基于資源承載力的農(nóng)用地適宜性評(píng)價(jià)
——以廣陵區(qū)為例

朱壽紅，殷少美，唐 偉，王葉峰，王勝利

(1.江蘇省蘭德土地工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019；2.揚(yáng)州市自然資源和規(guī)劃局 廣陵分局，江蘇 揚(yáng)州 225000；3.江蘇省地質(zhì)測(cè)繪院，江蘇 南京 211102)

改革開放以來(lái)，隨著工業(yè)化和新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，“不平衡、不充分發(fā)展”的矛盾在高強(qiáng)度的國(guó)土空間開發(fā)過(guò)程中尤為凸顯，也造成了資源環(huán)境破壞、“三生”空間沖突加劇、城鄉(xiāng)發(fā)展差距擴(kuò)大、過(guò)度開發(fā)等一系列問(wèn)題，影響了社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。2016年12月中辦、國(guó)辦聯(lián)合印發(fā)了《省級(jí)空間規(guī)劃試點(diǎn)方案》，該方案指出開展資源環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)與國(guó)土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)，為劃定“三區(qū)、三線”奠定了基礎(chǔ)[3]。2017年1月，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《全國(guó)國(guó)土規(guī)劃綱要(2016～2030年)》，明確了以資源環(huán)境承載能力為基礎(chǔ)，推動(dòng)國(guó)土集聚開發(fā)和分類保護(hù)相適應(yīng)，切實(shí)優(yōu)化國(guó)土空間開發(fā)格局[4]。2018年4月，習(xí)近平總書記在深入推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展座談會(huì)上的講話也明確指出，按照“多規(guī)合一”要求，根據(jù)資源環(huán)境承載能力和國(guó)土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)(“雙評(píng)價(jià)”)，劃定生態(tài)保護(hù)紅線、永久基本農(nóng)田、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界3條控制線，科學(xué)謀劃國(guó)土空間開發(fā)保護(hù)格局，建立健全國(guó)土空間管控機(jī)制[5]。2019年5月《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于建立國(guó)土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實(shí)施的若干意見》進(jìn)一步明確了資源環(huán)境承載能力和國(guó)土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)的重要地位[5-6]?？梢?，國(guó)土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)是國(guó)土空間規(guī)劃的重要依據(jù)，吸引了國(guó)內(nèi)較多學(xué)者開展研究。然而，學(xué)者們目前研究的尺度較為宏觀，多以省域作為研究單元[5]，區(qū)縣作為國(guó)家貫徹落實(shí)空間規(guī)劃改革和主體功能區(qū)劃等政策的基本單元，開展縣域資源環(huán)境承載力及適宜性的研究對(duì)小區(qū)域資源環(huán)境保護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義?；谏鲜鲅芯?，本文兼顧政策規(guī)劃與自然發(fā)展規(guī)律，選取揚(yáng)州市廣陵區(qū)作為案例區(qū)，對(duì)農(nóng)用地開發(fā)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為廣陵區(qū)國(guó)土空間規(guī)劃提供科學(xué)的參考。

1 方法與思路

1.1 研究方法

單因子敏感性指數(shù)等級(jí)按照高敏感、中敏感、低敏感和不敏感分別賦值9、6、3和0。此方法根據(jù)各因子與研究區(qū)農(nóng)業(yè)和環(huán)境間的關(guān)聯(lián)程度來(lái)確定賦值等級(jí)，并通過(guò)層次分析法和德爾菲法來(lái)確定敏感度數(shù)值及權(quán)重，最終得到本研究資源環(huán)境承載力指標(biāo)體系。通過(guò)確定的各因子的權(quán)重值及各因子相對(duì)應(yīng)的敏感性值，再運(yùn)用加權(quán)綜合空間評(píng)價(jià)模型計(jì)算資源承載力綜合分值。公式如下[7-8]：

1.2 研究思路

本研究將采用以下思路對(duì)農(nóng)用地適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)：首先，基于多指標(biāo)要素開展資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)工作，綜合劃分農(nóng)業(yè)功能指向的承載力等級(jí)；其次，根據(jù)農(nóng)業(yè)承載力等級(jí)，初步確定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜區(qū)、一般適宜區(qū)的備選區(qū)域，運(yùn)用ArcGIS軟件中聚合工具計(jì)算出2類備選區(qū)域的聚合距離，縣區(qū)層面按<150、150～400、400～600、600～900、≥900 m生成地塊連片度評(píng)價(jià)分級(jí)圖；最后，結(jié)合承載力等級(jí)與地塊連片度評(píng)價(jià)分級(jí)，采用判別矩陣模型確定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性等級(jí)。依據(jù)評(píng)估的適宜性結(jié)果解析廣陵區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的調(diào)整方向、重點(diǎn)，并提出優(yōu)化路徑與具體舉措。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究區(qū)概況

本文選取揚(yáng)州市廣陵區(qū)作為研究區(qū)，廣陵區(qū)是江蘇省揚(yáng)州市下轄主城區(qū)，地處江蘇省中部，長(zhǎng)江與京杭大運(yùn)河交匯處。東部與江都區(qū)、廣陵區(qū)杭集鎮(zhèn)交界，北部毗鄰廣陵區(qū)泰安鎮(zhèn)，西南部以橫溝河、大眾河為界，與揚(yáng)州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)代管的施橋鎮(zhèn)毗鄰，行政區(qū)域面積341.96 km2。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

資源環(huán)境承載力受土地資源、水資源、環(huán)境資源和生態(tài)資源等各方面因素的影響[9-10]，選取哪些評(píng)價(jià)因子和選取評(píng)價(jià)因子數(shù)量的多少，都會(huì)對(duì)區(qū)域資源環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)結(jié)果造成一定的影響。依據(jù)數(shù)據(jù)的主導(dǎo)性、客觀性及可獲取性等原則，結(jié)合廣陵區(qū)實(shí)際，考慮到本文研究目標(biāo)主要是以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為導(dǎo)向的資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)，本文選取了坡度、離主要水系的距離、土地利用現(xiàn)狀、NDVI、DEM、表層土壤質(zhì)地及溝渠密度7個(gè)評(píng)價(jià)因子(表1、圖1)。

(1)坡度。坡度是地表單元陡緩的程度。坡度的陡峭程度與地表侵蝕度密切相關(guān)，坡度的陡峭程度越平緩，土地所經(jīng)受的地表侵蝕度越低，反之則越高[11]。土地所經(jīng)歷的地表侵蝕度增高，會(huì)導(dǎo)致水土流失現(xiàn)象的增加，最終使耕地越來(lái)越少，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)耕作。參考龔亞男等[12]的研究，結(jié)合廣陵區(qū)地形數(shù)據(jù)，利用ArcGIS聚類分析工具，將坡度分為≤7°、7～15°、15～25°、25～90° 4個(gè)等級(jí)。

(2)離主要水系的距離、溝渠密度。離主要水系的距離、溝渠密度能體現(xiàn)出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需求的水源保證情況[13]。距主要水系距離越近、溝渠密度越密集，對(duì)于農(nóng)用地水源的保證越強(qiáng)，農(nóng)用地資源環(huán)境承載力越強(qiáng)。

(3)土地利用現(xiàn)狀。土地利用現(xiàn)狀直接反映區(qū)域土地的利用情況，是二調(diào)直接調(diào)查和批準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，具有很強(qiáng)的權(quán)威性。土地利用現(xiàn)狀直接影響是否能進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[14],考慮到各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)功能，將水域和濕地作為高敏感區(qū)，農(nóng)用地為不敏感區(qū)，未利用地為低敏感區(qū)，建設(shè)用地為中敏感區(qū)。

(4)NDVI。歸一化植被覆蓋指數(shù)(NDVI)是反映農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)與營(yíng)養(yǎng)狀況的重要參數(shù)之一，NDVI值在-1～1之間[15-16]。NDVI值為0時(shí)，表示有巖石或裸地；NDVI值為負(fù)值時(shí)，表示被雨、雪、水等覆蓋；NDVI值越大，代表植被覆蓋程度越高。結(jié)合廣陵實(shí)際植被覆蓋情況，將NDVI劃分為：≤0、0～0.2、0.2～0.4、≥0.4四個(gè)等級(jí)。

(5)DEM。高程(DEM)指的是相對(duì)海平面的垂直距離，高程直接影響了農(nóng)用地給水條件，高度越高，越不適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)[16-18]。本文采用30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)，從地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站上獲取，并在GIS軟件中生成坡度圖層[22]。

(6)表層土壤質(zhì)地。土壤中各粒級(jí)占土壤重量的百分比組合，稱為土壤質(zhì)地，將土壤質(zhì)地分為粘質(zhì)土、壤土、砂壤土、沙土和礫土，土壤質(zhì)地與土壤通氣、保肥、保水狀況及耕作的難易有密切關(guān)系[20-21]，因此，了解土壤的質(zhì)地類型，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有指導(dǎo)價(jià)值。

在烏龍磯水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)中，對(duì)棄土棄渣場(chǎng)布局進(jìn)行了合理規(guī)劃，以減少對(duì)環(huán)境的影響。棄土棄渣結(jié)束后，進(jìn)行覆土、整平等土地整治，覆土土料來(lái)源為棄土和棄渣場(chǎng)原有表土，棄土棄渣時(shí)要求下渣上土，以滿足植被恢復(fù)的基本要求。棄土棄渣場(chǎng)土地整治完成后，采取栽種植物進(jìn)行植被恢復(fù)，根據(jù)棄渣形態(tài)和成分，種植較易成活的樹種和覆蓋草皮。

通過(guò)參考已有研究和咨詢專家對(duì)各因子敏感程度進(jìn)行評(píng)價(jià)并賦值，分為不敏感、低敏感、中敏感、高敏感4個(gè)承載力等級(jí)，分別賦值為0、3、6、9[22]。首先，通過(guò)專家打分法對(duì)各因子影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)承載力的重要程度進(jìn)行打分，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用層次分析法計(jì)算出各因子權(quán)重值。資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)因子見表1。

表1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)因子賦值及權(quán)重表

3 結(jié)果與分析

3.1 資源環(huán)境承載能力集成評(píng)價(jià)

利用GIS軟件將包含7個(gè)評(píng)價(jià)因子的矢量圖進(jìn)行疊加，得到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)單元圖，利用自然斷點(diǎn)法將各個(gè)評(píng)價(jià)單元的承載力程度劃分為高、較高、中等、較低和低5類，得到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源環(huán)境承載力在流域內(nèi)的面積分布(表2)。集成評(píng)價(jià)結(jié)果顯示(圖2a)，廣陵區(qū)地勢(shì)平坦，水土、光熱和氣候等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)越，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能導(dǎo)向大多為高適宜、較高適宜和中等適宜，面積分別為5392.02、9377.01和7911.18 hm2，分別占研究區(qū)土地總面積的16.10%、28.00%和23.62%，主要分布在頭橋鎮(zhèn)、李典鎮(zhèn)、沙頭鎮(zhèn)、杭集鎮(zhèn)南部、泰安鎮(zhèn)等區(qū)域；較低等級(jí)面積為5189.13 hm2，占全區(qū)總面積的15.50%，主要分布在城區(qū)；低等級(jí)面積為5618.34 hm2，占全區(qū)總面積的16.78%，主要為區(qū)域內(nèi)的水域和濕地。

圖1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)因子分析圖

圖2 農(nóng)業(yè)功能指向的承載等級(jí)結(jié)果圖(a)、地塊連片分度圖(b)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性分區(qū)圖(c)

表2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能導(dǎo)向資源環(huán)境承載力等級(jí)表

3.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評(píng)價(jià)

基于上述農(nóng)業(yè)承載力等級(jí)，確定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜區(qū)、一般適宜區(qū)的備選區(qū)域。將農(nóng)業(yè)承載能力等級(jí)高、較高的空間單元，作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜區(qū)的備選區(qū)域；將農(nóng)業(yè)承載能力較高、中等、較低的空間單元，作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一般適宜區(qū)的備選區(qū)域；將農(nóng)業(yè)承載能力低的空間單元，直接劃定為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不適宜區(qū)。運(yùn)用ArcGIS中的聚合工具計(jì)算出兩類備選區(qū)域的聚合距離，根據(jù)分級(jí)閾值生成地塊連片度評(píng)價(jià)分級(jí)圖(圖2b)。

基于農(nóng)業(yè)承載和地塊連片度2個(gè)等級(jí)運(yùn)用判別矩陣模型，劃分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜區(qū)、一般適宜區(qū)和不適宜區(qū)(表3)。

表3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性分區(qū)參考判別矩陣

對(duì)農(nóng)業(yè)適宜性等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果(圖2c)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果顯示，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜及一般適宜的面積分別為13683.5和14302.90 hm2，分別占研究區(qū)土地總面積的40.86%和42.71%，區(qū)域整體的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間條件較好；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不適宜區(qū)面積為5501.27 hm2，占研究區(qū)土地總面積的16.43%，這些區(qū)域主要是水系等禁止開發(fā)區(qū)域(表4)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜的區(qū)域主要集中在廣陵區(qū)南部，溝渠密度、NDVI指數(shù)均較高；廣陵區(qū)北部農(nóng)業(yè)一般適宜區(qū)零散分布在適宜區(qū)內(nèi)，后期應(yīng)以土地綜合整治為抓手提升耕地保護(hù)質(zhì)量，提高土地的利用率和生產(chǎn)率；城市(鎮(zhèn))周邊耕地多為基本農(nóng)田，無(wú)形中形成城鎮(zhèn)開發(fā)的實(shí)體邊界，起到了優(yōu)化城市空間格局、促進(jìn)土地節(jié)約集約利用、控制城市無(wú)序蔓延擴(kuò)張的作用。

表4 廣陵區(qū)農(nóng)業(yè)適宜性等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果匯總表

4 結(jié)論與展望

基于GIS技術(shù)的農(nóng)用地適宜性評(píng)價(jià)可以將具體的要素?cái)?shù)據(jù)化，通過(guò)多層次因子的疊加分析能較全面地綜合農(nóng)用地適宜性的各種影響要素，在一定程度內(nèi)提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和合理性。

(1)為更好地將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與空間關(guān)聯(lián)，基于柵格的適宜性評(píng)價(jià)方法可以形成標(biāo)準(zhǔn)的空間評(píng)價(jià)指標(biāo)集，得到區(qū)域差異化的評(píng)價(jià)結(jié)果，更加準(zhǔn)確地刻畫出指標(biāo)的空間差異性。

(2)從資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，廣陵區(qū)資源環(huán)境承載力整體上處于中等水平，資源、自然環(huán)境條件是重要的影響因素。因此，廣陵區(qū)應(yīng)注重從土地資源、水資源、環(huán)境、生態(tài)等幾個(gè)方面來(lái)提高整體資源環(huán)境承載力水平。

(3)從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果看空間格局，準(zhǔn)確表現(xiàn)出廣陵區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間開發(fā)適宜性的特點(diǎn)：空間分布差異明顯，呈現(xiàn)出典型的區(qū)域特征，開發(fā)潛力等級(jí)較高的區(qū)域主要集中分布在廣陵區(qū)南部，區(qū)域整體的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間條件較好；城市(鎮(zhèn))周邊耕地適宜性較高，與實(shí)際為基本農(nóng)田相符，有效發(fā)揮了永久基本農(nóng)田作為城市實(shí)體邊界的管控作用，未來(lái)基本農(nóng)田保護(hù)及劃定工作中，應(yīng)促使城市(鎮(zhèn))周邊耕地的規(guī)模穩(wěn)定、質(zhì)量提升。

當(dāng)然，農(nóng)業(yè)適宜性等級(jí)評(píng)價(jià)除本研究考慮的因素以外，還受人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策等因素的影響，今后研究應(yīng)盡可能納入更為全面的因素，從而使農(nóng)業(yè)適宜性等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果更有效地引導(dǎo)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。