洞庭湖區“三生”用地效益評價與優化

李建華 陳哲夫 陳端呂

[摘 要] 區域土地利用結構優化是區域經濟與生態環境協調的關鍵，通過“生產—生活—生態”土地空間利用現狀，進行“三生”用地功能評價與空間布局優化配置，可為區域空間可持續利用提供參考?；谥鲗Чδ艿摹叭庇玫胤诸愺w系，探討了2005-2016年三生用地特征，采用“三生”空間功能測度模型與層次分析法進行“三生”用地評價，利用線性規劃模型進行“三生”用地結構優化。結果表明：農業生產用地與林地生態用地在區域中占主體，基本維持了區域的生態安全與糧食安全。農業生產用地“三生”功能相對均衡，而工礦生產用地、城鎮生活用地、農村生活用地的主導功能比較明顯。從土地利用程度、經濟效益和生態效益方面，將優化結果與現狀和優化預測土地利用結構進行對比分析，未來土地利用能保持較穩定的局勢。分類中突出了不同土地的生產、生活和生態主導功能，但區域用地評價需要包含其它次要功能的綜合效益。土地利用結構優化是保障糧食安全、生態安全的有效途徑，在有限的資源上獲得最大的效益，又不能損害生態系統。

[關鍵詞] “三生”用地;線性規劃;土地利用;優化配置;環洞庭湖區

[中圖分類號] F470[文獻標識碼] A[文章編號] 1009-6043（2019）11-0021-04

土地資源按主導功能分為生態用地、生產用地與生活用地，稱為“三生”用地，但土地利用過程復雜，體現了自然與人類活動的特點，是綜合生產、生活與生態三大功能的復雜系統[1]，表現出多功能性[2-3]，需要協調土地不同功能用地的矛盾，追求土地利用效益最大化，充分考慮其多功能性[4]。對于傳統的土地利用結構優化，在過去歷年的研究中，土地適宜性與多效益化成為關鍵，包括專項用地優化配置[5-6]、土地政策效果、特殊地段的適用性[7]、土地利用組合類型[8]、時空變化[9]。地理信息系統等方面的土地利用調查規劃技術手段正在不斷應用與發展[10]，土地利用功能分類、評價以及生態經濟關系方面也進行了多層次、多角度探索[11]。目前，我國“三生”用地研究處于起步階段，國內學者更多的是對生態用地展開的相關探討[12-13]，并涉及到區域的生態用地分類研究[14-15]。通過功能空間分類方法將土地利用分類與“三生”用地分類相銜接，構建了不同空間尺度的“三生”用地分類體系[16]，較多地考慮了土地的主導功能及利用主體的利益協調，同時，基于土地利用的多功能性理論，構建“三生”用地效益的三級評價體系，進行了“三生”用地效益的動態變化分析與協調評價[17-18]。本文基于“三生”土地利用主導功能分類，探討洞庭湖區土地利用的生產、生活和生態功能特征及動態變化，通過土地利用結構優化配置，實現生態、經濟與社會效益最大化，推進區域土地可持續利用。

一、研究區概況與研究方法

（一）研究區概況

環洞庭湖一體化與生態經濟區建設已成為國家戰略，范圍包括湖南省岳陽市、常德市、益陽市，長沙市望城區和湖北省荊州市，共33個縣（市、區），面積6.05萬平方公里。環洞庭湖區地勢平坦，資源豐富，土地肥沃，是全國重要的糧食生產基地，氣候宜人，降水量偏多，具有獨特的地理區位優勢，但洪澇災害嚴重，生態環境和人口承載壓力越來越大，土地開發利用與保護、經濟發展與生態環境有限承載力之間的矛盾越來越突顯，尋求土地用地結構優化方案成為區域土地集約利用與可持續發展的途徑。

（二）數據來源與研究方法

1.數據來源與處理

社會經濟數據來自2005-2016年常德、益陽、岳陽、荊州等地市的統計年鑒及土地利用總體規劃文件。土地利用數據為ArcGIS9.2支持的環洞庭湖區土地利用類型矢量化圖斑數據。對全國過渡時期土地分類體系的土地類型綜合為“三生用地”三大類，即有林地、灌木林地、疏林地、其他林地、高覆蓋度草地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地、湖泊、灘地、河渠、水庫和坑塘歸并為生態用地，水田、旱地、工礦生產用地歸并為生產用地，城鎮生活用地、農村生活用地歸并為生活用地。

2.研究方法

（1）層次分析法

土地利用的總目標是發揮綜合效益，達到生產高效、生態宜居、生活舒適的目標[19]，提升區域土地資源生態、生產和生活功能的協調性。在功能層上，既強調用地的主導功能，又不能忽略其所具有的次要功能[20]。按照上述原則，結合環洞庭湖區土地利用現狀及土地、農業、地理等學科領域專家的意見，根據金星星等[21]進行“三生”土地利用主導功能評分，并按其“三生空間功能指數”（PLESI）模型方法初步確定功能層（“生產、生活、生態”土地利用主導功能）的初步權重，再通過AHP法[22]建立層次結構模型、構建判斷矩陣、層次單排序及一致性檢驗、層次總排序及一致性檢驗和群決策。得到各指標的綜合權重（表1）。

（2）線性規劃法

線性規劃主要是實現最大效益而制定最優化規劃方案[23]。建立線性規劃模型過程中，主要是在廣泛收集、整理相關文獻及定性分析環洞庭湖區土地利用現狀的基礎上，根據環洞庭湖區實際情況設定約束條件，確定土地利用結構優化的決策變量、約束條件和目標函數，在擬定的約束條件下，使土地利用結構優化的目標函數中的“三生”綜合效益達到最大，得出土地利用結構優化方案。

（3）土地利用類型動態度

對于“三生”土地類型的變化，采用單一土地利用類型動態度計算公式

式中，K為動態度，Ub、Ua分別為期末、期初的土地類型面積，T為變化期間的年度。

二、環洞庭湖區“三生”用地分析與評價

（一）土地利用類型結構

2016年末，區域內生產用地面積為2692799.12公頃，占土地總面積的44.30%;區域內生態用地面積3203567.98公頃，占土地總面積的52.71%;區域內生活用地面積181684.39公頃，占土地總面積的2.99%（見表2），“三生”用地空間分布見圖1。

（二）“三生”用地數量變化

由表3可見，洞庭湖區的農業生產面積總體呈下降趨勢;水域生態用地在三個時間段內變化有小幅度上升，2005年至2016年增加了4259.15公頃;牧草生態用地在2005-2016年間下降趨勢最明顯，期間變化達到-5688.98公頃;林地生態用地面積期間均存在減少的趨勢，減少6907.28公頃;城鎮生活用地均呈上升，期間增加面積為18314.14公頃。

由圖2可知，2005-2011年間減少速度最快的為其它生態用地與農業生產用地，增長速度最快的為城鎮生活用地與水域生態用地;2011-2016年期間減少速度最快的為牧草生態用地，減少速度最快的為建設用地與其它用地;2011-2016年期間減少速度最快的為耕地與牧草地，減少速度最快的為農村生活用地;城鎮生活用地一直呈現增長趨勢，水域生態用地呈增長趨勢，但變化速度緩慢。2005-2016年土地利用類型動態度表明，工礦生產用地>城鎮生活用地>其他生態用地>牧草生態用地>農業生產用地>農村生活用地>水域生態用地>林地生態用地。農業生產用地與林地生態用地的持續下降變化先迅速、后平穩、再迅速;土地類型中變化速率最快的為工礦生產用地，而且城鎮生活用地在2005-2016年期間是持續增加的;其它生態用地面積的變化開始呈現下降趨勢，但轉而上升。

（三）“三生”用地效益評價

從“三生”用地分類體系來看，3種功能有主次和高低之分，土地利用類型不同，體現多元利益攸關主體發展需求的滿足程度不同[23]，存在用地的主導功能。但任何類型的土地資源都或大或小的發揮著經濟、生態與社會效益。從圖3可以看出，每個類型都體現了各有偏重的多功能性，其中農業生產用地“三生”功能相對均衡，生產、生活和生態功能指數分別為0.438793496、0.338058073與0.223148432，說明了生產用地在為人類提供產品和供給功能的同時，發揮著生態功能，也為人類生活空間提供一定的基礎。而工礦生產用地、城鎮生活用地、農村生活用地的主導功能比較明顯，城鎮生活用地、農村生活用地的生活功能指數為0.782878811，而生產生態功能指數為0.185729364，生態功能指數只為0.031391825。因此，統籌生產、生活和生態用地空間，考慮生態脆弱、生態環境惡劣或者生態保護意義重要的地區，又要反映保障人類生活、生產活動的區域，同時，而對于所有土地類型來說，生態功能是生產功能與生活功能實現的前提與基礎。

三、環洞庭湖區土地利用結構優化

（一）線性規劃模型描述

1.變量設置

以土地利用現狀分類為基礎，根據環洞庭湖區土地資源的特點以及“三生”用地功能類型的二級地類，共設置8個變量，根據環洞庭湖區未來發展的要求和土地利用的實際情況和發展規律等，同時為了保證環洞庭湖區土地資源利用可持續性，參考環洞庭湖區土地發展利用總體目標和規劃，最終建立了11組約束方程，約束系數和約束常數具體設置如表4。

2.目標函數與約束方程

依據上述總體要求和約束系數設置目標函數：

“三生”效益最大化目標函數：

Max（Z）=370372152X1+370372152X2+320000000X3

+330000000X4+305787108X5+304552632X6

+257847956X7+257847956X8

約束條件：

總面積約束X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8=6078050.38

城市開發約束X7+X8≤181674.28

交通需求約束X6=51476.05

生態安全約束X1+X2+X3+X4≥3203567.98

糧食安全約束X5≥2641323.07

農村建設集約化約束X8≤115917.72;X8≥90415.82

城市開約束X7≥65765.56

區域畜牧業發展約束X2≤8433.57

保證未利用地開發利用約束X4=112881.00

湖泊生態系統約束X3≥774945.94

（二）基于線性規劃模型的土地利用結構優化

通過構建的“三生”用地結構優化的線性規劃模型，在變量設置及約束條件下使“三生”綜合效益的目標函數值達到最大，根據8個未知變量的取值，得到基于“三生”功能的線性規劃優模型化方案為：林地生態用地2230644.00公頃，牧草生態用地638541.20公頃，水域生態用地247004.10公頃，其他生態用地112881.00公頃，農業生產用地2641323.00公頃，工礦生產用地51476.05公頃，城鎮生活用地65765.56公頃，農村生活用地90415.82公頃。

在分析環洞庭湖區土地利用現狀及變化的基礎上，基于線性規劃的土地利用優化方案與現行土地結構進行比較，從表5可看出，生態用地中除了牧草生態用地不適宜發展，優化值為0，總面積比當前面積增加25501.52公頃，在原基礎上增加0.42%，特別是林地生態用地增加了1.82%，為區域生態安全提供了保障。農村生活用地和工礦生產用地近年來增長迅速，基礎設施建設加快，從生態安全角度，不宜再大面積擴張建設用地。農村建設用地有一定程度的縮減，通過新農村建設，實現集約化建設，提升鄉村宜居水平。其他生態用地優化值比當前減少，主要是對原有的裸土地與裸巖石礫地進行開發利用，解決土地稀缺的人地關系矛盾，提高環洞庭湖區土地利用率。

四、結論與建議

土地是一種珍貴的、數量有限的、不可再生和不可替代的稀缺性資源。農業生產用地與林地生態用地在區域中占主體，占80.16%，總體現狀還是基本維持了區域的生態安全與糧食安全。城鎮生活用地持續增加，工礦生產用地在2011年至2016年間增加速度加快，農業生產用地顯著減少，生態用地相對保持穩定。

土地系統是一個生產功能、生活功能和生態功能相互聯系和相互統一的綜合性功能整體，其中生產功能是基礎，生態功能是支撐，生活功能是目的，不同性質的空間主要發揮不同的主導功能，兼顧發揮非主導功能。其中農業生產用地“三生”功能相對均衡，而工礦生產用地、城鎮生活用地、農村生活用地的主導功能比較明顯。在“三生”用地資源配置中，在考慮用地類型中多元利益攸關主體需求的同時，也要解決好主導功能與綜合效益之間的矛盾。

合理利用土地資源，調整土地利用結構，既是實現環洞庭湖區可持續發展的需要，也是整治國土、保護和改善環境的首要問題。利用多元線性規劃方法進行土地利用結構優化，研究環洞庭湖區“三生”土地利用結構調整，合理安排區域內土地分配結構，既能夠在有限的資源上獲得最大的效益，又不能損害生態系統，在保持區域宜居環境與生態安全的條件下，不斷提高土地利用率、產出率和綜合效益，可最終實現區域可持續發展。

[參考文獻]

[1]陳婧，史培軍.土地利用功能分類探討[J].北京師范大學學報（自然科學版）[J].2005，41（5）：536-540.

[2]Bennett E M， Peterson G D， Gordon L J. Understanding relationships among multiple ecosystem services[J]. Ecology letters， 2009， 12（12）：1394-1404

[3]Nelson E， Mendoza G， Regetz J， et al. Modeling multiple ecosystem services， biodiversity conservation， commodity production， and tradeoffs at landscape scales[J]. Frontiers in Ecology and the Environment， 2009， 7（1）：4-11

[4]王考，姚云峰，包金蘭.縣級尺度“三生”用地動態變化及其空間集聚特征[J].水土保持通報，2018，38（1）：306-312.

[5]馬松梅，李魯華，孫肇君，等.農九師土地利用結構優化研究[J].新疆農業科學，2009，46（3）：615-619.

[6]馬禮，郭萬翠，李敏.沽源縣農業土地利用結構優化研究[J].農業系統科學與綜合研究，2011，27（1）：66-71.

[7]Healy R G. Forests or fields ： A land allocation perspective， [J]. Land Use Policy， 1993， 10（10）： 122- 126.

[8]張希彪.涇河中上游流域土地利用格局變化與驅動因子分析[J].水土保持學報，2005，19（6）：137-140.

[9]朱會義，李秀彬，何書金，等.環渤海地區土地利用的時空變化分析[J].地理學報，2001，56（3）：253-260.

[10]謝花林，李秀彬.基于GIS的區域關鍵性生態用地空間結構識別方法探討[J].資源科學，2011，33（1）：112-119.

[11]張合兵，陳寧麗，孫江鋒，等.基于GIS的土地生態質量評價及影響因素分析[J].河南農業科學，2015，44（1）：62-69.

[12]張紅旗，王立新，賈寶全.西北干旱區生態用地概念及其功能分類研究[J].中國生態農業學報，2004，12（2）：5-8.

[13]鄧紅兵，陳春娣，劉昕，等.區域生態用地的概念及分類[J].生態學報，2009，29（3）：1519-1524.

[14]蒲歡歡，赫曉慧，郭恒亮，等.河南省土地利用景觀格局變化研究[J].河南農業科學，2014，43（8）：157-160.

[15]關小克，張鳳榮，王秀麗，等.北京市生態用地空間演變與布局優化研究[J].地域研究與開發，2013，32（3）：119-124.

[16]張紅旗，許爾琪，朱會義.中國“三生用地”分類及其空間格局[J].資源科學，2015，37（7）：1332-1338.

[17]趙娜倩，師學義，璩路路.晉城市“三生用地”效益動態評價[J].水土保持研究，2018，25（5）：257-261.

[18]華吉慶，葉長盛，王飛，等.佛山市“三生”用地演變及其驅動因素分析[J].農業現代化研究，2019，40（1）：26-35.

[19]楊清可，段學軍，王磊，等.基于“三生空間”的土地利用轉型與生態環境效應——以長江三角洲核心區為例[J].地理科學，2018，38（1）：97-106.

[20]張蕾，劉格格，魏俊青，等.“三生用地”轉型的生態系統服務價值效應——以營口市為例[J].生態學雜志，2019，38（3）：838-846.

[21]金星星，陸玉麒，林金煌，等.閩三角城市群生產-生活-生態時空格局演化與功能測度[J].生態學報，2018，38（12）：4286-4295.

[22]Saaty T L. The Analytic Hierarchy Process， Planning， Priority Setting， Resource Allocation[M]. New York： Mc GrawHill，1980： 271-278.

[23]曾梅清，田大鋼.線性規劃問題的算法綜述[J].科學技術與工程，2010，10（1）：152-159.

[責任編輯：潘洪志]