袁 媛,羅志軍,*,齊 松,張 田,劉夢(mèng)婷,許 巾,劉洋洋
1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院, 南昌 330045 2 江西省鄱陽(yáng)湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南昌 330045 3 贛州市自然資源局, 贛州 341000
土地資源是人類(lèi)賴(lài)以生存并為人類(lèi)生產(chǎn)生活提供所需基礎(chǔ)物質(zhì)的不可再生資源[1- 2],其可持續(xù)利用是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[3- 4]。土地適宜性是土地利用情況和土地利用規(guī)劃的基本依據(jù)[5],目前對(duì)土地適宜性的研究多集中于損毀礦山的土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)[6- 7],而對(duì)建設(shè)用地開(kāi)發(fā)適宜性研究少,且研究區(qū)多為山地等地勢(shì)較高的地區(qū),如趙筱青等[8]對(duì)云南喀斯特山區(qū)進(jìn)行了建設(shè)用地開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)及分區(qū)研究。因此,對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快和城鄉(xiāng)土地利用結(jié)構(gòu)失衡問(wèn)題突出的城市地區(qū),亟需開(kāi)展以城鄉(xiāng)建設(shè)用地開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)為內(nèi)容的相關(guān)研究。
土地承載力是指在一定的物質(zhì)生活水準(zhǔn)下,土地資源所能承載的最大人口和社會(huì)活動(dòng)規(guī)模[9-10]。20世紀(jì)80年代末,我國(guó)開(kāi)始展開(kāi)圍繞人、地、糧關(guān)系的土地資源承載力研究[11-13],隨著土地開(kāi)發(fā)程度的加深[14-15],土地利用空間不均衡等問(wèn)題突出,相關(guān)研究逐漸拓展到土地綜合承載力[16-18]。近年來(lái),隨著土地承載力評(píng)價(jià)受到愈來(lái)愈多的關(guān)注,其評(píng)價(jià)對(duì)象、評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)體系等都愈加豐富。評(píng)價(jià)對(duì)象方面,主要為城市土地承載力[19]、區(qū)域土地承載力[20-22]以及特殊地區(qū)土地承載力[23-24]。研究方法上,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[25]、生態(tài)足跡模型[26]、多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)[27- 28]等方法被廣泛應(yīng)用到不同地區(qū)的土地資源承載力評(píng)價(jià)。從評(píng)價(jià)體系來(lái)看,土地承載力評(píng)價(jià)主要從環(huán)境容量[29]、生態(tài)承載力[30]、自然基礎(chǔ)要素[31]等方面選取評(píng)價(jià)指標(biāo),較少考慮到區(qū)位條件及人口密度等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素,無(wú)法反映在人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地承載力的影響。
不同學(xué)者分別從不同方面開(kāi)展了土地適宜性和土地承載力評(píng)價(jià)研究,但以土地適宜性評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)進(jìn)行城鄉(xiāng)建設(shè)用地承載力研究還較少,更缺少城鄉(xiāng)建設(shè)用地承載力和現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)狀態(tài)之間的空間匹配關(guān)系研究。因此,理清城鄉(xiāng)建設(shè)用地承載力和現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)狀態(tài)之間的空間匹配關(guān)系,對(duì)于合理利用土地和優(yōu)化國(guó)土空間布局,以及加快生態(tài)文明建設(shè)和實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)利用具有重要的意義[32-34]。以江西省南昌市為例,在城鄉(xiāng)建設(shè)用地開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上,測(cè)算城鄉(xiāng)建設(shè)用地承載力和可承載城鄉(xiāng)建設(shè)用地豐度,并探討城鄉(xiāng)建設(shè)用地承載力和現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)狀態(tài)之間的空間匹配關(guān)系,以期為南昌市城鄉(xiāng)建設(shè)用地合理開(kāi)發(fā)利用和國(guó)土空間優(yōu)化提供參考。
南昌市是江西省的省會(huì),地處江西中部偏北,位于115°27′—116°35′E、28°09′—29°11′N(xiāo)之間,總面積達(dá)7402.36 km2,城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積為1237.57 km2,占總面積的16.72%,下轄五區(qū)(東湖區(qū)、西湖區(qū)、青云譜區(qū)、灣里區(qū)、青山湖區(qū))和四縣(南昌縣、新建縣、安義縣、進(jìn)賢縣),地理位置如圖1所示。境內(nèi)地形東南平坦,西北丘陵起伏,氣候?qū)儆趤啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候,光照充足,雨水充沛,自然資源豐富。近年來(lái),南昌市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迅猛,2018年全市生產(chǎn)總值達(dá)到5274.67億元,常住人口達(dá)554.55萬(wàn)人,城鎮(zhèn)化率74.2%。
圖1 南昌市地理位置示意圖Fig.1 Geographical location map of Nanchang City
本研究數(shù)據(jù)主要包括:南昌市2017年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)、永久基本農(nóng)田劃定成果、土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)數(shù)據(jù)庫(kù)、生態(tài)紅線劃定成果等,還有江西省地面塌陷分布圖、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)圖、南昌市統(tǒng)計(jì)年鑒、道路矢量數(shù)據(jù)等,以及通過(guò)地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)獲取的數(shù)字高程模型(DEM)(空間分辨率為30 m)。通過(guò)ArcGIS 10.2軟件,將數(shù)據(jù)投影到統(tǒng)一坐標(biāo)系下,并劃分為30 m30 m的格網(wǎng)作評(píng)價(jià)單元,以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析。
隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化不斷加快,大量耕地開(kāi)發(fā)為建設(shè)用地,國(guó)土空間開(kāi)發(fā)利用格局發(fā)生明顯重構(gòu),自然資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)以及土地利用不合理等使區(qū)域空間開(kāi)發(fā)失衡問(wèn)題日益凸顯。為解決區(qū)域土地利用空間失衡問(wèn)題,協(xié)調(diào)人口、資源和社會(huì)發(fā)展的關(guān)系,需要開(kāi)展城鄉(xiāng)建設(shè)用地承載力和現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)狀態(tài)之間的空間匹配關(guān)系研究。本文研究思路如圖2所示,具體如下:
(1)指標(biāo)選取及量化處理:適宜性評(píng)價(jià)從生態(tài)安全、自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面選取11個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系,生態(tài)紅線、永久基本農(nóng)田區(qū)、地面塌陷為強(qiáng)限制性指標(biāo),高程、蓄滯洪區(qū)、土地利用類(lèi)型、區(qū)位條件為較強(qiáng)限制性指標(biāo),坡度大于25°為強(qiáng)限制性指標(biāo),小于25°為較強(qiáng)限制性指標(biāo),并對(duì)指標(biāo)賦值,進(jìn)行量化處理。
(2)劃分適宜性等級(jí):以ArcGIS 10.2軟件為處理平臺(tái),進(jìn)行建設(shè)用地開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià),并通過(guò)SPSS 22.0軟件對(duì)適宜性分值進(jìn)行聚類(lèi)分析,劃分適宜性等級(jí)。
(3)計(jì)算城鄉(xiāng)建設(shè)用地承載力:利用ArcGIS 10.2軟件進(jìn)行空間疊加分析,計(jì)算城鄉(xiāng)建設(shè)用地可承載臨界值和可承載城鄉(xiāng)建設(shè)用地豐度。
(4)空間匹配度分析和相關(guān)分析:計(jì)算城鄉(xiāng)建設(shè)用地空間匹配度,并將城鄉(xiāng)建設(shè)用地可承載臨界值、可承載城鄉(xiāng)建設(shè)用地豐度和空間匹配度進(jìn)行相關(guān)分析,研究現(xiàn)狀利用狀態(tài)與其合理開(kāi)發(fā)狀態(tài)之間的關(guān)系。
圖2 南昌市城鄉(xiāng)建設(shè)用地承載能力評(píng)價(jià)及空間匹配研究技術(shù)路線圖Fig.2 Technical roadmap of carrying capacity evaluation and spatial matching of urban-rural construction land in Nanchang
城鄉(xiāng)建設(shè)用地開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)是指評(píng)定一定條件下土地開(kāi)發(fā)為建設(shè)用地的適宜性程度[35]。根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲取性和南昌市實(shí)際,從生態(tài)安全、自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等3方面選取11個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)建城鄉(xiāng)建設(shè)用地開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并將指標(biāo)分為強(qiáng)限制性指標(biāo)和較強(qiáng)限制性指標(biāo)兩類(lèi),如表1所示。
在評(píng)價(jià)時(shí),考慮到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的矛盾,將生態(tài)紅線作為強(qiáng)限制性指標(biāo)處理。生態(tài)紅線是指為維持生態(tài)安全和生態(tài)系統(tǒng)完整性,通過(guò)科學(xué)合理的方法劃定的必須實(shí)施特殊保護(hù)的國(guó)土空間界線[36]。同時(shí)為貫徹最嚴(yán)格的耕地保護(hù)政策,選取永久基本農(nóng)田區(qū)為強(qiáng)限制性指標(biāo)。地面塌陷區(qū)開(kāi)發(fā)難度大且多為自然災(zāi)害易發(fā)區(qū),所以將地面塌陷區(qū)也列為強(qiáng)限制性指標(biāo)。此外,坡度直接影響建設(shè)用地開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)難度,坡度過(guò)大會(huì)影響建筑物的穩(wěn)定性及增加潛在危險(xiǎn)性。相關(guān)研究表明,在進(jìn)行建設(shè)用地開(kāi)發(fā)時(shí),坡度大于25°的陡坡地一般被視為“禁止建設(shè)區(qū)”[37-38]。地質(zhì)災(zāi)害直接威脅到人類(lèi)的生命財(cái)產(chǎn)安全,區(qū)位條件和人口密度影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及信息的可達(dá)性和居民生活的便利程度。因此,在適宜性評(píng)價(jià)時(shí),都將其作為評(píng)價(jià)指標(biāo)考慮在內(nèi)。
對(duì)于強(qiáng)限制性指標(biāo),根據(jù)“一票否決”原則進(jìn)行0和1賦值。對(duì)于較強(qiáng)限制性指標(biāo),在參考相關(guān)研究[39-41]的基礎(chǔ)上,根據(jù)適宜性程度進(jìn)行0—100賦值,采用層次分析法和專(zhuān)家打分法確定各較強(qiáng)限制性指標(biāo)的權(quán)重。由于坡度對(duì)建設(shè)用地開(kāi)發(fā)影響特殊,對(duì)于坡度大于25°的陡坡地進(jìn)行0和1賦值,而坡度小于25°的地區(qū)則按限制性等級(jí)進(jìn)行0—100賦值(見(jiàn)表1)。
采用限制系數(shù)評(píng)價(jià)模型,計(jì)算各評(píng)價(jià)單元的城鄉(xiāng)建設(shè)用地開(kāi)發(fā)適宜性分值,計(jì)算公式如下:
(1)
式中E為綜合適宜性分值;i為強(qiáng)限制性指標(biāo)序號(hào);j為較強(qiáng)限制性指標(biāo)序號(hào);Fi為第i個(gè)強(qiáng)限制性指標(biāo)適宜性分值;fj為第j個(gè)較強(qiáng)限制性指標(biāo)適宜性分值;wj為第j個(gè)較強(qiáng)限制性指標(biāo)權(quán)重;m為強(qiáng)限制性指標(biāo)個(gè)數(shù);n為較強(qiáng)限制性指標(biāo)個(gè)數(shù)。
表1 南昌市城鄉(xiāng)建設(shè)用地開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)及其劃分標(biāo)準(zhǔn)
城鄉(xiāng)建設(shè)用地可承載臨界值是指區(qū)域土地資源所能承載的人類(lèi)活動(dòng)的最大規(guī)模和強(qiáng)度?;诔青l(xiāng)建設(shè)用地開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果,將最適宜開(kāi)發(fā)建設(shè)區(qū)視為最適宜承載區(qū),較適宜開(kāi)發(fā)建設(shè)區(qū)視為較適宜承載區(qū),結(jié)合現(xiàn)狀建設(shè)用地情況,通過(guò)ArcGIS 10.2軟件,測(cè)算城鄉(xiāng)建設(shè)用地可承載臨界值。計(jì)算公式如下:
(2)
式中,LDI為城鄉(xiāng)建設(shè)用地可承載臨界值,E1為最適宜承載區(qū)面積,E2為較適宜承載區(qū)面積,C為現(xiàn)狀城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積,U為研究區(qū)總面積。
城鄉(xiāng)建設(shè)用地已開(kāi)發(fā)強(qiáng)度反映區(qū)域現(xiàn)狀建設(shè)用地利用狀況,以各縣(區(qū))現(xiàn)狀城鄉(xiāng)建設(shè)用地總量(C)占各縣(區(qū))區(qū)域總面積(UT)的比例表示。
DI=C/UT
(3)
以城鄉(xiāng)建設(shè)用地可承載臨界值為城鄉(xiāng)建設(shè)用地極限開(kāi)發(fā)強(qiáng)度,將其與已開(kāi)發(fā)強(qiáng)度相減,差值為剩余開(kāi)發(fā)強(qiáng)度,即城鄉(xiāng)建設(shè)用地的開(kāi)發(fā)潛力。
可承載城鄉(xiāng)建設(shè)用地豐度(A)反映的是研究區(qū)內(nèi)可承載建設(shè)用地的豐富程度[42],主要從數(shù)量和空間分布情況考慮。數(shù)量方面(A1),以各縣(區(qū))可承載城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積(E1+E2)占縣域總面積(UT)的比例表示;空間方面(A2),以各縣(區(qū))可承載城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積(E1+E2)占研究區(qū)可承載城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積(US)的比例表示,數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后求和得到各縣(區(qū))可承載城鄉(xiāng)建設(shè)用地豐度,計(jì)算公式如下:
(4)