shù)據(jù)（下載自http：//www.gscloud.cn/）。地質(zhì)條件、道路、河流等數(shù)據(jù)均由相關(guān)圖件經(jīng)過(guò)掃描、校正、投影轉(zhuǎn)換和數(shù)字化而得。

1.3 研究方法

1.3.1 基于“三生”空間的阻力面構(gòu)建

結(jié)合已有研究成果及數(shù)據(jù)的可獲取性，選取地形、地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、可達(dá)性等4類阻力因子，共9個(gè)指標(biāo)用于構(gòu)建阻力面（表1）。從“三生”空間視角出發(fā)，在兼顧土地多功能性基礎(chǔ)上著力突出用地的生態(tài)功能，根據(jù)其生態(tài)功能強(qiáng)弱將研究區(qū)劃分為生態(tài)空間、生態(tài)生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間，以“三生”二級(jí)類型為基本單元，依據(jù)其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活空間，對(duì)生態(tài)功能的影響程度進(jìn)行阻力賦值（表2）。由于研究區(qū)地形條件復(fù)雜，單純采用以往研究中的高程作為衡量地形的指標(biāo)并不適用，因此，選取地形起伏度替代高程作為地形阻力因子中的重要指標(biāo)。在此基礎(chǔ)之上對(duì)不同阻力指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，統(tǒng)一采用賦值法[18]。根據(jù)各個(gè)指標(biāo)大小對(duì)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的阻力程度不同進(jìn)行賦值，并劃分為5個(gè)等級(jí)，阻力值最高賦5分，最低賦1分。采用層次分析法構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型確定各阻力指標(biāo)權(quán)重，判斷矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

1.3.2 最小累積阻力模型法

最小累積阻力模型最早由Knaapen等于1992年提出[19]，并由我國(guó)俞孔堅(jiān)引入國(guó)內(nèi)，是用于計(jì)算物種在從源到目的地運(yùn)動(dòng)過(guò)程中累積耗費(fèi)的模型[20]。本研究選取建成區(qū)、建制鎮(zhèn)作為擴(kuò)展源，由于不同地塊受到各阻力因子影響不同，在建設(shè)用地?cái)U(kuò)張過(guò)程中須要克服的阻力情況也不相同，因此可以采用最小累積阻力模型構(gòu)建建設(shè)用地?cái)U(kuò)張阻力面，確定擴(kuò)張阻力較小的方向。其公式如下：

MCR=fmin∑i=mj=nDij×Ri。

式中：MCR表示最小累積阻力值;Dij表示物種從源j到景觀單元i的空間距離;Ri表示景觀對(duì)某物種運(yùn)動(dòng)的阻力系數(shù)。

1.3.3 坡向變率與坡形組合法

坡向變率在數(shù)字地形分析中具有重要作用，能夠?qū)崿F(xiàn)地形在水平方向上變化特征的提取[21]。采用坡向變率與坡形組合相結(jié)合的方法進(jìn)行山谷線的提取，首先，分別獲取正負(fù)地形的坡向（aspect）與坡度（slope）數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算坡向變率;其次，對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行鄰域分析，獲取平均值面;再次，將DEM與平均值面相減，獲得正負(fù)地形分布區(qū)域;最后，根據(jù)地形正負(fù)及坡向變率大小確定山谷線。山谷線代表建設(shè)用地?cái)U(kuò)張阻力的低值區(qū)，即適宜擴(kuò)張區(qū)。相對(duì)于采用最短路徑函數(shù)確定山谷線，采用坡向變率與坡形組合法獲得山谷線并不唯一，更加貼近城鎮(zhèn)建設(shè)用地拓展的實(shí)際情況，可操作性更強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群“三生”空間布局現(xiàn)狀

根據(jù)“三生”空間分類體系將研究區(qū)劃分為生態(tài)空間、生態(tài)生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間4個(gè)類型。2013年研究區(qū)內(nèi)生態(tài)空間、生態(tài)生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間分別為2 407.54、0.56、2 290.83、606.37 km2（圖1），依次占區(qū)域總面積的45.38%、0.01%、43.18%、11.43%。可見(jiàn)，研究區(qū)內(nèi)生態(tài)空間比重較大，生活生產(chǎn)空間比重較小。從空間分布上看，生態(tài)空間主要分布在區(qū)域東南側(cè)和西北側(cè);生產(chǎn)生態(tài)空間以耕地為主，主要集中在區(qū)域的中北部;生活生產(chǎn)用地則零散分布在生產(chǎn)生態(tài)空間當(dāng)中，呈現(xiàn)“U”形布局。

2.2 適宜性分區(qū)分析

基于地形、地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、可達(dá)性4個(gè)阻力因子構(gòu)建研究區(qū)阻力面，計(jì)算出研究區(qū)的最小累積阻力面（圖2），采用自然斷點(diǎn)法將最小累積阻力面劃分為5種類型區(qū)，即最適宜建設(shè)區(qū)、一般適宜建設(shè)區(qū)、較不適宜建設(shè)區(qū)、不適宜建設(shè)區(qū)、禁止建設(shè)區(qū)，空間分布上呈現(xiàn)由中北部盆地向外的圈層分布特征，盆地內(nèi)部適宜程度最高，外圍山體適宜程度最低（圖3）。

最適宜建設(shè)區(qū)是指最適宜轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活空間的地區(qū)，這些地區(qū)交通便利，具有優(yōu)越的區(qū)位條件和較好的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，生態(tài)環(huán)境條件優(yōu)越，適宜開(kāi)展較大規(guī)模的城鎮(zhèn)建設(shè)。最適宜建設(shè)區(qū)總面積為339.46 km2，占研究區(qū)總面積的6.40%，主要分布在汾陽(yáng)市市區(qū)和杏花村鎮(zhèn)、孝義市市區(qū)和梧桐鎮(zhèn)、平遙縣古陶鎮(zhèn)、靈石縣翠峰鎮(zhèn)、介休市城關(guān)鄉(xiāng)、義安鎮(zhèn)等。

一般適宜建設(shè)區(qū)是指一般適宜轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活空間的地區(qū)，這些地區(qū)區(qū)位條件相對(duì)優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)相對(duì)較好，生態(tài)環(huán)境約束條件較少， 可以開(kāi)展一定規(guī)模的城鎮(zhèn)建設(shè)。一般適宜建設(shè)區(qū)總面積為783.92 km2，占研究區(qū)總面積的 14.78%，主要分布在汾陽(yáng)市賈家莊鎮(zhèn)、陽(yáng)城鄉(xiāng)、杏花村鎮(zhèn)，孝義市大孝堡鄉(xiāng)，平遙縣洪善鎮(zhèn)，介休市連福鎮(zhèn)、張?zhí)m鎮(zhèn)，靈石縣靜升鎮(zhèn)等。

較不適宜建設(shè)區(qū)是指較不適宜轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活空間的地區(qū)，這些地區(qū)主要以耕地和園地為主，經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出較低，應(yīng)當(dāng)采取適度發(fā)展原則，有選擇地開(kāi)展城鎮(zhèn)建設(shè)，并控制城鎮(zhèn)建設(shè)的規(guī)模與強(qiáng)度，建議發(fā)展以旅游、休閑度假為代表的兼顧生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綠色產(chǎn)業(yè)。較不適宜建設(shè)區(qū)總面積為 1 445.97 km2，占研究區(qū)總面積的27.26%，主要分布在研究區(qū)中北部的平原地區(qū)。

不適宜建設(shè)區(qū)是指不適宜轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活空間的地區(qū)，這些地區(qū)主要分布在研究區(qū)外圍山地區(qū)或河流沿岸，進(jìn)行城鎮(zhèn)建設(shè)的工程地質(zhì)條件較差，開(kāi)發(fā)成本較高，從空間上看，接近自然保護(hù)區(qū)，生態(tài)約束較強(qiáng)，這類地區(qū)應(yīng)以生態(tài)保護(hù)為主要功能，增加區(qū)內(nèi)植被覆蓋度，提高生態(tài)質(zhì)量，減少水土流失，對(duì)已經(jīng)破壞的地區(qū)要著力推進(jìn)生態(tài)恢復(fù)建設(shè)。不適宜建設(shè)區(qū)總面積為981.93 km2，占研究區(qū)總面積的18.51%。

禁止建設(shè)區(qū)是指以生態(tài)功能為主，完全禁止開(kāi)發(fā)建設(shè)的地區(qū)，主要分布于研究區(qū)外圍的西北、西南和東南側(cè)，包括自然保護(hù)區(qū)、地勢(shì)較高的山體等。禁止建設(shè)區(qū)總面積為 1 754.02 km2，占研究區(qū)總面積的33.05%。

2.3 建設(shè)用地主要拓展路徑分析

借助ArcGIS空間分析平臺(tái)，利用坡向變率與坡形組合法提取山谷線的方法確定研究區(qū)建設(shè)用地適宜拓展路徑，在實(shí)際應(yīng)用中最小累積阻力面（MCR）相當(dāng)于DEM，須要獲取的建設(shè)用地適宜拓展路徑則相當(dāng)于“山谷線”，即最小累積阻力值越小，就越適宜發(fā)展建設(shè)用地，計(jì)算過(guò)程中將低值點(diǎn)集中區(qū)連接起來(lái)，獲得建設(shè)用地適宜拓展路徑。由圖4可知，研究區(qū)內(nèi)建設(shè)用地主要拓展路徑集中于中北部盆地各重要城市（鎮(zhèn)）之間，空間上呈現(xiàn)“U”形分布，各拓展路徑經(jīng)過(guò)的區(qū)域符合由低阻力值向高阻力值變化的特征。建設(shè)用地的集中連片發(fā)展有利于提高生產(chǎn)、生活效率，促進(jìn)整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的大幅提高，建設(shè)用地適宜拓展路徑從本質(zhì)上講也符合這一基本規(guī)律。

2.4 與《孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群規(guī)劃（2016—2030）》對(duì)比分析

根據(jù)研究區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀特征及發(fā)展趨勢(shì)，《孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群規(guī)劃（2016—2030）》（簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》）將其定位為太原都市圈城鎮(zhèn)密集區(qū)發(fā)展次核，中西部地區(qū)中小城市組群一體化發(fā)展示范區(qū)。

《規(guī)劃》按照區(qū)域資源環(huán)境承載能力及現(xiàn)狀發(fā)展水平將組群空間劃分為適宜建設(shè)區(qū)、限制建設(shè)區(qū)、禁止建設(shè)區(qū)，其中適宜建設(shè)區(qū)包括城鎮(zhèn)（村）建設(shè)用地及獨(dú)立工礦區(qū)，與研究結(jié)果中的最適宜建設(shè)區(qū)和一般適宜建設(shè)區(qū)范圍基本一致;限制建設(shè)區(qū)包含農(nóng)田保護(hù)區(qū)和生態(tài)保護(hù)外圍保護(hù)區(qū)，與研究結(jié)果中的較不適宜建設(shè)區(qū)和不適宜建設(shè)區(qū)基本一致;禁止建設(shè)區(qū)包含自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū)，與研究結(jié)果中的禁止建設(shè)區(qū)范圍基本一致。

重點(diǎn)地區(qū)發(fā)展指引關(guān)于建設(shè)用地的發(fā)展調(diào)控，采取整合孝義、汾陽(yáng)、介休等市，孝義市采取跨孝河向南拓展，適當(dāng)向北發(fā)展，汾陽(yáng)市以向南、向西發(fā)展為主，向北、向東發(fā)展為輔，介休市以西北和東北為建設(shè)用地的主要拓展方向，與建設(shè)用地拓展路徑方向基本一致。規(guī)劃平遙縣（古陶鎮(zhèn)）-南政-中都形成城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)，南政鄉(xiāng)、中都鄉(xiāng)位于平遙縣（古陶鎮(zhèn)）以西和以北，拓展路徑當(dāng)中適宜拓展方向?yàn)闁|北和西南，與《規(guī)劃》稍有出入。規(guī)劃靈石縣（翠峰鎮(zhèn)）-靜升形成城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)，由于其受地形限制較顯著，可利用地有限，建設(shè)用地的空間拓展適宜性較差，未來(lái)城鎮(zhèn)發(fā)展須要更加注重挖掘存量土地潛力，提高土地集約利用水平。整體來(lái)說(shuō)，拓展路徑與《規(guī)劃》中相關(guān)內(nèi)容基本一致，相互印證，說(shuō)明《規(guī)劃》編制的合理性，也說(shuō)明最小累積阻力模型、坡向變率與坡形組合法應(yīng)用于建設(shè)用地拓展適宜性評(píng)價(jià)的適用性。

3 結(jié)論

提高建設(shè)用地使用合理性須要以建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，本研究以促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，以保障土地生態(tài)功能為基礎(chǔ)，從“三生”空間視角出發(fā)，根據(jù)生態(tài)功能強(qiáng)弱將國(guó)土空間劃分為生態(tài)空間、生態(tài)生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間，以其二級(jí)類型為基本單元，并根據(jù)其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活空間對(duì)生態(tài)功能的影響程度進(jìn)行阻力賦值，將其作為生態(tài)環(huán)境指標(biāo)之一參與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建。

從地形、地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、可達(dá)性4個(gè)方面選取9項(xiàng)指標(biāo)，采用統(tǒng)一量化標(biāo)準(zhǔn)，以GIS柵格技術(shù)為支撐，采用最小累積阻力模型，構(gòu)建建設(shè)用地拓展最小累積阻力面，對(duì)國(guó)土空間開(kāi)發(fā)建設(shè)用地的適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與區(qū)域規(guī)劃基本一致，說(shuō)明評(píng)價(jià)方法的適用性和評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，將研究區(qū)劃分為最適宜建設(shè)區(qū)、一般適宜建設(shè)區(qū)、較不適宜建設(shè)區(qū)、不適宜建設(shè)區(qū)、禁止建設(shè)區(qū)5種類型，空間分布上呈現(xiàn)由中北部盆地向外的圈層分布特征，盆地內(nèi)部適宜程度最高，外圍山體適宜程度最低，與區(qū)域規(guī)劃的空間管制分區(qū)基本一致。

采用坡向變率與坡形組合法確定建設(shè)用地拓展路徑，研究區(qū)內(nèi)建設(shè)用地主要拓展路徑集中于中北部盆地各重要城市（鎮(zhèn)）之間，空間上呈現(xiàn)“U”形分布，各拓展路徑經(jīng)過(guò)的區(qū)域符合由低阻力值向高阻力值變化的特征，與區(qū)域規(guī)劃相關(guān)內(nèi)容基本一致。

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