云南喀斯特山區城鄉建設用地開發適宜性及分區

趙筱青, 普軍偉,2, 饒 輝, 李思楠, 盧飛飛, 顧澤賢

(1.云南大學 資源環境與地球科學學院, 昆明 650500; 2.云南大學 國際河流與生態安全研究院,昆明 650500; 3.云南高陽科技有限公司, 昆明 650100; 4.云南怒江傈僳族自治州 林業局, 云南 瀘水 673100)

隨著人口不斷增加，世界各地都面臨著如何平衡城鄉發展與資源環境的問題[1]。黨的十九大報告提出了“山水林田湖草生命共同體”的系統觀和生命觀思想，“綠色發展”成為新時代我國土地資源保護與開發的主題。而目前土地資源不足已成為制約中國可持續發展的瓶頸之一，西南山區尤為突出[2]。山區固有的生態環境脆弱性和資源利用不合理性，極易導致人地關系不協調，造成水土流失和生態退化，甚至釀成嚴重災害[3]。尤其在喀斯特山區，人類活動和自然因素的雙重影響導致地表植被遭到破壞，城鄉建設開發與生態保護、農業保障的矛盾突出，需在多方面綜合協調的情況下進行建設開發[4-5]。

要滿足人類活動的需求，城鄉建設用地空間必然不斷擴張。土地利用適宜性評價的目的就是根據人類的需求和意愿確定合理的土地利用空間格局[6]，建設用地適宜性評價是土地資源優化的重要基礎。目前建設用地適宜性評價的研究大多集中于平原地區[7-9]，對山區研究較少[10-11]，特別對生態環境脆弱的云南喀斯特山區的研究鮮有見到，所以有必要充實對云南喀斯特山區城鄉建設開發的科學認知。適宜性評價的方法主要有結合GIS技術[12]的多指標決策[13]、模糊綜合評價[14]、遺傳算法[15]和元胞自動機[16]等，這些“模型測算”方法雖然對平原地區應用性較強，但云南喀斯特山區情況復雜，許多關鍵因素會直接阻礙建設開發，而這些方法往往會忽略這種情況，所以有必要用更嚴格的“一票否決制”來確定適宜建設開發的區域。

因此，為了在城鄉建設開發的同時保護優質耕地和生態用地，本研究以城鄉建設用地合理開發、人與環境協調可持續發展為目的，分析影響喀斯特山區城鄉建設開發的重要因子并構建評價指標體系，以云南典型喀斯特山區廣南縣為例進行城鄉建設用地開發適宜性和分區研究，對喀斯特山區合理利用土地資源、保護區域糧食和生態安全具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

廣南縣位于云南省東南部(104°31′—105°39′E，23°29′—24°28′N)，總面積773 009.86 hm2，是云南通往廣東、廣西的交通要道(圖1)?？h域內地勢由西南向東北呈階梯狀傾斜，海拔在420～2 035 m，地貌類型復雜多樣，山區、半山區占全縣總面積的94.7%；其活動斷層多向褶皺軸部發育，山區地形、巖溶地貌和雨季集中導致各種災害頻發，已有災害點和隱患點達上百處。廣南縣屬于滇桂黔石漠化連片地區，巖溶地貌廣布，占縣域總面積的四分之三，石漠化狀況嚴重，承災能力較差，是以農業為主的典型喀斯特邊疆少數民族地區；2008年以來國家加大石漠化治理力度，但是地質災害頻發、生態環境脆弱、耕地質量較差且后備資源缺乏，仍在一定程度上限制了區域的發展。

廣南縣境內有銻、鉛、鋅、磷、金等24個金屬和非金屬礦種，儲量豐富且礦區較多，礦業是廣南縣的支柱產業。在積極融入“一帶一路”建設、主動參與長江經濟帶和昆明-南寧-北部灣經濟走廊建設的戰略部署下，廣南縣形成了以建制鎮為中心的快速城鎮化發展，并建有鐵路、高速公路、國道、省道、縣道及鄉道等多級交通網絡；經濟增長進入快車道，2017年GDP突破百億大關，達到109.54億元。但隨著社會經濟的快速發展，資源利用逐漸緊張，城鄉建設開發與生態、糧食保護的矛盾仍然存在。

圖1 研究區區位

1.2 指標選擇與數據說明

土地適宜性評價的關鍵環節之一是合理選取參評因子[17]。本研究參考《省級國土規劃編制要點》和已有相關研究[18-19]的指標框架，從自然地理、生命安全、生態安全、糧食安全和區位資源5個方面構建城鄉建設用地適宜性評價指標體系，并將影響喀斯特山區城鄉建設開發的因子分為兩類：限制因子和支撐因子(表1)。

限制因子是決定區域可開發土地范圍的基礎，其將人類活動限制在某個特定的區域范圍內，可反映城鄉發展建設過程中人類開發自然環境的能力，主要包括自然地理、生命安全、糧食安全和生態安全4個方面：

(1) 自然地理。地形地貌條件是大多建設用地適宜性研究中考慮的自然地理因子，主要包括海拔和坡度等[20-21]。作為云貴高原的一部分，云南省平均海拔比平原地區高，但只要在人類宜居范圍內，高海拔壩區仍可進行建設開發，因此海拔并非限制高原山區城鄉建設開發的重要因子[22]；坡度則是限制山區城鄉發展的主要因子，陡坡區域在建設過程中不僅投資成本高，且穩定程度低，潛在危險大[23]。因此選用坡度作為自然地理方面的限制因子。

(2) 生命安全。山區地質災害以滑坡、崩塌和泥石流為主，是影響山區人民群眾生產生活和人生安全的重要因子[24]；斷層活動加劇時可能會引發地震，其影響區是地震災害頻發的潛在區域[25]；巖溶塌陷會造成地面變形，易使建筑物產生不均勻沉降，伴隨污水回灌也會造成地下水污染，因此土地開發利用時所需投資成本較大，同時人類活動還可能對巖溶侵蝕起到促進作用，影響土地利用的可持續發展[26-27]；礦山占用導致的塌陷地和廢棄地等由于凹凸不平且終年積水，難以利用，不宜人類活動[28-29]。因此選用地質災害易發區、活動斷層影響區、巖溶塌陷易發區和礦山占用地4個指標作為生命安全方面的限制因子。

(3) 生態安全。生態保護紅線作為生態環境安全的底線，是促進人口資源環境相均衡、經濟社會生態效益相統一的重要標準，具有強制約束性，應避免紅線內區域被其他用地占用[30]；同時，生態保護紅線并未包括各生態用地的所有區域，而在“節約用地”的背景下，有必要限制對水域、沼澤、林地和草地等生態用地的建設開發[31]。因此，選取生態保護紅線和需保護的生態用地2個方面作為生態安全方面的限制條件。

(4) 糧食安全。堅持“一要吃飯，二要建設”的土地利用方針，優先保護集中連片和高產穩定的耕地資源勢在必行，基本農田保護區和其他農業用地都對區域內的建設開發起到限制作用，因此選取基本農田保護區和一般農用地作為糧食安全方面的限制條件，其中將一般農用地與需保護的生態用地合并為現狀地類因子。

支撐因子主要指在社會經濟發展過程中，隨著基礎設施的不斷完善，為城鄉建設發展帶來優勢條件的輔助因子，主要包括地理區位和交通區位2個方面：

(1) 地理區位。已有城鎮對周圍非城鎮化地區具有明顯的主導作用，周邊區域的發展建設不僅方便快速，且投資較小，越靠近中心城鎮作用就越強[6]。

(2) 交通區位。交通設施及網絡是人類改造并利用自然環境的已有重要產物，改變了各區位的空間屬性并塑造了各種優勢，可以支撐各類功能區域的形成與發展，從而影響城鄉建設用地布局[18]。

總之，在參考和對比已有研究中指標體系及實地調查的基礎上，考慮自然資源條件的限制以及社會經濟發展的支撐作用，構建云南喀斯特山區城鄉建設用地適宜性評價指標體系(表1)。其中，指標采用的數據主要包括廣南縣2015年土地利用變更調查數據、生態保護紅線劃定成果、永久基本農田劃定成果、地質災害調查數據、城鄉總體規劃(來源：廣南縣各職能部門)、DEM數字高程(來源：地理空間數據云)和道路數字化成果等，得到的因子分級情況如圖2所示。

表1 城鄉建設用地適宜性評價指標體系

圖2 城鄉建設用地適宜性評價因子分級

1.3 研究方法

考慮到喀斯特山區生態環境脆弱、自然災害頻發、人類生存安全、糧食生產保障以及建設開發需求等情況，采用“木桶原理”和“反木桶原理”方法(圖3)，評定各圖斑的城鄉建設用地適宜等級：最適宜、適宜、潛在適宜和不適宜。

(1) 限制評價。運用“木桶原理”，根據一票否決制對廣南縣各因子的圖斑進行城鄉建設用地限制評價。通過ArcGIS 10.2軟件給各個限制指標字段賦分，構建“多字段最小值”Python語句，運用字段計算器工具獲取8個限制指標的最低分值，得到限制評價結果；

(2) 支撐評價。運用“反木桶原理”，根據最長木板決定特色優勢的原則，對廣南縣各因子的圖斑進行城鄉建設用地支撐評價。同理賦分并提取出限制評價中的弱限制區和限制區，獲取區域內2個支撐指標和限制評價結果的最高分值，得到支撐評價結果；

(3) 適宜性綜合評價。通過“疊加分析”，將城鄉建設用地支撐評價后得到的最適宜區、適宜區和潛在適宜區與限制評價中無限制區(最適宜區)和強限制區(不適宜區)疊加，歸并細碎圖斑后，即為城鄉建設用地適宜性評價結果。

2 結果與分析

2.1 城鄉建設用地開發適宜性評價結果

2.1.1 適宜性評價數量結構 廣南縣大部分區域建設開發都受到限制，最適宜區面積最小，僅有37 989.71 hm2，占全縣總面積的4.91%；適宜區面積為80 263.29 hm2，占10.38%；潛在適宜區面積為164 904.27 hm2，占21.33%；不適宜區面積最大，達到489 852.58 hm2，占63.37%，超過了總面積的一半。其中，縣城所在地蓮城鎮以及者兔鄉、壩美鎮的最適宜區和適宜區面積較大，進行建設開發的條件較好(表2)。

圖3 城鄉建設用地適宜性評價方案框架

2.1.2 適宜性評價空間分布 廣南縣最適宜區和適宜區主要分布在城鎮附近以及交通沿線，其他區域則零星分布；潛在適宜區主要分布在廣南縣的北部、中北部和西南部；不適宜區面積較大，除北部和中北部地區分布較少外，其他區域都大面積分布，這些區域喀斯特石漠化面積較大，限制較強(附圖4A)。

2.2 城鄉建設用地開發分區結果

結合適宜性評價空間分布結果，根據城鄉建設開發潛力、區域連片度及現狀建設用地合理性，將喀斯特山區廣南縣分為5個城鄉建設開發分區(附圖4B)。

(1) 城鄉建設用地重點開發區和優化開發區。從開發潛力入手，廣南縣的最適宜區和適宜區除現有建設用地外，可開發土地面積為111 201.96 hm2(表3)，其通達性、連片度等條件均較好，能提供較優質的城鄉建設開發空間，因此將最適宜區和適宜區劃入城鄉建設用地重點開發區，在進行城鄉建設擴展時應優先考慮；潛在適宜區面積較大，但由于這些區域通達性較差，開發條件不夠成熟，建設成本相對較高，因此有必要集中連片開發以減少投資、利于管理及節約集約利用國土資源。根據喀斯特山區特點篩選連片度30 hm2以上的區域作為城鄉建設用地優化開發區，面積為149 796.16 hm2，建設開發時應先實施土地平整、公路搭建和安全防護等工程。

表2 城鄉建設用地適宜性評價結果

(2) 城鄉建設用地騰退整治區。從建設用地合理性入手，廣南縣不適宜區的建設用地面積為1 965.12 hm2(表3)，接近現有城鄉建設用地總面積的20%，這部分城鄉建設用地以偏遠地區的農村居民點為主，其對外通達性較差、地形坡度較陡、巖溶塌陷嚴重、地質災害頻發，安全難以得到保障，因此將這部分城鄉建設用地及周邊區域劃為騰退整治區。應加快區域內城鄉建設用地增減掛鉤的實施進度、加大農村建設用地騰退的實施力度，以保護生態環境和保障糧食安全為主，從適宜性角度科學引導城鄉建設用地的優化布局。

(3) 生態安全保護及農業耕作保障區。包括不適宜區以及連片度較低的潛在適宜區，根據現狀地類分為生態安全保護及農業耕作保障區，區域內禁止建設開發。

表3 城鄉建設用地適宜性等級與現狀地類對照 hm2

2.3 影響城鄉建設開發的關鍵因子

喀斯特山區的大部分區域都不適宜建設開發，進一步分析各適宜性等級區域的關鍵影響因子是科學引導建設開發的重要基礎，不僅可以明晰社會經濟發展為建設開發帶來的支撐優勢，也能了解開發時所需克服的主要限制條件。

從支撐優勢看，廣南縣無限制區和弱限制區面積占全縣土地總面積的比例不足5%，疊加考慮區位資源后最適宜區和適宜區面積比例超過全縣土地總面積的15%，從原來的4.84%增加到15.29%，說明社會經濟發展和基礎設施完善能為廣南縣提供額外10%建設條件較好的空間。其中，交通區位優勢比地理區位支撐建設開發條件的區域面積更大、比例更高，說明交通優勢能為城鄉建設開發提供良好的基礎，符合“要致富，先修路”的客觀規律(表4)。

表4 限制評價結果和適宜性綜合評價結果對比

從限制條件看，最適宜區、適宜區和潛在適宜區都主要受到現狀地類、坡度和巖溶塌陷的限制，限制區域面積占各等級區域總面積的比例均達到30%以上，尤其現狀地類和坡度的限制比例達到90%左右，說明建設開發時仍需重點關注現狀地類、坡度和巖溶塌陷等因子的影響；不適宜區主要受到坡度的影響，限制面積占不適宜區總面積的76.97%，基本農田和生態紅線因子也有較強的限制作用，比例達到24.26%和22.35%，說明廣南縣大部分不適宜區主要受到陡坡及糧食和生態安全的約束，不宜進行城鄉建設用地開發(表5)。

表5 城鄉建設開發關鍵限制因子

由于最適宜區、適宜區和潛在適宜區受現狀地類的限制比例較高，有必要分析廣南縣現狀地類對城鄉建設開發的具體限制情況。從適宜性等級與現狀地類對照表看(表3)，全縣最適宜區、適宜區和潛在適宜區的總面積共283 157.28 hm2，其中農用地面積為256 542.66 hm2，占3個區域總面積的90.60%；其他土地面積為17 512.06 hm2，占6.19%。在農用地中，林地面積最大，為177 536.56 hm2，占3個區域總面積的62.70%，其余園地、草地和耕地面積相差不大，分別為28 333.30 hm2、26 458.16 hm2和24 214.65 hm2，占10.01%，9.34%和8.55%。說明林地和園地等是限制廣南縣城鄉建設開發的主要現狀地類，在建設開發時還應綜合考慮生態安全和糧食安全等問題。

總之，廣南縣城鄉建設開發主要受到林地和園地等現狀地類、坡度及巖溶塌陷等因子的限制，不適宜區還主要受到生態保護紅線和永久基本農田等因子的限制；而交通條件因子則是提高城鄉建設用地開發適宜度的關鍵因子。

3 討論與結論

3.1 討 論

目前適宜性評價大多采用“模型測算”方法[32]，此類方法雖然易于掌握、便于應用，但會出現評價圖斑上某一指標表明該圖斑不適宜作為建設用地、而最終又位于適宜建設用地范圍內的情況，甚至出現地質災害高易發區和陡坡區成為宜建區的悖論[2]。

針對這種情況，楊子生等[2]采用“木桶原理”與“模型測算”有機結合的方式，雖然能最大限度地吸收兩種方法的優點，避免傳統評價方法的缺陷，但兩種方法處理參評因子時不對等的相互關系導致在突出限制條件的前提下弱化了支撐優勢，不能較好地反映社會經濟發展為山區建設開發提供的基礎條件；同時喀斯特山區可開發空間有限，無限制區和弱限制區面積很小，不能較好地識別有開發優勢的區域，不利于騰退整治區城鄉建設用地的整理。因此本研究采用“木桶原理”與“反木桶原理”結合的研究方法，平衡城鄉建設開發限制條件與支撐條件之間的關系，能在嚴格規避坡度較陡、安全性較差以及需生態保護和糧食保障等區域的同時，突出社會經濟發展、基礎設施完善帶來的支撐作用，為山區建設用地留足發展空間。相對而言，這種方法簡單易行，可操作性和實用性較強。但該方法也存在一定的不足，在支撐因子輻射范圍的確定方面需要查閱大量研究區的相關文獻，并以實地調查為基礎，綜合考慮后方可確定。

同時，目前對城鄉建設開發引導分區的研究大多停留在適宜性分區方面，即直接采用各適宜性等級空間分布結果[33-34]，這種方式能較好地用于平原、盆地等可開發空間較大的區域，卻不能較好地用于云南省喀斯特山區?？λ固厣絽^景觀破碎程度高，宜建區小片、多點分布的情況明顯，而開發這些連片度較低的區域并不利于城鄉建設用地的整理，也不利于需騰退居民點的移民搬遷。因此，只有在適宜性評價的基礎上綜合考慮城鄉建設開發潛力、區域連片度及現狀建設用地合理性等條件，方能找準良好的建設開發空間，為喀斯特山區城鄉建設開發、建設用地整治提供指引。在連片度分析方面，廣南縣各村民委員會的平均面積為39 hm2，因此針對其景觀破碎度較高的情況，本研究設定30 hm2以上潛在適宜區為優化開發區，能更好地引導喀斯特山區完成農村居民點騰退、土地整理等工作。

云南喀斯特山區快速城市化導致了城鄉建設用地盲目擴張，不僅造成土地資源的浪費，還會給當地的生態和糧食安全帶來威脅。在建設開發的影響因子方面，云南喀斯特山區的城鄉建設用地適宜性評價主要考慮自然資源條件的限制作用以及社會經濟發展的支撐作用，需在嚴格認識區域立地條件的基礎上進行建設開發。喀斯特山區的評價指標與平原地區相比更復雜、更嚴格，其中限制因子需突出喀斯特巖溶狀況和高原山區特點兩個方面，喀斯特地區巖溶石漠化廣布、優質良田較少、生態環境脆弱，在進行城鄉建設開發時必須考慮巖溶塌陷、生態紅線和基本農田等因子，同時高原地區山地多、平壩少、自然災害頻發的特點也決定了建設開發時必須考慮地形坡度、地質災害和活動斷層等因子，大部分平原地區則不需要考慮這些限制因子；另一方面，只強調自然資源條件限制會導致喀斯特山區可建設開發空間不足，不利于未來的城鄉發展，因此也有必要突出已有發展基礎對建設開發的支撐情況，考慮已有建成區和交通條件帶來的優勢作用，并且由于山區道路建設的困難性，其支撐作用往往比平原地區更加顯著。此外，部分平原地區的建設用地適宜性研究也考慮了高程、空氣質量、水源管理或地面沉降等因子[35-37]。其中，高程在前文中已有討論，其并非山區建設用地布局的重要限制因子；而與平原城市相比，云南省喀斯特山區的常住人口較少、社會發展較滯后，空氣和水污染等環境問題并不明顯，且河流等重要水域及周邊區域也已作為生態保護區限制開發，所以并非影響區域內城鄉建設發展的突出因子；同時，我國以地面沉降為主的自然災害區主要集中于東部沿海，西南山區反而影響較小。所以，與平原地區相比，喀斯特山區城鄉建設用地適宜性評價需主要考慮地理環境、地質災害、資源條件、生態安全、糧食安全和基礎設施等方面的立地基礎，環境污染等指標的重要性則較平原地區弱。

在城鄉建設用地適宜性評價方面，吳海燕[38]、楊子生[39]等運用不同的方法對建設用地適宜性進行評價，均指出由于坡度、土地利用及地質災害等因子的限制，山區大部分空間都不適宜建設開發，本研究這方面的結論與其基本一致，喀斯特山區建設開發時限制條件較多，應在正確認識區域本底條件的基礎上進行合理的建設發展。但韓會慶等[11]將喀斯特地區懷仁市的建設用地適宜性分為適宜、比較適宜、有條件限制和不適宜4個等級，其中有條件限制建設區面積最大，不適宜區和比較適宜區次之，適宜區面積最小；張雁[32]將喀斯特地區貴陽市花溪區建設用地適宜性分為高度、中度、勉強和不適宜4個等級，并得出高度適宜類面積最大，中度和勉強適宜類次之，不適宜類面積最小的結論。這些結論與本研究不同，一方面，是由于所選評價指標存在差別，其指標體系或是沒有關注喀斯特地區比較突出的巖溶塌陷狀況，或是忽略了山區地質災害頻發的情況，亦或是忽略了生態保護與糧食保障對建設開發的限制，因此低適宜等級的面積都較小；另一方面，是因為研究方法不同，本研究直接采用“木桶原理”的極限條件限制，約束力度更強，因此低適宜等級的面積較小。總之考慮突出的影響因子來建立評價指標體系，以及采用一票否決制的評價方法，能更科學、直觀地分析喀斯特山區城鄉建設開發的適宜性程度，為建設開發提供更實際、更合理的支撐。

在主要影響因子分析中，本研究結論基本與其他喀斯特山區城鄉建設用地研究[11]相似，地形條件是決定山區城鄉建設開發的基礎條件，其次土地利用現狀、地質災害都對建設開發有限制作用；同時交通條件及已有建成區能為建設開發帶來良好的優勢。也有部分研究[11]指出城鎮區位對建設開發的支撐作用比交通條件強，與本研究結論不一致，這與研究區實際情況有關，如交通干線沿水域修建等情況會減少其輻射面積，從而降低支撐作用。

3.2 結 論

(1) 云南喀斯特山區地質災害頻發、生態環境脆弱、農業生產條件苛刻、社會經濟發展滯后，多方面限制了該區域的建設開發。坡度、地質災害、活動斷層、巖溶塌陷、礦山占用地、生態紅線、基本農田、現狀地類、地理和交通區位等因子可以反映喀斯特山區自然地理、生命安全、生態安全、糧食安全和區位資源等狀況，是決定區域城鄉建設用地開發適宜性的重要因子；其中，林地和園地等現狀地類、坡度、巖溶塌陷、生態紅線和基本農田是限制喀斯特山區建設開發的關鍵因子，而交通條件則是提高城鄉建設用地開發適宜度的關鍵因子。建設開發時應綜合考慮這些關鍵因子的情況，合理地開發農用地及其他土地。

(2) 喀斯特山區的建設條件苛刻，大部分區域不適宜建設開發。滇東南典型喀斯特山區廣南縣的不適宜區面積最大，占全縣土地總面積的63.37%，其次潛在適宜區和適宜區占21.33%和10.38%，最適宜區面積最小，僅占4.91%；其中，蓮城鎮、壩美鎮和者兔鄉的城鄉建設開發條件較好，應著重發揮這3個鄉鎮在區域發展中的核心和先導能力，其余鄉鎮則應注重生態環境保護、糧食安全保障等問題?？臻g上，廣南縣最適宜區和適宜區主要分布在交通沿線以及城鎮附近，其他區域則零星分布，建設開發時應把握區域的交通及建成區優勢；潛在適宜區主要分布在廣南縣的北部、中北部和西南部，通過社會經濟發展、基礎設施建設可以促進這一區域土地資源的有效開發利用；不適宜區面積較大，除北部和中北部地區分布較少外，其他區域都大面積分布，這些區域應多考慮土地資源的生態及農業生產功能。

(3) 在適宜性評價的基礎上綜合考慮城鄉建設開發潛力、區域連片度及現狀建設用地合理性等條件，將喀斯特山區分為城鄉建設用地重點開發區、優化開發區、騰退整治區以及生態保護和農業保障區，能進一步有效引導區域的城鄉建設開發，為喀斯特山區土地資源利用、生態環境保護、糧食安全保障及區域可持續發展提供科學依據。