土地资源承载力分析与实证研究以湖北恩施市为例.docx
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土地资源承载力分析与实证研究以湖北恩施市为例
土地资源承载力分析与实证研究
——以湖北恩施市为例
李红宋锟
摘要:
随着社会经济发展,城市空间拓展与土地资源集约利用的矛盾日益凸显,并已成为严重制约城市可持续发展的瓶颈。
大多数城市,以山地城市最为突出,在加速其城镇化进程的同时,不得不面临着土地资源严重紧缺的问题,亟需对其土地资源承载力进行研究和论证,并用来指导城市发展。
基于生态敏感性的土地资源承载力分析方法,以其科学的分析过程和直观的用地空间导向,渐渐成为了当今土地资源承载力研究和城市容量规模论证的主流方法。
笔者在对该方法及相关理论进行系统说明基础上,以湖北恩施市为例进行演算。
通过案例分析,提出改进及完善该方法的建议,使其研究成果能更好地运用于规划研究。
关键词:
评价指标生态敏感性评价城市建设用地城市人口容量
1 传统土地资源承载力含义
早期的土地资源承载力指一个国家或地区的土地资源,在一定的投资水平下持续利用时的食物生产能力及其所能供养的一定营养水平的人口数量,对其研究主要是围绕耕地—食物—人口而展开的,它以耕地为基础,以食物为中介,以人口容量的最终测算为目标,对其研究主要分为土地生产潜力估算阶段和土地承载能力研究阶段[1-4]。
这种基于耕地、粮食的人口容量来反映的土地承载力,在一定意义上难以真正揭示区域人地关系的相互制约、相互促进的复杂关系,更无法体现土地资源对于城市发展的综合、实际的支撑限度。
其次,土地资源承载力的研究离不开区域空间分析,以往研究往往将区域土地承载力系统作为一个孤立、封闭的系统,强调其空间的限制性而忽视其开放性,但在当前经济全球化、中国加入WTO的背景下,如果仍遵循以土地的产出——粮食为切入点,而以可承载人口容量为落脚点的分析思路则是不符合实际的。
因为,该项研究忽视了区际贸易的影响,特别是在对外贸易已渗透到世界各国和各地区的所有生产和生活领域的今天,通过货币媒介,所有资源(含非物质性知识、服务等)从理论上说均可换回粮食。
实践证明,许多地区的现实人口数量已远远超出了本地粮食所能供养的理论“承载人口”规模[5]。
2 土地资源承载力研究发展趋势
传统的土地承载力研究方法存在的上述局限性使其已不能为城市发展提供足够支撑,王书华等考虑土地承载力与区域环境、经济社会系统之间的物质、能量、信息等方面的联系,提出土地综合承载力的评价指标体系,分别从水土资源支撑系统、社会支撑系统、生态环境支撑系统、经济技术支撑系统四个方面进行综合评价;另外,周纯等结合珠江三角洲地区的特点,考虑城市化与有限土地资源之间的矛盾,土地资源的自身特点和利用方式来确定土地资源承载力的高低,将土地资源分为不可用作建设用地、禁止用作建设用地和可用作建设用地三个部分,对现有可用作建设的用地面积以国际和国内人均土地需求量为标准来计算土地承载力[6]。
总体来说,当前土地资源承载力研究的发展趋势正由静态分析走向动态预测,日趋模式化;且由传统的粮食单一指标走向综合指棕体系研究等,而基于生态环境敏感性的土地资源承载力分析方法正是这一趋势的典型代表。
3 基于生态敏感性的土地资源承载力研究方法
生态敏感性是指在不损失或不降低环境质量情况下,各生态因子对外界压力或变化的适应能力。
生态敏感性越强的因子,对外界的压力和变化越敏感,调节自身状况的速度越快。
因而基于土地生态敏感性的土地资源承载力研究方法,就是在综合分析各生态要素和生态实体(或称生态因子)的基础上,研究生态敏感性的区域内部差异,分析生态环境状况对人类生活和城市建设的影响程度,从而科学确定城市建设用地规模及城市发展方向,并通过相应指标测算出可承载人口容量。
生态环境越敏感的区域,对人类越重要,越需要得到重视,也就越需要严格控制甚至禁止城市在该区域内的建设发展,防止对生态环境造成不可逆的破坏。
因而,该方法考虑了生态资源良性循环和土地资源的合理配置,能为城市建设用地方向选择和规模确定提供科学、合理的理论依据和实践支撑,对研究和论证城市发展规模和空间选择具有重大意义。
该方法技术研究路线如下图所示:
图1技术研究路线
3.1准备阶段
准备阶段主要包括三部分内容:
评价范围确定、基础资料准备、评价指标体系确定。
3.1.1评价范围确定
评价范围的划定应考虑城市未来发展可能辐射到的区域,且区域内一些基本要素(例如高程或水域等)往往可作为评价范围划定的边界条件。
如地势较平坦的城市,通常采取成片发展模式,其评价范围的划定主要以研究对象为中心,并向周边辐射一定半径区域;而山地城市,常采取跳跃、组团发展模式,其城市建设发展受地形地貌影响较大,因而需考虑更大范围的土地资源条件,如以行政区划为评价范围等。
3.1.2基础资料准备
分析过程中所需的基础数据主要包括:
评价区域最新遥感数据、地形图、土地利用现状图、自然保护区和风景名胜区等生态敏感区域界线、地质灾害影响区域范围、洪水淹没区域范围、水源保护区范围等及相关的软件,如遥感(RS)分析软件和地理信息系统(GIS)处理软件等。
3.1.3评价指标体系确定
指标是评价的基本尺度和衡量标准,指标体系的建立是生态敏感性评价工作能够进行的前提,也是生态敏感性分区的关键性、决定性因素。
在评价之前,必须按一定的评价目的,提出评价原则,作为选择参数和标准的依据。
指标的选取一般遵循以下原则:
3.1.3.1科学性与系统性原则
生态环境作为一个有机系统,评价目标与评价指标应有机结合,构成一个层次分明的评价指标体系;同时评价指标必须建立在科学的基础上,具有一定的代表性,能客观、准确地反映生态环境系统结构的本质和区域特征。
3.1.3.2综合性与代表性原则
评价指标体系应综合考虑区域社会经济、生态环境的各个方面因素;同时由于生态环境非常复杂,其影响因子也众多,应该根据影响区域生态环境质量诸因子,选择具代表性的主导性因子进行综合分析与评价。
3.1.3.3可表征性与可度量性原则
评价指标应该概念明确,有各自独立的内涵,便于理解和应用,能通过一定的数量等级来反映其优劣程度,并可用于地区间的比较。
3.1.3.4地域性与空间性原则
区域生态环境系统及其相关的自然环境、社会、经济等因特定地域条件而存在差异;同时,各评价指标空间属性特征分布在研究区域的整个范围,因而具有空间分异特点。
因此,在评价工作中,必须根据不同地区和其空间分布的特点,因地制宜地选择评价指标体系和评价方法。
3.1.3.5人地和谐性原则
生态敏感性评价更重要的目的在于了解人与地之间的关系是否和谐,生态环境是否能够承载人类的建设及其他活动。
因此,在指标的选择过程中,必须充分考虑能够反映人类与生态环境相互关系的指标。
3.1.3.6易获取性与实用性原则
评价指标应尽可能利用现有的统计指标或充分动用地方监测力量,选取对生态环境影响较大而又易于获取的观测资料,评价指标应有利于生产和管理部门掌握,以便为实际的管理工作提供科学的决策依据。
3.2分析阶段
分析阶段包括生态敏感性评价、城市建设用地范围确定。
3.2.1生态敏感性评价
生态敏感性评价方法目前运用较多的主要有生态环境综合评价法、人工神经网络法、模糊评价法、灰色系统分析法等。
生态环境综合评价法通过制定各单因子的生态敏感性标准和权重,对各类用地类型进行生态因素敏感性等级和权重进行评估,然后在加权的基础上将各单因素图层叠加,最终得到生态敏感性评价图,其优点是分析过程简单、快捷,分析结果科学、合理;人工神经网络技术具有很强的非线性映射能力和并行性、自适应、容错性及自学能力,因此具有灵活性和很强的适应性,特别适合于解决各类预测、分类、识别等问题,对环境评价结果更客观,具有推广意义;模糊评价利用模糊变换原理和最大隶属度原则,对评价中的一些模糊性、不确定性问题通过确定评价因子相对于评价等级的隶属度来进行定量化处理,进而对其做综合评价,该方法的特点是考虑了被评价事物相关的各个因素或主要因素,尤其适合于具有诸多不确定性因素的大系统;灰色系统分析法按一定原则选定指标体系后,用灰色系统分析法分析指标间的灰色关联度,然后通过对灰色关联度进行排序,确定各指标对评价目标的影响程度,该方法优点在于既考虑评价系统模糊性,同时也充分利用白化信息[7]。
除上述方法外,诸如数理统计法、物元分析法等在生态环境评价中也都有广泛的应用。
本文采用生态环境综合评价法,依据前述指标体系,采用专家打分或参考同类型地区做法,确定各因子生态敏感性分级标准,并将其标准化处理;其次,用层次分析法计算各指标相对于目标层(生态敏感性分区)的权重,最后将各个单因子评价结果在GIS环境里进行空间分析、权重计算、栅格叠加,得出区域生态环境质量综合评价指数分布图。
综合评价指数分布图中数值越高代表相对越好的生态环境状况。
一般采用分级法将研究区域划分为三个区域类别:
生态敏感区(综合评价指数高值区域)、生态低敏感区(综合评价指数中值区域)及生态非敏感区(综合评价指数低值区域)。
由于不同研究区域的生态敏感状况和特征差异性,各类区域敏感度综合评价指数分级应根据研究区域生态环境特征、土地利用状况、评价指标赋值及权值特征,以及专家咨询法综合判定。
3.2.1.1生态敏感区
该区域可细分为生态最敏感区及生态高敏感区。
生态最敏感区指环境对人工破坏或干扰调控能力很弱,很难或不能自动恢复,该区域对于城市开发建设极为敏感,一旦出现破坏和干扰,不仅会影响该区域,而且也可以给整个生态体系带来严重的破坏。
生态高敏感区指环境对人工破坏或干扰调控能力弱,自动恢复难。
3.2.1.2生态低敏感区
生态低敏感区指生态环境对人工破坏或干扰有一定的调控能力,可以自动恢复,但较慢。
3.2.1.3生态非敏感区
生态非敏感区主要包括城市建成区及周边地形条件适宜开发建设的区域,对于这些区域可承受各种开发建设,土地可作多种用途开发,环境对人工破坏或干扰的调控能力很强,自动恢复快。
3.2.2城市建设用地规模确定与空间选择
在生态敏感性评价基础上进行城市建设用地规模确定与空间选择是测算土地承载力的重要环节。
生态敏感区生态价值高、开发难度大,不应作为城市建设用地;生态非敏感区生态价值低、开发难度小,可作为城镇建设主要承载空间,该区域主要包括已利用的城乡建设用地和未利用的园地、牧草地和废弃荒地、山前地带等区域用地,可全部纳入城市建设用地范畴内;生态低敏感区具有一定生态价值、存在一定开发难度,但在保障生态安全、控制开发成本前提下,可部分开发为城市建设用地。
以上两类用地即为城市建设用地来源,其规模最终确定关键在于合理确定生态低敏感区开发强度。
生态低敏感区开发强度,即控制与选择部分生态价值相对较低(如林相较差、植被覆盖度低)、坡度较平缓、高程较适宜的区域纳入到城市拓展的发展空间,测算出城市建设用地规模。
考虑开发弹性和选择性需要,对生态低敏感区可设定不同开发强度,各开发强度的设定既要考虑区域生态环境现状和城市发展对于生态环境的保护,还应参考同类型地区做法和地区城市规划管理中的实际经验,并进行实地考察与验证,最终确定各情景下对生态低敏感区的开发强度。
在上述分析基础上,进一步考虑城市建设的空间特征确定实际可用于城市建设的用地规模和区域。
由于生态敏感性评价图实质为非连续性、随机性栅格数据矩阵,生态低敏感区既会成片出现,也会呈现零星分布的小斑块,其中部分斑块与生态敏感区交错布局,这些小斑块虽满足建设指标性要求,但不符合城市集中建设空间要求,在测算城市建设用地时应将这些零星分布的斑块删除,将较集中成片的区域作为城市建设用地。
3.3结论阶段
结论阶段包括人均建设用地指标确定、土地资源承载力分析及城市建设建议和引导。
3.3.1人均建设用地指标确定
人均建设用地指标确定可参考国内外相关标准、规范,如根据国际相关研究成果,城市中满足人类生存发展和享受的土地需求为人均140~200m2(包括交通、居住、绿化以及日常生活等)。
在国内,依据《城市用地分类与规划建设用地标准GBJ137-90》,城镇人均建设用地指标控制为60~120m2。
以外,还应结合当地自然环境特点和社会经济发展实情;考虑当地土地利用的相关要求和规定。
3.3.2城市人口容量测算
人口容量作为土地资源承载力的表现形式和载体,能客观反映区域土地资源在一定生产条件下的供养能力和一定生活水平下所允许的城市发展规模,而根据城市建设用地规模与人均建设用地指标,可估算出城市用地空间可承载人口规模。
3.3.3城市建设建议和引导
当前国家正大力推行节约集约用地方针,并逐步将节约集约用地的要求落实到各级政府决策和各项建设中。
城市建设开发强度和人均建设用地指标作为实现节约集约用地的重要指标和控制因素,对其合理确定既是贯彻落实节约集约用地方针的关键,更是实现区域土地资源可持续利用核心。
4案例研究——以湖北恩施为例
恩施作为湖北省典型的山地城市,在社会经济高速发展和加快城镇化进程的同时,经济发展与脆弱生态环境的维育、城市的发展与土地资源的集约利用之间存在着突出矛盾,而土地资源承载力研究则是解决该矛盾的关键和渠道。
现将以上提出的方法应用到恩施城市规模研究中,进行方法的实例论证。
4.1背景资料
恩施市地处湘、鄂、渝、黔交汇处的鄂西南,属于我国云贵高原东延部分,是一个以山地为主,峡谷、丘陵兼有的山区,平均海拔800m左右,800m至2000m以上的高山区占70%,市区周围用地高程则在海拔400m左右,处于我国地形第二级阶梯末端。
恩施市地跨北纬29°50′~30°29′,东经109°04′~109°58′,市域东西距离86.5km,南北长90.2km,总面积3967km2。
现状恩施市中心城区由舞阳坝、六角亭、小渡船等三个街道办事处和龙凤镇区组成,另设置有两个经济开发区,恩施市2008年户籍总人口为79.7万人,市区总人口为26.3万人,城镇化水平为33.0%,中心城区人口密度为107.3人/公顷。
4.2评价范围确定
为客观评价城区未来城市发展限度和方向,此次研究范围以恩施城区行政区划界限为基础,南至六角亭办事处长堰塘村,北至龙凤镇三龙坝,西至屯堡乡,东至舞阳坝核桃坝村,研究面积为600平方公里。
4.3基础资料
最新恩施Landsat7ETM遥感数据,1∶1000地形图数据,区域内龙洞河风景区、凤凰山森林公园、五峰山风景旅游区等重要保护区域界限及大龙潭水源保护区范围。
遥感分析软件为美国ERDAS公司的ERDASIMAGINE9.2;地理信息系统为美国ESRI公司的ArcGIS9.3和ArcViewGIS3.3。
4.4评价指标体系
本文主要针对地形特征、生态环境现状,选用对恩施城区开发建设影响较大的五个自然生态因素,即植被覆盖度、坡度、高程、地表水和特殊价值区域,作为生态敏感性分析的关键因素,通过层次分析法(AHP)得到各生态因子分级标准及权重,见表1。
表1生态敏感度因子分级标准及权重
编码
评价因子
属性分级
分值
权重
1
植被覆盖度
植被覆盖度高(>60%)
5
0.30
植被覆盖度中(>30%且<60%)
3
植被覆盖度低(<30%)
1
2
坡度
0%~10%
1
0.15
10%~20%
2
20%~35%
3
大于35%
5
3
高程
362~420
3
0.20
420~550
1
550~650
3
大于650
5
4
地表水保护范围
大龙潭饮用水源区及陆域300米缓冲区
7
0.15
大龙潭饮用水源区陆域300-600米缓冲区
5
大龙潭饮用水源区陆域600-1200米缓冲区
3
其余城区饮用水源区及陆域200米缓冲区
5
其余城区饮用水源区陆域200-500米缓冲区
3
其余城区饮用水源区陆域500-1000米缓冲区
2
饮用水源区之外区域
1
其余河流及陆域100缓冲区
2
5
重点保护对象
旅游景点
5
0.20
一般用地
1
4.5生态敏感性评价
4.5.1单因子评价图
按照前述技术路线,根据已有基础数据及已确定的评价指标体系,可得出标准化单因子评价图。
图3各单因子评价图
4.5.2生态敏感性评价图
在ArcGIS中进行单因素图加权叠加、聚类,得出生态敏感性指数分布图。
结合现状用地特征及专家咨询法,将其评价区域划分为四类生态敏感区,分别为生态最敏感区、生态高敏感区、生态低敏感区和生态非敏感区,在ArcGIS中进行重分类运算(Reclassify)得到恩施城区生态敏感综合评价图如下。
图4方法原理演示
图5恩施城区生态敏感综合评价图
其中,各类型生态敏感区域占地面积和比例情况如下:
表2生态敏感性分区面积及比重
分区类别
面积/Km2
比例/%
生态最敏感区
38.13
6.35
生态高敏感区
303.07
50.51
生态低敏感区
215.54
35.92
生态非敏感区
43.26
7.21
合计
600
100.00
将生态最敏感区及生态高敏感区归为一类,最终的评价区域划分为:
生态敏感区、生态低敏感区和生态非敏感区。
其中,生态敏感区主要指大龙潭库区及城区周边高程较高、坡度较大及体量较大的山体及风景名胜区。
经GIS面积统计,评价范围内的生态敏感区面积约341.20平方公里,占全区面积的57%左右;生态低敏感区植被覆盖度一般,经现状调查,植被林相较差,多以灌木林地及农作物为主。
经GIS面积统计,评价范围内生态低敏感区的总面积约215.54平方公里,占全区面积的35.92%左右;生态非敏感区主要包括城市建成区及周边地形条件适宜开发建设的区域,对于这些区域可承受各种开发建设,土地可作多种用途开发,环境对人工破坏或干扰的调控能力很强,自动恢复快。
经GIS面积统计,生态非敏感区总面积约43.26平方公里,占全区面积的7.21%左右。
具体包括:
城区现状建设用地、周边较集中的村落片区及适宜开发的建设用地。
4.6土地资源承载力分析结论
考虑到恩施城区生态环境现状和城市发展对于生态环境的保护要求,同时结合实地考察与验证,并参考类似山地城市做法,设定高、中、低三种开发建设情景,并确定各情景下对于生态低敏感区的开发强度为25%、30%及35%。
图6与地名对应的生态敏感性分区评价图
考虑用地限制性条件和城市集中建设要求,去除图中离散的小斑块,得出生态低敏感区中实际适宜城市建设用地面积为102.4km2,主要分布在高桥坝至黄土坎村、龙凤镇、金子坝。
则恩施城区实际城市建设用地面积如下:
表3各情景下的城市建设用地测算
城市建设用地类型
面积(平方公里)
低方案
中方案
高方案
开发强度(%)
可开发面积
开发强度(%)
可开发面积
开发强度(%)
可开发面积
生态低敏感区
102.4
25
25.6
30
30.72
35
35.84
生态非敏感区
43.26
100
43.26
100
43.26
100
43.26
合计
145.66
65
68.86
70
73.98
80
79.10
根据《城市用地分类与规划建设用地标准》和恩施市土地利用总体规划,确定人均建设用地指标为83—100m2/人。
同样设定低、中、高三种情景后,粗略推算出恩施城区研究范围可承载实际人口容量,如下表所示。
表4土地资源承载力分析结论
总面积
(km2)
开发方案
城市建设用地面积(km2)
土地承载力(人口:
万)
83m2/人
100m2/人
计算结果
600
低方案
68.86
82.96
68.86
600
中方案
73.98
89.13
73.98
600
高方案
79.1
95.30
79.10
考虑既要保护恩施独特的生态环境,又要为城市发展提供空间,恩施城区建设用地开发规模建议采取中方案,即开发用地面积不大于73.98km2,人均建设用地指标控制不超过100m2/人,相应土地资源承载力不大于74万人。
土地资源是决定恩施城区人口承载能力的重要因素,节约集约用地是提高人口承载能力的关键,通过适当提高土地开发强度、适度降低人均用地指标可进一步满足城市未来发展需求。
5 结论与讨论
土地资源承载力分析方法引入生态敏感性评价概念,通过构建恰当的评价指标体系,科学、合理地确定区域各生态敏感性分区,进而为城市建设用地选择和规模确定提供科学、合理的支撑,提高了土地资源承载力落实于空间的科学性和综合性。
笔者以恩施为例,运用该方法测算其城市建设用地规模,并在此基础上提出了区域适宜的人口规模。
在评价过程中,利用高分辨率、现势性好的遥感影像提取现状地物,保证了评价结果的准确度。
其评价方法、过程和结果为城市发展用地的科学评价提供了有效的方法和模式,对城市用地规划和评价有借鉴意义。
相对于传统研究方法和分析手段,基于生态敏感性分析、RS和GIS软件分析平台的土地资源承载力研究方法将地面信息的获取、数值计算和空间数据的处理有机结合,能够简单、直观、方便和快速地实现定量分析,并提供科学的合理的结论。
但该方法在实际应用中,仍有一些问题需要注意。
首先,数据资料的获取是本方法应用的制约因素,一些重要的分析因子数据将在很大程度上影响评价结果的科学性;其次,由于区域生态差异性和评价侧重点不同,在建立评价指标体系时需综合考虑影响城市建设用地的自然、社会、生态等因素,遵循“生态优先”原则;再次,确定生态因子权重所采用的层次分析法具有一定的局限性,受主观认识影响较大;生态低敏感区的土地开发强度和人均建设用地指标选取需从生态敏感性的视角、以保护生态用地为前提、理论结合实际合理确定;最后,区域发展规模或人口容量除了受到土地资源的支撑外,还受到其他自然资源的支撑,区域环境容量的制约,及社会经济发展的程度、国家或地区的政策引导等很多因素的综合影响,只有把各种资源和因素结合起来综合考虑,进行社会——经济——生态复合系统的综合承载能力研究,才能更加符合实际情况。
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