基于GIS的城鎮(zhèn)土地資源承載力評(píng)價(jià)

趙桔青，陶福壽

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基于GIS的城鎮(zhèn)土地資源承載力評(píng)價(jià)

趙桔青1，陶福壽2

（1. 昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2. 云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 教務(wù)處 云南 昆明 650000）

資源環(huán)境承載力作為對(duì)區(qū)域發(fā)展限制程度的描述，其評(píng)價(jià)方法和體系的構(gòu)建需要考慮多方面的因素。本文以昆明市尋甸縣為例，以二次調(diào)查、國(guó)土資源遙感監(jiān)測(cè)成果為數(shù)據(jù)源，基于該區(qū)域的城市生態(tài)現(xiàn)狀選取的評(píng)價(jià)因子，在GIS空間分析技術(shù)構(gòu)建資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)模型，測(cè)算出尋甸縣土地資源環(huán)境承載力，并以此為基礎(chǔ)分析評(píng)估其所能承受的人口數(shù)量。結(jié)果得出：尋甸縣土地資源承載力現(xiàn)狀的承載力因子K為0.69，表明該區(qū)域土地資源承載空間有一定的挖掘潛力。

GIS；土地承載力；評(píng)價(jià)體系；模型構(gòu)建

0 引言

土地資源承載力指在一定技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)投入強(qiáng)度下，一個(gè)地區(qū)在不引起土地退化，或不對(duì)土地資源造成不可逆負(fù)面影響，或不使環(huán)境遭到嚴(yán)重退化時(shí)能持續(xù)、穩(wěn)定支持的，具有一定文化背景、消費(fèi)水平、發(fā)展規(guī)模的最大人口數(shù)量，或相應(yīng)強(qiáng)度的人類活動(dòng)。簡(jiǎn)單來(lái)講，就是一定條件下土地資源的生產(chǎn)能力和一定生活水平下所承載的人口限度[1]。土地資源承載力是區(qū)域人口、資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[2]，對(duì)區(qū)域發(fā)展決策有著重要的指導(dǎo)作用。

土地承載力研究興起于20世紀(jì)中葉[3]，至80年代以后，以土地-糧食-人口關(guān)系為主的土地承載力研究對(duì)全球和區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)[4]。進(jìn)入90年代，以計(jì)算土地食物生產(chǎn)力和人口限度為主題的土地承載力研究體系逐漸壯大，根據(jù)承載主體、對(duì)象、研究尺度進(jìn)一步細(xì)化了承載力研究?jī)?nèi)容。世紀(jì)之交，現(xiàn)代技術(shù)如計(jì)算機(jī)平臺(tái)、遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）[5-7]等與模型分析相結(jié)合的方法更是極大地提高了土地承載力研究的定量化水平和精確程度[8-9]。本研究以昆明市尋甸縣為例，結(jié)合自然地理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩方面的因素，基于GIS空間分析技術(shù)[10-12]構(gòu)建資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)模型，建立土地資源承載力模型和土地資 源承載指數(shù)模型，對(duì)區(qū)域土地資源承載力進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1 評(píng)價(jià)思路、體系與模型構(gòu)建

1.1 評(píng)價(jià)思路

結(jié)合尋甸縣城市生態(tài)現(xiàn)狀，選取適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)因子，根據(jù)各個(gè)評(píng)價(jià)因子不同的情況設(shè)定不同的賦值標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型，利用GIS平臺(tái)提供的空間分析功能，對(duì)評(píng)價(jià)單元各個(gè)評(píng)價(jià)因子的分值進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)計(jì)算成果進(jìn)行分析，確定尋甸縣土地生態(tài)適宜性等級(jí)，確定適宜用于城鎮(zhèn)開發(fā)建設(shè)的土地面積；選取土地人口承載力計(jì)算指標(biāo)，估算尋甸縣人口規(guī)模上限，結(jié)合尋甸縣現(xiàn)狀人口數(shù)據(jù)，評(píng)估尋甸縣人口發(fā)展容量。

1.2 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

在維持尋甸縣生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定和景觀格局結(jié)構(gòu)合理的條件下，土地資源對(duì)流域內(nèi)的人口規(guī)模、城市規(guī)模、城市布局等具有限制作用，決定了承載的人口規(guī)模。本規(guī)劃根據(jù)尋甸縣土地利用現(xiàn)狀情況，綜合考慮尋甸的自然地理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩方面的因素，構(gòu)建一套生態(tài)適宜度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

具體評(píng)價(jià)方法為：基于GIS平臺(tái)提供的空間分析工具，利用因子加權(quán)評(píng)分法和生態(tài)因子組合法，然后通過(guò)評(píng)價(jià)因子選擇、生態(tài)因子分析、生態(tài)適宜性綜合評(píng)價(jià)三個(gè)步驟進(jìn)行整體性分析。

（1）評(píng)價(jià)因子選擇

選擇主要道路的距離、離河道的距離、離湖泊和水庫(kù)的距離、土地利用方式、坡度等作為評(píng)價(jià)因子。

（2）生態(tài)因子分析

首先將各生態(tài)因子進(jìn)行分項(xiàng)圖形化處理，將各項(xiàng)分析因子在GIS中按照統(tǒng)一的范圍、投影方式分別表達(dá)和存儲(chǔ)。其次，對(duì)各生態(tài)因子進(jìn)行等級(jí)劃分，使每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)于特定語(yǔ)義上的適宜性水平。最后，對(duì)各生態(tài)因子在綜合適宜性評(píng)價(jià)中的權(quán)重進(jìn)行確定。

1.3 評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

為精確反映評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)土地生態(tài)環(huán)境的空間差異，更加合理利用每一寸土地，根據(jù)土地資源各項(xiàng)彈性因子的綜合特點(diǎn)，將各因子在GIS中進(jìn)行網(wǎng)格化處理，就可以在每個(gè)網(wǎng)格上評(píng)價(jià)土地的生態(tài)適 宜性。綜合的生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型如式（1）所示：

式中：S為第(,)格網(wǎng)上的綜合生態(tài)適宜性；=1,…,表示第各生態(tài)因子；()表示第個(gè)生態(tài)因子的權(quán)重；C()表示第個(gè)生態(tài)因子在第 (,)格網(wǎng)上適宜性等級(jí)。

表1 生態(tài)因子的適宜性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

Tab.1 Classification criteria for suitability of ecological factors

對(duì)計(jì)算得到的綜合分值進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚ㄌ厥庖蜃訉?shí)行一票否決制，直接被劃入不適宜建設(shè)區(qū)，其余一般因子參與定量分析），最終得到評(píng)價(jià)結(jié)果。

1.4 評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)

依據(jù)評(píng)價(jià)方法及模型計(jì)算土地適宜性評(píng)價(jià)的綜合分值，劃分土地生態(tài)適宜性等級(jí)。

表2 評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)表

Tab.2 Grading table of evaluation results

2 生態(tài)適宜性綜合評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)區(qū)域概況

尋甸回族彝族自治縣，位于滇東北高原主體，地處東經(jīng)102°41￠-103°33￠，北緯25°20￠-26°01￠，位于昆明市東北部，尋甸縣東與曲靖市馬龍縣，沾益縣接壤；南與嵩明縣相鄰；西與富民縣、祿勸縣毗連；北與東川區(qū)、曲靖市會(huì)澤縣相依，東西長(zhǎng)83.5 km，由南到北寬75.8 km。所用數(shù)據(jù)來(lái)源于尋甸縣第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)和2010-2020年土地利用總體規(guī)劃及尋甸縣統(tǒng)計(jì)年鑒。

2.2 因子評(píng)價(jià)過(guò)程

結(jié)合尋甸縣城市生態(tài)現(xiàn)狀，選取道路、河流、湖泊和水庫(kù)、土地利用、坡度等5個(gè)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

道路因子：土地到主要道路的空間距離是決定土地開發(fā)成本和區(qū)位優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。一般離道路越近的土地開發(fā)越容易形成空間集聚效應(yīng)。河流因子：土地的建設(shè)和開發(fā)對(duì)附近河流的生態(tài)環(huán)境有很大影響，原則上，開發(fā)用地應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離河流，以免造成對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的破壞和水體的污染。湖泊和水庫(kù)因子：與河流一樣，湖泊和水庫(kù)周圍的建設(shè)和開發(fā)可能會(huì)導(dǎo)致湖泊和水庫(kù)水體的污染，因此，建設(shè)和開發(fā)用地應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離湖泊和水庫(kù)等水體。土地利用因子：現(xiàn)有土地利用方式直接決定土地開發(fā)的生態(tài)適宜性。坡度因子：坡度大小直接影響建設(shè)用地布局、道路選線和建筑布置，過(guò)于陡峭的坡地一般不適合用于建設(shè)。

將各因子得分值帶入生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型式（2）中：

采用多因素打分加權(quán)求和模型進(jìn)行計(jì)算，得到各評(píng)價(jià)單元綜合評(píng)價(jià)值，對(duì)計(jì)算得到的綜合分值進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，根?jù)國(guó)家土地管理?xiàng)l例和其他相關(guān)法律、法規(guī)，重要生態(tài)環(huán)境區(qū)域需要嚴(yán)格保護(hù)。為了避免土地開發(fā)對(duì)尋甸縣生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不可逆的負(fù)面影響，在計(jì)算土地適宜開發(fā)面積時(shí)，扣除基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、水源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)面積，最終得到評(píng)價(jià)對(duì)象土地生態(tài)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果。

3 土地適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果

依據(jù)尋甸縣土地適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果，很適宜的土地主要分布在仁德街道現(xiàn)狀縣城區(qū)域；適宜的土地主要分布在仁德街道中部、羊街鎮(zhèn)中部、功山鎮(zhèn)中部、雞街鎮(zhèn)南部、先鋒鎮(zhèn)東北部；較適宜的土地分布在仁德街道北部和東部大部分地區(qū)、羊街鎮(zhèn)北部和東部、七星鎮(zhèn)東部和東北部、雞街鎮(zhèn)南部和北部，柯渡鎮(zhèn)東北部。不適宜和很不適宜建設(shè)區(qū)主要分布在仁德街道南部、西部，河口鎮(zhèn)南部、七星鎮(zhèn)南部和先鋒鎮(zhèn)中部。

考慮到尋甸縣的發(fā)展定位與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求，評(píng)價(jià)推薦尋甸縣適宜建設(shè)開發(fā)的土地為很適宜等級(jí)與適宜等級(jí)合計(jì)約189.40km2。以鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)單位作為評(píng)價(jià)單元，尋甸縣共有10個(gè)評(píng)價(jià)單元。評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示：尋甸適宜建設(shè)開發(fā)利用開發(fā)的土地主要分布在仁德街道、柯渡鎮(zhèn)與功山鎮(zhèn)三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，分別占總適宜建設(shè)開發(fā)利用的土地面積37.89%、13.03%、12.78%，其次為雞街鎮(zhèn)、羊街鎮(zhèn)、河口鎮(zhèn)，甸沙鄉(xiāng)、和六哨鄉(xiāng)、七星鎮(zhèn)適宜建設(shè)開發(fā)利用的土地面積較少，分別為2.27%、2.40%和1.44%。

4 結(jié)論

4.1 土地資源供需平衡現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果

土地資源承載力供需平衡采用承載力因子K表示，尋甸縣土地資源承載力供需平衡現(xiàn)狀見下表。

表3 生態(tài)適宜性綜合評(píng)價(jià)過(guò)程

Tab.3 Comprehensive evaluation process of ecological suitability

表4 尋甸縣土地生態(tài)適宜性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

Tab.4 The results of carrying capacity of resources and environments in Xundian county

表5 尋甸縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地生態(tài)適宜性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果單位：km2、%

Tab.5 Comprehensive evaluation result of ecological suitability of land in Xundian county

尋甸縣現(xiàn)狀已開發(fā)土地131.51 km2，依據(jù)上文土地適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果尋甸縣可開發(fā)利用土地面積189.44 km2，可計(jì)算承載力因子K值為0.69，K值小于1，表明尋甸縣土地資源承載力有一定的挖掘潛力，未來(lái)土地利用中應(yīng)加大挖潛力度，逐步推進(jìn)農(nóng)村建設(shè)用地整治和城鄉(xiāng)建設(shè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與科學(xué)配置。

4.2 人口發(fā)展容量評(píng)價(jià)結(jié)果

人口發(fā)展容量評(píng)價(jià)可以從單一的因素評(píng)價(jià)，如土地資源、淡水資源、礦產(chǎn)資源等，也可以從自然環(huán)境系統(tǒng)綜合考慮；既可以只考慮自然系統(tǒng)，也可以加進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。本專題結(jié)合尋甸縣土地生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果，從土地資源供給方面評(píng)價(jià)分析尋甸縣的人口發(fā)展容量。

根據(jù)《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》（GB50137－2011）對(duì)不同人口規(guī)模的城市用地指標(biāo)給出的限定，確定尋甸縣土地人口承載力計(jì)算指標(biāo)。根據(jù)尋甸縣土地利用現(xiàn)狀的分析與社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2015年人均城市建設(shè)用為236.01 m2/人。屬于Ⅴ氣候區(qū)中現(xiàn)狀人均城市建設(shè)用地規(guī)模最高級(jí)別。根據(jù)《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》（GB50137-2011）的限定，并結(jié)合尋甸縣城市總體規(guī)劃中確定的人均城市建設(shè)用地，報(bào)告取用110 m2/人作為人口承載力計(jì)算指標(biāo)。尋甸縣適宜建設(shè)開發(fā)利用的土地面積約189.44 km2，可承載人口數(shù)約為172.18萬(wàn)人。

表6 尋甸縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口發(fā)展容量

Tab.6 Population development capacity in Xundian county單位：km2 、萬(wàn)人

5 結(jié)論

本文以尋甸縣為例，根據(jù)該區(qū)域城市生態(tài)環(huán)境特征，選取了道路、河流、湖泊水庫(kù)、土地利用、坡度要素作為評(píng)價(jià)因子，以此為基礎(chǔ)在GIS平臺(tái)上構(gòu)建評(píng)價(jià)模型對(duì)尋甸縣土地資源環(huán)境承載力進(jìn)行計(jì)算、分析和評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示：尋甸縣土地資源承載力現(xiàn)狀承載力因子K為0.69，小于1，土地資源承載空間有一定的挖掘潛力，可承載人口數(shù)約為172.18萬(wàn)人。其中承載潛力最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為仁德街道可承載人口65.24萬(wàn)人，潛力最小的為甸沙鄉(xiāng)3.91萬(wàn)人。

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Evaluation of the carrying capacity of urban land resources based on GIS

ZHAO Ju-qing1, TAO Fu-shou2

(1. Kunming University of Science and Technology, Institute of land and Resources Engineering, Kunming 650093 Yunnan; 2. Yunnan University of Finance and Economics Dean's Office Kunming 650000 Yunnan)

As a description of the limit of regional development, the evaluation method and system of the resources and environmental bearing capacity need to consider many factors. This paper takes Xundian County of Kunming as an example, in the two survey of land and resources, remote sensing monitoring results as the data source, select the city ecological status evaluation of the region factor based on GIS spatial analysis technology in construction of resources and environmental carrying capacity evaluation model, calculates the environmental carrying capacity of land resources in Xundian County, and on the basis of analysis and evaluation the number of the population can bear. The results show that the bearing capacity factor K of the land resources carrying capacity of Xundian county is 0.69, which indicates that the land resources carrying space in this region has certain mining potential.

GIS; Land carrying capacity; Evaluation system; Model construction

TP701

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.07.011

國(guó)家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào)：41761081)

趙桔青(1987-)，女，碩士，昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院碩士研究生，研究方向：土地資源管理，3S應(yīng)用；陶福壽(1985-)，男，碩士，云南財(cái)經(jīng)大學(xué)教務(wù)處，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

本文著錄格式：趙桔青，陶福壽. 基于GIS的城鎮(zhèn)土地資源承載力評(píng)價(jià)[J]. 軟件，2018，39（7）：52-56