基于生態承載力的國土空間開發布局方法研究

葉 菁，謝巧巧，譚寧焱

（中國地質大學（武漢）公共管理學院，武漢 430074）

·土地整理工程·

基于生態承載力的國土空間開發布局方法研究

葉 菁，謝巧巧，譚寧焱

（中國地質大學（武漢）公共管理學院，武漢 430074）

為揭示城市生態承載力空間特征，探討國土空間開發格局優化方法，該文以湖北省鄂州市為例，構建“資源環境承載力-生態彈性力-社會經濟協調力”生態承載力綜合評價模型，采用狀態空間法在市域范圍進行生態承載力綜合評價，利用三維魔方法設計生態承載力綜合評價與國土空間開發格局的關聯模型，結合生態承載力的空間分異特征與評價單元主體功能分區結果進行國土空間開發布局分析。結果表明：1）生態承載力綜合評價指數最大值為0.233 8，位于梁子鎮，最小值為0.050 9，位于臨江鄉。受到資源環境本底和社會經濟投入條件影響，研究區生態承載力較高地區主要分布在西南沿湖一帶，北部相對較低，總體呈現南高北低的空間分異格局。2）國土空間格局劃為城市經濟核心區、城市經濟拓展區、農業生產區、生態功能涵養區四大功能區域和一類禁止開發區域，能夠較好地反映生態承載力綜合指數的空間分異特征。結果能夠為國土空間開發格局優化理論與實踐提供科學依據和實證基礎。

土地利用；優化；生態承載力；國土空間開發布局；狀態空間法；三維魔方法；鄂州市

0 引 言

生態承載力作為衡量一定區域社會經濟活動、資源環境本底與生態系統彈性之間相互關系的科學概念與基礎工具，是優化國土空間開發格局、推進生態文明建設的重要基礎與可靠依據。一般認為生態承載力是在一定時期內，資源、環境子系統對于社會經濟活動的承載與支撐能力[1-2]，可以結合生態足跡[3]、系統動力學[4]等理論、采用層析分析法[5]、灰色關聯法[6]、狀態空間法[7]等方法，從城市群[8]、省域[9]、市域[10]不同層面，構建承載力評價的指標體系[11]，探討區域生態承載力，資源承載力與資源負荷間關系[12]。國土空間開發格局則是基于資源環境格局、經濟社會發展格局、生態安全格局在國土空間上形成的空間配置形態和特定秩序[13]，研究主要集中在國土空間規劃體制理論研究[14-16]，區域國土空間布局[17-18]，區域土地利用分區與主體功能分區[19-21]，國土空間開發格局模型與方法[22-24]研究等方面。目前，以區域生態承載力為基礎開展的國土空間開發布局研究，多以理論探討為主，從宏觀層面論證在國土空間布局中必須充分考慮生態環境影響因素。有學者嘗試從自然資源、生態環境等方面分析中國生態承載力的基本狀況[25]，基于經濟-生態-社會綜合效益和生產-分配-消費立體系統的區域發展均衡模型，闡釋人地系統相互作用、自然對人文作用的資源環境承載力評價[26]，依據城市生態承載力、生產承載力和生活承載力，從三生安全角度提出優化城市三生空間的國土開發布局方案[27]，為優化國土空間開發格局研究提供了科學基礎與科技支撐。

總體來講，目前研究多著重在根據承載力結果進行區域承載力分區，或是運用不同模型與技術方法對國土空間開發布局進行探討，較少將生態承載力研究與國土空間布局直接聯系起來展開論證，對以區域生態承載力的空間分異性為基礎和依據進行國土空間開發格局優化布局的研究尚不多見，缺乏充分的區域實證探討。鑒于此，本文以湖北省鄂州市為例，建立“資源環境承載力-生態彈性力-社會經濟協調力”的生態承載綜合評價模型，對鄂州市所轄25個鄉（鎮/街道）進行生態承載力綜合評價，明確生態承載力綜合評價各要素層與區域主體功能類型的關系，構建生態承載力與國土空間開發格局的關聯模型，提出國土空間開發布局方案，以期為國土空間開發格局研究理論和實踐提供參考和借鑒。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

鄂州市地處湖北省東南部，總面積1 596 km2，是長江經濟帶中下游開放型港口城市，并充分享有武漢大都市經濟輻射。作為國土資源部“多規合一”試點城市之一、湖北省生態文明創建示范區城市以及武漢城市圈中具有“百湖之市”之稱的沿江濱湖度假城市，鄂州市城市生態文明建設尤為重要和迫切。在生態文明建設的機遇背景下，對鄂州市進行生態承載力綜合評價，積極探索區域差異化的生態承載力提高方式與管理政策，提出國土空間開發布局方案，能夠對鄂州市各功能區域提供發展路徑指引，有助于城市生態文明構建與“兩型社會”的實現。

1.2 數據來源

本文研究基礎數據主要包括：鄂州市土地利用數據、資源環境利用與現狀數據、土地利用規劃數據、統計年鑒與歷史文獻資料。其中，土地利用數據來源于第二次土地調查年度變更數據，水資源利用數據主要來源于《鄂州市水資源公報2014》，環境數據（可吸入顆粒、二氧化硫、二氧化氮年均值等指標數據）來源于《鄂州市環境狀況公報》以及市環保局提供的2014年全市各企業污染物排放資料，生態環境指數指標數值根據生態環境狀況評價技術規范（HJ 192-2015）明確的計算方法進行計算求得。社會經濟數據來源于中國城市統計年鑒和鄂州年鑒。對于個別缺失當年相關指標數據的鄉鎮，根據該指標往年的平均增長率求取。

2 生態承載力綜合評價方法

2.1 生態承載力綜合評價方法

生態承載力是對生態承載媒體客觀承載能力與承載對象壓力的綜合反映，其研究對象是由“自然資源-社會經濟-生態環境”組成的復合生態系統。本文在借鑒前人研究成果基礎上，結合鄂州市特定的生態、經濟、社會、資源背景，采用狀態空間法[7,28-29]描述生態承載力狀態。

狀態空間法（state-space technique）的基本思想是將歐氏幾何空間用于定量描述系統狀態，通常由表示系統各要素狀態向量的三維狀態空間軸組成[29]。在生態承載力研究中，三維軸分別代表生態承載力的各影響要素向量，三維空間中的每一個點代表著某一時刻自然生態與人類活動狀態的空間組合，用各方向上的承載要素特定組合定量描述區域綜合承載力和承載狀態。基于生態承載力的內涵，本文從資源環境承載力、生態彈性力與社會經濟協調力3個維度進行承載力評價，在此基礎上進行綜合生態承載力評價。具體計算模型如下：

1）資源環境承載力評價模型

式中REC表示資源環境承載力指數；Mr為資源環境承載力空間向量的模；R1j為資源環境承載力的第j個指標在空間坐標軸上的投影；W1j為第j個資源環境承載力指標對應的權重。

2）生態彈性力評價模型

式中EEC表示生態彈性力指數；Me為生態彈性力空間向量的模；E2j為生態彈性力第j個指標在空間坐標軸上的

投影；W2j為第j個生態彈性力指標對應的權重。

3）社會經濟協調力模型

式中SEC表示社會經濟協調力指數；Ms為社會經濟協調力空間向量的模；S3j為社會經濟協調力第j個指標在空間坐標軸上的投影；W3j為第j個社會經濟協調力指標對應的權重。

4）生態承載力綜合評價模型

式中ECC表示生態承載力綜合指數；Mg為生態承載力空間向量的模。

2.2 生態承載力評價指標體系構建

有關學者對生態承載力的內涵與評價方法展開討論，指出其是在一定時間周期內，承載媒體對承載對象的支持能力[1]，但到目前為止對生態承載力的研究還沒有統一的模型和指標體系。已有研究基于能值分析法、生態足跡法等方法進行了探討，為本文評價方法提供了很好的參考依據和框架思路。本文認為生態承載力評價，是對生態支撐力和生態壓力的綜合衡量，不僅要對資源要素與環境要素的本底狀況、區域生態系統自我協調能力進行研究，還要客觀描述各類經濟活動下社會-資源-生態的協調發展程度，因此，需從資源、環境、人口、經濟等多因素多層次進行指標選取與模型構建。

基于自然資源-社會經濟-生態環境的城市生態復合系統框架，在《生態環境狀況評價技術規范（發布稿）》（HJ 192-2015）等相關行業標準要求下，參考地區生態文明示范區建設實施方案等已有建設標準，結合研究區生態承載力空間差異特征及評價單元資源環境與社會經濟發展特質，選取既易于收集，又能表征空間異質性的評價指標。據此構建包括資源環境承載力、生態彈性力與社會經濟協調力在內的3層指標體系，各層次下設置支撐力指標與壓力指標，支撐力指標15項，壓力指標10項，共計25項。

1）資源環境承載力指標：反映資源要素與環境要素的本底狀況以及人類社會活動對資源環境的利用情況。自然資源是人類活動的基礎要素，對資源環境承載力起著尤為重要的支撐作用，這種支撐作用既表現為其自身是人類生產生活的直接物質承擔者，又表現為是豐富人類物質生活資料的重要來源，因此支撐指標選取人均水資源量、人均水產品產量，人均耕地面積等7項指標。壓力指標選取建設用地比重、化學需氧量（COD）排放量、工業二氧化硫排放量等4項指標，反映社會經濟活動對建設用地的需求水平及生產生活活動對環境的破壞程度。

2）生態彈性力指標：反映區域生態系統自我協調能力。結合評價對象生態文明創建示范區特點，選取生物豐度指數、水網密度指數、植被覆蓋指數及生態環境狀況指數為支撐指標，反映區域內水、生物、植被等生態環境整體質量狀況。壓力指標包括污染負荷指數與土地脅迫指數，用以描述區域內的環境污染壓力及水土流失、土地開發等人類活動對土地資源造成的壓力。計算方法按《生態環境狀況評價技術規范》（HJ192-2015）進行。

3）社會經濟協調力指標：體現社會-經濟-人口協調發展程度。支撐力指標包含反映經濟發展水平的人均農業生產總值與人均固定資產總值指標，也包含反映居民生活水平以及社會保障功能的人均純收入與養老保險參與率指標。壓力指標包括人口密度、農業人口比例、人口流動量與老齡化人口比例指標，用來表征區域人口密度、人口遷移與人口結構對社會經濟發展的壓力。

2.3 數據處理與權重確定

評價指標權重的確定是直接影響到綜合評價結果的關鍵性步驟。為消除不同指標量綱與量級不同帶來的影響，采用極值法對各項指標進行標準化處理，使壓力指標與支撐力指標的標準化值位于[0,1]之間。評價指標權重采用專家打分和熵值法綜合求取。指標體系、計算方法及權重具體見表1。

表1 鄂州市生態承載力綜合評價指標體系Table1 Comprehensive evaluation index system of ecological carrying capacity in Ezhou

1）計算指標標準化值xij

其中支撐力指標標準化方式為：

壓力指標標準化方式為：

式中xij表示第i鄉鎮第j項評價指標標準化后的數值，vij表示第i鄉鎮第j項指標的原始數值，maxj，minj分別為各評價單元第j項評價指標的最大值與最小值。

2）熵值法確定各指標客觀權重值aj；

3）專家打分法確定各指標主觀權重值bj；

4）計算綜合權重Wj，

3 生態承載力與國土空間開發格局關聯模型構建方法

本文采用三維魔方圖解法[30]將生態承載力與國土空間布局主體功能類型相關聯。三維魔方圖解法（magic cube）的基本思想是要素向量在三維空間中形成不同功能組合的空間單元，各要素在三維空間中有確切位置反映，具有較強的可視性與直觀性，常用于土地利用地域單元的功能分區研究。本文借助這一思想，將三維魔方圖解法應用于生態承載力與國土空間開發格局關聯模型的構建，通過構建三維空間，將各類要素指數進行分級，根據分級數量設定維度節點、分級等別，明確節點屬性值，將各要素體現的主體功能進行組合歸類，最終形成三維魔方。

3.1 構建三維空間

根據前述生態承載力綜合評價模型，生態承載力綜合評價指數由資源環境承載力、生態彈性力與社會經濟協調力3大要素組成，將其分別設為三維魔方中的X軸、Y軸與Z軸。依據“三生空間”涵義[31-32]將國土空間布局的主體功能設計為農業生產、生態保護與城市經濟發展3大功能類型。根據生態承載力綜合評價模型下3大要素分別表征的城市特征，將資源環境承載力指數、生態彈性指數與社會經濟協調指數依次對應農業生產主體功能、生態保護主體功能與城市經濟發展主體功能，形成生態承載力與國土空間主體功能相對應的三維空間模型。如圖1所示。

圖1 基于生態承載力的主體功能分區三維魔方圖Fig.1 Magic cube of main function zone based on ecological carrying capacity

參考龍華樓[27]研究，根據生態承載力各要素指數值的均值與其標準差的函數關系，確定三維空間不同維度節點數目為4個，既劃分為4個級別區間（見表2）。按照節點距離三維空間原點的遠近確定各節點的屬性值為1、2、3、4，要素指數值越大，距離原點越遠，級別越高，越能代表該要素所對應的主體功能類型。反之，要素指數值越小，距離原點越近，級別越低，越不能代表該要素所對應的主體功能類型。

3.3 國土空間主體功能分區準則

根據表2所確定的生態承載力各要素指數等別劃分準則，形成一個4×4×4的三維四階魔方，得到64種不同的國土空間主體功能類型組合。每一個三維空間單元都是對國土空間單元主體功能類型優勢度的反映，最終形成研究區不同的主體功能組合表達式，組合表達式由魔方單元坐標（a,b,c）來表現，其中a、b、c、分別代表農業生產主體功能區、生態保護主體功能區與城市經濟發展主體功能區的級別。

表2 生態承載力各要素指數等別劃分準則Table 2 Classification standards of each ecological index

按照絕對優勢，相對優勢的順序確定主體功能分區準則，分為第一層次、第二層次與第三層次（見表3）。當空間單元坐標（a,b,c）中有且僅有某一個類別的主體功能區級別為4時，稱該類別的主體功能區具有絕對優勢，此為第一層次劃分；當空間單元坐標（a,b,c）中有且僅有某一個類別的主體功能區級別為3，且其他類別主體功能區級別均小于3時，稱該類別的主體功能區具有相對優勢，此為第二層次劃分；當空間單元坐標（a,b,c）中任何一個功能區級別都不超過2時，此為第三層次。其中，若空間單元坐標（a,b,c）中有2個或者3個主體功能區級別相同時，參考對應生態承載力要素指標的數值，根據最大值確定其主體功能類型，并通過查閱該鄉（鎮/街道）的相關資料，根據實際情況對其主體功能類型予以修正與調整。

4 基于生態承載力的國土空間開發布局方法應用

4.1 鄂州市生態承載力綜合評價

利用狀態空間法，依據公式（1）～（7），計算得到各評價單元的資源環境承載力、生態彈性力與社會經濟協調力要素指數以及生態承載力綜合指數。采用自然裂點法將資源環境承載力、生態彈性力與社會經濟協調力與生態承載力劃分高、中、較低與低4個等級，見圖2。取值越大，等級越高，表明資源環境條件越好、生態系統越穩定、社會經濟協調性越好。

4.1.1 資源環境承載力評價

圖2a反映市域范圍內各鄉鎮資源環境承載力狀況的空間差異性。從評價結果來看，市域范圍內各鄉鎮資源環境承載力指數低值區主要分布在鼓樓街辦、鳳凰街辦、西山街辦與樊口街辦4個街道辦，其中鼓樓街辦的資源環境承載力指數最小，幾乎接近于0。資源環境承載力指數值高值區僅梁子鎮一個鄉鎮，為0.208 3，這是由于梁子鎮行政區域范圍內水資源豐富，水域面積占鄉鎮總面積的80%以上，環境條件較好，工業污染物排放少。其他大部分鄉鎮的資源環境承載力處于中等與較低水平，

雖然很多互聯網企業建立了員工績效考核體系，但并沒有一貫地堅持下去，這主要是由于公司高層對其不夠重視。很多互聯網企業的大多數部門負責人表面上很重視、支持考核，但實際上，他們總是借故工作繁忙而沒有把績效考評放在心上。很多時候，直到考核周期快結束時，部門負責人才匆忙地根據一些主觀印象給員工打分。

分別介于0.019 0～0.056 1與0.056 2～0.100 8之間。

4.1.2 生態彈性力評價

圖2b反映市域范圍各鄉鎮生態彈性力狀況的空間差異性。從評價結果來看，梁子鎮的生態彈性力指數最大，為0.059 9；其次為花湖鎮、鳳凰街辦、澤林鎮、沙窩鄉、廟嶺鎮、華容鎮、涂家垴鎮、段店鎮、沼山鎮與碧石渡鎮，這些地區生態彈性力指數位于0.025 3～0.034 2之間。低值區與較低值區的生態彈性力指數區間為0.013 5～0.025 2，主要位于楊葉鎮、東溝鎮、蒲團鄉、汀祖鎮、臨江鄉等鄉鎮。

4.1.3 社會經濟協調力評價

圖2c反映市域范圍各鄉鎮社會經濟協調力的空間差異性。從評價結果看，西山街辦、鳳凰街辦、鼓樓街辦、葛店鎮、梁子鎮、長港鎮、樊口街辦與杜山鎮的社會經濟協調力指數位于高值區。中低值區主要位于鄂州市中部地區，包括蒲團鄉、楊葉鎮、碧石渡鎮等在內的10個鄉鎮。低值區則是分布在鄂州市偏北的段店鎮、華容鎮、臨江鄉與偏南地區的沼山鎮、太和鎮、涂家垴鎮以及偏西地區的沙窩鄉。

圖2 鄂州市生態承載力評價Fig.2 Evaluation of ecological carrying capacity in Ezhou City

4.1.4 生態承載力綜合評價

生態承載力評價是對資源環境承載力、生態彈性力與社會經濟協調力3大要素的綜合評價，是對區域自然資源-社會經濟-生態環境復合系統是否正常運行的整體考慮。通過狀態空間法評價得出評價單元的生態承載力綜合評價指數，繪制等級分布圖（見圖2d），綜合反映市域范圍各鄉鎮生態承載力的空間差異性。

生態承載力指數最大值為0.233 8，位于梁子鎮；最小值為0.050 9，位于臨江鄉。梁子鎮是鄂州市生態承載力綜合指數最高的鄉鎮，資源環境稟賦條件很好，社會經濟發展對生態環境的破壞較小。

生態承載力綜合指數位于0.076 8～0.112 8中等水平的鄉鎮單元表現為兩大不同特征類型，一是社會經濟發展水平較高，但是資源環境承載狀況與生態彈性力指數水平一般甚至較低，以鼓樓街辦、鳳凰街辦、樊口街辦、葛店鎮與長港鎮表現最為明顯。這些鄉鎮、街道承擔了全市固定資產投資近40%的貢獻率，是社會經濟活動最為活躍的地區與鄉鎮，與此同時受人類生產生活的影響較大，且經濟增長以依靠傳統型工業發展居多，對資源的消耗、大氣與水體環境的污染均較為嚴重，資源環境承載力與生態彈性力指數數值居于全市偏低水平。二是資源環境承載力與生態彈性力指數水平相對較好，但是當前社會經濟發展協調力不佳，以涂家垴鎮、沙窩鄉2個鄉鎮表現較為明顯。這些地區境內丘陵眾多，植被繁茂，生態環境狀況良好，但其經濟發展較為緩慢。

生態承載力綜合指數低值區位于0.050 9～0.074 3之間，涉及的鄉鎮較多，包括太和鎮、碧石渡鎮、沼山鎮、澤林鎮、汀祖鎮、東溝鎮、花湖鎮、新廟鎮、楊葉鎮、段店鎮、華容鎮、燕嘰鎮與臨江鄉等鄉鎮。這些地區大部分地理位置相對較為偏僻，社會經濟條件較其他鄉鎮差距較大，資源環境本底狀況也不及涂家垴鎮與沙窩鄉等同樣社會經濟協調指數偏低的鄉鎮。

總之，從隸屬各承載力等級的鄉鎮數量上看，11個鄉鎮處于生態承載中等水平；處于較低水平的有13個鄉鎮，約占全市鄉鎮單元的一半。從空間分布上看，研究區生態承載力較高地區主要分布在西南資源條件較好、社會經濟投入較大的沿湖一帶，北部相對較低，總體呈現南高北低的空間分異格局。

4.2 鄂州市國土空間開發布局方案

根據表2中明確的生態承載力各要素指數等別劃分準則、以及生態承載力指標要素與主體空間主體功能類型的對應關系，結合表3確定的主體功能分區準則，明確評價單元所屬主體功能類型。參考實際情況，對主體功能進行細化，形成鄂州市國土空間開發格局（見圖3）。其中，將城市經濟發展主體功能區細分為城市經濟核心區與城市經濟拓展區，劃分依據根據社會經濟協調力數值大小確定，并統一視為重點開發區；農產品主產區與生態功能區視為限制開發區；禁止開發區則打破行政界線，包含成片狀或點狀分布在全市的全國、湖北省明確禁止開發的風景名勝區、自然保護區、森林公園與重要水源區。

圖3 鄂州市國土空間開發布局Fig.3 Nation spatial development arrangement in Ezhou city

1）城市經濟發展主體功能區：城市經濟核心區包括鳳凰街辦，西山街辦，鼓樓街辦3個街道；城市經濟拓展區包括葛店鎮（葛店經濟開發區）、樊口街辦，長港鎮，花湖鎮，楊葉鎮與燕嘰鎮，共計1個街道，5個鄉鎮單元。

2）限制開發區：農產品主產區包括涂家垴鎮，太和鎮，沼山鎮等9個鄉鎮單元；生態功能涵養區包含梁子鎮，沼山鎮、廟嶺鎮等7個鄉鎮。

3）禁止開發區：禁止開發區包含自然保護區（梁子湖自然保護區核心區、白雉山自然保護區）、風景名勝區（蓮花山風景區及西山風景區）、森林公園（蓮花山風景區及西山風景區）、濕地公園（洋瀾湖濕地公園）引用水源（長江雨臺山飲用水水源地、長江鳳凰臺飲用水水源地、長江華容泥磯飲用水水源地、梁子湖區馬龍獅子口水庫、南跡湖各用水源地以及梁子湖備用水源地取水口保護區）、重要水域與生態公益林。

4.3 主體功能分區特征分析與發展建議

根據鄂州市資源環境本底條件、生態彈性與社會經濟協調狀況的空間分異特征，統籌資源、環境、人口、社會、經濟、生態等多方面的因素，分析全市國土空間開發格局特征與發展。

1）城市經濟核心區

城市經濟核心區主要為鄂州市主城區，其人口最為集聚，經濟活動最為活躍，起著輻射帶動其他鄉鎮發展的核心作用，包括鳳凰街辦，西山街辦與鼓樓街辦3個街辦。鳳凰街道是全市的政治、經濟與文化中心，城市的形象窗口，但該區域資源環境承載本底條件較差，后備利用土地資源匱乏，環境污染較為嚴重；鼓樓街道的大氣與水體污染物排放量已遠遠超過本區域的環境容量值，嚴重影響了城市居民的生活質量。城市經濟核心區未來發展亟待從源頭解決大氣與水環境的污染問題，通過加大環境治理力度，優化產業結構調整，加快推進主城區升級改造，加強城郊結合部基礎設施與公共服務設施，擴大綠化城市公共空間，打造形成一個經濟快速發展，環境優美宜人的主城區。

2）城市經濟拓展區

城市經濟拓展區主要圍繞三大經濟開發區與一個新區集聚展開。這些地區是在城市經濟核心區輻射帶動的基礎上，憑借經濟技術開發區的平臺，依托城際鐵路、專線鐵路、高速公路以及沿江港口等“點—線”綜合交通樞紐得以逐漸發展，成為城市副中心與經濟拓展區,能夠成為未來城市人口與經濟轉移的承接區。這些地區資源環境承載力相比城市經濟核心區相對較好，但是土地利用效益相對較低。未來這四大集聚區域應結合其自身資源、區位優勢，以及與周邊城市的產業關聯度，以不破壞生態環境為前提，以推進特色產業發展為契機，加強土地節約集約利用，提高單位產出效益，發展建設成為生態承載力綜合水平較高的城市經濟副中心。

3）農產品主產區

農產品主產區主要分布在鄂州市的南部濱湖洼地地區，北部垅崗平原，中部沿港平原地區。這些鄉鎮水土資源較豐富，地勢較為平坦，耕地面積大，尤其是基本農田面積較大，資源環境承載力強，農業利用條件優越，適合現代化的農業開發，發展形成農副產品供應與加工基地。從優化國土空間布局的角度來看，一方面，這些鄉鎮應加強農田整治，促進耕地與基本農田集中連片，借助現代農業生產技術與管理技術，提高水土資源與勞動資源的利用效率與效益。另一方面，作為農產品主產區，應當合理規劃整理農村建設，優化農村居民點布局，推進新農村建設。

4）生態功能涵養區

生態功能涵養區地形地貌以湖泊、丘陵等為主，國土空間以生態涵養為主導功能，是市域重要水源（湖泊）、生態公益林等生態屏障管控區。生態功能涵養區作為限制開發區，應以保護生物資源多樣性和生物棲息地為主，以提高生態產品與服務價值為核心，將保護生態環境作為發展的前提，打造“城在山水中，人在景畫中”的濱湖依山特色生態人居樣板，實現生態旅游、文化創意、健康運動與養生休閑的核心生態產業體系。

4.4 討 論

生態承載力是“自然-經濟-社會”的復雜動態系統，已有研究從傳統的“資源承載-生態彈性-環境承載”分析，逐步向采用多種方法從資源、環境、社會和經濟等多方面展開。由于對概念和內涵理解的差異性，評價方法主要結合實際研究區域的差異性，采用不同的指標篩選方法和標準，在指標的代表性、可獲取性和評價結果的可靠性之間取得一定平衡。此外，已有方法著重于表示區域相對承載狀況指數，忽略了各變量的空間位置特征。因此，借鑒前人成果，本研究從生態承載支撐力和壓力兩方面，建立“資源環境承載力-生態彈性力-社會經濟協調力”綜合評價模型，采用狀態空間法，描述了市域生態復合系統中資源環境、生態條件及社會經濟的空間差異性，在一定程度上彌補了以往研究中生態系統各要素的空間耦合關系和區域整體效應表征不顯著的問題。依據前文分析，結果顯示生態承載力呈現明顯的空間差異。生態承載力綜合指數處于中等水平的鄉鎮有11個，表現為兩大不同特征類型：一類表現為社會經濟發展水平遠高于資源環境承載狀況與生態彈性力指數水平，對于提升這些地區的生態承載力綜合指數可以考慮從優化產業結構，逐步實現傳統型產業向新型產業轉型與加大環境治理力度等方面著手；另一類表現為資源環境承載力與生態彈性力指數水平相對較好，但當前社會經濟發展協調力不佳，提升生態承載力綜合水平應當著力轉變發展方式，充分發揮其優越的自然條件，力爭創建省生態鎮、文明鎮，發展特色農業帶動經濟增長，促進人民增收。生態承載力綜合指數低值區蓋的鄉鎮單元數目較多有13個，探討如何在少破壞少污染的條件下帶動這些鄉鎮的經濟發展，是解決當前生態承載力綜合指數偏低問題理應思考與努力的方向。

已有研究表明，生態承載力是優化國土空間開發格局不可或缺的重要依據，且以生態承載力研究國土空間開發布局理論上是可行的[25]。借助“土地綜合承載力作為土地利用功能分區的依據”這一基本思想，本研究將生態承載力與國土空間開發布局相關聯，從生態承載力視角探討國土空間布局方法。在解析生態承載力各要素層與城市功能類型的關系基礎上，采用三維魔方圖解法關聯承載力評價與國土空間布局，在三維空間內將資源環境承載力指數、生態彈性指數與社會經濟協調指數映射成農業生產主體功能、生態保護主體功能與城市經濟發展主體功能，以生態承載力評價結果作為依據，實證城市理性發展空間布局。分區結果充分體現了區域生態承載狀況，與相關規劃對比，符合研究區實際，從而為作為基礎研究的生態承載力綜合評價應用到區域國土空間開發格局優化研究提供了方法參考與實例論證。

與已有同類研究相比，本文以鄉鎮為評價單元將市域生態承載力與國土空間格局關聯進行分析，較為系統、客觀的描述了鄂州市生態承載力和國土空間分區特征。但由于篇幅所限，以下問題有待進一步深化研究：1）指標體系以市域尺度為依據進行構建，但隨著研究尺度的變化，影響生態承載力和國土空間分區的驅動因素必然不同，準確識別不同尺度下生態承載力差異性特征及影響因素的定量化分析將是今后研究的重要方向之一。2）在模型分析方面，可以嘗試采用智能體方法參與進行城市空間主體功能類型的劃分判別，減少主觀意識對分區結果的影響。

5 結 論

優化國土空間布局是促進生態文明建設的重要舉措，而生態承載力則是優化國土空間開發格局的重要基礎。本文以湖北省鄂州市為例，開展基于生態承載力的國土空間開發布局研究，以鄉鎮為評價單元進行生態承載力綜合評價，通過構建生態承載力與國土空間開發格局的關聯模型，提出國土空間開發布局方案。主要結論如下：

1）各鄉鎮生態承載力水平差異顯著。梁子鎮為鄂州市生態承載力最優的鄉鎮。有11個鄉鎮（街道）處于生態承載力中值區，其特點為社會經濟發展水平較高、但資源環境承載狀況與生態彈性力指數水平一般甚至較低；或者資源環境承載力、生態彈性力指數水平相對較好，但當前社會經濟發展協調力不佳。約有一半的鄉鎮處于生態承載力低值區。受到資源環境基礎和社會經濟投入條件影響，研究區生態承載力較高地區主要分布在西南沿湖一帶，北部相對較低，總體呈現南高北低的空間分異格局。

2）國土空間開發格局可劃分為城市經濟核心區、城市經濟拓展區、農業生產區、生態功能涵養區四大功能區域和一類禁止開發區域。其中城市經濟核心區包括鳳凰街辦，西山街辦，鼓樓街辦3個街道，城市經濟拓展區包括葛店鎮、樊口街辦，長港鎮等6個鄉鎮（街道），農產品主產區包括涂家垴鎮，太和鎮，沼山鎮等9個鄉鎮單元。生態功能涵養區包括梁子鎮，沼山鎮、廟嶺鎮等7個鄉鎮。

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National land spatial pattern distribution method based on ecological carrying capacity

Ye Jing, Xie Qiaoqiao, Tan Ningyan
(School of Public Administration, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)

National land spatial pattern optimization is an important step for the ecological civilization construction, and ecological carrying capacity study plays an indispensable role on spatial pattern optimization. Taking Ezhou City, Hubei Province as a demonstration area, based on the analysis of the characteristics of the resource, environment and socioeconomic state, this research used township as a unit, carried out a comprehensive evaluation and ecological capacity divisions, discussed the city’s spatial pattern optimization plan, and put forward the guidelines for each main function zone. Firstly, the ecological capacity comprehensive evaluation model was built. Based on the cognition and analysis on compound ecosystem, this research built the hierarchical index model for the ecological capacity comprehensive evaluation on “capacity on resource environment, ecology elasticity and socioeconomic coordination”. A total of 15 support indices and 10 pressure indices were set to reflect the level of each criterion layer, and the space state method was used to show each element state, which were prepared for the interconnection of the 3 criterion layers. Secondly, an empirical research on ecological capacity comprehensive evaluation was made. According to the ecological capacity comprehensive evaluation model, the entropy method and expert scoring method were used to determine the weight of every index. And the space state method counted the number of hierarchical indices and the number of capacity comprehensive indices for each evaluation unit. The results show: From the resource and environment capacity aspect, the low values are distributed in the main urban zone, including 4 administration communities i.e. Gulou, Fenghuang, Xishan, and Fankou, and the maximum value is located in Liangzi Town; from the ecological elasticity aspect, the maximum value is located in 11 towns such as Liangzi, Huahu, and Fenghuang; from the social-economic coordination aspect, the high value is distributed in the towns of Xisan, Fenghuang, Gulou, and so on, and the low value is mainly distributed in the northern Duandian, Huarong, Linjiang, and so on; from the ecological capacity comprehensive index value, the maximum value occurs in Liangzi, and the medium value zone is located in Gulou, Fenghuang, Fankou, and so on. Those areas either have high value in social-economic coordination but medium or low value in source and environment capacity and ecology elasticity, or have high value in source and environment capacity and ecology elasticity but low value in social-economic coordination ability. Thirdly, the relationships framework between ecological capacity comprehensive model and national land spatial pattern distribution optimization was built. According to the ecological capacity, a correlation analysis was made between criterion layers of ecological capacity and main function types, and the results were showed in magic cube: The resource and environment capacity, ecological elasticity, social-economic coordination corresponded to agriculture production zone, ecological protection zone and economic development zone, respectively. Fourthly, a scheme for the national land spatial pattern distribution optimization was put forward. Taking account of the differentiation characteristics of resource and environment capacity, ecology elasticity and social-economics coordinating ability, combining the current situation and development potential of the empirical city, this research finally divided the spatial pattern into 5 parts, including city economic core zone, city economic development zone, agriculture producing zone, ecology conservation zone and forbidden development zone. The conclusions included: The maximum value of comprehensive ecological capacity index was 0.233 8, located in Liangzi Town, and the minimum value was 0.050 9, located in Linjiang Town; the medium value of ecological capacity comprehensive index was from 0.076 8 to 0.112 8. This method provides a new feasible thought and effective measure for theory study on the national land spatial development pattern optimization.

land use; optimization; ecological carrying capacity; national land spatial pattern distribution; state-space method; magic-cube design; Ezhou city

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.11.034

F311

A

1002-6819(2017)-11-0262-10

葉 菁，謝巧巧，譚寧焱. 基于生態承載力的國土空間開發布局方法研究[J]. 農業工程學報，2017，33(11)：262－271.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.11.034 http://www.tcsae.org

Ye Jing, Xie Qiaoqiao, Tan Ningyan. National land spatial pattern distribution method based on ecological carrying capacity[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(11): 262－271. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.11.034 http://www.tcsae.org

2016-09-18

2017-05-05

國土資源部法律評價工程重點實驗室開放基金（GUGFP-1606）；國家社科基金項目（14BJY057）

葉 菁，女，湖北省武漢人，博士，講師，研究方向為土地利用規劃，土地利用變化研究。武漢 中國地質大學（武漢）公共管理學院，430074。Email：yejingcug@cug.edu.cn