基于“三生”空間視角的城市建設用地拓展適宜性

姜曉麗 楊偉

摘要：以“三生”空間為視角，以促進“三生”空間合理布局和有序開發(fā)為目標，以山西省孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群為例進行建設用地拓展適宜性評價分析?；谧钚±鄯e阻力模型（MCR），以城市（鎮(zhèn)）建設用地為擴展源，從地形、地質、生態(tài)環(huán)境、可達性4個方面構建阻力因子賦值體系，構建最小累積阻力面，采用自然斷點法將研究區(qū)劃分為最適宜建設區(qū)、一般適宜建設區(qū)、較不適宜建設區(qū)、不適宜建設區(qū)、禁止建設區(qū)等5種類型;采用坡向變率和坡形組合法提取建設用地適宜拓展路徑。結果表明，適宜拓展路徑集中于中北部盆地，空間上呈現(xiàn)“U”形分布，對比相關區(qū)域規(guī)劃，與研究結果基本一致。說明采用最小累積阻力模型與坡向變率和坡形組合法相結合能有效評價建設用地適宜性，能夠為土地利用格局優(yōu)化提供決策支持。

關鍵詞：“三生”空間;適宜性評價;最小累積阻力模型;坡向變率與坡形組合法

中圖分類號： F323.1 ?文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）16-0282-04

收稿日期：2018-04-02

基金項目：國家自然科學基金青年科學基金（編號：41701191）。

作者簡介：姜曉麗（1985—），女，遼寧丹東人，博士，講師，主要從事城市與區(qū)域發(fā)展研究。

城市空間擴展是城鎮(zhèn)化過程在地域空間上最直觀的響應，是城鎮(zhèn)建設需求與生態(tài)環(huán)境約束之間的博弈結果[1]。近年來，隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷加快，我國城鎮(zhèn)建設用地擴張迅速，但同時也出現(xiàn)了城鄉(xiāng)不協(xié)調、區(qū)域不均衡、資源粗放利用、生態(tài)破壞等一系列問題，成為阻礙城鎮(zhèn)化健康發(fā)展的限制性因素[2]。優(yōu)化區(qū)域開發(fā)格局、促進區(qū)域協(xié)調發(fā)展成為我國當前新型城鎮(zhèn)化發(fā)展中亟待解決的重大問題，評價土地適宜性正是解決這一問題的重要基礎[3]。土地適宜性評價一直是國內外學術界關注的重要領域之一[4]。對土地適宜性評價的研究最早起源于農業(yè)生產適宜性評價[5]，隨著經濟社會發(fā)展水平的不斷提高，針對城市建設用地開發(fā)適宜性評價成為學術界關注的焦點[6-8]。從研究內容上看，主要集中于城市建設用地擴展需求與可利用地保障程度的匹配情況分析[9-10]。評價指標的選取也由僅限于生態(tài)因素[11]逐漸擴展到自然、生態(tài)、經濟、社會等多方面[3]。基于GIS空間分析技術的相關分析方法的引入，使建設用地適宜性的分析方法逐漸豐富起來，主要包括疊加分析法、多因子加權分析法、最小累積阻力模型分析法等[12-14]。黨的十八大報告明確指出“優(yōu)化國土空間開發(fā)格局，控制開發(fā)強度，調整空間結構，促進生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”[15]，并提出從生產-生活-生態(tài)空間（“三生”空間）協(xié)調角度優(yōu)化區(qū)域開發(fā)格局，為區(qū)域開發(fā)格局優(yōu)化提供新的研究視角。城市建設用地適宜性程度，可理解為由其他功能空間轉化為城市生產、生活空間的適宜程度[5]。基于土地主體功能劃分“三生”空間，對土地利用數(shù)據(jù)進行分類，并將具有相同主體功能的土地利用類型進行歸并，相對于利用生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算定量確定空間功能主導類型[16]具有更好的實踐應用性，也能更好地解決土地功能分類與土地利用分類的對接問題[5，17]。因此，本研究以山西省中部孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群為例，從區(qū)域生活、生產、生態(tài)功能視角出發(fā)，構建基于“三生”空間城市建設用地擴展適宜性研究框架，系統(tǒng)評估建設用地擴展適宜性程度，以期為國土空間的有序開發(fā)提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群位于山西省中部，包括呂梁市的孝義市、汾陽市和晉中市的平遙縣、介休市、靈石縣，區(qū)域總面積為5 305 km2，總人口為211.5萬人（2015年），其中城鎮(zhèn)人口113.3萬人，城鎮(zhèn)化率為53.6%;2015年實現(xiàn)地區(qū)生產總值896億元，占太原都市圈的18.8%，是太原都市圈的次級核心，也是推進太原城市群發(fā)展的重要戰(zhàn)略支點。隨著社會經濟的快速發(fā)展，區(qū)域土地資源的供需矛盾日趨顯現(xiàn)，建設用地空間分布破碎散亂等問題成為影響該區(qū)域經濟社會可持續(xù)發(fā)展的因素之一。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

參照第2次全國土地調查分類標準，采用2013年SPOT5影像資料進行土地利用數(shù)字化解譯，獲取研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。地形條件數(shù)據(jù)由DEM數(shù)據(jù)（下載自http：//www.gscloud.cn/）。地質條件、道路、河流等數(shù)據(jù)均由相關圖件經過掃描、校正、投影轉換和數(shù)字化而得。

1.3 研究方法

1.3.1 基于“三生”空間的阻力面構建

結合已有研究成果及數(shù)據(jù)的可獲取性，選取地形、地質、生態(tài)環(huán)境、可達性等4類阻力因子，共9個指標用于構建阻力面（表1）。從“三生”空間視角出發(fā)，在兼顧土地多功能性基礎上著力突出用地的生態(tài)功能，根據(jù)其生態(tài)功能強弱將研究區(qū)劃分為生態(tài)空間、生態(tài)生產空間、生產生態(tài)空間、生活生產空間，以“三生”二級類型為基本單元，依據(jù)其轉化為生產生活空間，對生態(tài)功能的影響程度進行阻力賦值（表2）。由于研究區(qū)地形條件復雜，單純采用以往研究中的高程作為衡量地形的指標并不適用，因此，選取地形起伏度替代高程作為地形阻力因子中的重要指標。在此基礎之上對不同阻力指標進行標準化處理，統(tǒng)一采用賦值法[18]。根據(jù)各個指標大小對建設用地擴展的阻力程度不同進行賦值，并劃分為5個等級，阻力值最高賦5分，最低賦1分。采用層次分析法構建層次結構模型確定各阻力指標權重，判斷矩陣通過一致性檢驗。

1.3.2 最小累積阻力模型法

最小累積阻力模型最早由Knaapen等于1992年提出[19]，并由我國俞孔堅引入國內，是用于計算物種在從源到目的地運動過程中累積耗費的模型[20]。本研究選取建成區(qū)、建制鎮(zhèn)作為擴展源，由于不同地塊受到各阻力因子影響不同，在建設用地擴張過程中須要克服的阻力情況也不相同，因此可以采用最小累積阻力模型構建建設用地擴張阻力面，確定擴張阻力較小的方向。其公式如下：

MCR=fmin∑i=mj=nDij×Ri。

式中：MCR表示最小累積阻力值;Dij表示物種從源j到景觀單元i的空間距離;Ri表示景觀對某物種運動的阻力系數(shù)。

1.3.3 坡向變率與坡形組合法

坡向變率在數(shù)字地形分析中具有重要作用，能夠實現(xiàn)地形在水平方向上變化特征的提取[21]。采用坡向變率與坡形組合相結合的方法進行山谷線的提取，首先，分別獲取正負地形的坡向（aspect）與坡度（slope）數(shù)據(jù)，在此基礎上計算坡向變率;其次，對DEM數(shù)據(jù)進行鄰域分析，獲取平均值面;再次，將DEM與平均值面相減，獲得正負地形分布區(qū)域;最后，根據(jù)地形正負及坡向變率大小確定山谷線。山谷線代表建設用地擴張阻力的低值區(qū)，即適宜擴張區(qū)。相對于采用最短路徑函數(shù)確定山谷線，采用坡向變率與坡形組合法獲得山谷線并不唯一，更加貼近城鎮(zhèn)建設用地拓展的實際情況，可操作性更強。

2 結果與分析

2.1 孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群“三生”空間布局現(xiàn)狀

根據(jù)“三生”空間分類體系將研究區(qū)劃分為生態(tài)空間、生態(tài)生產空間、生產生態(tài)空間、生活生產空間4個類型。2013年研究區(qū)內生態(tài)空間、生態(tài)生產空間、生產生態(tài)空間、生活生產空間分別為2 407.54、0.56、2 290.83、606.37 km2（圖1），依次占區(qū)域總面積的45.38%、0.01%、43.18%、11.43%?？梢姡芯繀^(qū)內生態(tài)空間比重較大，生活生產空間比重較小。從空間分布上看，生態(tài)空間主要分布在區(qū)域東南側和西北側;生產生態(tài)空間以耕地為主，主要集中在區(qū)域的中北部;生活生產用地則零散分布在生產生態(tài)空間當中，呈現(xiàn)“U”形布局。

2.2 適宜性分區(qū)分析

基于地形、地質、生態(tài)環(huán)境、可達性4個阻力因子構建研究區(qū)阻力面，計算出研究區(qū)的最小累積阻力面（圖2），采用自然斷點法將最小累積阻力面劃分為5種類型區(qū)，即最適宜建設區(qū)、一般適宜建設區(qū)、較不適宜建設區(qū)、不適宜建設區(qū)、禁止建設區(qū)，空間分布上呈現(xiàn)由中北部盆地向外的圈層分布特征，盆地內部適宜程度最高，外圍山體適宜程度最低（圖3）。

最適宜建設區(qū)是指最適宜轉化為生產生活空間的地區(qū)，這些地區(qū)交通便利，具有優(yōu)越的區(qū)位條件和較好的經濟基礎，生態(tài)環(huán)境條件優(yōu)越，適宜開展較大規(guī)模的城鎮(zhèn)建設。最適宜建設區(qū)總面積為339.46 km2，占研究區(qū)總面積的6.40%，主要分布在汾陽市市區(qū)和杏花村鎮(zhèn)、孝義市市區(qū)和梧桐鎮(zhèn)、平遙縣古陶鎮(zhèn)、靈石縣翠峰鎮(zhèn)、介休市城關鄉(xiāng)、義安鎮(zhèn)等。

一般適宜建設區(qū)是指一般適宜轉化為生產生活空間的地區(qū)，這些地區(qū)區(qū)位條件相對優(yōu)越，經濟發(fā)展基礎相對較好，生態(tài)環(huán)境約束條件較少， 可以開展一定規(guī)模的城鎮(zhèn)建設。一般適宜建設區(qū)總面積為783.92 km2，占研究區(qū)總面積的 14.78%，主要分布在汾陽市賈家莊鎮(zhèn)、陽城鄉(xiāng)、杏花村鎮(zhèn)，孝義市大孝堡鄉(xiāng)，平遙縣洪善鎮(zhèn)，介休市連福鎮(zhèn)、張?zhí)m鎮(zhèn)，靈石縣靜升鎮(zhèn)等。

較不適宜建設區(qū)是指較不適宜轉化為生產生活空間的地區(qū)，這些地區(qū)主要以耕地和園地為主，經濟效益產出較低，應當采取適度發(fā)展原則，有選擇地開展城鎮(zhèn)建設，并控制城鎮(zhèn)建設的規(guī)模與強度，建議發(fā)展以旅游、休閑度假為代表的兼顧生態(tài)保護與經濟發(fā)展的綠色產業(yè)。較不適宜建設區(qū)總面積為 1 445.97 km2，占研究區(qū)總面積的27.26%，主要分布在研究區(qū)中北部的平原地區(qū)。

不適宜建設區(qū)是指不適宜轉化為生產生活空間的地區(qū)，這些地區(qū)主要分布在研究區(qū)外圍山地區(qū)或河流沿岸，進行城鎮(zhèn)建設的工程地質條件較差，開發(fā)成本較高，從空間上看，接近自然保護區(qū)，生態(tài)約束較強，這類地區(qū)應以生態(tài)保護為主要功能，增加區(qū)內植被覆蓋度，提高生態(tài)質量，減少水土流失，對已經破壞的地區(qū)要著力推進生態(tài)恢復建設。不適宜建設區(qū)總面積為981.93 km2，占研究區(qū)總面積的18.51%。

禁止建設區(qū)是指以生態(tài)功能為主，完全禁止開發(fā)建設的地區(qū)，主要分布于研究區(qū)外圍的西北、西南和東南側，包括自然保護區(qū)、地勢較高的山體等。禁止建設區(qū)總面積為 1 754.02 km2，占研究區(qū)總面積的33.05%。

2.3 建設用地主要拓展路徑分析

借助ArcGIS空間分析平臺，利用坡向變率與坡形組合法提取山谷線的方法確定研究區(qū)建設用地適宜拓展路徑，在實際應用中最小累積阻力面（MCR）相當于DEM，須要獲取的建設用地適宜拓展路徑則相當于“山谷線”，即最小累積阻力值越小，就越適宜發(fā)展建設用地，計算過程中將低值點集中區(qū)連接起來，獲得建設用地適宜拓展路徑。由圖4可知，研究區(qū)內建設用地主要拓展路徑集中于中北部盆地各重要城市（鎮(zhèn)）之間，空間上呈現(xiàn)“U”形分布，各拓展路徑經過的區(qū)域符合由低阻力值向高阻力值變化的特征。建設用地的集中連片發(fā)展有利于提高生產、生活效率，促進整個經濟社會效益的大幅提高，建設用地適宜拓展路徑從本質上講也符合這一基本規(guī)律。

2.4 與《孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群規(guī)劃（2016—2030）》對比分析

根據(jù)研究區(qū)社會經濟、生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀特征及發(fā)展趨勢，《孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群規(guī)劃（2016—2030）》（簡稱《規(guī)劃》）將其定位為太原都市圈城鎮(zhèn)密集區(qū)發(fā)展次核，中西部地區(qū)中小城市組群一體化發(fā)展示范區(qū)。

《規(guī)劃》按照區(qū)域資源環(huán)境承載能力及現(xiàn)狀發(fā)展水平將組群空間劃分為適宜建設區(qū)、限制建設區(qū)、禁止建設區(qū)，其中適宜建設區(qū)包括城鎮(zhèn)（村）建設用地及獨立工礦區(qū)，與研究結果中的最適宜建設區(qū)和一般適宜建設區(qū)范圍基本一致;限制建設區(qū)包含農田保護區(qū)和生態(tài)保護外圍保護區(qū)，與研究結果中的較不適宜建設區(qū)和不適宜建設區(qū)基本一致;禁止建設區(qū)包含自然保護區(qū)、生態(tài)保護區(qū)，與研究結果中的禁止建設區(qū)范圍基本一致。

重點地區(qū)發(fā)展指引關于建設用地的發(fā)展調控，采取整合孝義、汾陽、介休等市，孝義市采取跨孝河向南拓展，適當向北發(fā)展，汾陽市以向南、向西發(fā)展為主，向北、向東發(fā)展為輔，介休市以西北和東北為建設用地的主要拓展方向，與建設用地拓展路徑方向基本一致。規(guī)劃平遙縣（古陶鎮(zhèn)）-南政-中都形成城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)，南政鄉(xiāng)、中都鄉(xiāng)位于平遙縣（古陶鎮(zhèn)）以西和以北，拓展路徑當中適宜拓展方向為東北和西南，與《規(guī)劃》稍有出入。規(guī)劃靈石縣（翠峰鎮(zhèn)）-靜升形成城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)，由于其受地形限制較顯著，可利用地有限，建設用地的空間拓展適宜性較差，未來城鎮(zhèn)發(fā)展須要更加注重挖掘存量土地潛力，提高土地集約利用水平。整體來說，拓展路徑與《規(guī)劃》中相關內容基本一致，相互印證，說明《規(guī)劃》編制的合理性，也說明最小累積阻力模型、坡向變率與坡形組合法應用于建設用地拓展適宜性評價的適用性。

3 結論

提高建設用地使用合理性須要以建設用地適宜性評價為基礎，本研究以促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展為目標，以保障土地生態(tài)功能為基礎，從“三生”空間視角出發(fā)，根據(jù)生態(tài)功能強弱將國土空間劃分為生態(tài)空間、生態(tài)生產空間、生產生態(tài)空間、生活生產空間，以其二級類型為基本單元，并根據(jù)其轉化為生產生活空間對生態(tài)功能的影響程度進行阻力賦值，將其作為生態(tài)環(huán)境指標之一參與評價指標體系構建。

從地形、地質、生態(tài)環(huán)境、可達性4個方面選取9項指標，采用統(tǒng)一量化標準，以GIS柵格技術為支撐，采用最小累積阻力模型，構建建設用地拓展最小累積阻力面，對國土空間開發(fā)建設用地的適宜性進行評價，評價結果與區(qū)域規(guī)劃基本一致，說明評價方法的適用性和評價結果的準確性。

根據(jù)評價結果，將研究區(qū)劃分為最適宜建設區(qū)、一般適宜建設區(qū)、較不適宜建設區(qū)、不適宜建設區(qū)、禁止建設區(qū)5種類型，空間分布上呈現(xiàn)由中北部盆地向外的圈層分布特征，盆地內部適宜程度最高，外圍山體適宜程度最低，與區(qū)域規(guī)劃的空間管制分區(qū)基本一致。

采用坡向變率與坡形組合法確定建設用地拓展路徑，研究區(qū)內建設用地主要拓展路徑集中于中北部盆地各重要城市（鎮(zhèn)）之間，空間上呈現(xiàn)“U”形分布，各拓展路徑經過的區(qū)域符合由低阻力值向高阻力值變化的特征，與區(qū)域規(guī)劃相關內容基本一致。

參考文獻：

[1]鐘式玉，吳 箐，李 宇，等. 基于最小累積阻力模型的城鎮(zhèn)土地空間重構——以廣州市新塘鎮(zhèn)為例[J]. 應用生態(tài)學報，2012，23（11）：3173-3179.

[2]呂劍成，周 磊，洪武揚，等. 城市土地生態(tài)適宜性分區(qū)劃分研究——以常州市武進區(qū)為例[J]. 長江流域資源與環(huán)境，2015，24（9）：1560-1567.

[3]唐常春，孫 威. 長江流域國土空間開發(fā)適宜性綜合評價[J]. 地理學報，2012，67（12）：1587-1598.

[4]劉孝富，舒儉民，張林波. 最小累積阻力模型在城市土地生態(tài)適宜性評價中的應用——以廈門為例[J]. 生態(tài)學報，2010，30（2）：421-428.

[5]吳艷娟，楊艷昭，楊 玲，等. 基于“三生空間”的城市國土空間開發(fā)建設適宜性評價——以寧波市為例[J]. 資源科學，2016，38（11）：2072-2081.

[6]邱從毫，李陽兵，馮元嵩. 貴陽市城市土地擴展空間的生態(tài)適宜性與優(yōu)化[J]. 應用生態(tài)學報，2015，26（9）：2777-2784.

[7]楊子生. 山區(qū)城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價方法及應用——以云南省德宏州為例[J]. 自然資源學報，2016，31（1）：64-76.

[8]曲衍波，張鳳榮，杜素芹，等. 平谷區(qū)城鎮(zhèn)建設用地生態(tài)經濟適宜性評價方法[J]. 中國土地科學，2010，24（12）：21-27.

[9]孫 偉，陳 雯. 市域空間開發(fā)適宜性分區(qū)與布局引導研究——以寧波市為例[J]. 自然資源學報，2009，24（3）：402-413.

[10]何 丹，金鳳君，周 璟. 資源型城市建設用地適宜性評價研究——以濟寧市大運河生態(tài)經濟區(qū)為例[J]. 地理研究，2011，30（4）：655-666.

[11]許嘉巍，劉惠清. 長春市城市建設用地適宜性評價[J]. 經濟地理，1999，19（6）：101-104.

[12]吳海燕，劉 方，楊 莉，等. 喀斯特地區(qū)低丘緩坡資源適宜性評價與研究[J]. 四川農業(yè)大學學報，2013，31（3）：328-334.

[12]齊增湘，廖建軍，徐衛(wèi)華，等. 基于GIS的秦嶺山區(qū)聚落用地適宜性評價[J]. 生態(tài)學報，2015，35（4）：1274-1283.

[14]張 穎，徐 輝. 基于MCR模型的農村居民點布局適宜性分區(qū)及優(yōu)化模式研究——以南京市六合區(qū)金牛湖街道為例[J]. 長江流域資源與環(huán)境，2014，23（11）：1485-1492.

[15]胡錦濤. 堅定不移沿著中國特色社會主義道路前進 為全面建成小康社會而奮斗——在中國共產黨第十八次全國代表大會上的報告[R]. 北京：人民出版社，2012.

[16]李廣東，方創(chuàng)琳. 城市生態(tài)-生產-生活空間功能定量識別與分析[J]. 地理學報，2016，71（1）：49-65.

[17]呂立剛，周生路，周兵兵，等. 區(qū)域發(fā)展過程中土地利用轉型及其生態(tài)環(huán)境響應研究——以江蘇省為例[J]. 地理科學，2013，33（12）：1442-1449.

[18]黃麗明，陳健飛. 廣州市花都區(qū)城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價研究——基于MCR面特征提取[J]. 資源科學，2014，36（7）：1347-1355.

[19]Knaapen J P，Scheffer M，Harms B.Estimating habitat isolation in landscape planning[J]. Landscape and Urban Planning，1992，23（1）：1-16.

[20]俞孔堅. 生物保護的景觀生態(tài)安全格局[J]. 生態(tài)學報，1999，19（1）：8-15.

[21]謝軼群，湯國安，江 嶺. DEM提取坡向變率中的誤差特征與消除方法[J]. 地理與地理信息科學，2013，29（2）：49-53.