基于生態導向的四川省交通國土空間承載力評價

何 尹 杰，張 占 錄*，朱 高 儒，吳 大 放，李 龍，劉 艷 艷

(1.中國人民大學公共管理學院，北京 100872;2.交通運輸部規劃研究院，北京 100028;3.廣州大學地理科學與遙感學院,廣東 廣州 510006)

0 引言

推進生態文明建設、優化國土空間格局是國家的發展戰略和基本準則。過去交通建設過程中由于過于重視經濟效益，造成污染超標排放、能源過度消耗、土地浪費和物種割據等現象，導致大部分交通項目與環境、社會、生態關系不協調。基于生態導向的交通國土空間承載力評價不僅是國家政策層面的響應，也可為后續交通廊道的選線和優化提供重要參考。“承載力”(carrying capacity)一詞源于希臘[1]，為物理學概念，后逐漸應用于種群生態學研究，指在不會對區域造成損害的前提下，一個區域所能承受的種群數量極限[2]。關于交通國土空間承載力的研究，從宏觀城市群[3，4]到中觀單個城市[5，6]再到微觀片區[7]，涉及城市路網[8，9]、交通基礎設施[10]和城市機動車發展規模[6]等內容；近年來研究對象逐漸轉變為高鐵、輕軌和地鐵等軌道交通[11-14]，研究方法從定性靜態分析發展為動態模擬與預測[15，16]，研究內容和研究重點趨向于多層次的復合[17-20]，這些進步均有利于實現區域與交通設施的可持續發展，促進生態功能提升、保障環境質量安全及各類資源的合理利用。生態導向下的承載力研究是交通國土空間開發判斷的首要依據[21]，交通和環境承載力之間高度協調有利于推動區域經濟發展和實現可持續發展目標[3]。目前，盡管不少有關承載力的研究將生態因素作為某項指標納入評價體系(如生態重要性和生態脆弱性)，但少有全面考慮生態紅線、生態空間和保護物種棲息地等重要信息。鑒于此，在國土空間規劃背景下，本文以生態為導向確定四川省交通國土空間承載力等級，以期為緩解不同用途空間沖突、統籌安排空間格局和促進空間管制優化提供借鑒。

1 評價技術路線與指標體系構建

1.1 評價技術路線

咨詢交通運輸部規劃研究院、四川省交通運輸廳、四川省生態環境科學研究院等專家意見并參考文獻[22-25]，確定評價技術路線(圖1)為：在自然資源現狀調查的基礎上，按照國家生態紅線方案及相關法律法規劃分生態禁止建設區和限制建設區；按功能型對國/省干線公路進行等級劃分；根據交通建設特點，以生態優先為導向進行單要素和集成評價；綜合生態禁/限建區、國/省干線公路和交通建設集成評價，對交通國土空間承載力進行評價。

圖1 交通國土空間承載力評價技術路線Fig.1 Technical route of evaluation on carrying capacity of national land space of transportation

1.2 評價指標體系構建

以交通國土空間開發對生態環境造成最低影響為目標，對四川省自然資源、災害風險、生態等因素進行深入分析后，根據交通建設的特點，參考“雙評價”指南的核心指標[26]，結合“三區三線”和主體功能區規劃等相關成果[27]，構建以生態為導向的四川省交通國土空間承載力評價體系(表1)。

表1 交通國土空間承載力評價體系Table 1 Evaluation system of carrying capacity of national land space of transportation

在交通建設中原則上應避開生態禁止建設區，但現實中往往因該區域面積較大且集中連片，繞開需要巨大的經濟成本，建設單位通常采取無害化穿(跨)越方式，盡量減少對生態的破壞，故生態禁建區承載力權重并非為0。通過專家打分和重點考慮交通國土空間開發可能對生態造成的不良影響，得出生態禁/限建區和國/省干線公路各指標層權重(表1)。對于交通建設集成評價指標層，根據指標的重要程度，應用層次分析法確定各指標權重。首先構建層次結構模型，將決策目標分解成多個準則層要素，再分解為多個備選方案(3個層次)；然后構建判斷矩陣并通過一致性檢驗，在準則層要素基礎上判斷各備選方案之間的重要性；最后得出各備選方案對決策目標的影響權重。將影響評價結果的土地利用類型、高程、坡度、地震風險、地質災害、保護物種棲息地、生態脆弱性、生態重要性、氣溫和降水10個指標作為備選方案要素，對比兩要素間在交通建設適宜度和生態環境保護準則下的重要程度，得到相關數據矩陣，確定各指標權重(表1)。

1.3 三維魔方評價模型

三維魔方評價模型從3個不同維度構建坐標系，每個維度設定不同結點構成三維空間的N階魔方，形成N3種模式組合，該模型能直觀呈現評價因子層的主導功能位序。本文以生態禁/限建區、交通建設集成評價和國/省干線公路為軸構建三維魔方模型，模型中生態禁/限建區和交通建設集成評價均考慮到交通國土空間開發對生態環境的影響，體現以生態為導向。最終利用式(1)計算得到交通國土空間承載力，并將其分為高(5級)、較高(4級)、中度(3級)、低(2級)和極低(1級)5個等級。其中，5級(高交通國土空間承載力土地)適合規模開發，1級(極低交通國土空間承載力土地)應進行開發管制和保護，其余等級則結合研究區國土空間實際利用情況，按照從高到低的等級順序進行交通開發[28，29]。

(1)

式中：S為交通國土空間承載力；Wi為第i(i=1,2,…，m)個因子的權重；Xk、Wk分別為第k(k=1,2,…，n)個單要素評價指標及其權重。

2 研究區概況與數據來源

四川省地處我國西南內陸(97°21′～108°33′E，26°03′～34°19′N)，屬于第一階梯向第二階梯的過渡地帶，山地、高原、盆地、平原、丘陵共存(山地和高原占全省面積的75%)，地勢西高東低，海拔范圍為186～7 148 m，多數山頂海拔高于4 000 m，地勢切割強烈。四川是全球34個生物多樣性熱點地區之一，是我國重要的物種庫和基因庫，也是全國第二大林區(西南林區)的主要組成部分；全省天然草原集中連片分布在甘孜、阿壩和涼山州，面積約163 300 km2，屬全國五大牧區之一，生態功能十分重要。但隨著人口增加和經濟發展，四川省交通道路里程數和范圍急劇擴大，其面臨著生態功能退化、水源涵養功能紊亂、生物多樣性破壞、生態景觀破碎化嚴重等問題。

四川省土地利用類型、高程(DEM)、地震風險、地質災害、氣溫和降水數據源于中國科學院資源環境數據云平臺(http://www.resdc.cn/Default.aspx)；交通道路數據源于國家基礎地理信息中心(http://www.ngcc.cn/ngcc/)，以上數據的時間節點為2015年，其中土地利用類型、地質災害、交通道路數據在原有基礎上通過遙感等技術更新至2019年；四川省生態保護紅線、重要水源保護地和保護物種棲息地等數據由交通運輸部規劃研究院提供。

3 結果分析

3.1 生態禁/限建區

四川省生態禁/限建區包括國家公園、自然保護區、風景名勝區、森林公園、地質公園、濕地公園、自然遺產地、水產種質資源保護區、飲用水水源保護區和生態保護紅線。其中，一級禁建區為“自然保護區和飲用水水源保護區的核心區和緩沖區”，面積為39 348.10 km2，占全省面積的8.09%，其余為二級禁建區，面積為13 938.73 km2，占全省面積的2.87%；生態限建區面積為148 464.80 km2，占全省面積的30.54%(圖2)。

圖2 四川省生態禁/限建區分布Fig.2 Layout of ecological construction-forbidden/restriction zones in Sichuan Province

3.2 國/省干線公路

2019年四川省綜合交通路網突破34.7萬km，其中公路總里程達33.2萬km(圖3)。規劃公路總里程4.1萬km，建成和在建里程超過1萬km，等級以外的公路總里程達28.6萬km，以上均位列全國第一；高速公路建成里程達7 238 km，位居西部第一、全國第三。

圖3 四川省國/省干線公路Fig.3 Distribution of national and provincial highway in Sichuan Province

3.3 交通建設集成評價

(1)土地利用類型評價。土地利用數據采用中國土地利用/土地覆蓋遙感監測數據分類系統，一級分類為耕地(旱地)、林地、草地、水域、建設用地和未利用地6種。土地利用類型決定交通建設的方式和可行度，不同用地類型的交通建設承載力不同，基于生態導向將土地利用類型的交通建設承載力劃分為5個等級(表2)：建設用地和未利用地適宜交通建設，二者的交通建設承載力等級最高(5級)；耕地(旱地)資源較適宜于交通建設，等級為4；草地處于坡度較陡或地勢較高地區，且多位于生態限建區，等級為3；林地多位于坡度較陡或地勢較高地區，且其交通建設難度大于草地，等級為2；在水域開展交通建設較難，同時應避免污染水環境，故其等級最低，為1。評價等級可視化如圖4a所示。

表2 交通建設集成評價分級Table 2 Classification in integrated evaluation of transportation construction

圖4 交通建設集成評價中各指標分級Fig.4 Indicator classification of integrated evaluation of transportation construction

(2)高程和坡度評價。復雜的地形地貌是影響四川省交通建設的重要因子之一[22]。利用高程數據(DEM)生成坡度數據，高程越高或坡度越陡，越不適宜交通建設，交通建設承載力等級越低；反之等級越高。利用自然斷點法將四川省高程和坡度劃分為5個等級(表2)，評價等級可視化如圖4b、圖4c所示。

(3)地震風險和地質災害評價。四川省是地震和地質災害頻發地區，地震和地質災害風險越高的區域，越不適宜交通建設(表2)。四川地震活動斷層分布廣、危險性高，通過對斷裂帶做緩沖區分析，劃分為距離斷裂帶<10 km、10～20 km、20～30 km、30～40 km、≥40 km 5個等級；四川地質災害類型主要有泥石流、滑坡、崩塌、地面塌陷等，地質災害可劃分為高危險區、較高危險區、略高危險區、低危險區、相對安全區5個等級。地震風險和地質災害評價等級可視化如圖4d、圖4e所示。

(4)保護物種棲息地評價。交通建設會破壞動物自然棲息、生長和繁殖的活動場所，造成動物活動領域隔斷，故交通用地選址應充分考慮物種棲息地的保護，盡量避免傷害到野生動物。四川物種資源豐富，是世界珍貴物種的基因庫之一，有大熊貓、云豹、雪豹、金絲猴、山鷓鴣等重要物種棲息地，面積達311 882.51 km2，占全省總面積的64.15%。棲息地中珍貴物種種類越多，交通建設承載力等級越低，珍貴物種種類為0、1、2、3～4和≥5種的區域分別對應等級5至等級1，評價等級可視化如圖4f所示。

(5)生態重要性和生態脆弱性評價。生態重要性是生態系統對其區域可持續發展作用的重要性，一般從水源涵養和生態產品提供等角度評價。本文在《四川省主體功能區規劃》生態重要性評價成果基礎上，對交通建設承載力等級進行評價，生態越重要的區域，越不適宜交通建設，等級越低，從低到高劃分為1～5級(表2、圖4g)。生態脆弱性是生態系統在特定時空尺度對外界干擾所具有的反應和自我恢復能力，一般從水土流失、沙漠化、石漠化和鹽漬化等角度評價。本文在《四川省主體功能區規劃》生態脆弱性評價成果基礎上，對交通建設承載力等級進行評價，生態越脆弱的區域，越不適宜交通建設，等級越低，從低到高劃分為1～5級(表2、圖4h)。

(6)氣溫和降水評價。氣候變化會誘發交通事故(尤其對于山區道路)，降水量較少會導致空氣干燥、空氣污染和灰塵增大，生態導向下交通建設承載力低，直接影響交通建設承載力的高低。四川位于亞熱帶區域，年均氣溫適宜，年降水量為800～1 200 mm，較適宜道路修建。將年均氣溫15.66～22.51 ℃、年降水量1 044.72～1 252.47 mm的區域評價等級設為最高(5級)，其余等級劃分結果見表2，氣溫評價等級可視化如圖4i所示，降水評價等級圖略。

3.4 交通國土空間承載力評價

利用三維魔方評價模型將上述評價結果在ArcGIS軟件上進行圖層疊加，得到基于生態導向的交通國土空間承載力評價結果(圖5)。

圖5 交通國土空間承載力等級Fig.5 Grades of carrying capacity of national land space of transportation

由圖5可知，四川省各級交通國土空間承載力的土地數量較均勻。1級極低交通國土空間承載力面積為98 088.33 km2，占比20.18%，主要分布在一、二級生態禁建區，交通選址盡量繞開這些區域，或基于生態破壞最小原則，采用無害化穿(跨)越方案建設；2級低交通國土空間承載力面積為97 024.92 km2，占比19.96%，該類土地具有一定的生態脆弱性和自然災害危險性，暴雨、洪澇、泥石流和地震頻發，交通建設時應注意整體抗災設計，做好潛在的災害識別、檢測、預防工作；3級中度交通國土空間承載力面積為97 260.50 km2，占比20.01%，土地利用類型多為草地且地勢較高，人口密度較低，經濟發展一般，交通路線密度應適中；4級較高交通國土空間承載力面積為98 077.80 km2，占比20.17%，5級高交通國土空間承載力面積為95 687.75 km2，占比19.68%，二者多分布在四川東部盆地，高程普遍在1 000 m以下，坡度在10°以下，可優先進行交通國土空間開發。

四川省18個地級市、3個自治州中，東部平原地區的成都、遂寧、資陽、南充等的交通國土空間承載力為5級的土地占比較高，這些城市交通國土空間開發強度高、潛力大，其中成都5級高交通國土空間承載力的土地面積占該市土地總面積的47.62%，1、2級極低和低交通國土空間承載力的土地面積僅占11.11%和3.97%；廣元、巴中、眉山、宜賓、達州、攀枝花等城市的交通國土空間承載力以4級為主，可在合理規劃下進行適度的交通國土空間開發；而阿壩藏族羌族自治州、甘孜藏族自治州、涼山彝族自治州分布在四川省西部山地，多是1、2、3級中度以下的交通國土空間承載力土地，交通國土空間開發時需著重考慮對生態環境的負面影響。

4 結論與討論

本文構建的交通國土空間承載力評價體系基于生態優先理念，充分考慮資源環境約束，系統分析各因素之間相互聯系和制約關系，同時具有數據易獲取、方法可復制等特點，能科學表征交通國土空間承載力，也可為其他地區交通國土空間承載力評價提供參考。通過科學評價交通國土空間承載力逐步實現事后治理向事前預防轉變，是推動自然環境與交通建設一體化的科學有效的方法。

四川省交通國土空間高承載力地區主要分布于東部盆地，中低承載力地區主要分布于西部山地和中部自然災害頻發地區，可見交通國土空間承載力是科學判斷區域交通承載規模的一項重要依據。因此，四川省應在綜合交通建設過程中引入承載力評價，從源頭上防范交通建設所造成的生態破壞和對環境的影響，緩解區域交通空間建設與生態空間保護沖突，實現人與自然和諧發展。

生態導向下的承載力評價是交通國土空間控制規劃的基礎，下一步工作將聚焦開發適宜性評價，通過分析交通建設對國土空間格局、社會、經濟、環境、文化和公眾等的影響，調整和優化交通廊道。針對必須新建的交通道路，應基于承載力評價結果統籌布局，盡量少占土地，優先對現有交通道路提升改造；同時應提升交通道路建設技術和轉變發展理念，促進建設發展與生態環境相和諧。