基于資源環境承載力的云南喀斯特山區土地利用功能分區探討
——以文山市為例

馮 嚴，趙筱青，顧澤賢，宋浩昆，周世杰

（1.云南大學地球科學學院，云南 昆明 650500；2.云南大學國際河流與生態安全研究院，云南 昆明 650500）

0 引言

近年來人類活動復雜，荒漠化、泥石流和生物多樣性銳減等自然災害日漸凸顯[1]，與資源環境息息相關的人口和環境問題日益成為影響國家安全的一個關鍵因素[2]。“十九大”報告指出國土資源環境的評價、規劃與生態文明建設環環相扣、脈脈相通，科學準確地調查、評價區域資源環境承載力是進行生態文明建設的核心[3]。

資源環境承載力是基于可持續發展理念提出來的，它是某一地區的資源環境系統在特定條件下可以承受的人口總量和經濟社會規模，包括約束和保障系統兩個方面[4]。資源環境承載力研究經過近百年的發展，在人口、環境、土地資源、海洋資源和旅游資源等領域已經取得豐厚的研究成果[5-6]。研究方法有生態足跡法、狀態空間法、模糊評價法、系統動力學和GIS空間分析法等等[7-9]。研究內容包含概念內涵、理論框架和影響因素等[10-11]。土地利用功能分區是在對區域內環境資源可承載性和社會經濟發展趨勢分析的基礎上，根據不同區域的土地利用特點劃分若干個功能區，提出有針對性的管控措施以方便實行差別化的管理，對于引導土地的主導功能、優化土地利用結構等方面具有重要作用[12]。目前關于土地利用功能分區的研究多從多功能測度與分區優化[13]、基于地形分異的功能分區[14]等方面展開，研究尺度包括省級、市級、縣級、鄉鎮級等[15]，研究區多集中在人口活動密集區、傳統農區[16]以及欠發達山區[17]。已有研究對于喀斯特石漠化區的土地利用功能分區研究仍然較為薄弱，僅饒映雪[18]等人從微觀尺度探討了適合喀斯特地區的土地功能分區模式；王德光[19]等人基于ANN的BP模型探討了典型喀斯特區廣西省都安縣的土地系統功能分區。綜上所述，以往研究多就喀斯特石漠化區進行資源環境承載力評價，或單獨就喀斯特區進行土地利用功能分區研究，基于資源環境承載力評價對喀斯特區進行土地利用功能分區的研究較少。

我國西南喀斯特地區土壤貧瘠、石漠化問題突出、生態變異敏感度高、環境承載力低以及抵抗外界干擾能力弱[20]。近年來人地矛盾日益加劇，不合理的人類經濟活動是導致喀斯特地區進入惡性循環的主要原因[21]。因此，研究喀斯特山區的資源環境承載力，合理劃分土地利用功能分區對保證區域土地合理布局，緩解現有的土地利用矛盾等具有重要的意義。截止2016年底，云南省石漠化面積為23 520 km2，占全省巖溶面積的29.6%，位列南方八省第二。其中，文山壯族苗族自治州居于云南省首位。本研究以云南省典型喀斯特山區文山市為例，基于資源環境承載力劃分土地利用功能分區，并提出了各分區的管控措施，研究結果豐富了小尺度喀斯特區的土地利用功能分區研究，對喀斯特山區緩解人地矛盾和保護生態環境等具有參考價值，也可為相似喀斯特區的石漠化治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

文山市地處云南省東南部，是文山壯族苗族自治州州府所在地（103°43′0″～104°27′59″E，23°05′32″～23°42′59″N）。國土總面積2965.18 km2，共轄3個街道辦事處、7個鎮、7個鄉（圖1）。境內地勢復雜，山區、半山區占土地總面積的90%[7]，海拔高差2 373 m；區內年降水量36.7億m3，屬西風帶、中亞熱帶季風氣候；全境屬紅河流域、瀘江水系。全市喀斯特地貌面積2231 km2，是全市的重要地貌類型，2017年石漠化面積570.4 km2，占全市總面積的19.24%，主要分布在東部、南部[7]。石漠化分布區土地質量差，植被覆蓋率低，產業發展滯后，阻礙了當地的經濟發展[22]。

圖1 研究區區位示意圖

1.2 數據來源及處理

研究所用數據的具體來源和用途見表1。其中，2017年遙感影像采用人機交互式進行土地利用類型和石漠化的解譯，并選取了195個樣本點進行實地驗證，解譯精度滿足研究需求，達到88.18%。根據表2的賦值標準，通過ArcGIS軟件的空間分析工具得到地形、森林綠地、水域和地質災害各因子的空間評價結果，并將所有空間數據都統一轉換為WGS84-UTM48N投影坐標系，上圖單元的空間尺度確定為10 m×10 m，再基于ArcGIS軟件進行綜合疊加分析，基于公式（2）計算各鄉鎮資源環境保障系統下的人口容量水平。

表1 數據來源及用途

1.3 研究方法

1.3.1 資源環境約束系統承載力評價方法

資源環境約束系統指的是各種地形地貌、水文、生態環境和災害因子等對人類社會發展的限制和約束作用[23-24]。評價指標體系從地形地貌、水文、生態環境和地質災害等方面構建[4]。結合文山市實際，遵循科學、全面和可行性原則，從地形、森林綠地、水域和地質災害四個方面構建資源環境約束系統承載力評價指標體系。結合喀斯特高原地區特點，參考前人研究[25-26]，各約束性因子的分級標準及劃分依據為：①海拔。研究區地處高原，平均海拔較平原高，宜居的高海拔壩區仍可開發建設[14]，高程分級適當放松限制；②坡度。坡度的限制作用較高程顯著許多，參考黃光宇等人關于坡度對建設用地的影響研究[27]，將坡度高于250的區域賦予極大約束力；③森林綠地。森林綠地能夠維持生態功能、促進生態系統平衡，因此對自然保護區、旅游資源、生態農業區賦予較高約束力。④水域。水資源對于維持人類生存必不可少，本文參考《HJ 338-2018飲用水源保護區劃分技術規范》，將水庫和河流的核心影響區和緩沖區劃分不同的約束力等級；⑤地質災害。地質災害對人類生產生活的威脅顯著[28]，選取文山市典型的石漠化和巖溶塌陷指標來表征地質災害。參照以上標準，本文的資源環境承載力劃為無、極低、低、中、高和極高約束力6個等級，分別對應0、1、3、5、7、9的約束力賦值得分[4]。

資源環境約束系統是一個受多種約束因子共同影響、相互作用的復雜系統[23]。本文采用層次分析法[29]來確定權重。即根據1～9標度法[30]構造判斷矩陣，經過層次單排序、一致性檢驗和總排序最終求得各因素對目標層的權重值（表2）。運用加權求和的方法得到資源環境約束系統的綜合評價結果，公式為：

表2 文山市資源環境約束系統承載力評價指標體系

式中：Ri為資源環境約束承載力綜合得分；Wi為第i項指標的權重；Ai為第i項指標的對應得分。

1.3.2 資源環境保障系統承載力評價方法

區域資源環境系統所能承載的人口和經濟規模可以用保障系統承載力來直接表示。因此，可以通過測度資源環境系統所能容納的最大人口容量反映一個地區的保障系統承載力。人口容量受多種因素影響，本文借鑒以往研究[4,23]，以土地資源為主要影響因素來測算人口容量，考慮資源環境約束系統承載力與土地資源、人口數量的合理搭配，將資源環境約束系統承載力評價中的建設用地適宜區范圍（包含高度適宜建設區和一般適宜建設區）作為以下公式中適宜建設區面積的理想規模。參考《文山市城市總體規劃（2014-2030）》，確定文山市各鄉鎮的人均建設用地標準為110 m2。基于以下公式測算土地資源所能保障人口規模：

式中：pc—土地資源所能承載的人口容量；b—人均建設用地標準；a—適宜建設區面積。

耕地保護與糧食安全一脈相連，因此城市規劃必須要優先考慮耕地保護的預留空間[4]。約束系統承載力評價結果顯示，大部分限制和禁止建設區是關鍵的生態功能區和高風險地區，坡度超出適宜耕作的標準（25°以上）、石漠化程度高，不適宜耕地分布；反之，適宜建設區坡度低或適中、靠近河流，擁有優良的灌溉條件，現實中大部分耕地分布于此。故文山市實際最大建設空間=適宜建設區總面積-政策性耕地保護面積。論文選取《文山市土地利用總體規劃（2010—2020年）》中文山市人民政府下達的各鄉（鎮）的耕地保有量作為政策性保護的耕地面積。

1.3.3 基于資源環境承載力的土地利用功能分區方法

土地利用系統與資源環境系統息息相關[23]，在建設用地規劃中，任意地區資源環境承載力的閾值均制約著該區土地利用的強度，資源環境約束力指數高的區域應當禁止建設，而資源環境約束力指數低的區域則可以優先進行開發建設。

參考前人分區方法[4,17,23]，本文的土地利用功能分區方法為：①借用自然斷點法，將約束系統承載力評價結果，依照數據區間從小到大的順序依次劃分為高、中、低和不承載4個等級，分別對應高度適宜建設區、一般適宜建設區、限制建設區和禁止建設區4種類型，為保證區域的連片性和完整性，將面積＜0.1 km2的破碎圖斑并入鄰近面積較大的區域中；②以鎮域為評價單元，優先將禁止建設區主要集中的鄉鎮劃為生態紅線保護區，將限制建設區集中的鄉鎮劃為環境保護旅游開發區，將一般適宜建設區集中的鄉鎮劃為城鄉統籌發展區，將高度適宜建設區集中的鄉鎮劃為中心城鎮優先發展區；③為更貼合文山市實際，基于生態優先和主導功能原則，結合保障系統承載力、城市總體規劃、土地利用總體規劃等文件對分區結果做出修正，以保障系統承載力確定各功能區的人口容量。

2 結果分析

2.1 資源環境承載力評價

2.1.1 資源環境約束系統承載力評價

文山市資源環境約束系統承載力評價值為0～6.132，高、中承載的區域占比超過總面積的一半，表明市域內土地利用在一定程度上還能夠滿足需求。其中高承載區域面積為473.15 km2，占總面積的15.96%，約束力指數低，位于0.343～1.476。中承載區域面積為1171.37 km2，所占比重最高，為39.51%，約束力指數較低，位于1.476～2.404。低承載區域面積為1086.14 km2，占總面積的36.64%，約束力指數較高，位于2.404～3.864。不承載區域面積為234.00 km2，所占比重最小，為7.89%，約束力指數高，位于3.864～6.132。

根據不同承載力所處區域的約束力情況，以及對資源環境系統的影響程度，將高、中、低、不承載力區域分別對應高度適宜建設區、一般適宜建設區、限制建設區和禁止建設區，它們的空間分布特點如下：

（1）高度適宜建設區主要分布于西北至東南一線的中部區域，沿盤龍江呈條帶狀分布，集中分布在新平街道、馬塘鎮、德厚鎮、紅甸鄉等鄉鎮。該區為高承載區域，約束力指數低，為0.343～1.476。坡度多低于8°，海拔在1000～1500 m，屬于文山市中、低海拔地區。土地利用類型多為建設用地，多位于農村和城市已建區范圍內，距自然保護區和森林綠地有一定距離，對資源環境系統的影響小，適宜建設。

圖2 資源環境約束系統承載力評價分級圖

圖3 2017年文山市土地利用現狀

（2）一般適宜建設區主要分布于市域中部及高度適宜建設區的外圍，呈塊狀，重點分布在德厚鎮、馬塘鎮、秉烈鄉等鄉鎮。該區為中承載區域，約束力指數較低，為1.476～2.404。坡度多在15°以下，海拔多位于1000～1500 m，土地利用類型多為耕地和建設用地，對資源環境系統的影響較小，較適宜開發。

（3）限制建設區主要分布在文山市的中南部片區，集中分布于文山市的邊界外圍，呈月牙狀，主要分布在平壩鎮、柳井鄉、新街鄉、薄竹鎮等鄉鎮。該區為低承載區域，約束力指數較高，為2.404～3.864。該區坡度主要集中在15°以上，海拔主要為1500～2000 m。多位于中和重度石漠化區，盤龍江的緩沖區域，平壩古鎮和盤龍公園等旅游景區核心影響范圍內，巖溶塌陷高易發區以及老君山自然保護區邊緣，區內林地面積覆蓋較廣，對資源環境系統的影響較大，不適宜建設。

（4）禁止建設區主要分布于文山市的西部，呈塊狀分布，主要分布在薄竹鎮、壩心鄉、小街鎮三個鄉鎮。該區為不承載區域，約束力指數高，為3.864～6.132。坡度集中在25°以上，海拔多在2000 m以上，多位于老君山自然保護區、巖溶塌陷高易發區、生態農業區核心范圍內，對資源環境系統的影響大，不適宜開發。

2.1.2 資源環境保障系統承載力評價

根據資源環境約束系統承載力評價結果，文山市適宜建設區面積1644.52 km2，占比為55.47%，在一定程度上可以滿足城市發展的需求。若不考慮耕地保護，文山市適宜建設區的理論規模為1644.52 km2，按照人均建設用地標準110 m2，運用公式（2）進行計算，文山市的理論極限人口容量為1495.02萬。但是扣除政策性耕地保護面積795.00 km2后，實際最大建設空間為849.52 km2，實際極限人口容量僅為772.29萬（表3）。

表3 文山市保障系統承載力保障下的人口容量分析表

因此，在扣除耕地保護面積后，文山市實際保障人口容量減少至理論值的1/2，表明未來城鎮規模的快速擴張與耕地保護之間矛盾突出。各鄉鎮所能保障的現實極限人口容量大小依次為馬塘＞秉烈＞臥龍＞平壩＞德厚＞新平＞開化＞東山＞紅甸＞追栗街＞薄竹＞喜古＞柳井＞小街＞新街＞壩心＞古木。其中，馬塘鎮所能保障的現實極限人口容量最大，為149.95萬。而古木鎮作為一個特例，實際最大建設空間為負值，原因是該區石漠化面積大，地質災害高、易發，可開發適宜建設面積不足。

2.2 基于資源環境承載力的土地利用功能分區

2.2.1 文山市的土地利用功能分區方案

基于資源環境承載力評價結果，結合城市總體規劃和文山市的土地利用現狀等，采用前文所述的土地利用功能分區方法，將文山市土地利用劃分為中心城鎮優先發展區、城鄉統籌發展區、環境保護旅游開發區和生態紅線保護區4個功能區（圖4）。具體情況如下：

圖4 文山市土地利用功能分區結果圖

（1）中心城鎮優先發展區：范圍涉及德厚、馬塘、新平、臥龍和開化5個街鎮，面積為874.47 km2，占比為29.50%，可承載人口408.46萬。該區人口高度聚集，經濟活動活躍，是目前的城鎮建設核心區，也是今后城鎮擴張的重要增長極。該區主要以耕地和建設用地為主，主要承擔生產和生活的功能。

（2）城鄉統籌發展區：范圍涉及追栗街、喜古、紅甸和秉烈4個鄉鎮，面積為550.34 km2，占比18.56%，可承載人口206.53萬。該區與中心城鎮發展區毗連，是今后文山市城鎮擴張的主要方向。該區以耕地、林地和自然保留地為主，主要承擔生產和生態功能；同時在今后城鎮擴張過程中也承擔緩解中心城鎮優先發展區壓力的功能。

（3）環境保護旅游開發區：范圍涉及柳井、新街、東山、平壩和古木5個鄉鎮，面積為903.50 km2，占比為30.48%，可承載人口124.06萬。該區包括依法劃定的生態保育區中的限制建設區，如老君山自然保護區的邊緣地帶；還包括石漠化和地質災害高易發區等區域；還有部分民族文化景點分布。該區的林地資源較為豐富，耕地次之，承擔著部分生產和生態功能。

（4）生態紅線保護區：范圍涉及薄竹、壩心、小街3個鄉鎮，面積為636.35 km2，占比為21.46%，可承載人口33.24萬。該區包括依法劃定的生態保育區中的禁止建設區，如老君山自然保護區的核心范圍、部分基本農田和森林綠地分布區域；還包括自然環境條件復雜的巖溶塌陷高發區、地質災害頻發區等。區內林地和自然保留地占絕對優勢，主要承擔著生境涵養、調節氣候等重要功能，為全市提供生態安全屏障。

2.2.2 各功能區的利用方向與用途管制對策

（1）中心城鎮優先發展區：該區的特點是耕地和建設用地占用沖突、人口密集，區內石漠化多以重度石漠化為主。建議以保護基本農田、優化產業布局、城鎮升級改造為主要發展方向。

（2）城鄉統籌發展區：該區有用地結構不合理、集約度低、土地產出低的特點。區內有少部分石漠化區，主要集中在追栗街鎮。建議以發展高效農業、優化用地結構為主要發展方向，同時注重改善人居環境和基礎設施，提高居民生活水平。

（3）環境保護旅游開發區：該區的石漠化面積最廣，以輕、中度石漠化為主。資源環境脆弱，但是民族風情濃郁、具有豐富的文化底蘊。建議將生態保護和旅游發展并重作為該區的利用方向。

（4）生態紅線保護區：該區特點是地形復雜、抗干擾能力差和生態恢復能力弱等，有極少數的輕度石漠化分布，建議以控制人類活動、注重生態保護為主要方向。

3 結論

（1）文山市約束系統承載力可劃分為高、中、低和不承載4個不同的等級，分別占土地總面積的15.96%、39.51%、36.64%和7.89%。高、中承載的區域面積超過土地總面積的一半，土地利用在一定程度上還能夠滿足需求。但是在保障系統承載力方面，在扣除耕地保護面積后文山市所能保障的實際極限人口總量為772.29萬，較理論極限人口容量減少一半，耕地保護與城市規模擴張矛盾突出。

（2）文山市共劃分為中心城鎮優先發展區、城鄉統籌發展區、環境保護旅游開發區和生態紅線保護區4個土地利用功能區，分別占土地總面積的29.50%、18.56%、30.48%和21.46%。

4 討論

從方法看，研究未采用傳統的系統聚類法進行功能分區，而是沿用了劉明[4]等人關于丘陵山區的土地利用功能分區方法，即用資源環境承載力評價結果指導土地利用功能分區。但是本研究以喀斯特山區為研究對象，在指標選取上考慮了研究區的地形地貌特點，增加了石漠化和巖溶塌陷指標，突出了喀斯特石漠化地區的特殊性。且研究在前人研究的基礎上做出了改進，將鄉鎮作為分區單元，保證了行政區域完整性，方便鄉鎮制定相關治理保護政策，有助于鄉鎮一級推動石漠化治理、生態環境保護工作的開展。從研究結果看，本研究劃分了中心城鎮優先發展區、城鄉統籌發展區、環境保護旅游開發區和生態紅線保護區4個土地利用功能分區。與以往研究相比，本研究并未劃定糧食主產區或基本農田保護區，這是由于文山市的耕地集中在壩區，而壩區也恰是中心城鎮集中分布區。故城鄉統籌發展區和中心城鎮優先發展區均為糧食主產的區域，難以劃出明顯糧食主產界限。

同時，本研究尚存在不足。首先，研究著重考慮了自然因素對土地利用功能分區的影響，對于人類活動、社會經濟因素的影響分析不夠深入，在一定程度上可能會影響分區結果的科學性。今后可考慮增加反映人類活動和社會經濟的指標。其次，受限于數據的可獲性，研究僅選取了2017年的截面數據，為了反映區域資源和土地狀況的動態變化趨勢，今后可考慮采用連續的面板數據來動態反映研究區的資源環境承載力變化狀況，分析出區域內部的變化特征。最后，經濟社會發展的程度可以影響并決定土地資源的承載人口容量，研究僅用土地資源評價法來確定區域的人口容量考慮不充分，可在今后研究中做出改進。