國土空間規劃的自然要素評價與集成：進展與展望

李平星 ，周健 ，劉申偉

1. 中國科學院南京地理與湖泊研究所，江蘇 南京 210008；2. 中國科學院流域地理學重點實驗室，江蘇 南京 210008；3. 泰安市瑞峰地產置業有限公司，山東 泰安 271000

國土是生態文明建設的空間載體，國土空間規劃是對一定區域國土空間開發保護在空間和時間上做出的安排，是空間治理體系中極其重要的政策工具，也是全社會開發保護國土空間的遵循（樊杰，2019）。建國以來，國土空間的開發利用推動了中國社會經濟的快速增長，也帶來了資源耗費、生態破壞、環境惡化、災害增加等生態環境問題（張曉玲等，2017）。不科學、不合理的國土資源開發利用已經成為制約經濟社會可持續發展的關鍵因素之一，其中對自然要素及其約束作用的認識程度不高、重視程度不強是導致國土資源開發利用科學性、合理性不夠的重要原因。推動人與自然和諧相處、實現國土空間開發與資源環境承載能力協調成為當前國土空間規劃的迫切要求（圖1）。2008年，國家發改委發布《省級主體功能區劃技術規程》，從自然資源和生態環境系統認知的角度提出因地制宜進行國土空間開發與保護的理念。2017年，原環境保護部印發《“三線一單”編制技術指南 (試行)》，提出實施“生態保護紅線、環境質量底線、資源利用上線和生態環境準入清單”生態環境分區管控。但是，自然要素類型多樣、涉及部門眾多，在部門協調和統籌考慮上存在較大難度。同時，已有研究也往往偏重于單一要素或者是某個維度的分析，缺乏對自然要素的系統分類和綜合分析。

圖1 基于“人-地”關系的國土空間利用系統Fig. 1 Utilization system of territorial space from the perspective of “man-land” relationship

2018年，自然資源部正式組建，國土空間規劃編制有組織地展開。堅持生態優先和山水林田湖草生命共同體理念是科學編制國土空間規劃的兩大原則，前者體現了對自然要素的重視、后者則強調了對自然要素的系統考慮。2019年，自然資源部發布《資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價技術指南 (試行)》，體現了生態優先的國土空間規劃理念，也初步對自然要素的各個方面進行了綜合考慮（賈克敬等，2020）。受此影響，已經提出或出臺的相關技術方法或各類規程從各個方面對國土空間規劃的影響因素，包括各類自然要素進行了考慮，并提出了相應的評價和集成方法。學界也從多個角度開展研究（表1），如基于地域功能概念開展的“雙評價”和“三區三線”劃定（王亞飛等，2019；魏旭紅等，2019；丁乙宸等，2020），基于生態安全格局的生態空間識別與管控（杜悅悅等，2017；徐華連等，2020；陳德超等，2020；陳志端等，2021），以及基于信息化、生態復合指標對自然資源的空間管控（應申等，2019；杜騰飛等，2020），等等。這些研究空間尺度和切入視角多樣，為探究國土空間規劃和自然要素系統評價對接工作提供了借鑒。然而，指標體系結構不清晰、關鍵指標考慮不充分、綜合集成方法不明確等問題依然存在，制約著國土空間規劃科學性的提升。基于此，本研究以生態文明理念為支撐，在對自然要素系統進行梳理和分析的基礎上，歸納和總結了要素評價和綜合集成的主要技術和方法，提出支撐國土空間規劃的自然要素構成體系，為科學開展國土空間規劃、推動各級各類規劃體系銜接提供基礎依據。

表1 近年來國土空間規劃自然要素評價研究Table 1 Existing researches on natural elements in territorial spatial planning recently

1 國土空間規劃與自然要素系統

為了對國土空間的自然基底條件進行全面分析，需要探討包含水、土、氣、生物等自然系統內各要素的作用機理。根據可持續性的指向，自然要素包含資源、生態、環境、災害四大屬性，分別通過供給作用、支撐作用、容納作用和抑制作用4個方面來發揮屬性的功能（樊杰，2019）。對各自然要素及其屬性進行系統評價和綜合集成，可以得到自然系統的基礎性評價結果，從而支撐國土空間規劃的科學開展（圖2）。其中，資源屬性主要指為人類生產、生活提供資源輸出，主要包括水資源、土地資源、礦產資源等；生態屬性則是指提供生態安全保障，包括提供初級生產力、維護生物多樣性、保障生態安全等；環境屬性指提供適宜人類居住的自然條件，包括大氣環境、水環境、土壤環境等；而災害屬性則是指可能產生的各類自然災害對人類活動的負面影響，包括氣象災害、水文災害、地質災害、生物災害等。

圖2 自然要素的分類與構成Fig. 2 Classification and composition of natural elements

資源環境承載力和國土空間開發適宜性的“雙評價”是國土空間規劃的基礎性工作，其評價內容涵蓋了自然要素的四類屬性（岳文澤等，2019；自然資源部國土空間規劃局，2019）。具體而言，資源屬性方面，農業和城鎮生產適宜性與承載規模評價中對土地資源、水資源、氣候的評價包含了土壤、地形、水文、氣候要素。生態屬性方面，生態系統服務重要性評價和生態敏感性評價涵蓋了水文、土壤、生物、地形等要素。環境屬性方面，農業生產與城鎮建設適宜性中的單項評價分別包含了土壤環境容量、大氣環境容量和水環境容量。災害屬性方面，農業生產與城鎮建設適宜性中的災害單項評價涵蓋了水文、氣候、地形、地質四類自然要素。

2 自然要素各屬性評價方法進展

2.1 資源屬性

資源屬性主要包含數量、質量、分布3個方面，多是針對水、土、礦產、能源、氣候資源、生物資源等特定要素開展評價。除了專業的技術方法開展資源數量、質量和分布的研究外，資源承載力作為反映地區的資源供給水平的整體指標，被廣泛用于自然要素對人口、社會、經濟可持續發展的支撐能力。其中，水資源和土地資源承載力是研究的熱點，主要方法包括指標評價法、趨勢分析法、多目標優化算法、系統動力學方法等（張寧寧等，2019；周侃等，2019）。氣候資源承載力通常采用逐步訂正法、農業生態區域法、Miami模型、Thornthwaite Memorial模型等從氣溫、降水、植物蒸散等角度進行評價（白美蘭等，2010；李振杰等，2019）。礦產資源承載力研究主要集中于對資源可持續力的評價，主要方法包括集對分析、模糊綜合、灰色關聯等（魏景明，2006）。可見，針對自然要素資源屬性開展的評價多是結合特定指標和模型所開展的定量化評價，指標權重的多方法集成和指標體系的不斷綜合讓評價結果可信度越來越高。然而，研究對生物資源等關注較少，多種資源的綜合集成研究也相對缺乏。

2.2 生態屬性

基于生態屬性的自然要素評價涉及的概念和方法較多，主要包括生態承載力、生態系統服務價值、生態脆弱性等，多是通過構建指標體系開展評價。研究對象上既涉及對土地、水、氣候、地形等單一自然要素生態屬性的評價（Fang et al.，2021；周廣勝等，2021），也包含了對多要素集成的綜合生態特征的探究（Peng et al.，2016；Chen et al.，2021；張學淵等，2019）。其中，水文、氣象指標涉及降水量、水網密度指數、氣溫、地下水等，土壤指標涉及質地、土地退化等，生物指標涉及植被覆蓋、生境重要性、凈初級生產力等，地形指標涉及地形位、坡度等因子。

生態承載力原是指某一區域能夠供養的最大生物量，后期逐漸向對經濟、社會等人類活動的承載能力方向延伸（沈威等，2019）。評價方法主要包含綜合評價法、狀態空間法、生態足跡法、凈初級生產力法、供需平衡法等（向蕓蕓等，2012；張學淵等，2019）。其中，綜合評價法是通過多指標綜合分析和評價來實現，指標體系選擇是關鍵手段和因素，而狀態空間法適用于對生態承載力的時序變化分析。生態足跡法偏重于從人類活動影響的角度、通過轉化為生物生產性土地（或水域）的面積來進行表征，凈初級生產力法則偏重于生態系統本身的結構和功能以及其植被活動狀況。供需平衡法兼顧了人類的需求和生態系統本身的能力，評價往往更加全面。

生態系統服務是生態系統通過生態功能為人類提供生態產品的過程，常用于評價各類自然要素提供不同類型生態系統服務的能力（Costanza et al.，1998）。當前生態系統服務的評價方法主要包括功能價值評價法和當量因子評價法。功能價值評價法是對生態系統的水土保持、調節大氣、固碳制氧等關鍵服務功能及其價值進行評價（Ouyang et al.，2016）；而當量因子法通過當量因子表和各生態用地面積計算包括食物生產、氣體調節、生物多樣性等生態服務價值（謝高地等，2015）。功能價值評價法可以相對準確地評價要素的生態服務功能，然而計算過程較為復雜，通常應用于小范圍尺度地域，當量因子法可以更加有效地應用于大范圍的評價中（Richardson et al.，2015；汪東川等，2019）。此外，InVEST模型、ARIES模型和SolVES模型等價值評價模型發展較快，滿足了自然系統評價動態性、客觀性、準確性、綜合性的需求（Brown et al.，2012；Bagstad et al.，2013；Cong et al.，2020；黃木易等，2020）。

除生態承載力、生態系統服務外，其他指標如生態脆弱性、生態敏感性、生態重要性、生態安全格局等也得到應用（李德旺等，2013；杜悅悅等，2017；吳春生等，2018）。這些指標從生態系統的某種屬性出發進行定性或定量評價，但是指標間關系以及不同生態要素之間的關聯性特征研究相對較少。此外，生物入侵被認為是改變生物多樣性從而破壞生態系統結構的重要因素，相關研究有待深化（潘紅麗等，2021；葉有華等，2021）。

2.3 環境屬性

環境承載力概念源于馬爾薩斯的資源有限論，用于判斷環境狀況對人類活動的容納能力，以維持復合生態系統相對平衡所能容納的人類活動閾值作為表征。環境承載力的評價方法主要包含指標體系法、供需平衡法、系統模型法和環境容量法4種類型（李名升等，2012）。在具體評價中，環境承載力主要關注水環境、大氣環境、土壤環境等方面，同時指標的選擇也兼顧了人類活動的環境破壞或改善效應，如污染物排放和處理、環境負荷與削減等方面的表征指標（潘丹，2016；張靜等，2016）。除了環境承載力之外，環境質量評價、環境風險評價也常用于環境系統評價，其中前者主要通過建立指標體系對環境系統的質量及其變化進行評價（李名升等，2012），而后者則針對選定的污染物所產生的危害可能性進行測算和評估（任世鑫等，2019）。由于環境狀況與人類生產、生活的狀態息息相關，相互影響，如何兼顧環境自身狀況和人類活動影響開展研究，成為從環境屬性角度進行自然要素評價所關注的重點方向。

2.4 災害屬性

自然要素的災害屬性表現為自然活動造成人類系統受到擾動從而產生人員傷亡或者經濟損失的現象，災害風險分析與風險管理是災害因素分析的兩個方面（劉斌濤等，2014）。災害屬性的評價涉及災害脆弱性、災害危險性、災害風險評價等概念，其評價大致可以分為兩步，即單一災種風險評價和評價結果的綜合疊加分析（王耕等，2010）。以歷史災情數據為基礎的評價法是災害風險評價的常用方法，主要是基于歷史的信息來分析災害發生的條件和規律，推算未來災害的可能，并提出相應的應對方案和策略（夏興生等，2016）。在歷史災情信息不充足的情況下，信息擴散理論被廣泛用于災害風險評價中（張麗娟等，2009）。指標綜合法也被廣泛使用，主要從危險性、暴露性、脆弱性和防災能力等方面選擇對應的致災指標，建立模型開展評價（巫麗蕓等，2014）。在技術方面，包括3S在內的空間分析技術在現代災害評價中也發揮了較強的支撐作用（姜藍齊等，2013）。然而當前災害屬性的指標體系構建過多地關注災害所可能造成的社會經濟損失，對自然要素的本底災害屬性的評價相對欠缺，對各要素災害屬性之間的關聯性分析較為缺乏。同時，除了廣為關注的旱澇災害、氣象災害、地質災害等外，對生物災害等新災害的關注度有待加強。

3 自然要素各屬性的集成評價

單一自然要素及其特定屬性的評價是識別自然要素本底特征的基礎性工作，而對這些要素及其屬性的綜合集成分析則是確定其承載力和適宜性的終極目標。當前，與國土空間規劃相關的工作在綜合集成分析方面開展了探索，主要體現在以下方面。

3.1 主體功能區規劃中的自然要素評價與集成

主體功能區劃是基于對自然條件適宜性以及資源環境承載力的認識基礎，根據人類社會發展需求所開展的綜合區劃工作（樊杰，2015）。主體功能區劃從自然維度、自然環境對不同人類活動的適宜程度以及地域功能的空間組織效應3個方面篩選出 10個指標開展評價，其中涉及自然要素的指標項包含可利用土地資源、可利用水資源、環境容量、生態系統脆弱性、生態重要性、自然災害危險性六大項（圖3）。可利用土地資源、水資源采用分布式計算，分別通過人均可利用土地資源、可利用土地資源總量以及人均可利用水資源潛力、可利用水資源潛力進行表征。其他項采用集成式計算獲得，其中環境容量綜合了大氣環境、水環境的計算結果，生態系統脆弱性綜合了沙漠化、土壤鹽漬化等分析結果，生態重要性包含了對水源涵養、土壤保持、防風固沙、生物多樣性維護等重要性評價，而自然災害危險性則綜合考慮了洪水、地震、熱帶風暴等災害類型。在分項評價的基礎上，開展指標的集成分析，六項自然要素指標分為兩類。其中，生態系統脆弱性和生態重要性為一類，取兩者較高值作為區域生態系統保護程度的評價結果；人均可利用土地資源、可利用水資源、自然災害危險性和環境容量被劃為一類，取前兩者較小值作為支撐項，取后兩者較大值作為限制項。可見，主體功能區劃的評價涵蓋了自然要素的四大屬性，評價結果具有較高綜合性。但是，各項指標評價所采納的具體指標還有待進一步提高精準性。同時，指標綜合集成的科學性仍需加強，指標間的聯系性與可比性有待明確。

圖3 主體功能區劃中的自然要素系統Fig. 3 Natural elements system of Major Function Oriented Zoning

3.2 資源環境承載能力評價中的自然要素集成

資源環境承載能力概念是承載力概念的延伸，是環境科學、生態科學、地理科學等學科相互交叉的產物，也是集資源承載力、生態承載力、環境承載力等概念于一體的綜合性表達（樊杰等，2015；封志明等，2018）。但是，早期對資源環境承載能力的研究仍主要關注于理論探討和針對水、土地、大氣、礦產等特定要素的評價，近年來其評價內容得到拓展，伴隨著對人口資源需求和消耗影響的關注，逐漸從資源、環境、社會、經濟等多方面建立綜合性指標體系，對評價區域的資源環境承載能力進行定量刻畫（圖4）。2008年汶川地震后，資源環境承載能力評價也較多地應用于城市總體規劃、專項規劃等規劃中（牛方曲等，2018）。評價方法也日漸豐富，包括綜合指標法、突變級數法、系統動力模型法等模型和方法得到廣泛應用（呂一河等，2018；馬定國等，2020）。同時，研究視角也不斷由靜態分析向動態模擬轉變，多方法綜合性的分析逐漸增多，提高了承載能力評價的綜合性和科學性（牛方曲等，2019；王秦等，2020）。但是，鑒于資源環境領域涉及的指標眾多，每個指標自身的評價方法就存在多樣性，指標之間的關系確定和集成分析難度更大，給科學確定資源環境承載能力的綜合值帶來了較大挑戰。

圖4 資源環境承載能力評價中的自然要素系統Fig. 4 Natural elements system of resources and environment carrying capacity

3.3 國土空間規劃“雙評價”中的自然要素集成

資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價是國土空間規劃的重要前提，是從生態保護、農業生產和城鎮建設三類功能空間上所開展的集成評價，是探究區域自然適宜空間的直接支撐（自然資源部國土空間規劃局，2019）。按照自然資源部國土空間規劃局2019年6月公布的《資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價技術指南 (試行)》，資源環境承載能力側重于資源要素能夠支撐的農業生產、城鎮建設等人類活動規模，國土空間開發適宜性反映特定國土空間進行農業生產、城鎮建設等人類活動的適宜程度，兩個方面的評價均涉及到土地資源、水資源、氣候等自然要素的分析和評價，涵蓋了自然要素的資源、生態、環境、災害4個屬性（圖5）。從功能角度，生態保護主要通過生態系統服務功能重要性、生態敏感性兩個指標集成獲得，以生態屬性的指標為主；其中，生態系統服務功能重要性涵蓋了生物多樣性維護、水土保持、防風固沙等功能，以每項功能重要性等級的最高值作為該項評價值；生態敏感性以水土流失、土地沙化、石漠化、海岸侵蝕敏感性的最高等級作為評價結果；在兩項指標評價的基礎上，根據生態廊道和生態系統自然邊界對結果進行修正。農業生產功能的評價集成了生態、土地資源、水資源、氣候、環境、災害等所有指標的結果，但是以土地資源、水資源和氣候評價作為基礎，進而結合土壤環境容量、鹽漬化敏感性等生態環境狀況和旱澇等災害風險性狀況進行修正。城鎮建設功能考慮了除生態外的所有指標，以土地資源和水資源的集成評價結果作為基礎依據，并結合地質災害危險性、大氣和水環境容量等進行修正。

圖5 國土空間規劃“雙評價”中的自然要素體系Fig. 5 Natural elements system of “double evaluation” in territorial spatial planning

綜上，生態保護功能以生態屬性作為衡量的主要依據，而農業生產、城鎮建設則以資源屬性作為評價的基礎條件，并結合生態、環境、災害等屬性進行修正與限制。“雙評價”所包含的自然要素的指標較為全面和系統，各項指標的評價方法也兼具科學性和可操作性，是已有研究成果的凝練和提升。但是，集成分析中，指標的剛性和彈性作用無法得到明確識別，某些類指標應該起到的剛性約束作用難以體現。同時，中國幅員遼闊，各個地方的自然條件存在明顯差異，需要在指標評價中對區域性要素，尤其是具有較強約束的關鍵要素加強分析。

4 結論和展望

從農業文明到工業文明到生態文明，國土空間開發經歷了從以追求糧食生產到追求經濟增長，再到追求經濟-社會-生態和諧發展的階段，服務于經濟社會的可持續發展成為當前國土空間規劃編制的主要目標。從可持續性出發，自然要素具有資源、生態、環境、災害4個方面的屬性。已有研究在屬性判別、指標評價和綜合集成方面開展了多方面的探索，取得了積極進展，但是仍然存在具體指標較混雜，且在代表性、適用性、系統性、可操作性等方面相對欠缺等問題，需要結合國土空間開發和保護的需求進行調整和優化。

4.1 主要問題

（1）指標與方法的適用性不足。代表性指標的選取是科學評價自然要素的關鍵，但是鑒于自然要素涉及的方面較多，關鍵指標的選擇需要根據評價的需要進行確定。每個指標的評價方法也千差萬別，在適用性、可操作性方面存在較大差異，需結合實際需求和數據支撐等進行評價方法的優選。綜合集成分析中，指標權重的確定也存在較大差異和不確定性。同時，對生物災害等部分新要素作用的分析也存在不足。

（2）自然要素概念和屬性認知尚待厘清。當前自然要素的屬性評價已經取得了較多成果，已有的屬性評價中仍存在概念混淆、指標交織的問題，如資源承載力、環境承載力與資源環境承載力的評價內容較為相似，需要根據屬性進行梳理和界定。此外，國土空間規劃“雙評價”規程中將要素評價和屬性評價置于同一層次，也使得評價標準不一和結果難以集成。

（3）自然要素的統籌分析有待加強。單一自然要素的評價雖然針對性較強，但是難以整體反映自然要素的綜合特征。因此，自然要素及其屬性的綜合集成評價起到化繁為簡的作用。但是，已有集成評價的體系性往往存在不足，不同類型評價的指標差異性以及銜接性還需研究加強。同時，不同屬性的作用往往在強度、方向上存在較大差異，如在“雙評價”的城鎮功能評價中資源屬性處于基礎性地位，而生態、環境、災害屬性則起限制性作用。同樣在其他功能的評價中，不同屬性作用的差異也需要進一步明確。

（4）評價的動態性和作用的彈性還需加強。當前，自然要素的評價仍然偏重于靜態分析和空間差異研究，對變化過程及其區域差異的研究較少，導致往往發生“知其然、不知其所以然”的問題。此外，有些因素具有較強的限制和約束功能，甚至起到“一票否決”的作用，這在指標綜合的過程中往往被弱化，無法得到明確體現。因此，需要結合目標需求和區域差異加強剛性約束因素的分析和評價，以更好地凸顯其制約作用。

4.2 未來研究展望

（1）強化自然要素的基礎性地位和底線約束作用。優化國土空間開發和保護格局是生態文明建設的首要任務，針對當前國土空間開發存在的問題，應當通過調控使得自然要素在國土空間規劃中的基礎性不斷增強，重要性不斷提高，優先性得到前置。要突出自然要素的底線約束作用，綜合考慮區域水、土等主要資源供給能力，設定資源利用上限；充分考慮水環境、大氣環境、土壤環境等相關環境指標，嚴格按照環境準入負面清單進行監督與管控；加強生態空間管控，切實以“一票否決”要求推動生態保護紅線落地；強化對災害屬性的認知，加強對災害風險性及其潛在危害的分析。

（2）加強通用數據和適用方法的篩選。針對當前資源環境承載力評價體系較雜亂的問題，針對性地借助自然承載力概念對自然系統本底開展評價，從而消除社會經濟系統對評價結果的影響。此外，將理論成果應用于現實規劃時需要關注其可操作性，探索構建具有較強適用性的的評價技術方法。隨著對自然預警工作的不斷重視，對自然要素時間序列上的對比分析也越來越受到重視，未來需要加強對自然要素系統演變趨勢的模擬研究，構建集過去、現在、未來于一體的自然要素綜合評價體系，從機理上認識自然系統。

（3）深化自然要素的系統性研究。國土空間規劃是“多規合一”，而非“多規疊加”，是系統、完整、有層次的規劃體系（圖6）。為凸顯自然要素的基礎性作用，需要加強自然各屬性及其關系的分析，形成集本底分析、預警分析、潛力分析于一體的綜合評價系統，為科學劃定國土空間開發與保護格局奠定基礎。同時，深入分析人類活動對自然要素的資源、生態、環境、災害屬性已經產生的影響，總結這種影響發生的規律，并對未來可能發生的影響進行預測，以對相關規劃進行調整，增強規劃的科學性與指導性。通過基礎評價、規劃管控、效應反饋相結合的評價系統對自然進行保護、利用、整治和修復，從而形成更加科學合理的國土空間開發與保護格局。

圖6 自然要素系統與國土空間規劃的關系Fig. 6 Relationship of natural elements system and territorial spatial planning