近30年黃河下游城市后備可利用土地資源時空演變分析
——以濟南市為例

黃志蕾, 朱紋君, 齊善忠

(山東師范大學 地理與環境學院, 濟南 250358)

黃河流域是我國重要的生態屏障，在新時代的發展要求下，黃河流域高質量發展建設與生態修復已成為眾多學者關注的熱點話題[1]。20世紀50年代以來，改革開放極大促進了中國生產力的解放。在快速城鎮化發展的推動下，城鎮用地的擴張導致土地資源等自然資源開發速率顯著提升，使土地資源與人類社會間的矛盾日益強烈[2-3]。黨的“十八大”報告明確指出我國要健全國土空間開發、資源節約、生態環境保護的體制機制，推動形成人與自然和諧發展的現代化建設新格局。這就要求在滿足未來經濟發展對土地利用需求的同時，需適量開發剩余可利用土地資源。因此，關注后備可利用土地資源現狀，明確其地域用途導向，對城市經濟發展和生態環境安全有重要意義[4-5]。

土地利用評價始于20世紀30年代美、英、德等西方國家[6-7]。大多數國外學者將土地生產力與土地利用的生態效應作為評價指標對土地利用的合理性進行評價[8-9]。但在指標選取上爭議較多，例如在評價農業生態系統時，經濟指標難以確定[10]。由于西方國家社會性質以及等級制度，地權等社會經濟因素[11]在土地利用評價時成為重要參考。更有國外學者認為各級地權所有者的綜合參與式評價，才可能找到有效的地方土地持續利用解決方案[12]。隨著社會經濟的發展，土地資源的開發利用活動已接近飽和[13-14]。為了謀求進一步的發展，仍需對剩余土地資源開發利用。后備土地利用資源是指一個地區潛在或剩余的可用于新增耕地或建設用地的土地，通常可用于評價一個地區的土地資源對未來農業發展或人口聚集、工業化以及城鎮化的承載力[15-16]。土地利用資源評價指標體系較為復雜。鑒于此，徐勇等[17]結合地形、地貌條件、土壤性質等多個要素系統地提出了后備適宜建設用地潛力評價方法，計算了2008年中國后備適宜建設用地面積，對其空間分布格局進行分析。周藝等[18]基于此方法對我國絲綢之路經濟帶后備可利用水土資源進行評價，分析其空間分布格局特征，指出該區域后備可利用水土資源匱乏以及空間分布不匹配的現狀。

濟南市是山東省的省會城市，同時也是黃河下游最大的工業城市之一。定量評價土地資源對濟南市城市經濟高質量發展與土地規劃有重要意義。劉金勇等[19]應用土地利用轉移矩陣法，評估了濟南市土地利用/覆被變化情況及其生態系統服務價值，認為土地資源開發利用現狀仍需調整。王懇等[20]指出經濟發展狀況與當地收入水平是濟南市土地利用變化的最主要驅動力。總之，已有研究為濟南市合理開發土地資源提供了較好的理論依據，但多側重于單一土地利用類型的變化[21-22]，對后備土地利用資源研究較少。鑒于此，本研究應用后備可利用土地資源評價方法，以濟南為研究區域，對濟南市后備可利用土地資源進行評價，分析其地域用途導向，以期為濟南市土地利用資源提供重要參考。

1 研究區概況

濟南市(東經116°49′—117°14′，北緯36°32′—36°51′)占地面積3 305.74 km2，地形地勢起伏度大，呈南高北低之勢。隸屬明顯的季風性氣候，四季分明，年平均氣溫為13.5～15.5℃，全年無霜期230 d左右，降水量為600～900 mm。地處魯中南低山丘陵區和魯西北沖擊平原區交接地帶，南靠泰山，北跨黃河，是環渤海地區和黃河中下游地區中心城市之一。濟南市土地利用以耕地和建設用地為主，至2020年耕地和建設用地面積分別為1 373. 09 km2，922.15 km2。區域內常住人口為890.87萬人，城鎮化率達72.1%。近年來，濟南市城市土地利用建設取得卓越成效，土地資源利用程度加深。基于研究目的、城鎮化發展水平以及數據的可獲取性，本研究選定黃河流域周圍城市群為研究對象，包括市中區、歷下區、槐蔭區、天橋區、歷城區和長清區。

2 數據與方法

2.1 數據來源與處理

本研究采用USGS提供的1990年、2000年、2010年、2020年4期共8景Landsat TM/OLI遙感影像數據(表1)，分辨率為30 m，成像質量清晰，云量較少。經幾何精校正、大氣校正、輻射校正、影像拼接、裁切等預處理，使用面向對象分類法并結合人機交互修正后提取土地利用空間位置分布信息，校正誤差在1個像元以內。依據《中國土地利用現狀分類》將研究區土地利用類型分為草地、林地、水域、建設用地、未利用地和耕地6個類型。通過實地考察以及高分辨率影像(Google Earth)，選取500個校正樣本驗證解譯精度，結果均在90%以上，符合研究需要。其中，2008年遙感影像雖云量較高，多為覆蓋在研究區外部的塊狀云，對土地利用信息提取結果影響較小，可正常進行解譯處理。

表1 遙感影像信息

2.2 研究方法

基于后備土地利用的內涵，結合已有研究，本文應用可利用土地資源集成評價法，計算濟南市1990—2020年的后備適宜建設用地與后備適宜耕地。根據研究區的特性分析其地域用途導向。計算公式見表2。

表2 后備可利用土地資源評價方法

后備可利用土地資源主要劃分為后備適宜建設用地和后備適宜耕地，二者的空間分布情況具有重疊性和差異性的特征。重疊性指在地形坡度小于15°條件下，后備適宜建設用地都屬于后備適宜耕地，即若后備可利用土地資源未來可作為新增建設用地，同時也可作為新增耕地進行利用。兩者的差異性在于坡度取值，后備適宜建設用地坡度取值為≤15°，適宜耕地的坡度為≤25°[23]。

通過所獲取的研究區行政區劃圖、土地利用現狀分布圖、水系分布圖以及高程分布圖制備出濟南市地形圖，參照地形高程的國家級分級標準并結合研究區的特性，將地形坡度分為小于3°，3°～8°，8°～15°，15°～25°和大于25°共5個等級。經疊加匹配后通過上述計算方法得出研究區后備適宜建設用地面積以及后備適宜耕地面積。針對后備適宜建設用地與后備適宜耕地的空間分布特性即差異性與重疊性，根據濟南市自然經濟社會發展現狀與相關的規劃、政策等，確定兩種類型用地的地域導向。參考相關研究[24]，確定濟南市后備適宜建設用地系數α為1。

3 結果與分析

3.1 濟南市后備建設用地潛力分析

濟南市土地利用類型以耕地為主，建設用地主要分布在研究區中心偏北部，呈顯著擴張趨勢。研究時段內，濟南市后備適宜建設用地空間分布格局較為穩定(圖1)，主要分布在濟南市南部地區。從各區縣看，后備適宜建設用地主要分布在長清區南部和歷城區西南部，零星分布在天橋區南部、槐蔭區西北部和歷下區東南部。

近30年間，濟南市后備適宜建設用地面積呈下降趨勢，大致以2010年為界，1990—2010年后備適宜建設用地面積持續下降，2010—2020年面積有所上升。至2020年，后備適宜建設用地面積減小至292.48 km2，相比1990年減少了5.11%，占區域總面積的8.85%。從數量上看，研究區后備建設用地潛力較大，可滿足進一步開發后備建設用地資源需求。從各區縣看(表3)，長清區、歷城區的后備適宜建設用地面積較大，分別為138.08，100.75 km2，占濟南市后備適宜建設用地總面積的34.45%和47.21%；天橋區、市中區、歷下區和槐蔭區后備適宜建設用地潛力較低，面積分別為17.71 km2，28.31 km2，3.20 km2，4.43 km2，所占比例較少。這是由于近年來濟南市城鎮化率不斷提高，建設用地不斷擴增，且主要分布在研究區北部地勢較為平坦的區域，使天橋區等4個區縣后備適宜建設用地潛力較低；而長清區與歷城區位于濟南市南部，地勢起伏大，建設用地面積少且開發條件惡劣，后備建設潛力較高[25-26]。

圖1 1990-2020年濟南市后備適宜建設用地空間分布

表3 1990-2020年濟南市及各區后備適宜 建設用地面積變化 km2

從面積變化上看，天橋區、市中區、槐蔭區、長清區后備建設用地面積先減后增，歷城區與歷下區面積持續下降。各區縣面積變化幅度依次為天橋區、歷城區、市中區、長清區、槐蔭區、歷下區。近40年間，天橋區、槐蔭區面積總體呈上升趨勢，分別增長了13.97 km2，2.95 km2，市中區、歷下區、歷城區和長清區的后備建設用地面積減少，分別減少了9.66 km2，1.49 km2，13.84 km2，7.69 km2。這表明由于政府政策[27]宏觀調控，天橋區與槐蔭區建設潛力不斷上升，出現逆城鎮化發展趨勢，而歷城區等4個區縣正在進行開發建設，后備建設潛力略有下降。

3.2 后備適宜耕地潛力分析

濟南市后備適宜耕地空間分布格局較為穩定(圖2)，由于后備適宜建設用地與后備適宜耕地概念的重疊性，空間分布特征與后備適宜建設用地相似。濟南市后備適宜耕地面積為360.67 km2，占研究區總面積的10.91%(表4)。研究時段內，濟南市后備適宜耕地面積呈先減后增的趨勢，至2020年總面積達360.67 km2，共減少了18.33 km2。從各區縣看，天橋區、市中區、槐蔭區后備適宜耕地面積先減小后增加，長清區與歷下區持續下降，1990—2000年歷城區適宜后備耕地面積穩定，2000年后呈下降趨勢。各區縣后備耕地面積變化幅度依次為歷城區、天橋區、市中區、長清區、槐蔭區、歷下區。其中，天橋區與槐蔭區總體呈增長趨勢，研究時段內分別增長了13.97 km2，2.95 km2；其余4個區縣呈減少趨勢，依次為歷城區、市中區、長清區、歷下區，分別減少了14.56 km2，10.56 km2，8.54 km2，1.59 km2。表明天橋區和槐蔭區后備耕地潛力上升，歷城區等4個區縣后備耕地潛力下降。

圖2 1990-2020年濟南市后備適宜耕地空間分布

總體上看，濟南市各區縣后備適宜耕地的差異主要由于區域的區位條件、經濟狀況、人口、工業區等因素綜合作用的結果。其中，天橋區、槐蔭區、市中區、歷下區是濟南市經濟發展的重要地區，后備適宜性耕地潛力較小，由于該區域人口數量、城鎮化發展水平相對較高，建設用地需求量大；歷城區與長清區人口稀疏、城鎮化水平較低，且地勢起伏較大，雖不適合建設用地開發，但可作為耕地開發利用，因而后備適宜耕地潛力較大。

表4 1990-2020年濟南市各區后備適宜耕地面積變化 km2

3.3 后備可利用土地資源用途地域導向分析

濟南市后備可利用土地資源總面積為360.66 km2，多分布在中南部地區。按照地形坡度小于8°，8°～15°，15°～25°的劃分標準，將研究區后備適宜耕地資源劃分為適宜、較適宜、條件適宜3個等級；按照地形坡度小于3°，3°～8°，8°～15°的劃分標準，將研究區后備適宜建設用地資源劃分為適宜、較適宜、條件適宜3個等級[23](圖3)。基于后備可利用土地資源概念中后備適宜建設用地與后備適宜耕地劃分標準的重疊性，將濟南市地形坡度介于15°～25°的后備土地資源劃分為后備適宜耕地，地形坡度介于0°～15°的后備土地資源既可作為后備適宜耕地又可作為后備適宜建設用地，結合區域自然、社會經濟情況分析其地域發展導向。

圖3 2020年濟南市后備土地利用等級類型分布

濟南市條件適宜類后備土地資源面積為229.53 km2，呈零星分布狀態(圖3A)，主要分布于長清區中部及東南部，歷城區南部，零散分布在市中區和歷下區內。按照分類標準，這些部分后備土地資源在未來規劃發展中，可轉化為新增耕地資源，作為濟南市維系耕地紅線及糧食安全的儲備資源。

結合各區域地理環境條件、人口集聚情況、土地利用現狀及城市發展規劃等因素，各區域后備土地利用資源導向存在差異性。其中，天橋區后備土地資源分布較為集中，后備土地資源類型多為適宜類，總面積為17.71 km2，將其作為后備耕地或后備建設用地均適宜(表5)，考慮天橋區經濟發展水平高較高，且車站等交通樞紐分布較多，同時，區域內人口密集，經濟活動聚集，資源優勢明顯，結合城市發展規劃，該區域屬于濟南北岸產業集聚區，建設多個高新產業園，因此該部分后備土地資源可作為后備適宜建設用地以配合城鎮發展、產業集聚需要，提升城市產業功能，促進產業一體化發展[28]。

表5 1990-2020年濟南市各區后備適宜用地分類面積 km2

槐蔭區后備可利用土地資源大多屬適宜類資源，面積達4.43 km2，可作為后備適宜耕地或建設用地，由于槐蔭區建設有濟南西站等多個車站帶來較大人流量，是濟南市交通重要樞紐之一，因此該區域內土地資源可規劃為建設用地；長清區后備土地資源面積為168.53 km2，3種適宜類較為均勻，長清區建設有長清大學城帶動經濟發展，且有多個科技創新產業園區[29]，被規劃為濟南西部產業集聚區。因此靠近城鎮建設區域的后備用地可規劃為建設用地，而東南部地形起伏較大，后備土地資源可作為耕地儲備。槐蔭區西南部及長清區北部二區鄰接部分連片分布適宜類后備土地資源，結合兩區域特性及地理位置，該部分后備土地資源適于作為后備建設用地儲備，更好地與周邊融合并滿足產業進一步擴展的需要。

市中區和歷下區后備土地資源較為分散，面積分別為34.21 km2，3.68 km2，考慮該區域屬于濟南主城區，人口密集，經濟發達，是許多政府部門所在地，城鎮化程度高，因此，該區域的后備土地資源將來適于開發為新增建設用地以滿足其發展勢頭；歷城區后備可利用土地資源較為分散，總面積為132.10 km2，多屬較適宜類和條件適宜類資源。結合其地形條件，歷城區中部及南部的后備土地資源多數位于南部山區，地形起伏大，資源環境承載力相對不足[30-32]，且后備土地資源集中趨勢不明顯，不利于集中開發建設，加之城市規劃中將其劃為南部生態休閑帶，優先保護和恢復生態環境，因此該部分后備土地資源適于作為后備適宜耕地，以彌補城鎮化發展過程中造成的耕地占用問題，維持耕地占補平衡。

4 結 論

(1) 濟南市后備建設用地主要分布在研究區東南部，潛力較低，至2020年總面積達292.48 km2。各區縣后備建設用地潛力不同，其中，由于地形與開發條件等限制因素，歷城區和長清區建設用地開發程度較低，后備建設用地潛力較高，其他區域潛力較低。近40年間，隨著城鎮化進程的加快，濟南市建設用地不斷擴張，后備建設用地面積持續降低，共縮減15.76 km2。各區縣在政府政策的宏觀調控下，后備建設用地數量變化特征呈現差異，其中歷城區、市中區、長清區、歷下區后備建設用地面積呈下降趨勢，分別下降13.84 km2，9.66 km2，7.69 km2，1.49 km2。天橋區與槐蔭區呈上升趨勢，分別增長了13.97 km2，2.95 km2。

(2) 濟南市后備耕地與后備建設用地空間分布特征相似，潛力較高。隨著建設用地的擴張，研究區后備耕地面積呈下降趨勢，由1990年的379.00 km2下降至2020年的360.67 km2。研究時段內，按照社會發展規劃要求，歷城區、市中區、長清區、歷下區后備耕地面積下降，分別減少了14.56 km2，10.56 km2，8.54 km2，1.59 km2，天橋區和槐蔭區后備耕地面積分別增長了13.97 km2，2.95 km2。其中長清區、歷城區、市中區受工業園分布以及地形等因素影響，后備耕地潛力較高，至2020年面積分別為168.53 km2，132.20 km2，34.21 km2。

(3) 基于后備耕地與后備建設用地概念的相似性與重疊性，根據各用地空間分布特征以及各區域自然經濟概況，各區縣地域用途導向有所差異。其中，天橋區后備用地可用于后備建設用地和耕地，該區域經濟發展水平較高，城鎮化進程較快，且人流量大，因此后備用地地域導向更傾向于建設用地；槐蔭區與長清區北部、市中區、歷下區內后備用地可劃分為建設用地；長清區東南部和歷城區后備用地受地形等自然因素限制，可將其劃分為耕地，彌補耕地占補平衡。

后備土地利用資源受自然、經濟社會等因素影響顯著。在復雜的后備用地規劃體系中，量化政府政策宏觀調控、經濟發展政策對地域導向的影響很難實現。從后備可利用土地資源評價方法來看，已有評價方法將地形坡度、高程等作為后備可利用土地資源評價的重要約束條件，在部分區域概況如濟南市等地區可適用，但在其他較為特殊的生態環境區域需結合區域特征構建新的約束條件。因此，在后備土地利用評價過程中，如何針對區域特色構建合理的指標體系評價后備土地利用資源、分析地域用途導向，是未來值得考慮的問題。