基于可視化的山西省土地壓力測度及緩解途徑研究

劉俊， 吳攀升*， 鄭慶榮

1.忻州師范學院地理系， 山西 忻州 034000；2.忻州師范學院五臺山文化研究中心， 山西 忻州 034000

0 引言

土地利用變化是地理環境內部相互作用的結果，集中體現了人地關系的特征、屬性和作用機制[1～3]，土地利用變化源于區域不斷上升的土地壓力.土地壓力即區域土地實際承受的人類需求產出的壓力，一方面指土地的實物產出和功能產出壓力，同時包括土地的價值產出壓力[4，5].隨著經濟建設和城鎮化進程的加快，土地面臨的壓力問題日益凸顯，由此對不同區域、不同性質土地壓力及土地綜合壓力定量評價成為亟需解決的問題.

對于土地面臨的壓力研究，早些年學術界認為土地面臨的壓力主要由耕地所決定，而耕地壓力源于不斷增加的人口對糧食的需求所產生，因此用人均耕地指數、人均糧食保有量等指標進行分析[5～7].伴隨著我國經濟的加速發展，城鎮化進程的加快，人們逐漸認識到經濟發展對土地壓力的影響不可忽視，因此將經濟建設壓力作為土地綜合壓力評判的因素加以考慮[8～10].近年來隨著黨和政府將生態文明建設放在突出的位置，生態環境保護的需求越來越強烈，生態功能區范圍逐漸擴大，占用的土地面積越大，土地壓力越強.因此，形成了農業發展、經濟建設和生態環境保護三者共同構建的土地綜合壓力評判指標體系[11～14].而這種評價體系一方面忽略了土地管理部門對土地利用變化決策的影響，同時研究大多集中于細化農業發展、經濟建設和生態環境保護壓力各項指標內容，無法實現可視化的土地壓力空間定位和變化表達.

因此，本文借鑒國內外相關土地壓力的研究成果[14～17]，結合山西省土地管理及發展變化的特點，依據山西省人民政府發布的《山西省土地利用總體規劃調整方案(2006～2020年)》，綜合考慮農業發展、經濟建設和生態環境保護對土地的需求，對山西省11個市級行政區土地壓力狀態進行測度，可視化的表達各區域土地壓力狀態的空間分異特征，結合區域實際提出緩解區域土地壓力的途徑和可持續利用措施.

1 數據與方法

1.1 研究區概況

山西省位于華北大平原以西的黃土高原，介于太行山與黃河中游峽谷之間，地理坐標110°15′E～114°33′E，34°34′N～40°43′N.區內地貌復雜多樣，以山地、丘陵為主，黃土廣泛分布，溝谷縱橫.地處東部季風區邊緣，是濕潤半濕潤氣候向干旱半干旱氣候過渡的地帶，主要有汾河、沁河、三川河、桑干河等河流.耕地面積389.8×104hm2，占全省土地總面積的30.7 %.近年來，隨著經濟的快速發展，非農業用地不斷增加，占用了大量農田；退耕還林政策的實施，使耕地面積逐年減少，耕地面臨嚴峻的壓力.山西省宜林宜牧后備土地資源充足，廣大山地、丘陵發展林牧業條件適宜，潛力巨大，政策的實施對調整農業產業結構、恢復生態環境、充分發揮有限的土地資源生產潛力和緩解土地壓力意義重大.

1.2 數據

包括山西省及各市的耕地、建設用地、生態用地的現狀面積、規劃面積及其相關的經濟數據.現狀面積來源于《山西省統計年鑒》(2016年)，規劃面積來源于山西省土地利用總體規劃調整方案(2006年～2020年)，其他相關數據來源于山西省及各市統計年鑒.具體研究中，以土地利用總體規劃中期2015年的土地面積作為現狀數據，以2020年的土地利用總體規劃預期指標作為規劃數據(表1).

表1 山西省土地利用現狀及規劃面積Tab.1 The land use existing and planning area in Shanxi province(hm2)

1.3 測度方法

現階段對土地的綜合管理中，各級政府堅持“規劃先行”的理念，作為后期具體實施操作的引領，同時為相關部門協調配合提供依據.土地利用總體規劃作為對土地的開發、利用、治理和保護，是根據區域自然、經濟、社會條件和發展需求在時空上所作的總體安排和布局，在土地利用規劃體系和土地管理過程中占據重要的地位，體現了區域未來的需求.因此，從土地利用總體規劃的角度，根據土地利用現狀與預期土地利用類型和數量的對比分析，能夠對土地面臨的壓力進行評價，一定程度上反映了土地利用過程中存在的問題，同時對不同區域土地壓力進行可視化表達，進而根據區域實際提出土地壓力緩解的對策，較好的反映了土地管理者在土地利用變化過程中決策的重要性，更加契合當前土地動態變化的機制和過程.通過土地現狀與總體規劃中土地面積的定量對比分析，揭示了基于土地利用總體規劃的耕地、建設用地、生態用地三方面土地的壓力狀態，根據各指標的權重，計算出全省和各市土地壓力的綜合指標.

1.3.1 耕地壓力測度

耕地是農業生產乃至國民經濟可持續發展的基礎資源，耕地數量的多少關乎糧食生產和國家的糧食安全.由于耕地用途和功能的廣泛性，在社會需求和經濟利益的驅動下，耕地資源由農業利用系統流向非農業利用系統.因此，現階段耕地利用面臨前所未有的壓力，壓力指數計算公式為

Cp=Cd/Cr

(1)

式中：Cp為耕地壓力，Cd為規劃耕地面積，Cr為耕地現狀面積.當Cp>1時，說明耕地面積不足，需要擴大面積，面臨的壓力越大；當Cp<1時，說明耕地面積過大，需要縮減耕地，面臨的壓力較小.

1.3.2 建設用地壓力測度

建設用地，即為各項建設提供土地，利用土地的承載能力建造建筑物、構筑物，并且主要不以取得生產用品為目的，包括城鄉住宅和公共設施用地等.建設用地的面積和質量直接關乎著經濟建設發展，因此，建設用地壓力是反映土地利用壓力狀況的重要指標，壓力指數計算公式為

Dp=Dd/Dr

(2)

式中，Dp為建設用地壓力，Dd為規劃建設用地面積，Dr為建設用地現狀面積.當Dp>1時，說明建設用地面積較少，需要擴大用地面積，面臨的壓力越大；當Dp<1時，說明建設用地面積過大，需要縮減用地面積，面臨的壓力越小.

1.3.3 生態用地壓力測度

生態用地是以提供生態服務功能為主的用地，能夠直接或間接地改良區域生態環境和人地關系.現階段國外土地分類中未將生態用地作為一項獨立和專門的類型加以明確提出，國內的分類并不一致.綜合研究相關生態用地分類[18，19]、山西省實際及山西省土地利用總體規劃調整方案(2006年～2020年)，將林地、牧草地和園地作為生態用地，壓力指數計算公式為

Ep=Ed/Er

(3)

式中：Ep為生態用地壓力，Ed為規劃生態用地面積，Er為生態用地現狀面積.當Ep>1時，說明生態面積不足，需要擴大面積，面臨的壓力越大；當Ep<1時，表示現有面積較大，生態環境良好，生態用地壓力較小.

1.3.4 土地綜合壓力測度

結合相關研究成果及土地利用實際，山西省在資源轉型跨越發展中面臨的經濟發展壓力略高于耕地和生態保護壓力.因此，將耕地壓力和生態用地壓力權重系數設置為0.3，建設用地壓力權重系數設置為0.4，土地綜合壓力指數計算公式為

Lp=0.3×Cp+0.4×Dp+0.3×Ep

(4)

式中：Lp為土地綜合壓力，Cp為耕地壓力，Dp為建設用地壓力，Ep為生態用地壓力.指數越大，說明綜合考慮了耕地、建設用地和生態用地的影響，土地面臨的壓力越大；指數越小，面臨的壓力越小.

1.4 可視化表達

地統計學(Geo-statistics)是以區域化變量理論為基礎，以變異函數為主要工具，對呈現隨機性和結構性分布地理現象的研究，能夠直接測定空間現象的相關性和依賴性，分析其空間分布及變異規律，通過對離散數據點進行插值分析而得到.研究根據土地壓力指數的變異性和相關性，應用地統計學中變異函數來可視化表達土地面臨壓力的空間分析，變異函數γ(h)的離散計算公式為

(5)

式中，Z(x)是滿足二階平穩假設的系統屬性Z在空間位置x處的值，h為樣本點空間分隔距離，Z(xi)和Z(xi+h)分別是區域化變量Z(x)在空間位置xi和xi+h的實測值[i=1,2,..,N(h)].

2 結果與分析

2.1 計算結果

根據公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)，計算山西省及各市的耕地壓力指數、建設用地壓力指數、生態用地壓力指數和綜合土地壓力指數，如表2所示.山西省綜合土地壓力指數為1.09，耕地壓力指數為0.95，建設用地壓力指數為1.07，生態用地壓力指數為1.26.由此可見，山西省生態用地和建設用地壓力問題最為突出.由于自然條件的差異和經濟發展水平的不均衡，綜合土地壓力和耕地壓力、建設用地壓力、生態用地壓力在空間分布上存在明顯的差異.土地綜合壓力指數由大到小依次為：朔州、忻州、大同、陽泉、長治、晉城、臨汾、呂梁、太原、晉中和運城；耕地壓力指數由大到小依次為：長治、運城、晉城、朔州、大同、晉中、陽泉、忻州、臨汾、太原和呂梁；建設用地壓力指數由大到小依次為：太原、晉城、呂梁、陽泉、臨汾、長治、晉中、朔州、忻州、大同和運城；生態用地壓力指數由大到小依次為：朔州、忻州、大同、陽泉、呂梁、長治、臨汾、晉城、晉中、太原和運城.

表2 山西省各市土地利用壓力及綜合指數Tab.2 The index of land use pressure and comprehensive in Shanxi province

2.2 土地壓力的空間分異及成因

根據山西省及各市測度結果，應用地統計學理論進行插值分析，獲得耕地壓力、建設用地壓力、生態用地壓力和土地綜合壓力的空間分異圖(如圖1所示).山西省土地綜合壓力指數呈團狀和點狀的分布格局，自北向南逐漸下降，中部局部地區略低于周邊，其壓力來源主要為耕地壓力、建設用地壓力和生態用地壓力等方面(圖1a).

圖1 山西省土地壓力指數空間分異格局Fig.1 Spatial pattern of land pressure index in Shanxi province

耕地壓力呈南北高、中間低，且東部略高于西部的分異特征(圖1b).主要原因在于，晉南地區是全省的糧食主產區，耕地保護嚴格，通過應用優質品種和糧食增產技術，提高單產、增加總產，挖掘糧田潛力；晉北地區土地廣闊，農業生產條件好，山川丘兼具，農林牧皆宜，耕地滿足當地人口發展及出口的需求.中部地處汾河谷地，地勢平坦，城市建設用地擴張和人口的激增，使得對糧食的需求也隨之加大；同時西部呂梁山黃河沿岸水土流失嚴重，蠶食土地、淤積河床，導致生態失調，制約了農業發展.建設用地壓力呈中部高、四周低的分異規律(圖1c)，其面積的變化與區域經濟發展程度和人口規模呈明顯的正相關，太原市作為山西省的首位城市，經濟規模和發展程度遠高于其他城市，因此建設用地壓力最高，其他城市相對較低.生態用地壓力呈由北向南逐漸遞減的趨勢，中部略有降低(圖1d).壓力最高的朔州和忻州由于地處晉西北黃土丘陵溝壑區，黃土地貌溝壑密度較大，土壤顆粒大、透水性差，植被覆蓋率較低，暴雨發生頻率高，風沙活動嚴重，加之無節制的放牧和不合理的耕種傳統加劇了水土流失和生態環境的惡化，大陸性氣候一定程度上制約了生態用地的恢復.

3 土地壓力緩解途徑

3.1 耕地壓力緩解途徑

保護基本農田，實現耕地占補平衡.劃定耕地基本農田保護區，保護現有優質耕地資源，建立優質耕地專用許可制度，限制一定范圍內的工業項目，保證優質耕地不被占用.嚴格執行國家“守住18億畝耕地紅線”的要求，保證“占補平衡”，對于新增非耕地項目占用單位要負責開墾與占用耕地數量相當的耕地.

開展土地復墾，提高耕地生產能力.采用政府手段和增加科技投入，全面治理采煤塌陷區，提高復墾效益.地表徑流較為豐富的地區，投入建設水澆地，加強農田水利建設.積極改造中低產田，改善農田環境，增加有效灌溉面積.平川地區基本農田適應機械化耕作，坡地基本實現梯田化.

區域統籌協調，開發耕地后備資源.耕地后備資源中質量面積差異較大，堅持“統籌協調、因地制宜”的原則，不同地類的后備資源開發利用必須緊密結合當地自然和社會經濟條件.耕地后備資源開發工作有利于整合資源、整體推進土地整治、有效補充耕地、提高耕地質量和建設高標準基本農田，促進城鄉統籌發展和耕地資源可持續利用.

3.2 建設用地壓力緩解途徑

加快區域性中心城市和大縣城建設.加快區域中心城市的發展速度，強化城市間的協作與聯系，構筑跨市域的城鎮群.把縣城作為城鎮發展的重要環節，擴大規模、完善功能，引導生產要素和優勢資源集中，形成縣域經濟發展核心.選擇基礎條件好、發展潛力大的建制鎮，加快人口集聚和產業建設，成為服務農村的中心、小城鎮建設的樣板.

加強太原都市圈和太榆同城化建設.以太原為中心逐步輻射帶動外圍區域發展，以經濟合作、資源整合為紐帶，以追求區域資源的最優化、經濟效益的最大化和競爭能力的最強化為著力點，著重推進太原和榆次(晉中市)兩地產業、基礎設施、空間布局的一體化，優化資源配置和經濟發展格局，逐步向外分散太原的建設用地壓力.

推進產業集聚和城市基礎設施建設.在強化太原作為省級中心城市的基礎上，推進產業集聚和城市基礎設施建設，提升太原市的綜合競爭力，增強太原市對整個都市圈的輻射和集聚能力，按照“適度擴大規模、逐步完善功能、提升城市品位、彰顯區域特色”的要求，增加生態用地，改善人居環境，提升城市品位和綜合競爭力.

3.3 生態用地壓力緩解途徑

有效治理水土流失，加強生態修復建設.在晉西北地區充分利用光、熱、水等自然資源優勢，對水土流失區域實行封禁治理，預計3～5年即可恢復植被，大大提高生物量，有效控制水土流失，促進生態修復.對植樹造林、涵養水源、保持水土者，受益的單位或政府應提供相應的補償，改善生態環境.

利用環境友好型科技，開展資源綜合利用.開展煤炭資源的綜合利用水平，普及半生礦回收工作，提高尾礦、礦井瓦斯、礦井水等副產品的綜合利用，降低廢渣排放增速.建設資源消耗少、能源利用效率高、廢棄物排放少的生產消費體系，使人類對自然的開發利用強度控制在生態環境自我更新的范圍內.

制定生態建設規劃，建立生態監測網絡.劃定生態紅線，明確生態用地保護的控制對策和任務，納入全省國民經濟與社會發展規劃，確保各項資金落實做到開發、治理與保護并重.建立生態監測網絡和預警系統，對環境污染和生態破壞實行全程監測和控制，及時掌握生態用地質量和污染狀況的變化，定時發布環境公報，逐步提高全省生態環境.

4 結論

以山西省土地利用現狀與土地利用總體規劃調整方案(2006年～2020年)為基礎，通過分析耕地、建設用地和生態用地等壓力指數及空間分異格局，對規劃期內土地利用壓力狀態進行綜合評價.研究結果表明山西省土地綜合壓力指數呈團狀和點狀的分布格局，自北向南逐漸下降，中部局部地區略低于周邊；耕地壓力呈南北高、中間低，且東部略高于西部；建設用地壓力呈中部高、四周低；生態用地壓力呈由北向南逐漸遞減的趨勢.結合山西省及各市的功能定位，能夠反映山西省及各市土地利用總體規劃執行過程中面臨的重點和難點問題.因此，未來的規劃期內應統籌各項土地利用，加強生態系統恢復與保護，合理開發后備耕地資源，強化土地利用規劃的實施力度，促進社會經濟可持續發展和生態環境系統的良性循環.建立的基于土地利用總體規劃視角的壓力測度方法，較好地解釋了土地管理部門對不同土地利用類型的數量需求，充分反映了土地管理部門在土地利用過程中的決策作用，同時實現了對不同土地利用壓力狀態空間分異的可視化表達，能夠反映政府部門對土地管理的協調能力.