基于生態(tài)價(jià)值優(yōu)先的土地適宜性評(píng)價(jià)——以銀川市七子連湖濕地公園為例

馬 泉，任曉娟

(1.國家測(cè)繪地理信息局第一航測(cè)遙感院，陜西西安 710054；2.西安建筑科技大學(xué)，陜西西安 710055)

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基于生態(tài)價(jià)值優(yōu)先的土地適宜性評(píng)價(jià)
——以銀川市七子連湖濕地公園為例

馬 泉1，任曉娟2

(1.國家測(cè)繪地理信息局第一航測(cè)遙感院，陜西西安 710054；2.西安建筑科技大學(xué)，陜西西安 710055)

摘要土地適宜性評(píng)價(jià)是土地合理利用的重要依據(jù)，可以為土地利用規(guī)劃提供科學(xué)合理的決策輔助。該研究以土地利用規(guī)劃為背景，以銀川市七子連湖濕地區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，基于土地利用現(xiàn)狀和生態(tài)價(jià)值量現(xiàn)狀等資料，建立了生態(tài)價(jià)值優(yōu)先的土地適宜性評(píng)價(jià)體系，并綜合地理信息系統(tǒng)、遙感等學(xué)科技術(shù)對(duì)研究區(qū)域內(nèi)各評(píng)價(jià)單元分別進(jìn)行了單因子和多因子綜合的評(píng)價(jià)應(yīng)用，得到了七子連湖濕地區(qū)域的土地適宜開發(fā)程度分級(jí)量化成果，分為禁止開發(fā)區(qū)、限制開發(fā)區(qū)、適度開發(fā)區(qū)、優(yōu)先開發(fā)區(qū)，為后續(xù)城市規(guī)劃中的土地利用和空間配置提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞地理信息系統(tǒng)；土地適宜性評(píng)價(jià)；濕地；生態(tài)價(jià)值；城市規(guī)劃

Land Suitability Evaluation Based on Priority of Ecological Value—A Case Study on Seven Lake Wetland, Yinchuan City

MA Quan1, REN Xiao-juan2(1. The First Institute of Photogrammetry and Remote Sensing, NASG, Xi’an, Shaanxi 710054; 2. Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an, Shaanxi 710055)

AbstractLand suitability evaluation is an important basis for the rational land use, it can provide scientific and rational decision aids for land use planning. Under the background of application of land use planning, with Seven Lake Wetland in Yinchuan City as research object, based on land use status and ecological value, the land suitability evaluation system was established based on priority of ecological value. The single factor and multi factor comprehensive evaluation was carried out on each assessment unit in the study area by using GIS and remote sensing technology, the grading quantitative results of land suitability development degree of Seven Lake Wetland were obtained including prohibited development zone, restricted development zone, moderate development zone and priority development zone, which will provide corresponding reference for future land use and spatial distribution in city planning.

Key wordsGeographic Information Systems; Land suitability evaluation; Wetlands; Ecological value; Urban planning

在我國現(xiàn)階段，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，人地之間的矛盾日益突出，如何科學(xué)合理地進(jìn)行土地利用規(guī)劃決策并引導(dǎo)城市有序健康發(fā)展，是城市土地利用學(xué)科需要不斷探索攻克的重要課題。土地適宜性評(píng)價(jià)是土地合理利用的重要階段之一，F(xiàn)AO在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)可稱之為技術(shù)導(dǎo)向的土地利用規(guī)劃階段”[1]。廣義的土地適宜性評(píng)價(jià)就是根據(jù)土地的自然、生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性等，研究土地對(duì)某一現(xiàn)狀用途或預(yù)定用途的適宜程度，并對(duì)其適宜程度做出等級(jí)評(píng)定的科學(xué)研究體系[2]。筆者以《銀川市七子連湖濕地公園概念規(guī)劃》中的土地利用規(guī)劃為背景，以銀川市七子連湖濕地公園為研究對(duì)象，以其土地利用現(xiàn)狀為基礎(chǔ)、現(xiàn)狀生態(tài)價(jià)值量為前提，以提高規(guī)劃區(qū)20%的生態(tài)價(jià)值量為規(guī)劃目標(biāo)，綜合應(yīng)用遙感、地理信息系統(tǒng)、層次分析法等技術(shù)手段對(duì)研究區(qū)域的土地適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為后續(xù)的城市規(guī)劃建設(shè)工作提供科學(xué)參考。

1數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1研究區(qū)概況銀川市是寧夏回族自治區(qū)首府，境內(nèi)溝渠成網(wǎng)，湖泊濕地眾多，素有“塞上湖城”的美譽(yù)，城市生態(tài)環(huán)境優(yōu)美。七子連湖濕地公園位于寧夏銀川市金鳳區(qū)，用地面積約606.4 hm2。公園地形平坦，土地利用現(xiàn)狀以農(nóng)田、河流、濕地為主，植物景觀主要為楊樹、蘆葦蕩及農(nóng)田；交通條件方面，場(chǎng)地內(nèi)部主要道路有穿區(qū)而過的六盤山路、西邊的正源南街和南邊的南繞城公路，其余城市道路均未成形。

依據(jù)《銀川市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》，未來銀川市將以“生態(tài)文明”為理念，創(chuàng)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的“國家生態(tài)園林城市”，具體按照“東治沙、中理水、西護(hù)山”的思路，加大對(duì)水源、土地、森林、濕地和草原等自然生態(tài)資源的保護(hù)力度。因此，基于生態(tài)價(jià)值優(yōu)先的七子連湖濕地公園土地適宜性評(píng)價(jià)，是與銀川市城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)整體發(fā)展戰(zhàn)略相一致的，可以為編制基地概念性規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

1.2生態(tài)價(jià)值量評(píng)判該研究結(jié)合Costanza 1997年創(chuàng)建的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估方法和謝高地等[3]研究得出的“中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表”(表1)這兩項(xiàng)研究成果，把不同的土地利用類型轉(zhuǎn)化成相同尺度的定量指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的可比性。按照公式(1)和表1中的參數(shù)，對(duì)七子連湖濕地公園規(guī)劃前后研究區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)數(shù)量變化引發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值變化量進(jìn)行了計(jì)算。規(guī)劃前后的生態(tài)價(jià)值量見表2。

ESV=∑Pi×Ai

(1)

式中，ESV是研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值(元)；Pi為單位面積上土地利用類型i的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值(元/hm2)；Ai為研究區(qū)內(nèi)土地利用類型i的面積(hm2)。

對(duì)比七子連湖濕地公園規(guī)劃前后的生態(tài)價(jià)值量可知，在改變規(guī)劃區(qū)用地結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，主要是將生態(tài)價(jià)值量較低的農(nóng)田和荒地轉(zhuǎn)換為其他生態(tài)價(jià)值量較高的用地類型，同時(shí)可以相應(yīng)地將公園公共服務(wù)設(shè)施用地面積增大，以實(shí)現(xiàn)提高規(guī)劃區(qū)20%以上生態(tài)價(jià)值量的目標(biāo)。

1.3評(píng)價(jià)方法體系土地適宜性評(píng)價(jià)的步驟一般為：選擇評(píng)價(jià)對(duì)象、確定評(píng)價(jià)單元、選取評(píng)價(jià)因子、評(píng)價(jià)因子量化分級(jí)、權(quán)重的確定、單因子評(píng)價(jià)和多因子綜合評(píng)價(jià)等[4]。針對(duì)研究區(qū)域的特點(diǎn)，需要對(duì)各評(píng)價(jià)步驟進(jìn)行分析細(xì)化，結(jié)合實(shí)際情況建立最佳的適宜性評(píng)價(jià)方法體系。

表1　中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值

表2　規(guī)劃區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值規(guī)劃前后對(duì)照

1.3.1確定評(píng)價(jià)對(duì)象。由于該研究是七子連湖濕地公園進(jìn)行修建性規(guī)劃的前期準(zhǔn)備和重要組成部分，因此土地適宜性評(píng)價(jià)的研究對(duì)象是整個(gè)濕地區(qū)域。

1.3.2選定評(píng)價(jià)單元。土地評(píng)價(jià)單元是土地評(píng)價(jià)對(duì)象的最小單位，是指由土地構(gòu)成因素組成的綜合體，在實(shí)地一般是性質(zhì)均一的單元。土地評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐值囊话惴椒ㄓ械貕K法、網(wǎng)格法、疊置法和多邊形法等。該研究采用疊置法確定評(píng)價(jià)單元，即將相同比例尺的土地利用現(xiàn)狀圖與地形圖進(jìn)行疊置，形成封閉的土地評(píng)價(jià)單元，并且基本保證每一個(gè)土地評(píng)價(jià)單元內(nèi)用地類型趨于一致，同時(shí)相鄰單元間存在較顯著的差異。

圖1　土地適宜性評(píng)價(jià)因子結(jié)構(gòu)Fig.1　Structure of land suitability evaluation factors

1.3.3建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。結(jié)合七子連湖濕地區(qū)域的現(xiàn)狀特點(diǎn)，選定影響土地適宜性的自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)3方面因素進(jìn)行評(píng)價(jià)。雖然每一種評(píng)價(jià)因子都包括若干項(xiàng)評(píng)價(jià)子因子，但在此次實(shí)踐研究中只需選取對(duì)土地利用適宜性具有重大影響力的子因子即可。首先將影響土地適宜性評(píng)價(jià)的因素定性化，建立影響因素的層次結(jié)構(gòu)(圖1)，其中土地適宜性評(píng)價(jià)是目標(biāo)層(A)，生態(tài)因素、社會(huì)因素、經(jīng)濟(jì)因素等是一類評(píng)價(jià)因子(B)，與河流距離、植被多樣性、生物多樣性等均是二類評(píng)價(jià)因子(C)。生態(tài)評(píng)價(jià)因子的選擇主要以自然因素為主并考慮生態(tài)價(jià)值量的大小而賦值；社會(huì)因素方面主要考慮濕地區(qū)域所具有的社會(huì)影響價(jià)值；經(jīng)濟(jì)因素方面主要考慮濕地公園的土地開發(fā)情況和經(jīng)濟(jì)效益。通過分析評(píng)價(jià)因子間的相互關(guān)系、邏輯歸屬等，對(duì)它們進(jìn)行分層排列，構(gòu)成一個(gè)由上而下的遞階層次結(jié)構(gòu)。

1.3.4評(píng)價(jià)因子量化分級(jí)及權(quán)重確定。應(yīng)用層次分析法建立起評(píng)價(jià)體系，但各參評(píng)因子對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)的影響機(jī)理不盡相同。為了反映各參評(píng)因子對(duì)評(píng)價(jià)體系的作用情況，需要逐項(xiàng)對(duì)評(píng)價(jià)因子的適宜度關(guān)聯(lián)進(jìn)行量化分級(jí)并打分，分級(jí)數(shù)量可以結(jié)合研究區(qū)域的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。

同時(shí)由于各參評(píng)因子對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)的影響程度有強(qiáng)弱之分，需要對(duì)各參評(píng)因子的貢獻(xiàn)大小賦予一定的權(quán)重，以反映一類評(píng)價(jià)因子之間及各二類評(píng)價(jià)因子之間的差異。確定權(quán)重的方法有特爾斐法、AHP法、主成分分析法、熵值確定法和回歸分析法等[5]。

該研究區(qū)域主要選用特爾斐法進(jìn)行權(quán)重的確定，首先通過相關(guān)專家對(duì)各二類參評(píng)因子的權(quán)重進(jìn)行獨(dú)立評(píng)測(cè)，并在各一類評(píng)價(jià)體系內(nèi)進(jìn)行大小順序的排序；同時(shí)對(duì)各一類評(píng)價(jià)體系的權(quán)重進(jìn)行評(píng)測(cè)，設(shè)定最重要的評(píng)價(jià)因子的權(quán)重為1.0，并以此計(jì)算各類評(píng)價(jià)體系Bi之間的相互重要性對(duì)比關(guān)系。據(jù)此建立起該研究區(qū)域的評(píng)價(jià)因子適宜度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重關(guān)系(表3)。前文已經(jīng)對(duì)濕地區(qū)域的生態(tài)價(jià)值量評(píng)判進(jìn)行了闡釋，后期規(guī)劃工作的重點(diǎn)就是要有針對(duì)性地提高濕地區(qū)域整體生態(tài)價(jià)值，因此該評(píng)價(jià)體系中生態(tài)價(jià)值被作為最重要的第一因子。

表3　評(píng)價(jià)因子適宜度分級(jí)及權(quán)重

1.3.5評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的應(yīng)用。建立土地適宜性評(píng)價(jià)體系并確定各參評(píng)因子的適宜性分級(jí)及權(quán)重后，采用層析分析和指數(shù)和相結(jié)合的辦法，計(jì)算確定各評(píng)價(jià)單元的土地適宜性等級(jí)。該研究分別進(jìn)行了單因子評(píng)價(jià)和多因子綜合評(píng)價(jià)。首先，將每個(gè)評(píng)價(jià)單元分別參照一類評(píng)價(jià)因子Bi內(nèi)的各參評(píng)因子等級(jí)體系確定評(píng)價(jià)值Ui，再分別乘以各自的權(quán)重值Qi；然后進(jìn)行加權(quán)累加，分別得到評(píng)價(jià)單元針對(duì)各一類評(píng)價(jià)因子(生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì))的評(píng)價(jià)總分，以此確定每個(gè)單元對(duì)各評(píng)價(jià)因子的適宜性情況與等級(jí)；最后將各單因子評(píng)價(jià)總分進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得到多因子綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。計(jì)算公式為：

式中，Wi表示各評(píng)價(jià)單元在某一類評(píng)價(jià)因子中的評(píng)價(jià)總分；i表示這類評(píng)價(jià)因子中的各二類評(píng)價(jià)因子；WALL表示評(píng)價(jià)單元的多因子綜合評(píng)價(jià)結(jié)果；j表示第j類評(píng)價(jià)因子。

2結(jié)果與分析

2.1單因子評(píng)價(jià)

2.1.1生態(tài)價(jià)值評(píng)價(jià)。生態(tài)價(jià)值評(píng)價(jià)體系包含距離河流距離、植被多樣性、生物多樣性、人類活動(dòng)干擾等4個(gè)二類評(píng)價(jià)因子，綜合應(yīng)用地理信息系統(tǒng)軟件的緩沖區(qū)處理、網(wǎng)格分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、疊加等功能對(duì)各單元生態(tài)評(píng)價(jià)值進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，對(duì)結(jié)果進(jìn)行制圖輸出(圖2a)。整個(gè)研究區(qū)域基于土地生態(tài)價(jià)值進(jìn)行了0~4的分級(jí)，量值越小，其所具備的生態(tài)價(jià)值越低。結(jié)合七子連湖濕地的土地利用現(xiàn)狀圖可知：蘆葦?shù)丶把睾恿鞣植嫉膮^(qū)域，植被多樣性較豐富并受人類活動(dòng)干擾較小，生態(tài)評(píng)價(jià)值較高；遠(yuǎn)離河流和蘆葦濕地的區(qū)域，一般為旱地或建設(shè)用地，受人類活動(dòng)干擾較大，具備的生態(tài)評(píng)價(jià)值較低。

2.1.2社會(huì)價(jià)值評(píng)價(jià)。社會(huì)價(jià)值評(píng)價(jià)體系包含科學(xué)價(jià)值、交通便捷性、觀賞價(jià)值等3個(gè)二類評(píng)價(jià)因子，主要是從各評(píng)價(jià)因子的社會(huì)屬性角度出發(fā)進(jìn)行考量。綜合應(yīng)用地理信息系統(tǒng)軟件的緩沖區(qū)處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、疊加等功能對(duì)社會(huì)評(píng)價(jià)值進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，對(duì)土地社會(huì)價(jià)值進(jìn)行1~5的分級(jí)，量值越小，具備的社會(huì)價(jià)值就越小。由圖2b可知，河流、濕地、植被等具有較高的人文價(jià)值和觀賞價(jià)值，同時(shí)與道路連通關(guān)系較好，因此社會(huì)評(píng)價(jià)值較高；而研究區(qū)域內(nèi)部的旱地、建設(shè)用地等與路網(wǎng)連通不夠，同時(shí)人文觀賞價(jià)值較低，社會(huì)價(jià)值的評(píng)價(jià)值就較低。

2.1.3經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)。經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)體系包括資源經(jīng)濟(jì)度、地基承載力、周圍用地開發(fā)強(qiáng)度等3個(gè)二類評(píng)價(jià)因子，主要是從評(píng)價(jià)單元是否具備資源開發(fā)能力及經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值的角度進(jìn)行考量。對(duì)研究區(qū)域的土地經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行0~5的分級(jí)，評(píng)價(jià)值越小，所具備的經(jīng)濟(jì)價(jià)值就較小。由圖2c可知，建設(shè)用地、旱地、荒地等土地類型具備較好的資源經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值，具備較高的地基承載力和開發(fā)強(qiáng)度，因此其經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)值較高；而濕地、沿河流分布的土地類型的地基承載力較低，也不具備較高的開發(fā)強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低。

圖2　單因子適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2　The evaluation results of single factor suitability

2.2綜合評(píng)價(jià)基于上述生態(tài)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值3個(gè)層次的評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合應(yīng)用地理信息系統(tǒng)軟件的疊加分析、統(tǒng)計(jì)功能對(duì)七子連湖濕地區(qū)域進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最終確定1~4級(jí)的開發(fā)程度，分別為禁止開發(fā)區(qū)、限制開發(fā)區(qū)、適度開發(fā)區(qū)、優(yōu)先開發(fā)區(qū)(圖3)。結(jié)合土地利用現(xiàn)狀及生態(tài)服務(wù)價(jià)值現(xiàn)狀可知，河流、魚塘等用地類型屬于禁止開發(fā)區(qū)域，必須予以保護(hù)；濕地及沿河流分布的部分旱地屬于限制開發(fā)區(qū)域，對(duì)于提高研究區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值具有很重要的意義。適度開發(fā)區(qū)域包括部分旱地、荒地及植被景觀，優(yōu)先開發(fā)區(qū)域主要是研究區(qū)域內(nèi)的大面積旱地，對(duì)以上兩部分的開發(fā)，可以將研究區(qū)域內(nèi)的旱地向公園設(shè)施或其他生態(tài)價(jià)值較高的用地類型轉(zhuǎn)化。將綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與后續(xù)規(guī)劃工作進(jìn)行有效的整合，可以充分發(fā)揮七子連湖濕地區(qū)域的生態(tài)價(jià)值優(yōu)勢(shì)，達(dá)到土地合理高效利用的目標(biāo)。

圖3　土地開發(fā)適宜性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3　Comprehensive evaluation results of land development suitability

3結(jié)語

綜合應(yīng)用地理信息系統(tǒng)、遙感、層次分析法等技術(shù)，對(duì)銀川市七子連湖濕地區(qū)域進(jìn)行了基于生態(tài)價(jià)值優(yōu)先的土地適宜性評(píng)價(jià)研究，初步實(shí)現(xiàn)了評(píng)價(jià)結(jié)果的定性、定量、數(shù)字化制圖等表達(dá)，適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果為后續(xù)的土地利用規(guī)劃工作提供了重要的數(shù)據(jù)支持和資料準(zhǔn)備。但該研究也存在一定的不足，如評(píng)價(jià)體系不夠完備，部分評(píng)價(jià)因子因缺少相應(yīng)資料支持而難以量化統(tǒng)計(jì)；評(píng)價(jià)因子的權(quán)重也可以綜合多種方法進(jìn)

行確定，經(jīng)比較后可以建立更加完善的權(quán)重分配方案。在今后的研究中應(yīng)在這些方面著重深入。隨著地理信息及“3S”技術(shù)的不斷發(fā)展，土地適宜性評(píng)價(jià)的體系研究也將繼續(xù)得以完善，取得不斷的創(chuàng)新，為國家建設(shè)規(guī)劃和土地資源配置提供更加科學(xué)準(zhǔn)確的理論支持。

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收稿日期2015-12-30

作者簡介馬泉(1985- )，男，山西大同人，測(cè)繪工程師，碩士，從事遙感影像信息提取和地理信息系統(tǒng)應(yīng)用等研究。

中圖分類號(hào)S 127

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)03-239-04