建設用地減量化的蘇錫常地區土地利用格局優化
——基于白鷺生境網絡優化視角

吳 未,陳 明,歐名豪,2

1 南京農業大學土地管理學院,南京 210095 2 農村土地資源利用與整治國家地方聯合工程研究中心,南京 210095

近幾十年來,中國經歷了世界歷史上規模最大、速度最快的城鎮化進程,取得舉世矚目成就。城市建設用地為支撐社會經濟快速發展迅猛擴張的同時,出現土地布局分散、結構不合理、用地低效等問題[1- 4],亟需土地利用格局優化。2014年國土資源部正式提出實施建設用地總量控制和減量化戰略、2015年中共中央國務院將實施建設用地總量控制和減量化管理上升至國家戰略、2016年中央城市工作會議明確提出轉變城市發展方式,優化土地利用格局。建設用地減量化已成為土地利用格局優化研究新背景[4- 5]。

建設用地減量化就是當經濟發展到一定水平后,通過政策和工程技術手段,把利用不佳的建設用地恢復成生態或農業使用狀態[4],本質就是土地利用格局優化[4]。目前國內外土地利用格局優化成果多從建設用地增量情景出發[6- 12],尚未引入減量化概念,迫切需要研究。

本文以建設用地減量化為背景、快速城市化蘇錫常地區為研究區,采用目標物種白鷺生境網絡優化為減量化依據的方法,旨在探討“建設用地怎么減？減哪里？減多少？依據是什么？”的土地利用格局優化問題,拓展土地利用格局優化方法和土地資源持續利用管理研究。

1 研究區域

1.1 研究區概況

蘇錫常地區(119°08′—121°15′E,30°46′—32°04′N)位于江蘇省南部太湖之濱,是長江三角洲腹心地帶,屬于長江沖積平原,區內地勢平坦,河湖眾多,屬北亞熱帶季風氣候,年均降水1092.4 mm,年均氣溫15.3 ℃,總面積1.75萬km2。境內物種豐富,鳥類、獸類、兩棲爬行類200多種,其中鳥類170余種。截止2015年區內共有國家森林公園7個、國家濕地公園2個、省級自然保護區3個、縣級自然保護區1個。

蘇錫常地區以全省約17%的國土面積和人口實現了約40%的地方國民生產總值和地方財政收入。2000—2010年地區建設用地比重從14.71%增至27.82%,土地利用結構和空間布局發生顯著變化,土地供給與建設用地需求矛盾尖銳、土地低效利用現象并存[4]。

1.2 數據來源與處理

采用中國科學院國際科學數據服務平臺2010年蘇錫常地區TM遙感數據、1∶5萬數字高程DEM數據(30 m×30 m)、中國觀鳥記錄中心(China Bird Report)2003—2010年觀測數據、2010年蘇錫常地區行政區劃圖和蘇錫常3市《統計年鑒(2011年)》。

遙感數據分辨率為30 m,ENVI遙感軟件支持下完成幾何校正、圖像配準等處理并經地區2010年土地利用現狀圖校對,ArcGIS 10.0軟件預處理。

結合白鷺生境特點、數據精度及土地資源管理工作實際,將區內土地劃分為水田、旱地、園地、喬木林地、灌木林地、草地、城鄉建設用地、交通用地、灘涂沼澤、湖泊水庫、河流、溝渠/運河和其他未利用地13類[13]。

2 研究方法

2.1 研究思路

以減量化概念[4]和前期白鷺生境網絡識別成果[13- 14]為基礎,采用目標物種生境網絡優化(增加生境斑塊面積和保護設置的遷移廊道[14])為減量化依據的方法,對建設用地進行減量化(怎么減？減哪里？減多少？),優化區域土地利用格局。

依據白鷺生活習性,將上述13類地類合并為適宜生境地類(喬木林地、灘涂沼澤、湖泊水庫)、類生境地類(河流、溝渠/運河、水田)、主要人為干擾地類(城鄉建設用地、交通用地、旱地)和其他地類(園地、草地、其他未利用地)[14]。考慮到減量化過程操作難易程度及實現可能性,重點對城鄉建設用地、旱地進行減量化并轉化為喬木林地。主要步驟包括：1)為提升白鷺生境質量,對現有核心生境斑塊設置緩沖區[15],對緩沖區內主要人為干擾地類進行減量化。2)為保證白鷺遷移過程通達安全,對遷移廊道兩側設置保護鳥類適宜寬度[16- 17]的緩沖區,對緩沖區范圍內主要人為干擾地類進行減量化。3)上述兩步減量化過程中會出現旱地(耕地)面積減少的情況,從嚴格執行耕地保護政策,按照總量動態平衡、占一補一原則,對減少的旱地進行等面積水田補償。具體是進行區域土地生態安全分區,將生態核心區內主要人為干擾地類(城鄉建設用地)通過農村居民點整理項目轉化為水田,即建設用地二次減量化。

2.2 基于核心生境斑塊優化的建設用地減量化

采用生境斑塊約束條件模型[13]識別出白鷺生境斑塊；根據中國觀鳥記錄中心數據,區內有白鷺觀測點77處,觀測到的白鷺數量在1—200只之間,設定50只以上觀測點為核心生境斑塊[18],在TM影像圖上空間匹配后,測算出對應面積；以核心生境斑塊面積均值為標準設置緩沖區,對于面積小于均值的核心生境斑塊進行緩沖區分析,將緩沖區內的城鄉建設用地和旱地進行減量化處理。

2.3 基于遷移廊道保護的建設用地減量化

采用ArcGIS中Feature to point工具將2.2節識別出的生境斑塊轉換為生境節點；采用最小成本路徑法構建出白鷺現狀生境網絡[14]；采用網絡效能分析法[18]實現白鷺現狀生境網絡優化。為保證遷移廊道暢通安全不受或少受人為干擾,以保護鳥類適宜寬度為標準設置寬度為200 m的遷移廊道[16- 17],對緩沖帶內城鄉建設用地和旱地進行減量化處理。

2.4 建設用地二次減量化

分別以城鄉建設用地和生態用地(2.1節中適宜生境用地和類生境用地)為源,采用空間擴張互侵方法進行區域土地生態安全分區[19],得到生態核心區。與2010年土地利用現狀圖比照,將生態核心區內城鄉建設用地減量化處理,轉化為水田,達到耕地總量動態平衡,切實貫徹執行嚴格保護耕地基本國策。上述過程在地級市行政區內進行；如果不能滿足平衡,則在研究區內調配。

以上計算均由ArcGIS 10.0軟件實現。

3 結果

3.1 基于核心生境斑塊優化的建設用地減量化結果

圖1 蘇錫常地區白鷺核心生境斑塊識別結果Fig.1 Identification results of the core habitat patches of the Little Egret in the Su-Xi-Chang region

圖1是白鷺核心生境斑塊識別結果。表1為核心生境斑塊區位、面積及緩沖區面積情況。區內核心生境斑塊14處(蘇錫常分別6處、4處和4處)多分布在太湖周邊,面積在11.2—681.9 hm2之間普遍偏小(平均面積154.4 hm2),需優化的核心生境斑塊有11處。

圖2為核心生境斑塊緩沖區結果。基本有3種情況：只有城鄉建設用地(斑塊14)、只有旱地(斑塊5和斑塊8)以及既沒有旱地也沒有城鄉建設用地(其余8處)。通過計算,斑塊14需減少城鄉建設用地數量為5.0 hm2、斑塊5和斑塊8需減少旱地數量共4.1 hm2。

3.2 基于遷移廊道保護的建設用地減量化結果

圖3為白鷺遷移廊道優化結果。現狀遷移廊道109條、潛在遷移廊道32條,總長度約1460 km。圖4為遷移廊道緩沖區分析示意。緩沖區內分布有城鄉建設用地和旱地,需減量化處理。

表1 蘇錫常地區白鷺核心生境斑塊區位、面積及增補緩沖區情況

圖2 核心生境斑塊緩沖區分析結果Fig.2 Anlysis results of core habitat patches buffer

表2為地級市行政區內城鄉建設用地和旱地減量化情況。需減量化處理城鄉建設用地6547.1 hm2、旱地208.7 hm2。空間分布上,需減量化的城鄉建設用地以蘇州最多、無錫次之、常州最少；需減量化的旱地以常州最多、無錫次之、蘇州最少。

圖3 蘇錫常地區白鷺遷移廊道構建與優化結果 Fig.3 Construction and optimization results of migration corridor of the Little Egret of the Su-Xi-Chang region

3.3 建設用地二次減量化結果

圖5和圖6分別為生態核心區劃分結果及內部城鄉建設用地分布示意情況。經測算,生態核心區內共有城鄉建設用地1468.4 hm2(蘇州662.6 hm2、無錫467.8 hm2、常州338.0 hm2),可實現2.4節地級市行政區內耕地占補平衡,不需調配(表3)。經與區域土地利用現狀圖比照,需減量化處理的城鄉建設用地以零星農村居民點為主,具備通過農村居民點整理項目轉化為水田實現耕地總量動態平衡的可行性。

4 結論與討論

從建設用地總量減量化背景出發,采用以目標物種生境網絡優化為減量化依據的方法,探討了快速城市化蘇錫常地區土地利用格局優化的思路,并給出建設用地減量化具體方案。結果表明：1)白鷺核心生境斑塊距離人為干擾源較遠、需減量化的建設用地數量較少,但多數核心生境斑塊面積小于平均值,破碎化現象較為嚴重；白鷺遷移廊道內需減量化的建設用地數量為6542.1 hm2,受人為干擾顯著；為保證區內耕地總量動態平衡,執行耕地保護基本國策,對生態核心區內城鄉建設用地進行了213.7 hm2的二次減量化、新增水田208.7 hm2；研究區建設用地減量化總面積為6755.8 hm2。2)通過減量(城鄉)建設用地和旱地等主要人為干擾地類,多數生境核心斑塊面積得到增加、質量得到提升,遷移廊道受人為干擾影響程度明顯下降,通達安全性得到保障,從而實現了目標物種生境網絡優化的目標。在此基礎上,研究區建設用地總量也得到了減量化。與研究區現狀相比,盡管其他地類數量和空間分布沒有發生任何變化,但目標物種生境網絡得到了優化、區內“格局-生態過程”特征得到增強,區域土地利用格局優化的目標實現了。

表2 蘇錫常地區城鄉建設用地和旱地減量化情況

表3 蘇錫常地區各地市旱地及生態核心區內城鄉建設用地面積

圖4 蘇錫常地區白鷺遷移廊道緩沖區分析結果示意Fig.4 The buffer analysis results of the Little Egret′s migration corridor of the Su-Xi-Chang region

圖5 蘇錫常地區生態核心區分布圖 Fig.5 Distribution of ecological core area of the Su-Xi-Chang region

圖6 蘇錫常地區部分生態核心區內城鄉建設用地分布圖Fig.6 Distribution of urban and rural construction land in some ecological core areas of the Su-Xi-Chang region

建設用地總量控制和減量化管理國家戰略研究具有重要理論價值和現實意義[4- 5],但國內外已有成果極少[5]。本文以目標物種生境網絡優化為建設用地的減量化數量和空間分布測算依據,回答了建設用地怎么減、減哪里、減多少的問題。這種思路既有益于目標物種保護的實現,也把對生態過程的思考積極引入到土地利用格局優化研究之中,為土地利用格局優化研究提供了新思路、建設用地減量化政策制定與實施提供了科學依據。

目前上海率先提出采用把郊野分散低效建設用地轉移到集中建設區和類集建區的方法進行建設用地減量化探索,具有借鑒意義[5]。但這種方法也尚處于理論探索階段,同時該方法引出很多問題值得進一步研究和廣泛探討：郊野分散建設用地是否必須減量化？其依據是什么？減量化的極限是多少？減量哪里？減量的先后順序是什么？以及如何將減量化與地方經濟發展階段及其特征量化關聯起來？減量化過程中除考量社會經濟因素以外,如何將生態環境等問題有機結合起來？等等。

隨著知識的不斷創新和進步,本研究思路和方法還可以得到很大改進。如從生態網絡(而不是生境網絡)優化或構建生態安全格局的視角出發,作為建設用地減量化的基本依據,考查區域土地利用格局優化問題更為適宜。但是物種多樣性保護中的“集合覆蓋問題”和“最大覆蓋問題”尚在探討之中。此外,生態網絡和生態安全格局構建本身還有諸如地域性[21]和時效性[22]差異等較多問題也亟待解決。上述問題的解決,將積極推進本研究成果的改進、提高其普適性。

建設用地總量控制和減量化國家戰略背景下,土地利用格局優化研究將出現一個嶄新的研究方向,需要不斷深入探索和實踐檢驗。