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城鎮化是我國實現現代化的必由之路。隨著經濟的飛速發展，我國城鎮用地得到了前所未有的擴張，但同時也導致了耕地流失、環境污染和土地資源短缺等一系列復雜的社會和生態環境問題，影響城市的可持續發展［1］。當前，我國正大力推進新型城鎮化與生態文明建設，在此背景下，城市發展迫切需要區分生產、生活與生態空間，劃定城市功能區，優化城市空間布局。城市土地生態適宜性分區通過研究城市發展與生態保護之間的關系［2］，有助于明確指出在城市區域內適宜于城市開發用地的面積和范圍以及適宜于生態保護用地的面積和范圍，以最大限度的減少城市發展對生態環境造成的影響。近年來，在GIS技術支持下，國內外學者在城市土地生態適宜性等方面展開了卓有成效的研究［3～9］。研究方法基本都繼承了傳統的生態適宜性評價方法，主要包括McHarg的“千層餅”法及其修正模型和邏輯規則組合法。這些方法實質上是把土地景觀單元的生態因子疊加起來，從垂直過程角度進行研究。但是，土地的生態價值不僅僅是由垂直生態要素如土壤、水文、地質、植被等自然要素決定的，還由該土地景觀單元在水平生態過程中的流動等相互作用而決定。因此，針對土地景觀單元水平過程方面的研究仍有待于進一步探索。此外，從研究區域來看，對于人地矛盾不斷加劇、城鎮化快速發展的長江三角洲地區，土地生態適宜性研究還略顯不足。基于此，本文選取經濟發展迅猛、城鎮化速度較快、生態保護與城市建設矛盾較為突出的常州市武進區為研究區，嘗試結合垂直生態過程和水平生態過程綜合劃分城市土地生態適宜性分區，以期為豐富城市土地生態適宜性分區研究，科學合理制定武進區未來的城鎮總體規劃、土地利用總體規劃和生態紅線區域保護規劃，加強城市土地生態管理提供技術支持和決策支撐。

1研究區概況與數據源

1．1研究區概況常州市武進區地處江蘇省南部，長江三角洲太湖平原西北部，位于北緯31°20′～31°54′、東經119°40′～120°12′之間；屬北亞熱帶季風氣候，四季分明，雨量充沛，日照豐富；境內平原寬廣，地勢低平，地理條件優越，交通便捷；全區總面積1245．84km2，轄14個鎮、2個街道、1個國家級出口加工區、1個國家級高新技術產業開發區和1個省級開發區，2013年常住人口約160萬。改革開放以來，武進區經濟迅猛發展，綜合實力不斷增強，主要經濟指標增幅在蘇南保持前列。未來作為常州市城區“一體兩翼”布局的南翼，以及在承接蘇南都市圈乃至長三角經濟圈產業轉移等方面都將面臨著巨大的發展機遇。但與此同時，武進區也面臨著快速發展對區域生態環境產生嚴峻挑戰等問題。因此，為武進區未來用地布局提供合理空間參考是區域發展的關鍵。

1．2數據源經過前后數次在常州市武進區進行調研，走訪國土資源局、環境保護局、交通局等單位并收集相關資料獲得本次研究數據源。本文采用的基礎數據主要包括武進區DEM（基本格網單元大小為30m×30m）、2010年土地利用現狀矢量數據（比例尺1∶10000）、鄉級土地利用總體規劃（2006～2020年）數據、基本農田保護區矢量數據（比例尺1∶10000）、現狀交通道路矢量數據以及自然保護區、風景名勝區與公園等。

2研究方法

2．1基于層次分析法的垂直生態過程以垂直生態過程構建阻力基面時，本文延續了傳統的研究方法，即通過由高程、坡度、坡向、土地利用類型、交通設施等11個基礎要素組成的地形地貌、生態環境、交通設施、建設密度四大類復合因子建立景觀過程阻力賦值體系。為使生態保護用地擴張和城鎮用地擴張兩個過程在同一標準下進行，本文建立了相同的阻力評價體系并賦予各自相反的分值。在評價單個基礎因子的阻力時，將阻力分為5個等級，分別用5、4、3、2、1表示，阻力分值的賦予通過借鑒前人研究的經驗，采用專家打分方式獲得。同時，考慮到各阻力要素對兩種擴張過程的影響程度不一，本文采用層次分析法（AHP）確定各自的權重。在對地形地貌進行評價時，采用高程、坡度、坡向進行評價；對生態環境進行評價時，采用土地利用類型、距鄰近水體的距離進行評價。土地利用類型的分類參照全國《土地利用現狀分類》（GBT21010－2007），將研究區景觀劃分為水域、耕地、風景名勝區、林地、其他農用地、園地、未利用地、農村居民點、交通水利設施、工礦用地以及城鎮用地。對交通設施進行評價時，采用國道、省道、高速公路、鐵路、城市主干道等不同道路類型按距離大小賦值進行評價。對建設密度進行評價時，采用建設密度值進行評價。建設密度值是指以某個像元為中心的區域網格內建設用地像元數與總像元數的比值。本研究中將城鎮用地賦值為1，非城鎮用地賦值為0，然后采用9×9移動窗體計算每個網格的建設密度值［13］。阻力體系的賦值結果如表1所示。

2．2基于最小累積阻力模型的水平生態過程

2．2．1模型概述最小累積阻力模型指物種在從源到目的地運動過程中所需耗費代價的模型，它最早由Knaapen［14］于1992年提出。該模型多應用于對物種擴散過程、物種保護［15］和景觀格局分析［16］等生態領域研究，后被廣泛應用于模擬城市土地演變過程［17，18］，經國內俞孔堅等人的修改［19］可以用下式表示。

2．2．2過程源的確定生態學中的“源”是指在格局與過程研究中，那些能促進生態過程發展的景觀類型，具有內部同質性和向四周擴散的能力［20］，是事物向外擴散的起點。由于“源”是針對生態過程而言的，所以在確定“源”時必須與待研究的生態過程相結合［13］。本文研究生態保護用地擴張和城鎮用地擴張兩種生態過程，分別選取相應的“源”：城鎮用地的擴張源為現狀城鎮用地；生態保護用地擴張源為生物多樣性較豐富、生態功能較強的地區，對于武進區來說指基本農田保護區、自然保護區、風景名勝區、森林公園、飲用水源涵養區。

2．2．3分區劃分基于由垂直生態過程創建的阻力基面，以及由水平生態過程確定的最小累積阻力模型和過程源，在ArcGIS中分別計算生態用地擴張與城鎮用地擴張最小累積阻力表面，再求取二者的差值阻力表面。用下式表達。式中：MCR生態為生態保護用地擴張阻力表面；MCR城鎮為城鎮用地擴張阻力表面；MCR差值為二者的差值阻力表面。當差值阻力表面中的像元值＜0時，即對于同一柵格單元而言，生態保護用地擴張的阻力小于城鎮用地擴張的阻力，則該柵格單元更適宜被劃分為生態用地單元；當像元值＞0時，則代表生態保護用地擴張的阻力大于城鎮用地擴張的阻力，該柵格單元更適宜被劃分為城鎮用地單元；當像元值等于0時，其為二者的分界線。在此基礎上，本文使用阻力閾值方法［21］對適宜性分區進一步劃分。阻力閾值是指在生態保護用地擴張和城鎮用地擴張所遇到的阻力面中，存在著一些關鍵的值，生態過程需要額外付出異常高的代價才能克服阻力繼續擴張，因而可將阻力閾值前后的用地歸為不同的區間［22］。綜上所述，本文的研究方法及流程如圖1所示。

3研究過程與結果

3．1研究過程

3．1．1阻力基面生成土地景觀單元通過各阻力因子綜合疊加，得到該土地景觀單元對生態保護用地擴張和城鎮用地擴張的阻力值，所有的土地景觀單元的阻力值即構成了研究區全域的阻力基面。通過垂直生態過程構建的阻力基面實質反映的是景觀單元自身的生態屬性。在對研究數據做柵格轉化的基礎上，采用垂直生態過程創建的阻力賦值體系（表1），通過GIS空間分析方法分別、逐步獲得生態保護用地擴張和城鎮用地擴張的阻力因子的阻力值，再按照影響程度權重值進行疊加分析，得到兩種擴張過程的阻力基面，結果如圖2和圖3所示。從圖中可以看出，兩種過程的阻力基面空間格局基本相反，滆湖、西太湖生態保護區、規模較大的耕地以及河流水系、林地等柵格單元對生態保護用地擴張的阻力較小，而現有城鎮用地以及主要道路兩側單元對城鎮用地擴張的阻力卻較小，這與阻力賦值體系分值的賦予設置規則相同。此外，景觀破碎度也較大，布局分散，這與垂直生態過程的適宜性更加關注柵格單元本身的生態屬性有關。

3．1．2最小累積阻力表面生成基于上述過程產生的阻力基面，進一步考慮距離因素的影響，采用ArcGIS中的CostDistance模塊，以對應的過程“源”為輸入數據，阻力基面為成本數據，分別計算得到兩種擴張過程的最小累積阻力表面，如圖4和圖5所示。淺黃色代表擴張過程的累積阻力值小，深藍色代表阻力值大，從“源”向外顏色逐漸變深，表明擴張過程受到的累積阻力逐漸增加。進一步將生態保護用地擴張最小累積阻力表面減去城鎮用地擴張最小累積阻力表面，得到最小累積阻力差值表面，結果如圖6所示。按照分區劃分方法，將阻力差值進行重分類，得到武進區城市土地生態適宜性分區初步結果，如圖7所示。適宜生態用地區分布在除現狀城鎮建設用地的大部分區域，占武進區總面積的71．75％；適宜建設用地區成片分布在現狀城鎮用地及鄰近地域，尤其在武進區中心城區及各建制鎮分布較明顯，占總面積的28．25％。

3．1．3閾值確定基于上述過程獲取的阻力差值表面，統計與分析阻力差值與柵格數量的關系（圖8），發現適宜生態用地區（像素值小于0）的部分，在A點（阻力差值為－8000）時有一突變過程；適宜建設用地區（像素值大于0）的部分，在B點（阻力差值為4500）時存在一突變過程。因此本研究最終確定上述兩個值作為生態保護用地擴張和城鎮用地擴張的阻力閾值。進而將適宜生態用地區進一步細分為優先建設區和適宜建設區，將適宜建設用地區進一步細分為生態控制區和生態緩沖區。具體分區像素值區間見表2。

3．2研究結果根據表2，對差值表面進行重分類，得到武進區城市土地生態適宜性分區結果（圖9）。結果表明，武進區優先建設區面積為118．39km2，占總面積的9．50％，集中分布在武進區中心城區湖塘鎮、牛塘鎮以及國家高新開發區西湖街道和南夏墅街道部分區域。這部分地區為武進區人口和經濟活動的聚集中心，在該區域內的城市開發對生態環境的負面影響相對較小，可優先作為武進區近中期城鎮化發展區域；適宜建設區面積為233．60km2，占武進區總面積的18．75％，主要分布在中心城區周邊范圍的西湖街道和南夏墅街道部分區域、外圍12個鄉鎮的建制鎮區域，靠近中心城區和建制鎮的優越區位使其可作為優先建設區的良好補充，避免土地過度開發利用；生態緩沖區面積為777．91km2，占武進區總面積的62．44％，所占土地面積比例最大，主要包括武進區外圍12個鄉鎮農用地區域，是武進區生態保護的核心區域，對于維護全區生態格局的整體性具有重要意義，此區域不建議進行城鎮化建設；生態控制區面積為115．90km2，占武進區總面積的9．30％。主要分布在滆湖、太湖及周邊區域，此區域將提供包括洪澇調蓄、水土保持、飲用水源涵養、生物多樣性保護和生態游憩等生態系統服務，維護和控制武進區的生態安全底線，是武進區可持續發展的生態基礎。城市土地生態適宜性分區綜合自然、生態環境、經濟社會、交通等各方面因素，具有相對的科學性［23］。從分區結果來看，武進區土地空間中適宜生態用地區面積893．82km2，適宜建設用地區面積1564長江流域資源與環境第24卷351．99km2，由此可設定建設用地規模上限、生態用地下限。結合武進區土地利用總體規劃（2006～2020年）建設用地管制分區數據，研究結果的分區劃分較為合理。適宜建設用地區與武進區擴展邊界范圍內土地總面積316．68km2在數量與布局上基本吻合，適宜生態用地區與管制分區中的限制建設區、禁止建設區空間分布格局也呈現總體基本一致。

4結論與討論

4．1結論（1）本研究構建了基于層次分析法的垂直生態過程得到的阻力基面為基礎，采用描述水平生態過程的最小累積阻力模型劃分武進區城市土地生態適宜性分區的方法。研究同時考慮了垂直生態過程和水平生態過程，一定程度上彌補了傳統方法只從土地景觀單元垂直過程研究的不足之處。（2）基于生態保護用地擴張和城鎮用地擴張的最小累積阻力差值，從空間上將武進區劃分為4個等級的城市土地生態適宜性分區，分別為優先建設區118．39km2、適宜建設區233．60km2、生態緩沖區777．91km2、生態控制區115．90km2。不同適宜性分區的土地利用策略可概括為：優先建設區可優先作為城鎮化發展區域，以實現土地的最高使用效率為最終目標；適宜建設區則應圍繞優先建設區功能定位與產業發展，在扮演后備資源的同時通過土地整理重點開發潛力大的區域；生態緩沖區應保持河流、優質農田以及生態樹林等景觀類型，在發展農業經濟的同時，發揮凈化空氣、保持水土、改善區域小氣候等重要生態功能；生態控制區則應控制一切城鎮化建設的開發活動，維護和控制武進區的生態安全底線。（3）近期來看，研究結果可為武進區土地利用總體規劃調整完善提供依據，建議武進區新增建設用地優先布局在優先建設區與適宜建設區范圍內，最大限度減輕對生態環境影響。遠期來看，適宜建設用地區占武進區土地總面積的28．25％，低于國際上公認的30％的生態宜居警戒線，既能為新型城鎮化與經濟社會發展提供土地資源，也能為進一步劃定武進區城市開發邊界［24］，控制城市的開發強度，在建設用地總規模上做一個合理的限制，以免造成生態環境的進一步惡化；同時，適宜建設用地區作為城鎮化發展區域能夠避開高質量耕地區，可最大限度的保護耕地紅線。

4．2討論城市土地生態系統是一個長期而復雜的過程，是自然、社會經濟和政策等多因素共同作用的結果。由于受各方面客觀條件的限制和生態適宜性系統綜合復雜性的影響，本文所采用的阻力賦值體系指標具有一定的區域性，不利于推廣應用。各阻力因子的等級賦值主要是參考相關成果得到，存在一定的主觀性，今后的研究中還需探索更為科學賦值方法，保證研究結果的合理性和科學性。此外，研究結果的分區只是從適宜建設用地用途和適宜生態用地用途這兩個方面明確了空間分布和面積，但沒有更進一步區分具體的土地用途，這將作為下一步研究的方向。

作者：呂劍成 周磊 洪武揚 李滿春  黃秋昊 單位：南京大學地理與海洋科學學院 深圳市規劃國土發展研究中心