黔西南喀斯特地區國土空間規劃“雙評價”技術與實踐：以義龍新區為例

付夢娣, 李晨旭, 劉偉瑋, 馮朝陽, 馬 凌, 朱彥鵬*

1.中國環境科學研究院, 國家環境保護區域生態過程與功能評估重點實驗室, 北京 100012 2.中國國際工程咨詢有限公司, 北京 100048 3.中國石油管道局工程有限公司第四分公司, 河北 廊坊 065000

資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價(簡稱“雙評價”)是摸清資源利用上限與環境質量底線的重要舉措，是劃定“三區三線”、優化國土空間格局的基本依據. 資源環境承載能力研究經過近百年的發展，從最初單一的土地資源承載力、水資源承載力、農業資源承載力發展到資源承載力、環境承載力、生態環境承載力及其集成研究[1]. 近年來農業生態區域法[2]、系統動力學法[3-4]、生態足跡法[5-6]、水足跡法[7]、能值分析法[8-9]等研究理論與評價方法的興起，極大地推進了資源環境承載能力評價的定量化和模式化. 面向國土空間規劃，資源環境承載力評價還存在資源環境承載壓力、能力與潛力之間的邏輯不清，“木桶原理”復合思路與適宜性評價的邏輯矛盾等問題[10-11]. 國土空間開發建設適宜性理念源于土地適宜性思想，評價指標體系早期以工程地質條件為主，隨后涉及要素日益多元化，涵蓋地質地貌、生態、經濟、社會各方面[12]. 國內外學者運用多要素空間疊置分析、景觀格局分析、生態位模型、模糊數學、神經網絡等方法對典型地域進行國土空間開發建設適宜性評價，為相關研究提供了大量有益借鑒. 然而，仍存在單一視角重自然、輕人文或復合視角對要素交互作用闡述薄弱、城鄉融合欠缺等問題[13].

隨著生態文明建設推進和國土空間規劃體系改革，開展符合國土空間規劃編制要求的“雙評價”方法研究具有理論和實踐的必要性. 該文在全國資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價通用技術方法基礎上，以貴州省黔西南布依族苗族自治州(簡稱“黔西南州”)義龍新區為例，探索建立喀斯特地區的“雙評價”方法體系，并通過指標降尺度測算與分級，實現格網單元地域功能優化分區，并探討地域功能優化分區結果的不確定性及其解決途徑，以期為科學劃定生態保護紅線、永久基本農田、城鎮開發邊界等空間管控邊界，以及統籌優化生態、農業、城鎮等空間布局提供支撐.

1 研究區概況

義龍新區位于黔、桂、滇三省(區)交界處，是區域重要的產業基地和經濟增長極，同時是貴州省城鄉統籌發展綜合改革試驗區. 義龍新區下轄頂效經濟開發區、安龍經濟開發區2個省級經濟開發區和頂效、鄭屯、萬屯、魯屯、龍廣、新橋、德臥、木咱、雨樟9鎮，總面積約 1 258 km2. 研究區屬亞熱帶喀斯特巖溶山區，主要為溶蝕地貌、溶蝕-侵蝕地貌、侵蝕地貌，海拔在400～1 800 m之間. 多年平均氣溫16.3 ℃，平均降水量 1 415.15 mm. 地表水多是源頭短、彎曲型的間接性河流，多年平均地表水資源量為8.48×108m3. 研究區屬南亞熱帶季風闊葉林帶的滇黔桂石灰巖峰林闊楠、細葉、云南松林區，森林覆蓋率為37%. 研究區內分布有國家級重點保護動物42種，其中國家一級保護動物有黑葉猴(Trachypithecusfrancoisi)、云豹(Neofelisnebulosa)、豹(Pantherapardus)、金雕(Aquilachrysaetos)、黑頸鶴(Grusnigricollis)、蟲葬(Nicrophorusamericanus)6種，國家二級重點保護動物36種.

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與處理

主要數據：①氣象數據來源于研究區周邊8個氣象站數據，包括2018年的日平均溫度、相對濕度、降水量、日照時數、風速和活動積溫等. 各氣象站點的潛在蒸散(ET0)采用聯合國糧農組織(FAO)1998年對Penman-Monteith模型修訂后的版本[14]計算獲得. 采用ANUSPLIN方法[15]對氣象數據進行空間插值. ②以2018年Landsat 8 OLI_TIRS影像作為基本信息源，結合土地利用現狀圖、30 m×30 m分辨率的數字高程模型(DEM)以及野外實測的地物光譜數據，采用人工交互解譯的方法提取土地利用信息，經過精度驗證及成果修訂后形成研究區土地利用矢量數據. ③土壤數據來源于貴州省土壤信息系統空間數據庫. 此外，水資源數據來源于黔西南州2018年水資源公報，現狀基本農田分布數據由黔西南州國土資源局義龍新區分局提供，水環境質量、大氣環境質量等環境監測數據由黔西南州生態環境局高新區分局提供.

2.2 研究方法

根據喀斯特地區資源開發條件、環境容量、生態系統服務能力以及影響土地建設開發的程度，篩選地形起伏度、土壤質地、降水量、光熱條件、環境容量、水源涵養重要性、水土流失敏感性、石漠化敏感性、災害危險性等19項指標，建立喀斯特地區“雙評價”指標體系[11-13,16-17]. 開展農業生產、城鎮建設、生態保護功能指向下的資源環境承載能力集成評價，劃定農業生產備選區、城鎮建設備選區、生態保護備選區，結合地塊斑塊集中連片度、綜合優勢度、生態廊道、地形地貌等進行邊界修正，最終確定生態保護重要性分區、農業生產適宜性分區、城鎮建設適宜性分區. 綜合分析研究區國土空間格局特征，與現狀土地利用進行對比，識別國土空間開發問題及潛力(見圖1).

圖1 黔西南喀斯特地區“雙評價”技術路線Fig.1 Technology route of a parallel evaluation in karst area of southwestern Guizhou Province

2.2.1資源環境要素單項評價

依據CJJ 83—2016《城市用地豎向規劃規范》，25°以上坡面極易引起嚴重的水土流失和地質災害，將研究區土地資源開發利用的坡度上限由平原區的15°調整為25°；結合楊子生[18]對山區城鎮建設用地適宜性評價中的坡度因子分析結果，確定分級區間并賦值. 依據GB 15618—2018《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)》和GB 36600—2018《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》中的土壤污染風險篩選值和管制值，判定土壤污染風險等級，進而反映土壤環境容量. 研究區屬于滇黔桂巖溶石漠化國家級水土流失重點治理區，選取水土流失和石漠化2個指標對研究區生態敏感性進行評價. 依據SL 461—2009《巖溶地區水土流失綜合治理技術標準》和SL 190—2007《土壤侵蝕分類分級標準》中石漠化和水土流失等級劃分標準，判定研究區水土流失和石漠化敏感性等級. 依據《氣象災害風險評估技術指南》，采用最大因子法[19]判定干旱、洪澇、寒潮災害的風險等級. 根據《中國典型縣(市)地質災害易發程度分區圖》，判定地質災害易發性等級. 根據GB 18306—2015《中國地震動參數區劃圖》，判定地震危險性等級.

除以上評價指標以外，均采用ArcGIS中Natural Breaks聚類方法和專家打分法，對資源環境要素進行分級賦值(見表1). 其中，基于DEM數據，采用鄰域分析提取地形起伏度[20]；采用空氣質量模型WRF-CAMx[21]，模擬計算研究區PM2.5年均濃度達到GB 3095—2012《環境空氣質量標準》二級標準限值條件下的最大允許排放量，并將其歸一化為大氣環境容量指數；采用一維模型[22-23]，以水質目標為約束條件，計算主要污染物(COD和NH3-N)的環境容量；依據《生態紅線劃定指南》中推薦的模型標評估法，采用水量平衡方程[24]計算單位面積水源涵養量，采用修正通用水土流失方程[25]計算水土保持量.

表1 義龍新區“雙評價”指標分級

2.2.2資源環境承載能力集成評價

運用專家打分法確定各三級評價指標的權重，采用綜合指數法[26]進行加權疊加，獲得各二級指標評價結果. 取生態系統服務重要性和生態敏感性評價結果的最大值，判定生態保護等級. 對農業耕作條件、水資源豐度、農業生產氣候和環境條件、氣象災害風險進行等權重疊加，判定農業功能指向的承載等級. 對城鎮建設條件、水資源豐度、城鎮建設環境條件、地質災害危險進行等權重疊加，判定城鎮功能指向的承載等級. 其中，取大氣環境容量和水環境容量評價結果的最小值，評價城鎮建設環境條件. 采用聚類方法將生態保護等級和農業、城鎮功能指向的承載等級按取值由低至高劃分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級5個等級.

2.2.3國土空間開發適宜性評價

分別將生態保護、農業生產、城鎮建設功能指向的Ⅴ級空間單元劃為生態保護極重要區備選區、農業生產適宜區備選區、城鎮開發適宜區備選區，Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ級空間單元劃為生態保護重要區備選區、農業生產一般適宜區備選區、城鎮開發一般適宜區備選區，Ⅰ級空間單元劃為生態保護一般區、農業生產不適宜區、城鎮建設不適宜區. 生態斑塊集中度表征生態系統服務重要區域及生態敏感區域的規模及空間分異特征，通過生態斑塊面積反映，分別對生態保護極重要區備選區和生態保護重要區備選區進行聚合操作(ArcGIS中的aggregate polygon模塊)，聚合距離為20 m，得到生態斑塊集中度. 地塊連片度用于表征適宜農業生產田塊的規模及空間分異特征，通過山地丘陵田塊面積來反映，分別將農業生產適宜區備選區和一般適宜區備選區相對聚集或臨近的圖斑聚合為相對完整連片地塊，得到地塊連片度. 地塊集中度表征適宜城鎮建設區域的規模及空間分異特征，通過具備城鎮承載能力的地塊面積來反映，分別將城鎮建設適宜區備選區和一般適宜區備選區相對聚集或臨近的圖斑聚合為相對完整集中地塊，得到地塊集中度.

對生態保護等級和生態斑塊集中度進行等權重疊加，評價生態保護重要性. 對農業功能指向的承載等級和地塊連片度進行等權重疊加，評價農業生產適宜性. 對城鎮功能指向的承載等級和地塊集中度進行等權重疊加，評價城鎮建設適宜性. 采用聚類方法將評價結果劃分為適宜區、一般適宜區和不適宜區3個等級.

3 結果與討論

3.1 資源環境承載能力評價

喀斯特巖溶山區地貌地形起伏較大，各鄉鎮農業耕作、城鎮建設條件差異明顯，農業耕作條件中高等級區面積為719.77 km2，占比為57.2%〔見圖2(a)〕，城鎮建設條件中低等級區面積為800.42 km2，占比為63.6%〔見圖2(b)〕. 研究區2018年年均降水量為 1 428.77 mm，水資源總量模數為67×104m3km2，受喀斯特地貌影響，水資源總量豐富但開發利用困難，對水資源豐度評價結果進行降級處理，劃為較高等級. 研究區2018年日均氣溫穩定≥10 ℃的積溫為 4 782 ℃；土壤中As、Cd、Hg均處于中等風險，Cr、Pb、Zn、Cu和Ni均處于低風險[27]. 大氣環境容量指數為0.19，COD水環境容量為1.47 tkm2，NH3-N水環境容量為0.16 tkm2，三者分別為低、較低和一般等級. 單位面積水源涵養量為492.66 mm，單位面積土壤侵蝕量為932.5 t(km2·a)，中度及以上生態系統服務功能重要區占比為58.16%〔見圖2(c)〕. 水土流失敏感區主要分布在馬別河和南盤江兩岸[28]以及鄭屯鎮、龍廣鎮、德臥鎮的南部；石漠化敏感區主要分布在馬別河、南盤江兩岸的巖溶峽谷區以及鄭屯鎮、龍廣鎮至萬峰湖一帶的峰林洼地區；中度及以上生態敏感區占比為22.36%〔見圖2(d)〕. 義龍新區整體屬于農業氣象災害一般風險區[29]. 地質災害高、中、低易發區占比分別為15.76%、62.22%和22.01%〔見圖2(e)〕. 不同功能指向下的資源環境承載能力集成評價結果見圖2(f)(g)(h)和表2.

3.2 國土空間開發適宜性評價

研究區內生態保護極重要區面積為461.34 km2，占比為36.93%；農業生產適宜區面積為299.53 km2，占比24.84%；城鎮建設適宜區面積為314.98 km2，占比為25.08%(見表3). 鄭屯鎮、德臥鎮、木咱鎮和雨樟鎮生態保護極重要區面積的占比較大，分別占鎮域總面積的51.62%、48.82%、44%和41.1%〔見圖3(a)〕. 龍廣鎮、德臥鎮、頂效鎮、馬嶺鎮和木咱鎮農業生產適宜區面積的占比較大，均占鎮域總面積的近40%〔見圖3(b)〕. 魯屯鎮和龍廣鎮城鎮建設適宜區面積的占比較大，分別占鎮域總面積的57.99%、33.47%；城鎮建設不適宜區零散分布于外圍巖溶地區，該地區由于山體地形以及交通、基礎設施的限制，基本以鄉村建設為主〔見圖3(c)〕. 評價結果將黔西南州空間規劃確定的“三區三線”比例指標細化落地，給出了每一個格網單元用于生態保護、農業生產和城鎮建設等不同功能的適宜程度，實現了主體功能區戰略格局在區縣層面的精準落地.

將國土空間開發適宜性評價結果與土地利用現狀進行對比分析，識別保護利用中的沖突地塊. 研究區內生態保護極重要區中基本農田面積為23.6 km2、一般農用地面積為15.21 km2、獨立工礦用地面積為0.04 km2、現狀城鎮建設用地面積為1.75 km2〔見圖4(a)〕；農業生產不適宜區中基本農田面積為72.17 km2、一般農用地面積為27.63 km2〔見圖4(b)〕. 城鎮建設不適宜區中現狀城鎮建設用地面積為6.04 km2〔見圖4(c)〕.

隨著城市化進程的推進，研究區存在建設用地供需矛盾突出、耕地破碎化程度高、違規違法占用耕地的壓力大、國土空間利用效率偏低等問題. 按照土地綜合整治要求，識別研究區農業生產、城鎮建設適宜區剩余可用空間[30]. 農業生產適宜區中扣除現狀基本農田、一般農地和現狀城鎮建設用地，剩余的后備耕地面積為131.87 km2〔見圖4(d)〕. 城鎮建設適宜區中現狀城鎮建設用地面積為42.16 km2，后備建設用地面積為114.85 km2〔見圖4(e)〕. 該評價結果與研究區土地資源實地核查結果基本相符.

研究區內生態保護單宜性面積為105.99 km2，農業生產單宜性面積為10.87 km2，城鎮建設單宜性面積為4.35 km2. 生態保護和農業生產雙宜性面積為6.82 km2，生態保護和城鎮建設雙宜性面積為2.1 km2，農業生產和城鎮建設雙宜性面積為158.52 km2. 生態保護、農業生產和城鎮建設多宜性面積為15.81 km2.

圖2 義龍新區資源環境承載能力評價各指標空間分布Fig.2 The spatial distribution of evaluation indices of resources and environment carrying capacity in Yilong District

表2 義龍新區資源環境承載等級評價統計

圖3 義龍新區國土空間開發適宜性評價空間分布Fig.3 The spatial distribution of suitability evaluation of land space development in Yilong District

圖4 義龍新區國土空間開發問題及潛力地塊識別Fig.4 Plot identification of territorial space development problems and potential in Yilong District

追溯資源環境要素單項評價指標，可見很多空間既符合城鎮建設功能又滿足農業生產功能，雖然考慮了地塊集中度、連片度等因素，但很難避免二者結果的重疊. 建議結合城市發展意向，明確不同區域功能指向的側重，以滿足農業空間的保護要求的同時，兼顧城鎮發展的需要. “雙評價”結果需結合行政區劃、山脊線、山谷線、流域邊界、自然資源確權界等實際進行校核，遵循生態保護紅線只增不減、基本農田總量不變、城鎮開發邊界集約利用的原則，最終明確國土空間的“三區三線”.

表3 義龍新區國土空間開發適宜性評價統計

4 結論

a) 2018年，義龍新區生態保護極重要區面積為461.34 km2，占比為36.93%；農業生產適宜區面積為299.53 km2，占比為24.84%；城鎮建設適宜區面積為314.98 km2，占比為25.08%；符合黔西南州國土空間規劃確定的“三區三線”比例，實現了主體功能區戰略格局在區縣層面精準落地.

b) 地塊功能沖突分析顯示，生態保護極重要區中基本農田面積為23.6 km2、一般農用地面積為15.21 km2. 農業生產不適宜區中基本農田面積為72.17 km2、一般農用地面積為27.63 km2. 城鎮建設不適宜區中現狀城鎮建設用地面積為6.04 km2.

c) 地塊功能潛力分析表明，農業生產適宜區中扣除現狀基本農田、一般農地和現狀城鎮建設用地，剩余的后備耕地面積為131.87 km2. 城鎮建設適宜區中現狀城鎮建設用地面積為42.16 km2，后備建設用地面積為114.85 km2.

d) 地塊功能指向重疊性較大，主要表現：生態保護和農業生產雙宜性面積為6.82 km2，生態保護和城鎮建設雙宜性面積為2.1 km2，農業生產和城鎮建設雙宜性面積為158.52 km2；生態保護、農業生產和城鎮建設多宜性面積為15.81 km2；地塊功能指向重疊總面積為183.25 km2，占研究區總面積的14.57%. 建議結合城市發展意向，明確不同區域功能指向的側重，以滿足農業空間的保護要求的同時，兼顧城鎮發展的需要.