建設(shè)用地減量化的蘇錫常地區(qū)土地利用格局優(yōu)化
——基于白鷺生境網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化視角

吳 未,陳 明,歐名豪,2

1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)土地管理學(xué)院,南京 210095 2 農(nóng)村土地資源利用與整治國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心,南京 210095

近幾十年來(lái),中國(guó)經(jīng)歷了世界歷史上規(guī)模最大、速度最快的城鎮(zhèn)化進(jìn)程,取得舉世矚目成就。城市建設(shè)用地為支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展迅猛擴(kuò)張的同時(shí),出現(xiàn)土地布局分散、結(jié)構(gòu)不合理、用地低效等問(wèn)題[1- 4],亟需土地利用格局優(yōu)化。2014年國(guó)土資源部正式提出實(shí)施建設(shè)用地總量控制和減量化戰(zhàn)略、2015年中共中央國(guó)務(wù)院將實(shí)施建設(shè)用地總量控制和減量化管理上升至國(guó)家戰(zhàn)略、2016年中央城市工作會(huì)議明確提出轉(zhuǎn)變城市發(fā)展方式,優(yōu)化土地利用格局。建設(shè)用地減量化已成為土地利用格局優(yōu)化研究新背景[4- 5]。

建設(shè)用地減量化就是當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定水平后,通過(guò)政策和工程技術(shù)手段,把利用不佳的建設(shè)用地恢復(fù)成生態(tài)或農(nóng)業(yè)使用狀態(tài)[4],本質(zhì)就是土地利用格局優(yōu)化[4]。目前國(guó)內(nèi)外土地利用格局優(yōu)化成果多從建設(shè)用地增量情景出發(fā)[6- 12],尚未引入減量化概念,迫切需要研究。

本文以建設(shè)用地減量化為背景、快速城市化蘇錫常地區(qū)為研究區(qū),采用目標(biāo)物種白鷺生境網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化為減量化依據(jù)的方法,旨在探討“建設(shè)用地怎么減？減哪里？減多少？依據(jù)是什么？”的土地利用格局優(yōu)化問(wèn)題,拓展土地利用格局優(yōu)化方法和土地資源持續(xù)利用管理研究。

1 研究區(qū)域

1.1 研究區(qū)概況

蘇錫常地區(qū)(119°08′—121°15′E,30°46′—32°04′N)位于江蘇省南部太湖之濱,是長(zhǎng)江三角洲腹心地帶,屬于長(zhǎng)江沖積平原,區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦,河湖眾多,屬北亞熱帶季風(fēng)氣候,年均降水1092.4 mm,年均氣溫15.3 ℃,總面積1.75萬(wàn)km2。境內(nèi)物種豐富,鳥(niǎo)類、獸類、兩棲爬行類200多種,其中鳥(niǎo)類170余種。截止2015年區(qū)內(nèi)共有國(guó)家森林公園7個(gè)、國(guó)家濕地公園2個(gè)、省級(jí)自然保護(hù)區(qū)3個(gè)、縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)1個(gè)。

蘇錫常地區(qū)以全省約17%的國(guó)土面積和人口實(shí)現(xiàn)了約40%的地方國(guó)民生產(chǎn)總值和地方財(cái)政收入。2000—2010年地區(qū)建設(shè)用地比重從14.71%增至27.82%,土地利用結(jié)構(gòu)和空間布局發(fā)生顯著變化,土地供給與建設(shè)用地需求矛盾尖銳、土地低效利用現(xiàn)象并存[4]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

采用中國(guó)科學(xué)院國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)2010年蘇錫常地區(qū)TM遙感數(shù)據(jù)、1∶5萬(wàn)數(shù)字高程DEM數(shù)據(jù)(30 m×30 m)、中國(guó)觀鳥(niǎo)記錄中心(China Bird Report)2003—2010年觀測(cè)數(shù)據(jù)、2010年蘇錫常地區(qū)行政區(qū)劃圖和蘇錫常3市《統(tǒng)計(jì)年鑒(2011年)》。

遙感數(shù)據(jù)分辨率為30 m,ENVI遙感軟件支持下完成幾何校正、圖像配準(zhǔn)等處理并經(jīng)地區(qū)2010年土地利用現(xiàn)狀圖校對(duì),ArcGIS 10.0軟件預(yù)處理。

結(jié)合白鷺生境特點(diǎn)、數(shù)據(jù)精度及土地資源管理工作實(shí)際,將區(qū)內(nèi)土地劃分為水田、旱地、園地、喬木林地、灌木林地、草地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通用地、灘涂沼澤、湖泊水庫(kù)、河流、溝渠/運(yùn)河和其他未利用地13類[13]。

2 研究方法

2.1 研究思路

以減量化概念[4]和前期白鷺生境網(wǎng)絡(luò)識(shí)別成果[13- 14]為基礎(chǔ),采用目標(biāo)物種生境網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化(增加生境斑塊面積和保護(hù)設(shè)置的遷移廊道[14])為減量化依據(jù)的方法,對(duì)建設(shè)用地進(jìn)行減量化(怎么減？減哪里？減多少？),優(yōu)化區(qū)域土地利用格局。

依據(jù)白鷺生活習(xí)性,將上述13類地類合并為適宜生境地類(喬木林地、灘涂沼澤、湖泊水庫(kù))、類生境地類(河流、溝渠/運(yùn)河、水田)、主要人為干擾地類(城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通用地、旱地)和其他地類(園地、草地、其他未利用地)[14]?？紤]到減量化過(guò)程操作難易程度及實(shí)現(xiàn)可能性,重點(diǎn)對(duì)城鄉(xiāng)建設(shè)用地、旱地進(jìn)行減量化并轉(zhuǎn)化為喬木林地。主要步驟包括：1)為提升白鷺生境質(zhì)量,對(duì)現(xiàn)有核心生境斑塊設(shè)置緩沖區(qū)[15],對(duì)緩沖區(qū)內(nèi)主要人為干擾地類進(jìn)行減量化。2)為保證白鷺遷移過(guò)程通達(dá)安全,對(duì)遷移廊道兩側(cè)設(shè)置保護(hù)鳥(niǎo)類適宜寬度[16- 17]的緩沖區(qū),對(duì)緩沖區(qū)范圍內(nèi)主要人為干擾地類進(jìn)行減量化。3)上述兩步減量化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)旱地(耕地)面積減少的情況,從嚴(yán)格執(zhí)行耕地保護(hù)政策,按照總量動(dòng)態(tài)平衡、占一補(bǔ)一原則,對(duì)減少的旱地進(jìn)行等面積水田補(bǔ)償。具體是進(jìn)行區(qū)域土地生態(tài)安全分區(qū),將生態(tài)核心區(qū)內(nèi)主要人為干擾地類(城鄉(xiāng)建設(shè)用地)通過(guò)農(nóng)村居民點(diǎn)整理項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為水田,即建設(shè)用地二次減量化。

2.2 基于核心生境斑塊優(yōu)化的建設(shè)用地減量化

采用生境斑塊約束條件模型[13]識(shí)別出白鷺生境斑塊；根據(jù)中國(guó)觀鳥(niǎo)記錄中心數(shù)據(jù),區(qū)內(nèi)有白鷺觀測(cè)點(diǎn)77處,觀測(cè)到的白鷺數(shù)量在1—200只之間,設(shè)定50只以上觀測(cè)點(diǎn)為核心生境斑塊[18],在TM影像圖上空間匹配后,測(cè)算出對(duì)應(yīng)面積；以核心生境斑塊面積均值為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置緩沖區(qū),對(duì)于面積小于均值的核心生境斑塊進(jìn)行緩沖區(qū)分析,將緩沖區(qū)內(nèi)的城鄉(xiāng)建設(shè)用地和旱地進(jìn)行減量化處理。

2.3 基于遷移廊道保護(hù)的建設(shè)用地減量化

采用ArcGIS中Feature to point工具將2.2節(jié)識(shí)別出的生境斑塊轉(zhuǎn)換為生境節(jié)點(diǎn)；采用最小成本路徑法構(gòu)建出白鷺現(xiàn)狀生境網(wǎng)絡(luò)[14]；采用網(wǎng)絡(luò)效能分析法[18]實(shí)現(xiàn)白鷺現(xiàn)狀生境網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。為保證遷移廊道暢通安全不受或少受人為干擾,以保護(hù)鳥(niǎo)類適宜寬度為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置寬度為200 m的遷移廊道[16- 17],對(duì)緩沖帶內(nèi)城鄉(xiāng)建設(shè)用地和旱地進(jìn)行減量化處理。

2.4 建設(shè)用地二次減量化

分別以城鄉(xiāng)建設(shè)用地和生態(tài)用地(2.1節(jié)中適宜生境用地和類生境用地)為源,采用空間擴(kuò)張互侵方法進(jìn)行區(qū)域土地生態(tài)安全分區(qū)[19],得到生態(tài)核心區(qū)。與2010年土地利用現(xiàn)狀圖比照,將生態(tài)核心區(qū)內(nèi)城鄉(xiāng)建設(shè)用地減量化處理,轉(zhuǎn)化為水田,達(dá)到耕地總量動(dòng)態(tài)平衡,切實(shí)貫徹執(zhí)行嚴(yán)格保護(hù)耕地基本國(guó)策。上述過(guò)程在地級(jí)市行政區(qū)內(nèi)進(jìn)行；如果不能滿足平衡,則在研究區(qū)內(nèi)調(diào)配。

以上計(jì)算均由ArcGIS 10.0軟件實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)果

3.1 基于核心生境斑塊優(yōu)化的建設(shè)用地減量化結(jié)果

圖1 蘇錫常地區(qū)白鷺核心生境斑塊識(shí)別結(jié)果Fig.1 Identification results of the core habitat patches of the Little Egret in the Su-Xi-Chang region

圖1是白鷺核心生境斑塊識(shí)別結(jié)果。表1為核心生境斑塊區(qū)位、面積及緩沖區(qū)面積情況。區(qū)內(nèi)核心生境斑塊14處(蘇錫常分別6處、4處和4處)多分布在太湖周邊,面積在11.2—681.9 hm2之間普遍偏小(平均面積154.4 hm2),需優(yōu)化的核心生境斑塊有11處。

圖2為核心生境斑塊緩沖區(qū)結(jié)果?；居?種情況：只有城鄉(xiāng)建設(shè)用地(斑塊14)、只有旱地(斑塊5和斑塊8)以及既沒(méi)有旱地也沒(méi)有城鄉(xiāng)建設(shè)用地(其余8處)。通過(guò)計(jì)算,斑塊14需減少城鄉(xiāng)建設(shè)用地?cái)?shù)量為5.0 hm2、斑塊5和斑塊8需減少旱地?cái)?shù)量共4.1 hm2。

3.2 基于遷移廊道保護(hù)的建設(shè)用地減量化結(jié)果

圖3為白鷺遷移廊道優(yōu)化結(jié)果?，F(xiàn)狀遷移廊道109條、潛在遷移廊道32條,總長(zhǎng)度約1460 km。圖4為遷移廊道緩沖區(qū)分析示意。緩沖區(qū)內(nèi)分布有城鄉(xiāng)建設(shè)用地和旱地,需減量化處理。

表1 蘇錫常地區(qū)白鷺核心生境斑塊區(qū)位、面積及增補(bǔ)緩沖區(qū)情況

圖2 核心生境斑塊緩沖區(qū)分析結(jié)果Fig.2 Anlysis results of core habitat patches buffer

表2為地級(jí)市行政區(qū)內(nèi)城鄉(xiāng)建設(shè)用地和旱地減量化情況。需減量化處理城鄉(xiāng)建設(shè)用地6547.1 hm2、旱地208.7 hm2?？臻g分布上,需減量化的城鄉(xiāng)建設(shè)用地以蘇州最多、無(wú)錫次之、常州最少；需減量化的旱地以常州最多、無(wú)錫次之、蘇州最少。

圖3 蘇錫常地區(qū)白鷺遷移廊道構(gòu)建與優(yōu)化結(jié)果 Fig.3 Construction and optimization results of migration corridor of the Little Egret of the Su-Xi-Chang region

3.3 建設(shè)用地二次減量化結(jié)果

圖5和圖6分別為生態(tài)核心區(qū)劃分結(jié)果及內(nèi)部城鄉(xiāng)建設(shè)用地分布示意情況。經(jīng)測(cè)算,生態(tài)核心區(qū)內(nèi)共有城鄉(xiāng)建設(shè)用地1468.4 hm2(蘇州662.6 hm2、無(wú)錫467.8 hm2、常州338.0 hm2),可實(shí)現(xiàn)2.4節(jié)地級(jí)市行政區(qū)內(nèi)耕地占補(bǔ)平衡,不需調(diào)配(表3)。經(jīng)與區(qū)域土地利用現(xiàn)狀圖比照,需減量化處理的城鄉(xiāng)建設(shè)用地以零星農(nóng)村居民點(diǎn)為主,具備通過(guò)農(nóng)村居民點(diǎn)整理項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為水田實(shí)現(xiàn)耕地總量動(dòng)態(tài)平衡的可行性。

4 結(jié)論與討論

從建設(shè)用地總量減量化背景出發(fā),采用以目標(biāo)物種生境網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化為減量化依據(jù)的方法,探討了快速城市化蘇錫常地區(qū)土地利用格局優(yōu)化的思路,并給出建設(shè)用地減量化具體方案。結(jié)果表明：1)白鷺核心生境斑塊距離人為干擾源較遠(yuǎn)、需減量化的建設(shè)用地?cái)?shù)量較少,但多數(shù)核心生境斑塊面積小于平均值,破碎化現(xiàn)象較為嚴(yán)重；白鷺遷移廊道內(nèi)需減量化的建設(shè)用地?cái)?shù)量為6542.1 hm2,受人為干擾顯著；為保證區(qū)內(nèi)耕地總量動(dòng)態(tài)平衡,執(zhí)行耕地保護(hù)基本國(guó)策,對(duì)生態(tài)核心區(qū)內(nèi)城鄉(xiāng)建設(shè)用地進(jìn)行了213.7 hm2的二次減量化、新增水田208.7 hm2；研究區(qū)建設(shè)用地減量化總面積為6755.8 hm2。2)通過(guò)減量(城鄉(xiāng))建設(shè)用地和旱地等主要人為干擾地類,多數(shù)生境核心斑塊面積得到增加、質(zhì)量得到提升,遷移廊道受人為干擾影響程度明顯下降,通達(dá)安全性得到保障,從而實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)物種生境網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上,研究區(qū)建設(shè)用地總量也得到了減量化。與研究區(qū)現(xiàn)狀相比,盡管其他地類數(shù)量和空間分布沒(méi)有發(fā)生任何變化,但目標(biāo)物種生境網(wǎng)絡(luò)得到了優(yōu)化、區(qū)內(nèi)“格局-生態(tài)過(guò)程”特征得到增強(qiáng),區(qū)域土地利用格局優(yōu)化的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了。

表2 蘇錫常地區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)用地和旱地減量化情況

表3 蘇錫常地區(qū)各地市旱地及生態(tài)核心區(qū)內(nèi)城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積

圖4 蘇錫常地區(qū)白鷺遷移廊道緩沖區(qū)分析結(jié)果示意Fig.4 The buffer analysis results of the Little Egret′s migration corridor of the Su-Xi-Chang region

圖5 蘇錫常地區(qū)生態(tài)核心區(qū)分布圖 Fig.5 Distribution of ecological core area of the Su-Xi-Chang region

圖6 蘇錫常地區(qū)部分生態(tài)核心區(qū)內(nèi)城鄉(xiāng)建設(shè)用地分布圖Fig.6 Distribution of urban and rural construction land in some ecological core areas of the Su-Xi-Chang region

建設(shè)用地總量控制和減量化管理國(guó)家戰(zhàn)略研究具有重要理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義[4- 5],但國(guó)內(nèi)外已有成果極少[5]。本文以目標(biāo)物種生境網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化為建設(shè)用地的減量化數(shù)量和空間分布測(cè)算依據(jù),回答了建設(shè)用地怎么減、減哪里、減多少的問(wèn)題。這種思路既有益于目標(biāo)物種保護(hù)的實(shí)現(xiàn),也把對(duì)生態(tài)過(guò)程的思考積極引入到土地利用格局優(yōu)化研究之中,為土地利用格局優(yōu)化研究提供了新思路、建設(shè)用地減量化政策制定與實(shí)施提供了科學(xué)依據(jù)。

目前上海率先提出采用把郊野分散低效建設(shè)用地轉(zhuǎn)移到集中建設(shè)區(qū)和類集建區(qū)的方法進(jìn)行建設(shè)用地減量化探索,具有借鑒意義[5]。但這種方法也尚處于理論探索階段,同時(shí)該方法引出很多問(wèn)題值得進(jìn)一步研究和廣泛探討：郊野分散建設(shè)用地是否必須減量化？其依據(jù)是什么？減量化的極限是多少？減量哪里？減量的先后順序是什么？以及如何將減量化與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段及其特征量化關(guān)聯(lián)起來(lái)？減量化過(guò)程中除考量社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素以外,如何將生態(tài)環(huán)境等問(wèn)題有機(jī)結(jié)合起來(lái)？等等。

隨著知識(shí)的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步,本研究思路和方法還可以得到很大改進(jìn)。如從生態(tài)網(wǎng)絡(luò)(而不是生境網(wǎng)絡(luò))優(yōu)化或構(gòu)建生態(tài)安全格局的視角出發(fā),作為建設(shè)用地減量化的基本依據(jù),考查區(qū)域土地利用格局優(yōu)化問(wèn)題更為適宜。但是物種多樣性保護(hù)中的“集合覆蓋問(wèn)題”和“最大覆蓋問(wèn)題”尚在探討之中。此外,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)和生態(tài)安全格局構(gòu)建本身還有諸如地域性[21]和時(shí)效性[22]差異等較多問(wèn)題也亟待解決。上述問(wèn)題的解決,將積極推進(jìn)本研究成果的改進(jìn)、提高其普適性。

建設(shè)用地總量控制和減量化國(guó)家戰(zhàn)略背景下,土地利用格局優(yōu)化研究將出現(xiàn)一個(gè)嶄新的研究方向,需要不斷深入探索和實(shí)踐檢驗(yàn)。