張博航

（西南林業(yè)大學生態(tài)與環(huán)境學院 云南昆明 650224）

土地利用適宜性評價最早可追溯到20世紀初，其起源于美國景觀設計師進行的基于土地評價的景觀設計實踐［1］。1976年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）制定并頒布了《土地評價綱要》，提出從適宜性角度對土地進行定級，為土地利用規(guī)劃服務。隨后，世界各國參照這一綱要建立了各自的土地評價體系，廣泛開展土地適宜性評價［2-4］。

目前，土地利用適宜性評價技術方法主要有模糊數(shù)學概念模型、神經(jīng)網(wǎng)絡模型及物元分析法等［5-7］。盡管目前土地利用適宜性評價研究取得了豐富成果，但仍未形成統(tǒng)一和公認的評價方法?；诖?，本文旨在探索構(gòu)建基于GIS技術的土地利用適宜性評價的模型與方法，并以湖北省崇陽縣為實證研究對象，以期為深化土地利用適宜性評價技術方法研究提供參考和借鑒。

1 評價模型和方法

根據(jù)城市“人—地”復合系統(tǒng)理論，城市土地利用適宜性評價需要從“人”和“地”兩個方面進行，其中，“人”的方面主要包括經(jīng)濟社會子系統(tǒng)及其評價因子，“地”的方面主要包括生態(tài)子系統(tǒng)及其評價因子。城市土地利用適宜性等級決定于其自然生態(tài)因子和經(jīng)濟社會因子的多元耦合，可以看作是自然生態(tài)適宜性等級和經(jīng)濟社會適宜性等級的和，即有：

式中，S是土地利用適宜性等級，Sn是生態(tài)適宜性等級，Ses是經(jīng)濟社會適宜性等級。經(jīng)濟社會適宜性等級Ses可利用線性加權和法進行計算，而生態(tài)適宜性等級Sn可以看作是生態(tài)敏感性等級的反方向結(jié)果，即空間單元的生態(tài)敏感性越高，則其開發(fā)的適宜性就越低，因此，可以利用生態(tài)敏感性評價結(jié)果而得到自然生態(tài)的適宜性等級值，公式如下：

式中：Sn是自然生態(tài)適宜性等級；K是所選用的常數(shù)，其值要根據(jù)研究所需進行靈活選擇；Smg是生態(tài)敏感性值。上述模型綜合考慮了城市生態(tài)、經(jīng)濟、社會3個子系統(tǒng)對土地利用的綜合適宜性，全面反映了城市“人—地”復合系統(tǒng)對土地利用適宜性的等級、水平和狀態(tài)，由此將能得到更為科學、系統(tǒng)、綜合的評價結(jié)果。進一步，生態(tài)敏感性評價和經(jīng)濟社會適宜性評價可采用線性加權和法，公式為：

式中：S是生態(tài)敏感性或經(jīng)濟社會適宜性等級；xi是用于評價的指標值；wi是指標權重，權重計算目前常用的是層次分析法。上述土地利用適宜性評價模型需要在GIS技術平臺上進行計算。GIS技術是空間信息技術的典型代表，是計算機技術和空間數(shù)據(jù)的集成應用，是收集、儲存和分析地球上某一區(qū)域空間信息的系統(tǒng)，GIS具有的空間數(shù)據(jù)管理、空間分析、空間建模、空間決策支持等技術可以為土地利用適宜性評價提供一個全面而高效的技術平臺。在具體評價時，每一個土地利用適宜性評價指標都對應GIS 中的一個空間數(shù)據(jù)圖層，利用GIS強大的空間分析功，能完成空間疊加分析，從而得到評價結(jié)果，由此為土地利用規(guī)劃決策提供科學依據(jù)。

2 案例研究

2.1 指標體系構(gòu)建

本文以湖北省崇陽縣為案例研究區(qū)。崇陽縣位于湖北省南部，居湘、鄂、贛三省交界處，全縣土地總面積1959.33km2。遵循土地利用適宜性評價指標體系構(gòu)建的系統(tǒng)性、科學性和數(shù)據(jù)可獲得性原則，考慮到崇陽縣生態(tài)系統(tǒng)的特點和經(jīng)濟社會發(fā)展的總體情況，研究選取地形、水體、土地利用、保護區(qū)和地質(zhì)災害等五大指標進行生態(tài)敏感性分析，選取道路交通、建成區(qū)、人口規(guī)模、經(jīng)濟發(fā)展和社會發(fā)展等五大指標進行經(jīng)濟社會適宜性分析，同時，對一級指標進行細化，得到更為詳細與可實際測度的二級指標，具體如表1所示。

表1 崇陽縣土地利用適宜性評價指標體系

2.2 指標數(shù)據(jù)處理

根據(jù)指標體系，收集崇陽縣的各相關數(shù)據(jù)。崇陽縣的自然生態(tài)要素數(shù)據(jù)主要包括行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、土地利用現(xiàn)狀和規(guī)劃數(shù)據(jù)等。經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)主要包括各級各類道路數(shù)據(jù)、各個建成區(qū)的規(guī)模數(shù)據(jù)、各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人口和經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)等。利用崇陽縣的遙感影像數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)狀地形圖，得到崇陽縣的第一手矢量數(shù)據(jù)，進而在ARCGIS軟件平臺上建立崇陽縣的空間數(shù)據(jù)庫，由此為適宜性評價做好數(shù)據(jù)支撐。

2.2.1 生態(tài)敏感性指標數(shù)據(jù)處理

在ARCGIS中應用重分類命令，將生態(tài)敏感性指標根據(jù)不同等級分別賦值1、3、5、7、9，代表極低敏感、低敏感、中敏感、高敏感和極高敏感，值越大，表示指標的生態(tài)敏感性越高。

在ARCGIS中，應用崇陽縣的數(shù)字高程模型對地形因子進行空間分析，坡度指標按照0～5°、5°～10°、10°～20°、20°～30°、大于30°的標準，分別賦值1、3、5、7、9；高程指標則按照0～100m、100～200m、200～300m、300～500m、大于500m 的標準，分別賦予1、3、5、7、9 的等級值。水體因子包括水庫、河流與坑塘等二級指標，對3個二級指標應用多重緩沖區(qū)命令進行不同距離的緩沖區(qū)分析，再基于不同的緩沖距離賦予不同的生態(tài)敏感性等級值，其中，水體本身賦予9，50m緩沖區(qū)內(nèi)賦予7，100m 緩沖區(qū)內(nèi)賦予5，200m 緩沖區(qū)內(nèi)賦予3，200m 緩沖區(qū)外則賦予1。土地利用根據(jù)地類的不同分別賦予不同的敏感性等級值，其中，灘涂、公益林和自然保留地均賦值9，基本農(nóng)田賦值7，林地賦值5，園地賦值3，其他用地賦值1。保護區(qū)包括國家級和省級兩類，保護區(qū)本體均賦值9，國家級保護區(qū)按照200m、500m、1000m 的距離進行緩沖區(qū)分析，省級保護區(qū)按照100m、200m、500m 的距離進行緩沖區(qū)分析，并分別賦予7、5、3、1的等級值。地質(zhì)災害指標中的高風險區(qū)賦值7，中風險區(qū)賦值5，低風險區(qū)賦值1。

最后，在ARCGIS 中應用矢量轉(zhuǎn)柵格工具，將所有指標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)，空間分辨率統(tǒng)一設為30m，再利用鑲嵌新柵格工具對地形、水體、土地利用、保護區(qū)和地質(zhì)災害5 個因子進行空間疊加分析，從而得到最終的生態(tài)敏感性評價結(jié)果。在具體計算時，疊加方式要選取“取大疊加”方法，即對于同一個空間單元選取其不同指標敏感性的最大值作為最終的評價等級，由此體現(xiàn)盡可能保護生態(tài)環(huán)境的理念。

2.2.2 經(jīng)濟社會適宜性指標數(shù)據(jù)處理

在ARCGIS 中，根據(jù)經(jīng)濟社會適宜性指標等級，分別賦值1、3、5、7、9，代表極低適宜、低適宜、中適宜、高適宜和極高適宜，值越大，表明指標的經(jīng)濟社會適宜性越高。

在道路交通指標處理上，將其細分為高速公路、國道和省道、縣道和鄉(xiāng)道等3 個二級指標，其中，道路本身均賦值9，高速公路按照1000m、2000m、3000m 的距離進行緩沖區(qū)分析，國道和省道按照500m、1000m、2000m 的距離進行緩沖區(qū)分析，縣道和鄉(xiāng)道按照200m、500m、1000m的距離進行緩沖區(qū)分析，并分別賦值7、5、3、1。建成區(qū)包括縣城中心城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)兩個二級指標，其中，建成區(qū)本身均賦值9，中心城區(qū)按照1000m、2000m、3000m的距離進行緩沖區(qū)分析，鄉(xiāng)鎮(zhèn)按照200m、500m、1000m的距離進行緩沖區(qū)分析，并分別賦值7、5、3、1。人口規(guī)模按照各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人口數(shù)量進行分級，包括小于2 萬、2 萬～3 萬、3 萬～4 萬、4 萬～5 萬和大于5萬，分別賦值1、3、5、7、9。經(jīng)濟發(fā)展按照各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的總產(chǎn)值進行分析，包括小于2億元、2億元～3億元、3億元～10億元、10億元～20億元和大于20億元，分別賦值1、3、5、7、9。社會發(fā)展按照各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人均收入進行分級，包括小于1 萬元、1 萬元～1.2 萬元、1.2 萬元～1.4萬元、1.4萬元～1.7萬元和大于1.7萬元，分別賦值1、3、5、7、9。

最后，在ARCGIS中，將所有的指標數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)，空間分辨率設置為30m，再應用ARCGIS的柵格計算器工具對經(jīng)濟社會適宜性指標進行空間疊加分析。道路交通的3個二級指標、建成區(qū)的2個二級指標分別進行等權疊加，從而得到道路交通和建成區(qū)的適宜性等級值。利用層次分析法，計算道路交通、建成區(qū)、人口規(guī)模、經(jīng)濟發(fā)展和社會發(fā)展5個指標的權重，進而根據(jù)式（3）應用柵格計算器得到最終的經(jīng)濟社會適宜性等級值。

2.2.3 綜合集成處理

首先，在ARCGIS 中，應用柵格計算器工具對最終的生態(tài)敏感性和經(jīng)濟社會適宜性等級數(shù)據(jù)分別進行標準化處理，方法采用極差標準化法，標準化后的等級值均處于0～1之間。其次，根據(jù)式（2），應用柵格計算器工具計算生態(tài)適宜性等級，由于生態(tài)敏感性等級已經(jīng)標準化到0～1之間，因此，K取1，由此得到生態(tài)適宜性等級值。最后，根據(jù)式（1），應用柵格計算器工具對生態(tài)適宜性和經(jīng)濟社會適宜性進行綜合集成，從而得到崇陽縣最終的土地利用適宜性評價等級值。

2.3 評價結(jié)果分析

根據(jù)評價結(jié)果，研究把崇陽縣土地利用劃分為四類適宜性分區(qū)，即最不適宜區(qū)、較不適宜區(qū)、較適宜區(qū)和最適宜區(qū)。

最不適宜區(qū)的面積為772.91km2，占縣域總面積的39.45%，主要包括河流、水庫、保護區(qū)等生態(tài)空間，由此構(gòu)成了崇陽縣的禁止開發(fā)區(qū)和生態(tài)空間，其是剛性的生態(tài)控制線，是永久不能進行城鎮(zhèn)化、工業(yè)化開發(fā)建設的生態(tài)紅線地區(qū)。

較不適宜區(qū)主要分布在最不適宜區(qū)的周邊地區(qū)，如保護區(qū)、水體的核心緩沖區(qū)等，同時還包括基本農(nóng)田和一般農(nóng)用地如園地等。較不適宜區(qū)的面積為987.75km2，占縣域總面積的50.41%。較不適宜區(qū)應作為限制開發(fā)區(qū)域，是一種生態(tài)緩沖區(qū)域，可以在嚴格條件下進行適度開發(fā)建設。

較適宜區(qū)主要是最適宜區(qū)的周邊地區(qū)，主要包括建成區(qū)的周圍、主要交通干線的周圍等，在空間上主要呈現(xiàn)出斑塊狀的分布形態(tài)。較適宜區(qū)的面積共75.72km2，占縣域總面積的3.86%。較適宜區(qū)是一種建設用地的備選空間，一般情況下，不宜首先開發(fā)使用，應優(yōu)先開發(fā)最適宜區(qū)的空間。

最適宜區(qū)的面積為122.95km2，占縣域總面積的6.28%，主要包括中心城區(qū)和主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建成區(qū)、重要交通干線及其核心緩沖區(qū)等，在空間上，以中心城區(qū)為核心形成了適宜性空間集聚帶，同時，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建成區(qū)及其周邊地區(qū)也構(gòu)成了縣域空間中的多個適宜性集中區(qū)。這些最適宜的空間必將成為崇陽縣城鎮(zhèn)化發(fā)展的主陣地，可以集聚更多的產(chǎn)業(yè)和人口，由此形成崇陽縣的主體城鎮(zhèn)空間。

3 結(jié)語

研究構(gòu)建了基于“生態(tài)—經(jīng)濟—社會”三位一體的土地利用適宜性綜合評價模型及其技術方法，通過對生態(tài)敏感性評價和經(jīng)濟社會適宜性評價的有機綜合和系統(tǒng)集成，將能得到更科學、更全面的評價結(jié)果。在GIS技術的支持下，應用評價模型和方法，完成了崇陽縣土地利用適宜性的綜合系統(tǒng)評價，將全縣土地利用適宜性等級劃分為最不適宜區(qū)、較不適宜區(qū)、較適宜區(qū)和最適宜區(qū)4個等級，明確了哪些地區(qū)可以開發(fā)、哪些地區(qū)不可以開發(fā)，由此為崇陽縣土地利用規(guī)劃和開發(fā)管控提供了科學的決策依據(jù)。