GIS支持下的錦州葫蘆島沿海土地生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)

蘇 雷，朱京海，傅立群，胡遠(yuǎn)滿(mǎn)，劉 淼

（1.中國(guó)科學(xué)院 沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所 森林與土壤生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng)110016；2.遼寧省葫蘆島市建委 遼寧 葫蘆島125001；3.遼寧省環(huán)保廳 沈陽(yáng)110033）

聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）于1993年出版的《土地利用規(guī)劃指南》中指出，土地適宜性評(píng)價(jià)是土地利用規(guī)劃的重點(diǎn)，是土地合理利用的基礎(chǔ)工作［1］。我國(guó)現(xiàn)階段已進(jìn)入轉(zhuǎn)型發(fā)展時(shí)期，一方面，未來(lái)20 a我國(guó)城鎮(zhèn)化將繼續(xù)保持穩(wěn)健發(fā)展的態(tài)勢(shì)；另一方面，人地矛盾日益突出，水資源緊缺、生態(tài)環(huán)境污染等各類(lèi)問(wèn)題凸顯［2］。在此背景下，土地適宜性評(píng)價(jià)的應(yīng)用領(lǐng)域逐步拓展，目前主要包括以下五類(lèi)：一是土地利用規(guī)劃［3］、區(qū)域規(guī)劃［4］及景觀(guān)規(guī)劃［5］，二是農(nóng)業(yè)用地的評(píng)價(jià)［6］，三是城市建設(shè)用地的評(píng)價(jià)［7－8］，四是自然保護(hù)區(qū)或旅游區(qū)用地的評(píng)價(jià)［9］，五是項(xiàng)目選址以及環(huán)境影響評(píng)價(jià)［10］。近年來(lái)，隨著3S技術(shù)的不斷發(fā)展，土地適宜性評(píng)價(jià)從單一的評(píng)價(jià)體系發(fā)展成多種新的評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)因子也呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、行為等因素的引入使得評(píng)價(jià)所考慮的因素更為全面［11］。不斷完善的評(píng)價(jià)體系可以為城市規(guī)劃的用地發(fā)展策略、功能布局、生態(tài)功能分區(qū)、資源保護(hù)、景觀(guān)規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)［12］?；趯?duì)不同的土地利用內(nèi)涵與應(yīng)用方式的理解，土地適宜性評(píng)價(jià)形式不同。通過(guò)適宜性評(píng)價(jià)可解決位置選取和位置搜索兩方面問(wèn)題。位置選取是指某種土地利用候選區(qū)域情況是確定的，目的在于確定最適合的特定位置，對(duì)各個(gè)候選區(qū)域進(jìn)行分級(jí)評(píng)估。如果沒(méi)有候選區(qū)域的范圍位置信息，需采取一定的方法確定評(píng)價(jià)單元，然后進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究目的在于確定適合位置的邊界［13］。本文的適宜性評(píng)價(jià)主要是解決位置選取問(wèn)題。

1 區(qū)域概況與數(shù)據(jù)處理

1.1 區(qū)域概況

錦州葫蘆島沿海地區(qū)包括錦州市區(qū)、葫蘆島市區(qū)、興城市和凌海市4個(gè)城市（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“錦葫沿海地區(qū)”），行政范圍面積為7 847.6 k m2，沿海岸線(xiàn)呈帶狀分布，地 理 坐 標(biāo) 介 于 北 緯 39°59′—41°26′，東 經(jīng)119°12′—121°45′。該區(qū)域地處遼西走廊，瀕臨渤海遼東灣，是東北亞經(jīng)濟(jì)圈、京津冀經(jīng)濟(jì)圈和環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈三圈的交匯處，是溝通關(guān)內(nèi)外、聯(lián)結(jié)東北與華北的黃金通道。錦葫沿海地區(qū)屬于溫帶季風(fēng)性氣候，地勢(shì)連綿起伏，地貌類(lèi)型齊全，既是“城市熱點(diǎn)區(qū)域”，又是“生態(tài)敏感區(qū)域”［14］。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)采用的數(shù)據(jù)資料及主要用途見(jiàn)表1，在對(duì)Landsat ET M遙感影像進(jìn)行校正、配準(zhǔn)以及目視解譯的基礎(chǔ)上，獲得了景觀(guān)類(lèi)型圖、交通用地等影響因子數(shù)據(jù)。在對(duì)影像進(jìn)行多波段融合、校正、配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用ERDAS獲得歸一化植被指數(shù)（NDVI）的柵格數(shù)據(jù)。

表1 數(shù)據(jù)來(lái)源及主要用途

2 評(píng)價(jià)方法

本文采用數(shù)學(xué)概念中的多準(zhǔn)則多目標(biāo)評(píng)價(jià)進(jìn)行生態(tài)適宜性分析，通俗的理解為多因子權(quán)重疊加。在適宜性分析中，影響因子的選擇、標(biāo)準(zhǔn)化、權(quán)重的確定以及如何將GIS和決策過(guò)程相結(jié)合，是評(píng)價(jià)方法得當(dāng)?shù)年P(guān)鍵［15］。評(píng)價(jià)過(guò)程具體分以下幾個(gè)步驟：影響因子選擇、因子評(píng)分、權(quán)重確定、綜合評(píng)價(jià)、構(gòu)建生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)模型。

生態(tài)適宜性的基本表達(dá)式為：

式中：S——生態(tài)適宜性等級(jí)；xi（i＝1，2，3，…，n）——用于評(píng)價(jià)的一組變量。目前常用的基本模型是權(quán)重修正法：

式中：S——生態(tài)適宜性等級(jí)；Xi——變量值；Wi——權(quán)重，i＝1，2，3，…，n。

采用公式（2）進(jìn)行生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)的最大缺點(diǎn)是每個(gè)變量對(duì)于生態(tài)適宜性的貢獻(xiàn)是十分復(fù)雜的，有些因素對(duì)某種土地利用構(gòu)成絕對(duì)限制，有些則構(gòu)成發(fā)展?jié)摿?，因此也可以把生態(tài)適宜性理解為生態(tài)潛力扣除生態(tài)限制性的剩余。

3 評(píng)價(jià)過(guò)程

3.1 影響因子選取

影響土地生態(tài)適宜性的因素眾多，本研究在進(jìn)行生態(tài)調(diào)研、相關(guān)圖件以及文本資料收集的基礎(chǔ)上，在有關(guān)專(zhuān)家的指導(dǎo)下選取了對(duì)土地的適宜性影響大、穩(wěn)定性強(qiáng)并且能夠確切地反映土地區(qū)域性的內(nèi)在差異特征的主導(dǎo)因子，它們主要包括地形因子、水域因子、交通因子、城鎮(zhèn)吸引力、海岸線(xiàn)距離和現(xiàn)狀因子。

（1）地形因子。高程：海拔高度對(duì)建設(shè)用地有限制作用。錦葫沿海地區(qū)包括低山丘陵、丘陵漫崗、沿海平原等基本地貌單元。進(jìn)行建設(shè)用地生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)時(shí)，需要對(duì)地勢(shì)進(jìn)行分析，從高程出發(fā)選取適合城市建設(shè)的用地。與此同時(shí)，高程也是景觀(guān)價(jià)值評(píng)價(jià)需要考慮的因素之一。應(yīng)用DEM數(shù)據(jù)提取出研究區(qū)內(nèi)最高高程為875 m，最低高程為0 m，即海平面。坡度：一般坡度較大的區(qū)域穩(wěn)定性較差，容易造成各種地質(zhì)災(zāi)害，不適宜進(jìn)行建設(shè)，對(duì)工程技術(shù)性要求也越高，是影響建設(shè)投資、開(kāi)發(fā)強(qiáng)度的重要控制指標(biāo)之一。錦葫沿海地區(qū)總體呈現(xiàn)西北高、東南低的地形，坡度在0%～62.32%之間。

（2）水域因子。城市的發(fā)展需要大量的水資源支撐，而錦葫沿海地區(qū)水資源分布不均勻，局部地區(qū)水資源比較匱乏，水源地的保護(hù)已成當(dāng)務(wù)之急。錦葫沿海地區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展還急需新建水源地；河流是區(qū)域的血脈，在改善區(qū)域景觀(guān)質(zhì)量、維持正常水循環(huán)等方面發(fā)揮著重要作用。河流廊道不僅能維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡，還是區(qū)域生態(tài)格局安全的重要廊道。因此，水域的合理利用與保護(hù)對(duì)錦葫沿海地區(qū)景觀(guān)生態(tài)格局的穩(wěn)定性與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。本研究將水域因子劃分為一級(jí)河流緩沖區(qū)、二級(jí)河流緩沖區(qū)和水源地保護(hù)三個(gè)層面。

（3）交通因子。交通線(xiàn)路對(duì)城鎮(zhèn)建設(shè)的導(dǎo)向性很強(qiáng)，交通可達(dá)性強(qiáng)、便捷度高的區(qū)位比其他地方更容易轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)。用地道路分布直接影響交通的便利性，離道路越近的地方，建設(shè)適宜性越高。本研究將交通區(qū)位分為公路交通和鐵路交通兩部分進(jìn)行分析。

（4）城鎮(zhèn)吸引力。由于集聚效應(yīng)的作用，已建成的區(qū)域更具有內(nèi)在的不斷拓展的動(dòng)力機(jī)制，因而已有建成區(qū)周?chē)耐恋鼐哂袃?yōu)先發(fā)展的優(yōu)勢(shì)和條件。該影響要素從城鎮(zhèn)建成區(qū)的距離和農(nóng)村居民點(diǎn)距離兩個(gè)層面考慮。

（5）海岸線(xiàn)距離。美麗的大海和優(yōu)美的海岸線(xiàn)是錦葫沿海地區(qū)的靈魂所在、優(yōu)勢(shì)所在，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)保護(hù)、合理利用是關(guān)系區(qū)域長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的重大問(wèn)題。沿海城市的發(fā)展與海洋的關(guān)系密不可分，建設(shè)用地應(yīng)該避免選在海陸交錯(cuò)帶區(qū)位上。由于海陸交錯(cuò)帶生物多樣性豐富，且屬于生態(tài)敏感區(qū)域，一旦破壞很難修復(fù)，因此，建設(shè)用地的適宜區(qū)位應(yīng)在海岸帶控制線(xiàn)以外。

（6）現(xiàn)狀因子。土地利用類(lèi)型是建設(shè)用地開(kāi)發(fā)的背景因素?，F(xiàn)有土地利用方式直接決定著土地開(kāi)發(fā)的生態(tài)適宜性。國(guó)家對(duì)土地各類(lèi)用地的相關(guān)規(guī)定、要求直接決定了是否適宜開(kāi)發(fā)建設(shè)，因此現(xiàn)狀因子也是影響土地生態(tài)適宜性的主要因素。

3.2 評(píng)價(jià)體系的建立

采用特德?tīng)柗品ù_定單因子敏感度的評(píng)價(jià)值，一般分3級(jí)，用5，3，1代表生態(tài)敏感性的高低，對(duì)于劃分等級(jí)較多的因子，可采用4、2作為中值確定基礎(chǔ)因子后，針對(duì)各個(gè)基礎(chǔ)因子的原始信息進(jìn)行等級(jí)化、數(shù)量化評(píng)價(jià)。通過(guò)土地生態(tài)調(diào)查，明確目前的土地狀況，采用專(zhuān)家打分法確定各影響因子的權(quán)重，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表2所示。

4 結(jié)果與分析

4.1 單因子評(píng)價(jià)

以Arc GIS 9.0為平臺(tái)，建立GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)后，進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)，形成單因子適宜性評(píng)價(jià)圖（圖1）。在評(píng)價(jià)圖形成的過(guò)程中，數(shù)據(jù)是以柵格的形式表示的，各柵格有其單獨(dú)的屬性值，因此，評(píng)價(jià)結(jié)果既可以通過(guò)圖中顏色的深淺表示，也可以通過(guò)多個(gè)柵格數(shù)據(jù)屬性的綜合分布狀況，得到適宜性值的分布范圍。

4.2 綜合評(píng)價(jià)

對(duì)各單因子評(píng)價(jià)圖進(jìn)行加權(quán)疊加，生成多因素綜合評(píng)價(jià)圖，評(píng)價(jià)土地利用發(fā)展的生態(tài)適宜性，得出錦葫沿海地區(qū)土地利用發(fā)展用地綜合評(píng)價(jià)值S在2.14～4.86之間變化（圖1l）。

在圖1l的基礎(chǔ)上制作各適宜類(lèi)評(píng)價(jià)單元加權(quán)綜合指數(shù)和出現(xiàn)頻數(shù)分布直方圖，根據(jù)各適宜類(lèi)直方圖中的加權(quán)指數(shù)和在空間上的聚散和分布規(guī)律，確定各評(píng)價(jià)單元的土地生態(tài)適宜性，劃分不同類(lèi)別適宜區(qū)范圍。本文以確?，F(xiàn)狀景觀(guān)基本在該景觀(guān)類(lèi)型適宜區(qū)范圍內(nèi)為原則，將錦葫沿海地區(qū)的土地綜合生態(tài)適宜區(qū)劃分為五類(lèi)，每類(lèi)綜合指數(shù)S的數(shù)值范圍為：

4.14 ＜S≤4.86Ⅰ類(lèi)適宜區(qū)：適宜發(fā)展建設(shè)用地

3.56 ＜S≤4.14Ⅱ類(lèi)適宜區(qū)：適宜耕地建設(shè)

3.24 ＜S≤3.56Ⅲ類(lèi)適宜區(qū)：適宜草地建設(shè)

2.66 ＜S≤3.24Ⅳ類(lèi)適宜區(qū)；適宜林地、園地建設(shè)

2.14 ＜S≤2.66Ⅴ類(lèi)適宜區(qū)：適宜水域及其他用地

依據(jù)以上分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將生態(tài)適宜性綜合評(píng)價(jià)圖（圖1l）在GIS平臺(tái)下重新分類(lèi)，得到各類(lèi)適宜用地的分布圖（附圖7）。

表2 生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)因子等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

為保持錦葫沿海地區(qū)的土地生態(tài)環(huán)境平衡，建立區(qū)域景觀(guān)格局優(yōu)化模式，從生態(tài)學(xué)角度來(lái)分析錦葫沿海地區(qū)土地生態(tài)適宜性及最佳生態(tài)適宜性利用模式：

Ⅰ類(lèi)適宜區(qū)，適宜發(fā)展城市建設(shè)用地，面積約為161 439.3 h m2，主要分布在海岸線(xiàn)邊緣地帶（陸地區(qū)域）、公路交通沿線(xiàn)及原有的建設(shè)用地周邊區(qū)域。將Ⅰ類(lèi)適宜區(qū)的分布與2010年錦葫沿海地區(qū)建設(shè)用地進(jìn)行對(duì)比可以看出：錦州港與葫蘆島港區(qū)將是城市擴(kuò)展的熱點(diǎn)，除此之外，興城市海岸線(xiàn)邊緣地帶也比較適宜發(fā)展為建設(shè)用地。

圖1 單因子適宜性評(píng)價(jià)及生態(tài)適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

Ⅱ類(lèi)適宜區(qū)，面積約為290 081.79 h m2，適宜耕地，主要集中在凌海市東北和西南的丘陵漫崗和中南部的平原地區(qū)、葫蘆島市連山區(qū)東南部的平原地區(qū)和興城市東南部的沿海平原地區(qū)。

Ⅲ類(lèi)適宜區(qū)，面積約為52 438.68 h m2，集中分布在錦葫沿海地區(qū)西北方向的低山丘陵區(qū)，坡度主要在5%～20%之間，該適宜區(qū)多為土層淺薄、肥力低下的棕壤土，適宜恢復(fù)牧草地建設(shè)。

Ⅳ類(lèi)適宜區(qū)，面積約為266 589.18 h m2，適宜發(fā)展園地和林地，主要分布在海岸線(xiàn)邊緣（靠近海洋一側(cè)）及西北方向的山地丘陵地區(qū)。錦州港與葫蘆島港以工業(yè)發(fā)展為主，工業(yè)污水超標(biāo)排放，對(duì)海洋環(huán)境已造成了一定的污染破壞；其他海岸帶地區(qū)主要發(fā)展海水養(yǎng)殖、特色濱海旅游和原生沙質(zhì)海岸保護(hù)區(qū)，因此構(gòu)建海岸帶防護(hù)林帶非常必要。

Ⅴ類(lèi)適宜區(qū)，面積約為80 731.53 h m2，主要適宜水域及其他用地，該區(qū)域也是最不適宜城市開(kāi)發(fā)建設(shè)的區(qū)域。

5 結(jié)論與討論

將適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果與《遼寧省土地利用總體規(guī)劃（2006—2020）》中該區(qū)域的各類(lèi)土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)該評(píng)價(jià)結(jié)果在建設(shè)用地、耕地、園地和林地的指標(biāo)上有較大富余，主要是由于進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)時(shí)考慮了海陸全域空間，因此土地總量上會(huì)有所增加，填海造地仍將是錦葫地區(qū)的發(fā)展趨勢(shì)；結(jié)合適宜用地分布圖（附圖7）可以看出，向海岸帶延伸的景觀(guān)類(lèi)型主要包括建設(shè)用地和園地、林地，海岸帶地區(qū)適宜生態(tài)敏感帶林地的建設(shè)，構(gòu)建沿海生態(tài)綠色廊道，協(xié)調(diào)建設(shè)用地與生態(tài)保護(hù)林地的空間布局有助于構(gòu)建生態(tài)安全格局。

本研究對(duì)錦葫沿海地區(qū)的自然環(huán)境特征、土地資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀、環(huán)境保護(hù)總體規(guī)劃、生態(tài)保護(hù)與建設(shè)需求等一系列因素進(jìn)行系統(tǒng)地分析，篩選一定的生態(tài)因子對(duì)土地進(jìn)行生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)，考慮到區(qū)域內(nèi)各種自然生態(tài)景觀(guān)資源和各生態(tài)要素之間的關(guān)系、區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和發(fā)展，來(lái)劃定土地生態(tài)適宜性分區(qū)，并確定各類(lèi)型區(qū)域的土地用途。生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)有利于從開(kāi)發(fā)建設(shè)的根源上控制和減少人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的不利影響，促進(jìn)城市建設(shè)和生態(tài)建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。該評(píng)價(jià)結(jié)果可為土地利用規(guī)劃、區(qū)域規(guī)劃等提供決策輔助，同時(shí)需進(jìn)一步融合城市規(guī)劃、景觀(guān)生態(tài)學(xué)、城市生態(tài)學(xué)等相關(guān)知識(shí)，為景觀(guān)格局空間優(yōu)化奠定基礎(chǔ)，如在此基礎(chǔ)上可以開(kāi)展城鎮(zhèn)空間發(fā)展布局、構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局、綠色空間規(guī)劃等工作。

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