基于村莊規(guī)劃的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化
——以湛江市群井村為例

朱淑嫻，吳明發(fā)，李志娟

（1.云南財經(jīng)大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，昆明 650221；2.廣東海洋大學(xué)，a.管理學(xué)院；b.廣東沿海經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展研究院，廣東 湛江 524088）

隨著《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022年）》《關(guān)于統(tǒng)籌推進(jìn)村莊規(guī)劃工作的意見》等文件的頒發(fā)，明確在國土空間規(guī)劃背景下，加強(qiáng)村莊規(guī)劃，改善農(nóng)村布局，提升人居環(huán)境，促進(jìn)鄉(xiāng)村振興迫在眉睫［1-3］。村莊規(guī)劃是在國土空間規(guī)劃體系中屬于鄉(xiāng)村地區(qū)的詳細(xì)規(guī)劃，為開展鄉(xiāng)村空間開發(fā)和保護(hù)活動、執(zhí)行國土空間用途管制實施各類建設(shè)等的重要依據(jù)［1］?！岸嘁?guī)合一”（Multiple Planning Integration）是為解決各種規(guī)劃指標(biāo)不一、內(nèi)容沖突、缺乏銜接、自成體系的問題，把多個規(guī)劃（土地利用總體規(guī)劃、社會發(fā)展規(guī)劃、城鄉(xiāng)融合發(fā)展規(guī)劃等）有機(jī)融合到一個區(qū)域上，實現(xiàn)“一本規(guī)劃、一張藍(lán)圖”［3-5］。在綜合考慮“多規(guī)合一”和國土空間規(guī)劃對村莊規(guī)劃的統(tǒng)籌背景下，合理優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)是村莊規(guī)劃是否合理的重要前提和保障。

總結(jié)國內(nèi)外專家和學(xué)者對不同區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究，土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化從靜態(tài)轉(zhuǎn)向動態(tài)和信息化發(fā)展，因此各種定性與定量、灰色線性和多目標(biāo)線性規(guī)劃的方法也被運用在土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化上［6，7］。通過多目標(biāo)綜合決策實現(xiàn)土地利用效益最大化是土地利用規(guī)劃領(lǐng)域的研究熱點［8］。相關(guān)學(xué)者圍繞土地利用結(jié)構(gòu)和布局優(yōu)化從方法創(chuàng)新［9，10］、約束控制［11，12］、尺度調(diào)整［13，14］、目標(biāo)耦合［15，16］等方面進(jìn)行了大量研究?；疑嗄繕?biāo)線性規(guī)劃模型的優(yōu)點在于它可以解決約束白化的多目標(biāo)問題，并不是簡單地算出某個滿意解，而是為人們提出將來可能發(fā)生的多種情形，以及不同情形下的決策［17］。因此，基于村莊規(guī)劃理論，利用灰色線性多目標(biāo)模型，對廣東省湛江市麻章區(qū)湖光鎮(zhèn)群井村（行政村）進(jìn)行土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的建模和研究，并通過不斷調(diào)整約束條件，求出以經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益最大化為目標(biāo)下不同的3種優(yōu)化方案，并確定一組最趨于合理的群井村土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，對群井村土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析，以期為群井村村莊規(guī)劃編制提供理論依據(jù)，為鄉(xiāng)村振興和村委會決策提供參考依據(jù)，為土地用途管制奠定基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于湛江市麻章區(qū)自然資源局的麻章區(qū)群井村及周邊影像數(shù)據(jù)（2018年）、麻章區(qū)土地利用總體規(guī)劃矢量數(shù)據(jù)（2006—2020年）、麻章區(qū)土地利用現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)（2017年）、群井村及周邊永久基本農(nóng)田規(guī)劃矢量數(shù)據(jù)（2006—2020年）、玉湛高速走向矢量數(shù)據(jù)（2019年）；群井村實地調(diào)查的自然、經(jīng)濟(jì)社會和生態(tài)環(huán)境等方面的數(shù)據(jù)；互聯(lián)網(wǎng)的《湛江

市城市總體規(guī)劃》（2011—2020年）；《湛江市麻章區(qū)土地利用總體規(guī)劃》（2006—2020年）；《麻章區(qū)國民經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》；《湛江市麻章區(qū)湖光鎮(zhèn)土地利用總體規(guī)劃》（2010—2020年）等。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)學(xué)模型 灰色線性多目標(biāo)模型應(yīng)用系統(tǒng)方法的多目標(biāo)決策理論和灰色系統(tǒng)理論，優(yōu)化具有灰色、多目標(biāo)、多方案等特點的土地利用系統(tǒng)，決策者根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，使目標(biāo)系統(tǒng)由灰變白，進(jìn)而選擇滿意的規(guī)劃方案，提高了規(guī)劃和決策的科學(xué)性［18-20］。

1.2.2 決策變量的確定 本研究設(shè)置土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置變量時，依據(jù)《村莊規(guī)劃編制技術(shù)導(dǎo)則》和《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T21010—2007），以群井村土地利用現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，結(jié)合土地利用規(guī)劃目標(biāo)，設(shè)置15個變量（表1）。

表1 決策變量

1.2.3 約束條件的確定

1）人口總數(shù)約束：用灰色系統(tǒng)方法的GM（1，1）模型（d(t)+az(1)(t)=b）對群井村總?cè)丝跀?shù)進(jìn)行預(yù)測，得到2025年總?cè)丝跀?shù)為1 685人。

農(nóng)用地和村莊用地承載人口控制在2025年規(guī)劃人口之內(nèi)，即：

2）全村總面積約束：群井村總面積與各土地利用類型的土地面積之和相等，即

3）各地類需求約束：各地類約束條件見表2。

表2 各地類約束條件

4）數(shù)學(xué)模型非負(fù)約束：Xi＞0,i=1,2,…15。

1.2.4 目標(biāo)函數(shù)構(gòu)造

1）經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)函數(shù)

經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)旨在使經(jīng)濟(jì)效益最大化［21］，經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)函數(shù)如下：

式中，ci是各土地利用類型的經(jīng)濟(jì)效益的效益系數(shù)，由產(chǎn)出效益Ci與權(quán)重wi相乘，即ci=Ci×wi，xi是土地利用類型。

①確定各類用地的效益相對權(quán)重系數(shù)

利用專家打分法，依據(jù)不同土地利用類型對第一、二、三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)，確定群井村各類用地的效益權(quán)重，獲得其效益權(quán)重集合：

其中，X4（草地）、X9（基礎(chǔ)設(shè)施用地）、X10（景觀與綠化用地）、X11（村內(nèi)交通用地）、X15（自然保留地）不存在產(chǎn)出值，用地效益被賦予0［22］，不參與本次打分。因此，由式（2）得，

②確定產(chǎn)出效益ci

本研究所提及的效益系數(shù)C是常數(shù)，是依據(jù)群井村的耕地每公頃均產(chǎn)效益值得出。因此，耕地平均產(chǎn)效益發(fā)展預(yù)期值=效益系數(shù)C×各類用地的效益相對權(quán)重系數(shù)。預(yù)測到2025年，耕地平均產(chǎn)效益為50 002.5元/hm2。由于運算需要，把不存在產(chǎn)出值的土地利用類型的ci賦予為0.000 1，由ci=Ciwi得：

③確定經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)函數(shù)

經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)函數(shù)為：

2）生態(tài)效益目標(biāo)函數(shù)為：

式中，xi是土地利用類型，di是單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值［23-25］，di等于標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值乘以單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量。

通過實地調(diào)研結(jié)合群井村土地實際情況，確定1個標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值面積價值當(dāng)量為3 302.71元/hm2。確定各土地利用類型對應(yīng)的單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量和服務(wù)價值，代入函數(shù)可得：

3）社會效益目標(biāo)函數(shù)為：

運用Matllab軟件求解出一組經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益在數(shù)量上最大化的較優(yōu)土地利用結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與分析

依據(jù)灰色多目標(biāo)線性規(guī)劃模型，對研究中確定的15個變量的土地利用類型的面積進(jìn)行優(yōu)化，得到2025年土地利用規(guī)劃期的面積（表3）。

表3 群井村土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

2.1 基于經(jīng)濟(jì)效益最大化的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

在經(jīng)濟(jì)效益最大化的方案下，建設(shè)用地增加了33.72%，達(dá)到3種方案中的最高值。增加的建設(shè)用地主要為經(jīng)營性建設(shè)用地、水利設(shè)施用地，共增加3.75 hm2。經(jīng)濟(jì)效益方案以經(jīng)濟(jì)效益為優(yōu)先目標(biāo)，在優(yōu)化過程中占用了75.00%的自然保留地田，面積減少0.97 hm2，農(nóng)業(yè)用地面積減少1.64%，一定程度上破壞了生態(tài)環(huán)境。隨著鄉(xiāng)村振興的推進(jìn)，群井村建設(shè)用地擴(kuò)張最為明顯，土地得到了高效利用并一定程度上帶動了農(nóng)業(yè)空間發(fā)展，一定程度上制約了生態(tài)空間的發(fā)展。

2.2 基于生態(tài)效益最大化的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

在生態(tài)效益最大化的方案下，群井村生態(tài)用地變化最明顯，面積增加了5.69 hm2，較現(xiàn)狀生態(tài)用地總面積增加了108.59%，增加的面積主要來自于坑塘水面，起到了涵養(yǎng)水源和保持水土的作用。建設(shè)用地比重降低17.45%，面積減少了1.94 hm2。由此可見該方案受政策影響較大，起到了建設(shè)美麗生態(tài)鄉(xiāng)村的作用，符合國家“十四五”規(guī)劃要求。

2.3 基于社會效益最大化的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

在社會效益最大化的方案下，農(nóng)業(yè)用地的比重增加了3.29%，面積增加1.94 hm2，如林地的增加有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，村內(nèi)交通用地、公共服務(wù)設(shè)施用地、經(jīng)營性建設(shè)用地和基礎(chǔ)設(shè)施用地面積不斷增加。經(jīng)過優(yōu)化后，公共服務(wù)設(shè)施用地和基礎(chǔ)設(shè)施用地增加較大，面積分別為0.35 hm2和0.37 hm2，改善了村莊人居環(huán)境，同時解決了公共服務(wù)短缺問題。生態(tài)用地面積為5.85 hm2，比經(jīng)濟(jì)效益最大化方案下的面積減少了2.18 hm2，生態(tài)用地縮減趨勢較為緩和?？傮w來看，與經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益最大化方案相比，該方案下3類用地發(fā)展較為均衡，趨于較優(yōu)的群井村土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，可以用“較優(yōu)化”的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)指導(dǎo)空間布局，為土地用途管制奠定基礎(chǔ)。

3 小結(jié)

在土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，應(yīng)用灰色多目標(biāo)線性規(guī)劃模型優(yōu)化的土地利用結(jié)構(gòu)，比上級規(guī)劃下達(dá)的硬性指標(biāo)更科學(xué)合理，更符合指導(dǎo)區(qū)域?qū)嶋H規(guī)劃。群井村土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果的各項約束性指標(biāo)更有利于推動美麗生態(tài)鄉(xiāng)村建設(shè)，如村莊建設(shè)用地總面積小于規(guī)劃目標(biāo)，園地和林地等面積大于規(guī)劃目標(biāo)。

通過基于經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益最大化的模型優(yōu)化結(jié)果表明，為了實現(xiàn)“多規(guī)合一”目標(biāo)，群井村通過調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)合理優(yōu)化農(nóng)業(yè)用地結(jié)構(gòu)，優(yōu)先保護(hù)耕地，適當(dāng)增加園地和草地面積，滿足特色農(nóng)業(yè)特色發(fā)展需求；群井村通過調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)合理優(yōu)化建設(shè)用地結(jié)構(gòu)，主要包括加大土地整治力度，促進(jìn)村莊建設(shè)用地節(jié)約集約化，推進(jìn)農(nóng)村“一戶一宅”建設(shè)和改善農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施短缺問題；群井村通過調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)合理優(yōu)化生態(tài)用地，加強(qiáng)坑塘水面的修復(fù)，保護(hù)生態(tài)脆弱的土地，推動美麗生態(tài)鄉(xiāng)村建設(shè)。

在“多規(guī)合一”背景下，探索村莊規(guī)劃的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，可以解決各種規(guī)劃指標(biāo)不一、內(nèi)容沖突、缺乏銜接、自成體系的問題，實現(xiàn)“一本規(guī)劃、一張藍(lán)圖”，有力推動鄉(xiāng)村振興。進(jìn)行土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化是落實土地用途管制的基礎(chǔ)，而村土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有實施性和操作性，是振興鄉(xiāng)村的好抓手，也可以為國土空間規(guī)劃工作提供參考。

雖然本研究基于“多規(guī)合一”理論背景下，進(jìn)行土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化并且研究的規(guī)劃尺度是自然村，但存在一些不足之處。隨著規(guī)劃尺度的推移和縮小，本研究運用灰色多目標(biāo)線性規(guī)劃模型進(jìn)行土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化，由于是小尺度，在求較優(yōu)解過程中受限比較大，加上經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)函數(shù)和生態(tài)效益目標(biāo)函數(shù)設(shè)置引用的是定性與定量研究成果，不具備普遍意義。在土地利用空間布局優(yōu)化中，由于技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐有限，沒有具體落實到地塊，目前研究只是提出各類用地的數(shù)量優(yōu)化調(diào)整方向的意見和建議，在指導(dǎo)實際應(yīng)用的過程中，應(yīng)結(jié)合實際情況予以相應(yīng)調(diào)整。