城市尺度的城鄉建設用地潛力及空間格局匹配評價
——以南昌市為例

袁 媛,羅志軍,*,齊 松,張 田,劉夢婷,許 巾,劉洋洋

1 江西農業大學 國土資源與環境學院, 南昌 330045 2 江西省鄱陽湖流域農業資源與生態重點實驗室, 南昌 330045 3 贛州市自然資源局, 贛州 341000

土地資源是人類賴以生存并為人類生產生活提供所需基礎物質的不可再生資源[1- 2],其可持續利用是社會可持續發展的關鍵[3- 4]。土地適宜性是土地利用情況和土地利用規劃的基本依據[5],目前對土地適宜性的研究多集中于損毀礦山的土地復墾適宜性評價[6- 7],而對建設用地開發適宜性研究少,且研究區多為山地等地勢較高的地區,如趙筱青等[8]對云南喀斯特山區進行了建設用地開發適宜性評價及分區研究。因此,對于經濟社會快速發展、城鎮化進程加快和城鄉土地利用結構失衡問題突出的城市地區,亟需開展以城鄉建設用地開發適宜性評價為內容的相關研究。

土地承載力是指在一定的物質生活水準下,土地資源所能承載的最大人口和社會活動規模[9-10]。20世紀80年代末,我國開始展開圍繞人、地、糧關系的土地資源承載力研究[11-13],隨著土地開發程度的加深[14-15],土地利用空間不均衡等問題突出,相關研究逐漸拓展到土地綜合承載力[16-18]。近年來,隨著土地承載力評價受到愈來愈多的關注,其評價對象、評價方法、評價體系等都愈加豐富。評價對象方面,主要為城市土地承載力[19]、區域土地承載力[20-22]以及特殊地區土地承載力[23-24]。研究方法上,系統動力學[25]、生態足跡模型[26]、多指標綜合評價[27- 28]等方法被廣泛應用到不同地區的土地資源承載力評價。從評價體系來看,土地承載力評價主要從環境容量[29]、生態承載力[30]、自然基礎要素[31]等方面選取評價指標,較少考慮到區位條件及人口密度等社會經濟因素,無法反映在人類活動對土地承載力的影響。

不同學者分別從不同方面開展了土地適宜性和土地承載力評價研究,但以土地適宜性評價為基礎進行城鄉建設用地承載力研究還較少,更缺少城鄉建設用地承載力和現狀開發狀態之間的空間匹配關系研究。因此,理清城鄉建設用地承載力和現狀開發狀態之間的空間匹配關系,對于合理利用土地和優化國土空間布局,以及加快生態文明建設和實現區域可持續利用具有重要的意義[32-34]。以江西省南昌市為例,在城鄉建設用地開發適宜性評價基礎上,測算城鄉建設用地承載力和可承載城鄉建設用地豐度,并探討城鄉建設用地承載力和現狀開發狀態之間的空間匹配關系,以期為南昌市城鄉建設用地合理開發利用和國土空間優化提供參考。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

南昌市是江西省的省會,地處江西中部偏北,位于115°27′—116°35′E、28°09′—29°11′N之間,總面積達7402.36 km2,城鄉建設用地面積為1237.57 km2,占總面積的16.72%,下轄五區(東湖區、西湖區、青云譜區、灣里區、青山湖區)和四縣(南昌縣、新建縣、安義縣、進賢縣),地理位置如圖1所示。境內地形東南平坦,西北丘陵起伏,氣候屬于亞熱帶濕潤季風氣候,光照充足,雨水充沛,自然資源豐富。近年來,南昌市經濟社會發展迅猛,2018年全市生產總值達到5274.67億元,常住人口達554.55萬人,城鎮化率74.2%。

圖1 南昌市地理位置示意圖Fig.1 Geographical location map of Nanchang City

1.2 數據來源

本研究數據主要包括：南昌市2017年土地利用變更調查數據庫、永久基本農田劃定成果、土地利用總體規劃(2006—2020年)數據庫、生態紅線劃定成果等,還有江西省地面塌陷分布圖、地質災害調查評價圖、南昌市統計年鑒、道路矢量數據等,以及通過地理空間數據云(http://www.gscloud.cn/)獲取的數字高程模型(DEM)(空間分辨率為30 m)。通過ArcGIS 10.2軟件,將數據投影到統一坐標系下,并劃分為30 m30 m的格網作評價單元,以便對數據進行空間分析。

2 研究方法

2.1 研究思路

隨著經濟快速發展和城鎮化不斷加快,大量耕地開發為建設用地,國土空間開發利用格局發生明顯重構,自然資源的過度開發以及土地利用不合理等使區域空間開發失衡問題日益凸顯。為解決區域土地利用空間失衡問題,協調人口、資源和社會發展的關系,需要開展城鄉建設用地承載力和現狀開發狀態之間的空間匹配關系研究。本文研究思路如圖2所示,具體如下：

(1)指標選取及量化處理：適宜性評價從生態安全、自然條件、社會經濟等方面選取11個評價指標構建評價體系,生態紅線、永久基本農田區、地面塌陷為強限制性指標,高程、蓄滯洪區、土地利用類型、區位條件為較強限制性指標,坡度大于25°為強限制性指標,小于25°為較強限制性指標,并對指標賦值,進行量化處理。

(2)劃分適宜性等級：以ArcGIS 10.2軟件為處理平臺,進行建設用地開發適宜性評價,并通過SPSS 22.0軟件對適宜性分值進行聚類分析,劃分適宜性等級。

(3)計算城鄉建設用地承載力：利用ArcGIS 10.2軟件進行空間疊加分析,計算城鄉建設用地可承載臨界值和可承載城鄉建設用地豐度。

(4)空間匹配度分析和相關分析：計算城鄉建設用地空間匹配度,并將城鄉建設用地可承載臨界值、可承載城鄉建設用地豐度和空間匹配度進行相關分析,研究現狀利用狀態與其合理開發狀態之間的關系。

圖2 南昌市城鄉建設用地承載能力評價及空間匹配研究技術路線圖Fig.2 Technical roadmap of carrying capacity evaluation and spatial matching of urban-rural construction land in Nanchang

2.2 南昌市城鄉建設用地開發適宜性評價

城鄉建設用地開發適宜性評價是指評定一定條件下土地開發為建設用地的適宜性程度[35]。根據數據的可獲取性和南昌市實際,從生態安全、自然條件、社會經濟等3方面選取11個評價指標,構建城鄉建設用地開發適宜性評價指標體系,并將指標分為強限制性指標和較強限制性指標兩類,如表1所示。

在評價時,考慮到經濟發展與生態保護的矛盾,將生態紅線作為強限制性指標處理。生態紅線是指為維持生態安全和生態系統完整性,通過科學合理的方法劃定的必須實施特殊保護的國土空間界線[36]。同時為貫徹最嚴格的耕地保護政策,選取永久基本農田區為強限制性指標。地面塌陷區開發難度大且多為自然災害易發區,所以將地面塌陷區也列為強限制性指標。此外,坡度直接影響建設用地開發成本和開發難度,坡度過大會影響建筑物的穩定性及增加潛在危險性。相關研究表明,在進行建設用地開發時,坡度大于25°的陡坡地一般被視為“禁止建設區”[37-38]。地質災害直接威脅到人類的生命財產安全,區位條件和人口密度影響社會經濟發展以及信息的可達性和居民生活的便利程度。因此,在適宜性評價時,都將其作為評價指標考慮在內。

對于強限制性指標,根據“一票否決”原則進行0和1賦值。對于較強限制性指標,在參考相關研究[39-41]的基礎上,根據適宜性程度進行0—100賦值,采用層次分析法和專家打分法確定各較強限制性指標的權重。由于坡度對建設用地開發影響特殊,對于坡度大于25°的陡坡地進行0和1賦值,而坡度小于25°的地區則按限制性等級進行0—100賦值(見表1)。

采用限制系數評價模型,計算各評價單元的城鄉建設用地開發適宜性分值,計算公式如下：

(1)

式中E為綜合適宜性分值；i為強限制性指標序號；j為較強限制性指標序號；Fi為第i個強限制性指標適宜性分值；fj為第j個較強限制性指標適宜性分值；wj為第j個較強限制性指標權重；m為強限制性指標個數；n為較強限制性指標個數。

表1 南昌市城鄉建設用地開發適宜性評價指標及其劃分標準

2.3 南昌市城鄉建設用地承載力計算

城鄉建設用地可承載臨界值是指區域土地資源所能承載的人類活動的最大規模和強度。基于城鄉建設用地開發適宜性評價結果,將最適宜開發建設區視為最適宜承載區,較適宜開發建設區視為較適宜承載區,結合現狀建設用地情況,通過ArcGIS 10.2軟件,測算城鄉建設用地可承載臨界值。計算公式如下：

(2)

式中,LDI為城鄉建設用地可承載臨界值,E1為最適宜承載區面積,E2為較適宜承載區面積,C為現狀城鄉建設用地面積,U為研究區總面積。

城鄉建設用地已開發強度反映區域現狀建設用地利用狀況,以各縣(區)現狀城鄉建設用地總量(C)占各縣(區)區域總面積(UT)的比例表示。

DI=C/UT

(3)

以城鄉建設用地可承載臨界值為城鄉建設用地極限開發強度,將其與已開發強度相減,差值為剩余開發強度,即城鄉建設用地的開發潛力。

2.4 南昌市可承載城鄉建設用地豐度計算

可承載城鄉建設用地豐度(A)反映的是研究區內可承載建設用地的豐富程度[42],主要從數量和空間分布情況考慮。數量方面(A1),以各縣(區)可承載城鄉建設用地面積(E1+E2)占縣域總面積(UT)的比例表示；空間方面(A2),以各縣(區)可承載城鄉建設用地面積(E1+E2)占研究區可承載城鄉建設用地面積(US)的比例表示,數據標準化處理后求和得到各縣(區)可承載城鄉建設用地豐度,計算公式如下：

(4)

采用自然斷點法將各縣(區)的豐度差異劃分為Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級[43-44]。其中,Ⅰ級城鄉建設用地豐度為“豐富”,A>1.0；Ⅱ級城鄉建設用地豐度為“中等”,0.6

2.5 南昌市城鄉建設用地空間匹配度分析

城鄉建設用地空間匹配度是指現狀城鄉建設用地與可承載城鄉建設用地的空間匹配情況。將現狀城鄉建設用地與最適宜承載區和較適宜承載區進行空間疊加,分析現狀城鄉建設用地的可承載適宜性情況,計算公式如下：

M=(C1+C2)/C

(5)

式中,M為現狀城鄉建設用地與可承載城鄉建設用地的空間匹配度,C1為現狀城鄉建設用地處在最適宜承載區面積,C2為現狀城鄉建設用地處在較適宜承載區面積,C為現狀城鄉建設用地總面積。

3 結果與分析

3.1 城鄉建設用地適宜性評價分析

通過ArcGIS 10.2軟件的處理和SPSS 22.0軟件的聚類分析,南昌市城鄉建設用地開發適宜性評價結果見表2和圖3,最適宜區、較適宜區、較不適宜區和不適宜區面積分別為1466.19、1346.01、353.69 km2和3770.70 km2。其中,不適宜區面積最大,占研究區面積的54.36%；較不適宜區面積最小,占研究區面積的5.10%；最適宜區和較適宜區分別占比為21.14%和19.40%。

由圖3可知,南昌市城鄉建設用地開發適宜性空間分異顯著,不同等級的空間集散特征差異較大。最適宜區分布較為集中,主要分布在中心城區的西湖區、青云譜區、青山湖區、東湖區等,由于這些地區地勢平坦、交通便利、經濟發達且較少處于生態保護區域,適宜進行建設用地開發。較適宜區分散分布在適宜區周邊地區,如新建縣、南昌縣等,在對較適宜區進行建設用地開發時,應根據實際情況和生態保護要求,避免過度開發。較不適宜區面積小且分布較為分散。由于受到永久基本農田區和生態保護的限制,研究區大部分地區不適宜開發為建設用地,作為面積占比最大的適宜性等級,不適宜區廣泛分布在各縣(區)。

表2 南昌市城鄉建設用地開發適宜性等級劃分標準和面積占比

圖3 南昌市城鄉建設用地開發適宜性等級分布圖 Fig.3 Grade distribution map for the development suitability of urban-rural construction land in Nanchang City

3.2 城鄉建設用地承載力分析

3.2.1城鄉建設用地開發強度分析

以城鄉建設用地可承載臨界值為極限開發強度,以現狀建設用地占區域總面積比例為已開發強度,以極限開發強度與已開發強度差值為剩余開發強度,測算研究區城鄉建設用地開發強度,結果如表3所示。

南昌市城鄉建設用地極限開發強度為41.25%,各縣(區)的極限開發強度介于19.43%—98.71%之間,差異較大。其中,東湖區、青山湖區和青云譜區的極限開發強度大于90%,這些區域地理條件優越,交通便利,為南昌市的經濟、政治、文化中心,大部分適宜開發為建設用地；西湖區的極限開發強度為86.90%,也比較適宜進行建設用地開發；南昌縣的極限開發強度為50.50%；新建縣、進賢縣和安義縣等極限開發強度在30%—40%之間。灣里區依托梅嶺國家森林公園,堅持生態立區、旅游興區,實施嚴格的生態保護制度,因此灣里區大部分地區不宜開發為建設用地,其極限開發強度為全市最小值19.43%。

南昌市城鄉建設用地已開發強度為17.20%,由于區域地理條件和經濟狀況差別較大,各縣(區)的已開發強度差異明顯,范圍在10.41%—86.70%。由于地理優勢明顯,位于中心城區的市區,其已開發強度大于其他縣(區)。其中,青云譜區作為南昌市“銀三心”繁榮板塊之一,其已開發強度最大,為86.70%；西湖區和青山湖區分別作為南昌市主要歷史文化區和工業區,已開發強度分別為76.19%和72.37%；東湖區、南昌縣已開發強度適中,分別為43.51%和20.19%。處于生態保護限制區和農業發展區的縣(區)已開發強度一般較小,安義縣、新建縣、進賢縣和灣里區的已開發強度均小于20%,其中進賢縣的已開發強度為最小。

將城鄉建設用地極限開發強度與已開發強度相減,得到南昌市的剩余開發強度為24.05%,略大于現狀城鄉建設用地規模,表明南昌市還有較大的開發空間。各縣(區)的剩余開發強度介于5.65%—49.83%之間,差異較大。其中,灣里區的剩余開發強度最小,為5.65%,由于受到永久基本農田區和生態保護的限制,不宜進行建設用地開發。西湖區和青云譜區的剩余開發強度介于10%—20%之間,由于已開發強度大導致其開發潛力較小。大部分縣(區)的剩余開發強度范圍在20%—30%,包括青山湖區、新建縣、安義縣和進賢縣。安義縣、進賢縣和新建縣雖然受到永久基本農田區和生態保護的限制,但由于已開發強度較小,仍有部分地區可進行建設用地開發。青山湖區基于發展經濟的需求,大部分面積已經開發為建設用地,剩余開發強度相對較小。剩余開發強度大于30%的縣(區)有南昌縣和東湖區,其中東湖區的剩余開發強度最大,為49.83%,在進行建設用地規劃時,在不破壞區域生態環境的情況下可優先考慮指標劃分。

表3 南昌市城鄉建設用地開發強度統計

3.2.2可承載城鄉建設用地豐度分析

南昌市可承載城鄉建設用地豐度情況整體良好,但各縣(區)差異較大,豐度范圍介于0.19—1.50之間,豐度最大的是南昌縣,最小的是灣里區,具體如圖4所示。可承載城鄉建設用地豐度為“豐富”(即Ⅰ級)的縣(區)有新建縣、青山湖區、青云譜區、南昌縣和東湖區；豐度為“中等”(即Ⅱ級)的縣(區)有進賢縣和西湖區；豐度為“缺乏”(即Ⅲ級)的縣(區)有安義縣、灣里區。

3.3 城鄉建設用地空間匹配度分析

將現狀城鄉建設用地與適宜性評價結果進行空間疊加,得到現狀城鄉建設用地的可承載適宜性情況,結果如圖5所示。經統計,南昌市現狀城鄉建設用地位于最適宜、較適宜、較不適宜和不適宜承載區的面積分別為963.31、120.14、24.67 km2和85.46 km2,分別占現狀城鄉建設用地面積的80.70%、10.67%、2.07%和7.16%。通過計算各縣(區)現狀城鄉建設用地位于最適宜和較適宜承載區的面積占區域總面積的比例,得到各縣(區)的空間匹配度在67.41%—99.25%之間,反映各縣(區)的空間匹配度較好,且差異不大。其中,空間匹配度大于90%的縣(區)有東湖區、青云譜區、西湖區和青山湖區,均為中心城區,區位條件好且地勢平坦,大部分地區適宜進行建設用地開發,因此現狀開發適宜性情況相對較好；安義縣、進賢縣、南昌縣和新建縣的空間匹配度在70%—90%,空間匹配度較好；受地理位置及生態環境的限制,灣里區的空間匹配度最小。南昌市的空間匹配度為91.37%,說明研究區現狀城鄉建設用地的承載適宜性整體情況良好。

將南昌市各縣(區)的城鄉建設用地可承載臨界值、可承載城鄉建設用地開發豐度與城鄉建設用地空間匹配度進行相關性分析,發現空間匹配度與城鄉建設用地可承載臨界值和可承載城鄉建設用地豐度均呈正相關關系(表4),反映可承載臨界值和豐度越高,其空間匹配度越高,這說明城鄉建設用地的現狀利用狀態與其合理開發狀態存在一定的聯系,揭示兩者之間的空間匹配程度。

表4 可承載臨界值、可承載城鄉建設用地豐度和空間匹配度的相關系數

4 結論與討論

4.1 討論

隨著經濟快速發展和城鎮化進程不斷加快,土地開發強度日益增大,導致生態環境不斷惡化,分析城鄉建設用地承載能力及空間格局匹配情況,對解決土地利用不合理、生態破壞等問題具有重要意義。本研究以江西省南昌市為例,探討了城鄉建設用地承載力和現狀開發狀態之間的空間匹配關系,為南昌市國土空間優化和可持續發展提供參考。

圖4 南昌市可承載城鄉建設用地豐度等級分布圖 Fig.4 Grade distribution map of urban-rural construction land abundances in Nanchang City

圖5 南昌市現狀城鄉建設用地適宜性等級分布圖 Fig.5 Suitability grade distribution map of urban-rural construction land in Nanchang City

在適宜性評價中,增加了生態紅線、地質災害、區位條件、人口密度等評價指標,考慮比較全面,但通過層次分析法和專家打分法確定指標權重,存在一定的主觀性,在今后的研究中有待進一步改進。從整體來看,南昌市可承載城鄉建設用地豐度和空間匹配情況良好,各縣(區)城鄉建設用地開發強度差異顯著,安義縣、進賢縣的極限開發強度和已開發強度小于區位條件好的青山湖區、青云譜區,剩余開發強度與區位條件無明顯關聯,這與易丹等[39]針對環鄱陽湖城市群的研究結果較為吻合。

通過對城鄉建設用地承載力和現狀開發狀態之間的空間匹配關系分析發現,南昌市及各縣(區)的現狀開發適宜性情況較為合理,但空間分異顯著,應根據國土空間規劃相關要求,對土地資源進行合理利用和優化配置。灣里區由于大部分位于不適宜開發區且開發潛力較小,應控制建設用地開發,加強生態環境保護；安義縣、新建縣和進賢縣等雖然也有較大部分位于不適宜開發區,但其已開發強度小,開發潛力大,應結合地區實際情況,在不破壞生態環境和保障農業生產的基礎上,對其適宜建設區進行適量開發,承接中心城區的部分功能,帶動經濟發展；對于開發潛力較大、空間匹配度較高的東湖區和南昌縣,由于位于都市發展核心區,可充分利用區位優勢,在不破壞生態環境的基礎上可優先安排城鄉建設用地開發；對于已開發強度大、開發潛力小的青山湖區、青云譜區和西湖區,為緩解土地承載壓力,不宜進行城鄉建設用地開發,同時應加強城市改造和生態建設,改善人居生態環境。

4.2 結論

研究通過對南昌市進行城鄉建設用地開發適宜性評價,根據評價結果確定可承載區域,計算城鄉建設用地可承載臨界值和可承載城鄉建設用地豐度,并與現狀城鄉建設用地進行空間匹配度分析,探討城鄉建設用地現狀開發狀態與其合理開發狀態之間的聯系。主要結論如下：

(1)根據城鄉建設用地適宜性評價結果,南昌市不適宜區面積最大且廣泛分布在各縣(區),較不適宜區面積最小且分布分散,最適宜區和較適宜區面積共為2812.20 km2,占總面積的40.54%,集中分布在地理條件良好的中部市區。

(2)南昌市城鄉建設用地可承載臨界值為41.25%,各縣(區)可承載臨界值在19.43%—98.71%之間,各縣(區)可承載城鄉建設用地豐度范圍為0.19—1.50,各縣(區)值均有較大差異。其中,東湖區、青云譜區、青山湖區由于經濟發達、地理條件優越,可承載臨界值和可承載豐度均大；而灣里區由于生態保護的限制,在進行建設用地開發時要注意與生態環境的保護相結合。

(3)南昌市剩余開發強度為24.05%,略大于現狀建設用地規模,表明南昌市還有較大的開發潛力。各縣(區)現狀城鄉建設用地與可承載城鄉建設用地的空間匹配度介于67.41%—99.25%之間,說明城鄉建設用地現狀開發狀態較好。對現狀適宜性與開發狀態相關性研究表明,在進行后續城鄉建設用地開發時,應注意與可承載臨界值和可承載豐度相結合,合理規劃國土空間布局,避免過度開發。