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城鎮(zhèn)化是我國實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的必由之路。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國城鎮(zhèn)用地得到了前所未有的擴(kuò)張，但同時也導(dǎo)致了耕地流失、環(huán)境污染和土地資源短缺等一系列復(fù)雜的社會和生態(tài)環(huán)境問題，影響城市的可持續(xù)發(fā)展［1］。當(dāng)前，我國正大力推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化與生態(tài)文明建設(shè)，在此背景下，城市發(fā)展迫切需要區(qū)分生產(chǎn)、生活與生態(tài)空間，劃定城市功能區(qū)，優(yōu)化城市空間布局。城市土地生態(tài)適宜性分區(qū)通過研究城市發(fā)展與生態(tài)保護(hù)之間的關(guān)系［2］，有助于明確指出在城市區(qū)域內(nèi)適宜于城市開發(fā)用地的面積和范圍以及適宜于生態(tài)保護(hù)用地的面積和范圍，以最大限度的減少城市發(fā)展對生態(tài)環(huán)境造成的影響。近年來，在GIS技術(shù)支持下，國內(nèi)外學(xué)者在城市土地生態(tài)適宜性等方面展開了卓有成效的研究［3～9］。研究方法基本都繼承了傳統(tǒng)的生態(tài)適宜性評價方法，主要包括McHarg的“千層餅”法及其修正模型和邏輯規(guī)則組合法。這些方法實(shí)質(zhì)上是把土地景觀單元的生態(tài)因子疊加起來，從垂直過程角度進(jìn)行研究。但是，土地的生態(tài)價值不僅僅是由垂直生態(tài)要素如土壤、水文、地質(zhì)、植被等自然要素決定的，還由該土地景觀單元在水平生態(tài)過程中的流動等相互作用而決定。因此，針對土地景觀單元水平過程方面的研究仍有待于進(jìn)一步探索。此外，從研究區(qū)域來看，對于人地矛盾不斷加劇、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的長江三角洲地區(qū)，土地生態(tài)適宜性研究還略顯不足。基于此，本文選取經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛、城鎮(zhèn)化速度較快、生態(tài)保護(hù)與城市建設(shè)矛盾較為突出的常州市武進(jìn)區(qū)為研究區(qū)，嘗試結(jié)合垂直生態(tài)過程和水平生態(tài)過程綜合劃分城市土地生態(tài)適宜性分區(qū)，以期為豐富城市土地生態(tài)適宜性分區(qū)研究，科學(xué)合理制定武進(jìn)區(qū)未來的城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃和生態(tài)紅線區(qū)域保護(hù)規(guī)劃，加強(qiáng)城市土地生態(tài)管理提供技術(shù)支持和決策支撐。

1研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1．1研究區(qū)概況常州市武進(jìn)區(qū)地處江蘇省南部，長江三角洲太湖平原西北部，位于北緯31°20′～31°54′、東經(jīng)119°40′～120°12′之間；屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，日照豐富；境內(nèi)平原寬廣，地勢低平，地理?xiàng)l件優(yōu)越，交通便捷；全區(qū)總面積1245．84km2，轄14個鎮(zhèn)、2個街道、1個國家級出口加工區(qū)、1個國家級高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)和1個省級開發(fā)區(qū)，2013年常住人口約160萬。改革開放以來，武進(jìn)區(qū)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，綜合實(shí)力不斷增強(qiáng)，主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)增幅在蘇南保持前列。未來作為常州市城區(qū)“一體兩翼”布局的南翼，以及在承接蘇南都市圈乃至長三角經(jīng)濟(jì)圈產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移等方面都將面臨著巨大的發(fā)展機(jī)遇。但與此同時，武進(jìn)區(qū)也面臨著快速發(fā)展對區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)峻挑戰(zhàn)等問題。因此，為武進(jìn)區(qū)未來用地布局提供合理空間參考是區(qū)域發(fā)展的關(guān)鍵。

1．2數(shù)據(jù)源經(jīng)過前后數(shù)次在常州市武進(jìn)區(qū)進(jìn)行調(diào)研，走訪國土資源局、環(huán)境保護(hù)局、交通局等單位并收集相關(guān)資料獲得本次研究數(shù)據(jù)源。本文采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括武進(jìn)區(qū)DEM（基本格網(wǎng)單元大小為30m×30m）、2010年土地利用現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)（比例尺1∶10000）、鄉(xiāng)級土地利用總體規(guī)劃（2006～2020年）數(shù)據(jù)、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)矢量數(shù)據(jù)（比例尺1∶10000）、現(xiàn)狀交通道路矢量數(shù)據(jù)以及自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)與公園等。

2研究方法

2．1基于層次分析法的垂直生態(tài)過程以垂直生態(tài)過程構(gòu)建阻力基面時，本文延續(xù)了傳統(tǒng)的研究方法，即通過由高程、坡度、坡向、土地利用類型、交通設(shè)施等11個基礎(chǔ)要素組成的地形地貌、生態(tài)環(huán)境、交通設(shè)施、建設(shè)密度四大類復(fù)合因子建立景觀過程阻力賦值體系。為使生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張和城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張兩個過程在同一標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行，本文建立了相同的阻力評價體系并賦予各自相反的分值。在評價單個基礎(chǔ)因子的阻力時，將阻力分為5個等級，分別用5、4、3、2、1表示，阻力分值的賦予通過借鑒前人研究的經(jīng)驗(yàn)，采用專家打分方式獲得。同時，考慮到各阻力要素對兩種擴(kuò)張過程的影響程度不一，本文采用層次分析法（AHP）確定各自的權(quán)重。在對地形地貌進(jìn)行評價時，采用高程、坡度、坡向進(jìn)行評價；對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評價時，采用土地利用類型、距鄰近水體的距離進(jìn)行評價。土地利用類型的分類參照全國《土地利用現(xiàn)狀分類》（GBT21010－2007），將研究區(qū)景觀劃分為水域、耕地、風(fēng)景名勝區(qū)、林地、其他農(nóng)用地、園地、未利用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、交通水利設(shè)施、工礦用地以及城鎮(zhèn)用地。對交通設(shè)施進(jìn)行評價時，采用國道、省道、高速公路、鐵路、城市主干道等不同道路類型按距離大小賦值進(jìn)行評價。對建設(shè)密度進(jìn)行評價時，采用建設(shè)密度值進(jìn)行評價。建設(shè)密度值是指以某個像元為中心的區(qū)域網(wǎng)格內(nèi)建設(shè)用地像元數(shù)與總像元數(shù)的比值。本研究中將城鎮(zhèn)用地賦值為1，非城鎮(zhèn)用地賦值為0，然后采用9×9移動窗體計(jì)算每個網(wǎng)格的建設(shè)密度值［13］。阻力體系的賦值結(jié)果如表1所示。

2．2基于最小累積阻力模型的水平生態(tài)過程

2．2．1模型概述最小累積阻力模型指物種在從源到目的地運(yùn)動過程中所需耗費(fèi)代價的模型，它最早由Knaapen［14］于1992年提出。該模型多應(yīng)用于對物種擴(kuò)散過程、物種保護(hù)［15］和景觀格局分析［16］等生態(tài)領(lǐng)域研究，后被廣泛應(yīng)用于模擬城市土地演變過程［17，18］，經(jīng)國內(nèi)俞孔堅(jiān)等人的修改［19］可以用下式表示。

2．2．2過程源的確定生態(tài)學(xué)中的“源”是指在格局與過程研究中，那些能促進(jìn)生態(tài)過程發(fā)展的景觀類型，具有內(nèi)部同質(zhì)性和向四周擴(kuò)散的能力［20］，是事物向外擴(kuò)散的起點(diǎn)。由于“源”是針對生態(tài)過程而言的，所以在確定“源”時必須與待研究的生態(tài)過程相結(jié)合［13］。本文研究生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張和城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張兩種生態(tài)過程，分別選取相應(yīng)的“源”：城鎮(zhèn)用地的擴(kuò)張?jiān)礊楝F(xiàn)狀城鎮(zhèn)用地；生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張?jiān)礊樯锒鄻有暂^豐富、生態(tài)功能較強(qiáng)的地區(qū)，對于武進(jìn)區(qū)來說指基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園、飲用水源涵養(yǎng)區(qū)。

2．2．3分區(qū)劃分基于由垂直生態(tài)過程創(chuàng)建的阻力基面，以及由水平生態(tài)過程確定的最小累積阻力模型和過程源，在ArcGIS中分別計(jì)算生態(tài)用地?cái)U(kuò)張與城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張最小累積阻力表面，再求取二者的差值阻力表面。用下式表達(dá)。式中：MCR生態(tài)為生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張阻力表面；MCR城鎮(zhèn)為城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張阻力表面；MCR差值為二者的差值阻力表面。當(dāng)差值阻力表面中的像元值＜0時，即對于同一柵格單元而言，生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張的阻力小于城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張的阻力，則該柵格單元更適宜被劃分為生態(tài)用地單元；當(dāng)像元值＞0時，則代表生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張的阻力大于城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張的阻力，該柵格單元更適宜被劃分為城鎮(zhèn)用地單元；當(dāng)像元值等于0時，其為二者的分界線。在此基礎(chǔ)上，本文使用阻力閾值方法［21］對適宜性分區(qū)進(jìn)一步劃分。阻力閾值是指在生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張和城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張所遇到的阻力面中，存在著一些關(guān)鍵的值，生態(tài)過程需要額外付出異常高的代價才能克服阻力繼續(xù)擴(kuò)張，因而可將阻力閾值前后的用地歸為不同的區(qū)間［22］。綜上所述，本文的研究方法及流程如圖1所示。

3研究過程與結(jié)果

3．1研究過程

3．1．1阻力基面生成土地景觀單元通過各阻力因子綜合疊加，得到該土地景觀單元對生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張和城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張的阻力值，所有的土地景觀單元的阻力值即構(gòu)成了研究區(qū)全域的阻力基面。通過垂直生態(tài)過程構(gòu)建的阻力基面實(shí)質(zhì)反映的是景觀單元自身的生態(tài)屬性。在對研究數(shù)據(jù)做柵格轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上，采用垂直生態(tài)過程創(chuàng)建的阻力賦值體系（表1），通過GIS空間分析方法分別、逐步獲得生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張和城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張的阻力因子的阻力值，再按照影響程度權(quán)重值進(jìn)行疊加分析，得到兩種擴(kuò)張過程的阻力基面，結(jié)果如圖2和圖3所示。從圖中可以看出，兩種過程的阻力基面空間格局基本相反，滆湖、西太湖生態(tài)保護(hù)區(qū)、規(guī)模較大的耕地以及河流水系、林地等柵格單元對生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張的阻力較小，而現(xiàn)有城鎮(zhèn)用地以及主要道路兩側(cè)單元對城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張的阻力卻較小，這與阻力賦值體系分值的賦予設(shè)置規(guī)則相同。此外，景觀破碎度也較大，布局分散，這與垂直生態(tài)過程的適宜性更加關(guān)注柵格單元本身的生態(tài)屬性有關(guān)。

3．1．2最小累積阻力表面生成基于上述過程產(chǎn)生的阻力基面，進(jìn)一步考慮距離因素的影響，采用ArcGIS中的CostDistance模塊，以對應(yīng)的過程“源”為輸入數(shù)據(jù)，阻力基面為成本數(shù)據(jù)，分別計(jì)算得到兩種擴(kuò)張過程的最小累積阻力表面，如圖4和圖5所示。淺黃色代表擴(kuò)張過程的累積阻力值小，深藍(lán)色代表阻力值大，從“源”向外顏色逐漸變深，表明擴(kuò)張過程受到的累積阻力逐漸增加。進(jìn)一步將生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張最小累積阻力表面減去城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張最小累積阻力表面，得到最小累積阻力差值表面，結(jié)果如圖6所示。按照分區(qū)劃分方法，將阻力差值進(jìn)行重分類，得到武進(jìn)區(qū)城市土地生態(tài)適宜性分區(qū)初步結(jié)果，如圖7所示。適宜生態(tài)用地區(qū)分布在除現(xiàn)狀城鎮(zhèn)建設(shè)用地的大部分區(qū)域，占武進(jìn)區(qū)總面積的71．75％；適宜建設(shè)用地區(qū)成片分布在現(xiàn)狀城鎮(zhèn)用地及鄰近地域，尤其在武進(jìn)區(qū)中心城區(qū)及各建制鎮(zhèn)分布較明顯，占總面積的28．25％。

3．1．3閾值確定基于上述過程獲取的阻力差值表面，統(tǒng)計(jì)與分析阻力差值與柵格數(shù)量的關(guān)系（圖8），發(fā)現(xiàn)適宜生態(tài)用地區(qū)（像素值小于0）的部分，在A點(diǎn)（阻力差值為－8000）時有一突變過程；適宜建設(shè)用地區(qū)（像素值大于0）的部分，在B點(diǎn)（阻力差值為4500）時存在一突變過程。因此本研究最終確定上述兩個值作為生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張和城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張的阻力閾值。進(jìn)而將適宜生態(tài)用地區(qū)進(jìn)一步細(xì)分為優(yōu)先建設(shè)區(qū)和適宜建設(shè)區(qū)，將適宜建設(shè)用地區(qū)進(jìn)一步細(xì)分為生態(tài)控制區(qū)和生態(tài)緩沖區(qū)。具體分區(qū)像素值區(qū)間見表2。

3．2研究結(jié)果根據(jù)表2，對差值表面進(jìn)行重分類，得到武進(jìn)區(qū)城市土地生態(tài)適宜性分區(qū)結(jié)果（圖9）。結(jié)果表明，武進(jìn)區(qū)優(yōu)先建設(shè)區(qū)面積為118．39km2，占總面積的9．50％，集中分布在武進(jìn)區(qū)中心城區(qū)湖塘鎮(zhèn)、牛塘鎮(zhèn)以及國家高新開發(fā)區(qū)西湖街道和南夏墅街道部分區(qū)域。這部分地區(qū)為武進(jìn)區(qū)人口和經(jīng)濟(jì)活動的聚集中心，在該區(qū)域內(nèi)的城市開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響相對較小，可優(yōu)先作為武進(jìn)區(qū)近中期城鎮(zhèn)化發(fā)展區(qū)域；適宜建設(shè)區(qū)面積為233．60km2，占武進(jìn)區(qū)總面積的18．75％，主要分布在中心城區(qū)周邊范圍的西湖街道和南夏墅街道部分區(qū)域、外圍12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建制鎮(zhèn)區(qū)域，靠近中心城區(qū)和建制鎮(zhèn)的優(yōu)越區(qū)位使其可作為優(yōu)先建設(shè)區(qū)的良好補(bǔ)充，避免土地過度開發(fā)利用；生態(tài)緩沖區(qū)面積為777．91km2，占武進(jìn)區(qū)總面積的62．44％，所占土地面積比例最大，主要包括武進(jìn)區(qū)外圍12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)用地區(qū)域，是武進(jìn)區(qū)生態(tài)保護(hù)的核心區(qū)域，對于維護(hù)全區(qū)生態(tài)格局的整體性具有重要意義，此區(qū)域不建議進(jìn)行城鎮(zhèn)化建設(shè)；生態(tài)控制區(qū)面積為115．90km2，占武進(jìn)區(qū)總面積的9．30％。主要分布在滆湖、太湖及周邊區(qū)域，此區(qū)域?qū)⑻峁┌ê闈痴{(diào)蓄、水土保持、飲用水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)和生態(tài)游憩等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，維護(hù)和控制武進(jìn)區(qū)的生態(tài)安全底線，是武進(jìn)區(qū)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)基礎(chǔ)。城市土地生態(tài)適宜性分區(qū)綜合自然、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會、交通等各方面因素，具有相對的科學(xué)性［23］。從分區(qū)結(jié)果來看，武進(jìn)區(qū)土地空間中適宜生態(tài)用地區(qū)面積893．82km2，適宜建設(shè)用地區(qū)面積1564長江流域資源與環(huán)境第24卷351．99km2，由此可設(shè)定建設(shè)用地規(guī)模上限、生態(tài)用地下限。結(jié)合武進(jìn)區(qū)土地利用總體規(guī)劃（2006～2020年）建設(shè)用地管制分區(qū)數(shù)據(jù)，研究結(jié)果的分區(qū)劃分較為合理。適宜建設(shè)用地區(qū)與武進(jìn)區(qū)擴(kuò)展邊界范圍內(nèi)土地總面積316．68km2在數(shù)量與布局上基本吻合，適宜生態(tài)用地區(qū)與管制分區(qū)中的限制建設(shè)區(qū)、禁止建設(shè)區(qū)空間分布格局也呈現(xiàn)總體基本一致。

4結(jié)論與討論

4．1結(jié)論（1）本研究構(gòu)建了基于層次分析法的垂直生態(tài)過程得到的阻力基面為基礎(chǔ)，采用描述水平生態(tài)過程的最小累積阻力模型劃分武進(jìn)區(qū)城市土地生態(tài)適宜性分區(qū)的方法。研究同時考慮了垂直生態(tài)過程和水平生態(tài)過程，一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法只從土地景觀單元垂直過程研究的不足之處。（2）基于生態(tài)保護(hù)用地?cái)U(kuò)張和城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張的最小累積阻力差值，從空間上將武進(jìn)區(qū)劃分為4個等級的城市土地生態(tài)適宜性分區(qū)，分別為優(yōu)先建設(shè)區(qū)118．39km2、適宜建設(shè)區(qū)233．60km2、生態(tài)緩沖區(qū)777．91km2、生態(tài)控制區(qū)115．90km2。不同適宜性分區(qū)的土地利用策略可概括為：優(yōu)先建設(shè)區(qū)可優(yōu)先作為城鎮(zhèn)化發(fā)展區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)土地的最高使用效率為最終目標(biāo)；適宜建設(shè)區(qū)則應(yīng)圍繞優(yōu)先建設(shè)區(qū)功能定位與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在扮演后備資源的同時通過土地整理重點(diǎn)開發(fā)潛力大的區(qū)域；生態(tài)緩沖區(qū)應(yīng)保持河流、優(yōu)質(zhì)農(nóng)田以及生態(tài)樹林等景觀類型，在發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的同時，發(fā)揮凈化空氣、保持水土、改善區(qū)域小氣候等重要生態(tài)功能；生態(tài)控制區(qū)則應(yīng)控制一切城鎮(zhèn)化建設(shè)的開發(fā)活動，維護(hù)和控制武進(jìn)區(qū)的生態(tài)安全底線。（3）近期來看，研究結(jié)果可為武進(jìn)區(qū)土地利用總體規(guī)劃調(diào)整完善提供依據(jù)，建議武進(jìn)區(qū)新增建設(shè)用地優(yōu)先布局在優(yōu)先建設(shè)區(qū)與適宜建設(shè)區(qū)范圍內(nèi)，最大限度減輕對生態(tài)環(huán)境影響。遠(yuǎn)期來看，適宜建設(shè)用地區(qū)占武進(jìn)區(qū)土地總面積的28．25％，低于國際上公認(rèn)的30％的生態(tài)宜居警戒線，既能為新型城鎮(zhèn)化與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供土地資源，也能為進(jìn)一步劃定武進(jìn)區(qū)城市開發(fā)邊界［24］，控制城市的開發(fā)強(qiáng)度，在建設(shè)用地總規(guī)模上做一個合理的限制，以免造成生態(tài)環(huán)境的進(jìn)一步惡化；同時，適宜建設(shè)用地區(qū)作為城鎮(zhèn)化發(fā)展區(qū)域能夠避開高質(zhì)量耕地區(qū)，可最大限度的保護(hù)耕地紅線。

4．2討論城市土地生態(tài)系統(tǒng)是一個長期而復(fù)雜的過程，是自然、社會經(jīng)濟(jì)和政策等多因素共同作用的結(jié)果。由于受各方面客觀條件的限制和生態(tài)適宜性系統(tǒng)綜合復(fù)雜性的影響，本文所采用的阻力賦值體系指標(biāo)具有一定的區(qū)域性，不利于推廣應(yīng)用。各阻力因子的等級賦值主要是參考相關(guān)成果得到，存在一定的主觀性，今后的研究中還需探索更為科學(xué)賦值方法，保證研究結(jié)果的合理性和科學(xué)性。此外，研究結(jié)果的分區(qū)只是從適宜建設(shè)用地用途和適宜生態(tài)用地用途這兩個方面明確了空間分布和面積，但沒有更進(jìn)一步區(qū)分具體的土地用途，這將作為下一步研究的方向。

作者：呂劍成 周磊 洪武揚(yáng) 李滿春  黃秋昊 單位：南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院 深圳市規(guī)劃國土發(fā)展研究中心