協調生態環境壓力的區域生態用地需求模擬
——以江蘇省為例

歐維新, 趙麗寧, 李 冉

(南京農業大學 土地管理學院,南京 210095)

協調生態環境壓力的區域生態用地需求模擬
——以江蘇省為例

歐維新, 趙麗寧, 李 冉

(南京農業大學 土地管理學院,南京 210095)

對土地利用進行布局優化以協調經濟發展與生態環境保護，通過引入系統保護規劃理論，以縣級區域為評價單元，構建了生態環境壓力測算模型，并對各評價單元的生態環境狀況進行定量評價，構建生態用地需求模擬模型。結果顯示：(1) 處于低壓力等級的縣市只有13個，處于中壓力等級的縣市最多，有44個，處于高壓力等級的有6個，生態環境狀況并不理想。(2) 生態用地空缺較大的縣市主要集中在江蘇北部地區，生態空缺區域分布集中。研究中構建的生態環境壓力測算模型及生態用地需求模擬模型，對區域生態環境壓力進行評價和對生態用地需求進行模擬，能得到較為符合實際情況的結果，具有一定的實際意義。

生態環境壓力; 系統保護規劃; 生態用地

環境是人類賴以生存和發展的重要保證，優良的生態環境則是整個人類社會存在和發展的基礎條件。隨著科技的迅猛發展，對自然資源大量的開發和利用使人類社會更加文明富裕。同時，人口的增長、城市化的發展、土地利用方式的改變，帶來了嚴重的生態安全問題，對環境所造成的壓力也越來越大。因此，對土地利用進行布局優化以協調經濟發展與生態環境保護的關系，已經成為一個研究熱點。目前，現有的研究對于如何防止城市的無序蔓延[1]，怎樣縮小城市發展所影響的空間范圍[2]，以及對于土地利用規劃實施后可能造成的區域環境影響評價等方面都進行了卓有成效的研究[3-5]，同時在調查區域生態環境問題、分析區域資源供給狀況和環境容量方面，以及分析土地利用與生態環境關系方面都提出了具有一定可行性的理論與方法，并定性地提出了一些可供參考的土地利用調整建議，在理論與指導實踐上有著積極地貢獻[6-12]。但在使用定量的方法，調整土地利用、制定土地利用調控指標以協調土地利用與生態環境建設方面，現有的研究很少。通過對區域生態環境壓力的分析，提出較合理的生態用地規模，制定一定的指標以定量地調整土地利用，進而改善區域土地利用與生態環境建設的協調狀況。

1 研究思路與方法

1.1 研究思路

系統保護規劃理論旨在研究如何以一種更系統化與規范化的方法來進行保護區的規劃和設計，從而以最小代價、最大程度地滿足生物多樣性保護的需求[13]。本研究引進其理論方法來系統地進行區域土地利用結構的調整，以在盡可能維持經濟建設需要的基礎上，模擬得到合理的生態用地需求規模，使得生態用地能夠滿足區域的生態服務需求。

本研究擬在引入系統保護規劃理論的基礎上，構建協調區域生態環境壓力的生態用地需求模擬模型，從理論上研究如何系統地規劃能夠滿足區域生態服務需求的生態用地規模，即在綜合分析系統保護規劃理論的基礎上，通過網絡搜集、遙感解譯和實地調查得到各評價單元的基礎數據，將研究區以縣域劃分成若干評價單元，建立生態環境壓力測算模型，分析各評價單元所面臨的生態環境壓力和生態用地存量，評估現有生態用地滿足區域生態服務需求的有效性，得到區域生態滿足度指標，構建生態用地需求模擬模型，確定各評價單元生態滿足度指標的標準，對此標準調整不同的比例，設計幾種不同的生態空缺及土地調整預案，通過分析選出最優預案，最終得到各評價單元的生態用地空缺模擬結果。

1.2 研究方法

1.2.1 生態環境壓力指數測算模型 關于生態環境壓力的定義，William等認為，生態環境壓力是一個作用因素繁多、內涵十分復雜的概念，擬定義為人類活動引起的能夠造成環境服務功能退化的對環境狀態的擾動力[14]。趙先貴等在生態足跡原理的基礎上，提出生態壓力指數的概念，將它定義為某一國家或地區可更新資源的人均生態足跡與生態承載力的比值[15]。盡管對生態環境壓力有不同的詮釋，但都將人類視為制造壓力的主體，而將人類對環境的改造活動，尤其是經濟建設看作是產生壓力的途徑。本文正是從壓力的制造主體及途徑等方面，來選取指標建立模型，通過測算生態環境壓力指數來定量地進行生態環境壓力的分析。

(1) 評價指標的選取。本文基于“壓力—響應”模型，從造成生態環境壓力的人口、經濟和土地資源等因素出發，在層次分析法的基礎上，征求相關領域專家的意見，以指標數據的代表性與可獲得性為原則，確定了生態環境壓力指數測算的指標體系，其中用生態環境壓力來表征壓力，用人口密度、人均GDP和建設規模三個指標來表征響應。

(2) 模型構建。本文采用以下數據模型對原始數據進行歸一化處理，以此來確定各評價指標值。

A：人口密度和建設規模指標的歸一化

(1)

式中：Xi(i=1,3)——第i個評價指標的值；Ti——第i個評價指標的標準值；Yi——第i個指標的指標值，0≤Yi≤1。

B：人均GDP的歸一化

(2)

式中：X2——第2個評價指標人均GDP的值；max(X)，min(X)——所有評價單元中人均GDP的最大值，最小值；Y2——第2個指標的指標值。

C：生態環境壓力指數

(3)

式中：P——生態環境壓力指數；Wi——第i個指標的權重。

(3) 評價指標的標準值的確定。指標標準的選取對研究結果有著至關重要的影響，標準設立的科學合理性，對壓力評價結果的準確性有著直接的影響。本文人口密度標準值選取1997年全國平均水平128.78 人/km2[16]；建設用地規模標準的選取，參照《城市用地分類與規劃建設用地標準》(GBJ137-90)和《村鎮規劃標準》(GB50188-93)規定的人均建設用地標準值，結合《江蘇省土地利用總體規劃(2006—2020年)》做一定的調整，最終確定城鎮人均建設用地標準為132 m2，鄉村人均建設用地標準為150 m2。

(4) 指標權重的確定。指標的權重是各指標在評價中的相對重要性的量化表現，直接影響評價的準確性，其確定是否合理對評價結果有著重要的影響，是整個評價過程中的重要一環。層析分析法是一種較好的權重確定方法，它是把復雜問題中的各因素劃分成相關聯的有序層次，使之條理化的多目標、多準則的決策方法，是一種定量分析與定性分析相結合的有效方法[17]。本文使用層次分析法，結合專家打分來確定的人口密度、人均GDP和建設規模的權重分別為0.2，0.4，0.4。

(5) 壓力等級的劃分。通過對現有研究的分析綜合，結合本研究中的壓力指數變化范圍在0～1.00之間，因此將生態環境壓力指數分為高、中、低三個壓力等級，分別表示生態不安全、生態預警和生態安全，等級劃分標準為小于0.4的為低級，大于0.4小于0.59的為中級，大于0.6的為高級。

1.2.2 生態用地需求模擬模型 以具有較大生態服務功能的水域和林地為生態用地，計算得到各評價單元的生態用地比例。

為各評價單元確定不同的生態用地標準需求量的具體過程如下：

(1) 由前面的研究得到各評價單元的生態環境壓力指數Pj(j=1,2,…m)和生態用地比例Sj，可算得單位壓力指數下生態用地比例

(4)

式中：m——評價單元個數。

式(4)中m的取值分兩種，即研究區所有縣級評價單元個數與所在鄰域的評價單元個數，進而可以求得兩個Ps值，表示為總體指標Ps1和鄰域指標Ps2,再求得兩數值的平均值，表示為Ps3。

(5)

(3) 在確定各評價單元的標準Ps值后，結合壓力指數值，利用式(6)就可算得各評價單元標準生態用地比例，與現有生態用地存量比較即得到生態用地空缺。

Aj=Pj·Ps

(6)

2 江蘇省生態用地空缺模擬

2.1 研究區概況

江蘇省位于長江、淮河下游，黃海、東海之濱，是中國人口密度最高的省份之一，總面積10.26萬km2，占全國總面積的1.1%。是重要的經濟中心和通商口岸，同時也是近代工業、鄉鎮工業的發祥地，更是現代高科技產業和城鎮密集地區之一，在我國國民經濟與社會發展中占有舉足輕重的地位。目前，江蘇省正處于工業化轉型、城市化加速發展的關鍵階段,將大大增加對資源、能源的需求,增加對土地、煤炭、石油等不可再生資源的消耗,加大污染排放總量,資源消耗和生態環境的壓力正在成為制約江蘇進一步發展的兩大瓶頸[18]。對江蘇省的土地利用，尤其是生態用地需求量進行模擬，分析生態環境壓力，通過調整土地利用類型以協調土地利用與生態環境建設、經濟發展與生態環境保護的關系，促進全省經濟社會的可持續發展，對生態省建設規劃工作的順利展開具有重要的意義。

2.2 數據來源

本文在研究過程中所使用的數據主要來源有：2009年江蘇省統計資料；在中國科學院對地觀測與數字地球科學中心所提供的數據共享網站(http:∥ids.ceode.ac.cn/index.aspx)中下載的2009年江蘇省TM遙感影像；江蘇省2009年縣級鄉村人口數據。

由統計資料中獲取到各縣市的人口與人均GDP數據，由遙感影像通過分類解譯得到各縣市土地分類數據，提取出林地、水域和建設用地規模。

2.3 結果與分析

2.3.1 生態環境壓力分析 將數據代入生態環境壓力指數測算模型得到江蘇省2009年各縣市的生態壓力狀況，江蘇省2009年各縣市的生態環境壓力指數(見表1)。

表1 江蘇省各縣市生態環境壓力指數

(1) 從數量方面來看，2009年江蘇省生態環境狀況不容樂觀。全省處于低壓力等級的縣市只有13個，只占到了江蘇省所有市縣單元的20.63%，處于中等壓力等級的縣市最多，有44個，占到了69.84%，處于高等壓力等級的縣市為6個，占到了9.53%。江蘇省作為全國經濟最為發達的省份之一，近幾年隨著經濟的發展生態環境也遭到了相當程度的破壞，人口的增長、建設用地的擴張也都對生態環境產生了相當大的壓力，江蘇省大部分市縣已經處于中等壓力狀態和高壓狀態，只有少數處于低壓狀態。這表明，在接下來的經濟建設以及城市建設中，江蘇省應該更加注重對于生態環境的維護，更加注重生態環境的安全，更加注重經濟和生態的協調發展。

(2) 從空間分布來看，按照傳統的蘇南、蘇中、蘇北意義上來劃分，處于低壓力等級的縣市有如皋市、海安縣、東臺市、泰興市、建湖縣、阜寧縣等，除了泰州跟泰興在蘇中外，其他縣市都分布在蘇北地區，而處于中等壓力地區的市縣，除了射陽縣、泗洪縣、金湖縣、連云港市等處于蘇北地區，鎮江市、高淳縣、南京市、常州市等外剩余部分都處于蘇中地區，高壓力地區為吳江市、昆山市、太倉市、江陰市、張家港市和常熟市，無一例外全部處于蘇南，并且全部位于蘇州市。江蘇省生態壓力狀況的分布基本和經濟發展狀況吻合，經濟發展速度快，城鎮化率越高的地區，生態環境壓力越大，經濟發展相對緩慢，城鎮化率相對較低的地區，生態環境壓力相對較小。

(3) 總體來看，2009年江蘇省的生態環境狀況并不理想，生態建設與經濟建設沒有得到協調發展，經濟建設和城市化已經對生態環境產生了相當大的壓力。對于目前生態狀況良好，處于低壓力級別的地區，可以在注重保護環境的同時適度開發，促進當地的經濟發展和城市化建設；中等壓力地區的縣市的生態狀況處于預警級別，也應當加深對經濟建設與生態建設協調發展的認識，否則等到生態狀況達到不安全級別再來改善就得不償失了，生態環境治理不但耗費人力、物力，而且效果并不理想；對于處于高壓力狀態的地區，今后應該以建設用地利用效率的提高來帶動社會經濟的發展，同時加強生態環境的建設，使生態建設與社會經濟建設協調發展。

2.3.2 生態用地空缺分析 將數據代入生態用地需求模擬模型，通過對生態需求滿足度指標單位壓力下的生態用地比例進行不同程度的調整，可以得到不同的土地調整方案。

根據《江蘇省土地利用總體規劃(2006—2020年)》，2010年江蘇省合理建設用地規模規劃控制為19.192 00萬hm2，將生態用地標準提高22%時，調整后的建設用地規模為19.162 21萬hm2，這與上述規劃控制規模較為相符，因此確定這一方案為最佳方案。該方案中確定的各縣市生態用地空缺情況見表2。

表2 江蘇省各市縣生態用地空缺

(1) 從數量分布上來看，2009年江蘇省生態空缺的總量為6 366.373 km2，各縣市生態用地空缺存在較大差異。其中，有17個縣市不存在生態空缺，即現有生態用地可以滿足生態服務需求；18個縣市的生態空缺在100 km2以內，生態空缺相對較小；剩下的28個縣市生態空缺均超過100 km2，甚至有的縣市達到300 km2多，如徐州市、睢寧縣、沭陽縣和如東縣，這28個縣市的生態空缺總量達到4.9×103km2，占全省生態空缺總量的84.70%。

(2) 從空間分布上來看，2009年江蘇省生態空缺較大的縣市主要集中在江蘇北部地區，空缺在200 km2以上的縣市基本都在這一地區，而江蘇中部、南部地區存在的生態空缺較小。分析認為，隨著經濟的發展，江蘇北部地區的開發強度得到了很大的提高，建設用地面積增加，加上該地區主要是平原，土地利用類型主要以耕地為主，作為生態用地的水體和林地分布較少，尤其是成規模的林地較為稀少，不能滿足該地區的生態服務需求；而江蘇中部與南部地區，雖然土地開發強度比北部地區大，建設用地面積較大，但中部地區有洪澤湖、高郵湖，南部地區有太湖、長江，再加上林地也較多，因此，生態用地空缺相對北部地區較少，大部分縣市的生態用地都基本能滿足當地的生態服務需求。

(3) 結合各縣市的壓力等級，可以看出，雖然空缺在200 km2以上的邳州市、東?？h、沭陽縣、睢寧縣、徐州市、豐縣和濱?？h等地區不是高壓力等級地區，但也都是中壓力等級地區，處于生態預警級別，且現狀生態用地較少，因此生態用地空缺就較大。而處于低壓力等級地區的縣市則大多都只有100 km2不到的生態用地空缺，甚至不存在空缺。高壓力等級地區的縣市雖然生態用地需求標準較高，但由于其現狀生態用地規模較大，因此其生態用地空缺基本都在200 km2以內。

3 結論與討論

通過總結生態環境壓力方面的研究現狀、理論和研究方法，基于“壓力—響應”模型，建立了生態環境壓力評價指標體系，構建了生態環境壓力測算模型；通過對生態環境壓力與生態用地存量的分析，引入系統保護規劃理論，構建了生態用地需求模擬模型；利用RS與GIS技術進行了江蘇省生態環境壓力評價指標信息的提取，并在此基礎上建立了2009年江蘇省生態環境壓力評價指標數據庫；通過對江蘇省2009年江蘇省各個縣市的生態環境壓力指數進行計算和分析，發現江蘇省的生態環境狀況并不理想，在往后的工作中，需要對不同生態壓力狀態下的地區采取不同的應對措施。對2009年江蘇省生態環境壓力和生態用地空缺進行了模型評價，模擬得到江蘇省各縣市的生態用地空缺。本文構建的生態環境壓力測算模型及生態用地需求模擬模型在運用中具有一定的實際意義，在對區域生態環境壓力進行評價和對生態用地需求進行模擬，能得到較為符合實際情況的結果。

區域生態環境狀況評價涉及到許多方面，包括資源、環境、社會、經濟等，由于數據資料可獲取性的限制，本文所構建的指標體系尚不完善，有待于進一步的調整。評價指標標準值的確定是目前生態環境評價研究中的難點。本文所選取的標準也是參照有關研究，并不能確定為絕對標準，其合理性有待進一步研究。

[1] Kim D S, Mizuno K, Kobayashi S. Analysis of urbanization characteristics causing farmland loss in a rapid growth area using GIS and RS[J]. Paddy and Water Environment,2003,1(4):189-199.

[2] Portnov B A, Safriel U N. Combating desertication in the Negev:Dryland Agriculture vs. dryland Urbanization[J].Journal of Arid Environments,2004,56(4):659-680.

[3] 王紅瑞,張文新,董艷艷,等.區域土地利用規劃環境影響評價—理論篇[J].水土保持研究,2008,15(6):203-209.

[4] 陳玨,雷國平. 大慶市土地利用與生態環境協調度評價[J].水土保持研究,2011,18(3):116-120.

[5] 鄭曉非,張志全,胡遠滿,等.遼寧省土地利用與生態環境協調發展研究[J].水土保持研究,2008,15(4):212-218.

[6] 徐慧,黃賢金,趙榮欽,等.基于建設用地增長邊際效應的土地利用規劃可持續性評價：以江蘇省土地利用總體規劃為例[J].資源科學,2010,32(7):1393-1399.

[7] 李孝坤. 重慶都市區經濟增長對資源環境的壓力探析[J].水土保持研究,2009,16(2):42-45.

[8] 段七零.江蘇省縣域經濟-社會-環境系統協調性的定量評價[J].經濟地理,2010,30(5):829-834.

[9] 付標,周敏,張洪波,等.協調土地利用與生態環境建設戰略研究:以河南省商丘市為例[J].江西農業學報,2007,19(11):81-85.

[10] 趙安周,李英俊,衛海燕,等.西安市城市化與城市生態環境耦合協調發展研究[J].水土保持研究,2012,19(6):152-157.

[11] 陳輝,廖和平,洪惠坤,等.協調土地利用與生態環境建設研究:以重慶市渝北區為例[J].水土保持研究,2007,14(5):327-330.

[12] 賈宏俊,萬榮榮,楊桂山,等.南京市土地利用與生態環境協調發展研究[J].環境科學研究,2008,21(4):69-75.

[13] Margules C R, Pressey R L. Systematic conservation planning[J].Nature,2000,405(6783):243-253.

[14] Rees W E. Revisiting carrying capacity: area-based indicators of sustainability[J].Population and Environment,1996,17(3):195-215.

[15] 趙先貴,肖玲,馬彩虹,等.基于生態足跡的可持續評價體系的構建[J].中國農業科學,2006,39(5):1202-1207.

[16] 楊京平,盧劍波.生態安全的系統分析[M].北京:化學工業出版社,2002.

[17] 常建娥,蔣太立.層次分析法確定權重的研究[J].武漢理工大學學報:信息與管理工程版,2007,29(1):153-156.

[18] 孫忠英.江蘇促進資源節約和環境保護創新機制研究[J].唯實,2010(3):54-56.

SimulationonRegionalEcologicalLandDemandBasedonCoordinationoftheEco-environmentalStress—ACaseStudyofJiangsuProvince

OU Wei-xin, ZHAO Li-ning, LI Ran

(CollegeofLandManagement,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China)

To optimize the layout of land use coordinating the relationship between economic development and ecological environmental protection has become a hot research topic. On the basis of the introduction of systematic conservation planning theory, the county-level regional was selected as the evaluation units, the the eco-environmental stress model was constructed to, quantitatively evaluate the conditions of ecological environment of the evaluation units, simulation model of ecological land demand was built. The results show that: (1) only 13 counties are at a low pressure level, there are 44 counties at the middle pressure level, 6 conties are at the high pressure level, ecological situation is not ideal; (2) the counties where lack of ecological land is relatively significant mainly concentrate in the northern region of Jiangsu, the distribution is concentrated. The model of eco-environmental pressure calculation and ecological land demand simulation were built in this study to evaluate the pressure on the regional ecological environment and simulate the requirements for ecological land, the obtained result is more realistic, and has a certain practical significance.

eco-environmental stress; systematic conservation planning; ecological land use

2013-10-08

：2013-11-04

中央高?；究蒲袠I務費自主創新重點研究項目“區域土地利用的生態保護空間網絡研究”(KYZ201166)

歐維新(1974—),男,湖南益陽人,副教授,碩士生導師，主要研究方向為土地利用規劃與管理。E-mail: wxounj@163.com

F301.24

：A

：1005-3409(2014)04-0274-05