基于地块图斑单元的湖南省土地生态承载力评价

许联芳，张建新，邢旭东，苏富平

(1.湖南省国土资源规划院，湖南 长沙 410007；2.长沙市规划信息服务中心，湖南 长沙 410013)

0 引言

土地是无法替代的自然资源，是人类赖以生存和发展的物质基础，同时也是生态环境可持续发展所必需的自然支持因子。工业革命以来，随着人口的不断增长，城市化、工业化的加速推进，人类对土地的需求持续扩大，出现了水土严重流失、荒漠化、土地污染等土地退化问题，人口同粮食、土地资源、生态环境之间的矛盾愈发突出，局部地区土地承载负荷已濒临或超越合理承载容量水平[1]。生态承载力作为揭示人地关系、衡量区域可持续发展的重要指标，其理论及方法备受国内外学者的关注，成为生态学、地理学与环境科学的交叉前沿领域[2]。生态承载力的概念目前尚未定论。Rees认为生态承载力是“一个地区所能提供给人类的生态生产性土地的面积总和”[3]。程国栋认为生态承载力是指“生态系统所提供的资源和环境对人类社会系统良性发展的一种支持能力”[4]。王家骥认为生态承载力“是自然体系维持和调节系统的能力的阈值”[5]。高吉喜将生态承载力定义为“生态系统的自我维持、自我调节能力，资源与环境子系统的供容能力及其可维育的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量”[6]。可见，由于土地本身是自然、社会、经济、技术等要素组成的一个多重结构的生态经济系统，因此，土地利用既是自然技术问题和社会经济问题，也是一个资源合理利用和环境保护的生态经济问题[7]。土地生态承载力的大小不仅仅是自然地理环境特点的反映，也取决于人类社会经济技术发展水平以及人类对于土地资源的有效利用和生态环境的改善状况[8]。在总结前人研究的基础上[9-13]，本文将土地生态承载力理解为：一定时空范围内，在保证土地资源可持续利用和生态环境良胜循环的前提下，土地资源所能承载人类活动的规模和能力的限度。

湖南是中国重要的商品粮生产基地，多年来水稻产量稳居全国第一位。2012年湖南以全国3%的耕地生产了占全国5.10%的粮食，水稻年产量达到260×108kg，超过全国总产量的12%，位居全国第一位。由于特殊的自然地理条件以及人类活动影响，湖南省出现了山丘垦殖过度、湖区盲目围垦、耕地重金属污染等一系列土地资源过度开发问题，加剧了土地生态环境的破坏，进而导致土地的自然生产潜力、生态承载能力降低等问题，洞庭湖区洪涝灾害、湘江流域重金属污染、湘中南红壤丘陵区崩岗侵蚀和湘西北武陵山区水土流失等生态环境问题引起学术界的广泛关注[14]。本文从资源、环境、人口、发展之间的关系入手，充分利用土地调查、地质调查、土壤普查等资料信息，以地理信息系统和遥感技术以及数学模型分析为手段，以地块图斑为评价单元，对土地生态承载力进行分析评价，为实现湖南省土地可持续利用、增强土地生态系统承载能力、促进区域可持续发展提供决策依据。

1 研究区概况

湖南省位于长江中游南部，地处云贵高原向江南丘陵及南岭山脉向江汉平原过渡地带，土地总面积21.18×104km2。地形轮廓以雪峰山为界，西部主要为山地，地势相对较高；东部主要为丘陵，地势相对较低，自西向东交替过渡。境内东南部的罗霄山脉和南岭山脉向北倾斜，形成朝东北开口的不对称马蹄形，北部为洞庭湖平原。湘、资、沅、澧四水以及汨罗江、新墙河等从东、南、西三面汇入洞庭湖，经城陵矶注入长江，构成洞庭湖水系。地貌类型以山地、丘陵为主，山地(含中山、低山)占46.3%，丘陵(含岗地)占35.8%，平原占12.6%，水面占5.3%。

湖南省自然条件优越，动植物资源、矿产资源、水力资源丰富，是著名的“鱼米之乡”、“有色金属之乡”、“非金属矿产之乡”。近年来，湖南省经济建设突飞猛进，社会事业不断发展，人民生活水平明显提高，综合实力显著增强。2012年末全省总人口7 179.9×104人，城镇化水平为46.65%；地区生产总值2.22×1012元，位居全国第10位；全社会固定资产投资(不含农户)1.46×1012元，比上年增长27.5%；城镇居民人均可支配收入和农村居民人均纯收入分别为21319元和7440元。

2 土地生态承载力评价

土地生态承载力评价是对影响土地生态承载能力的相关因素，依据有关技术规范和国家标准，给予科学合理的评分，也就是确定评价性因子的评价值。影响土地生态承载力的因素可以分为土地所处的外部环境和土地本身的内在因子两大类。外部环境有气候、地形、地貌、水源条件、植被等；内部因子有土地的有效土层厚度、有机质含量、土质、酸碱度等。

2.1 评价指标选取

指标选取必须遵循科学性、完备性和数据可获取性等原则，选择影响土地生态承载力的定性和定量指标，构建评价指标体系，综合反映特定时空土地生态承载力的差异程度。本文共选用21个评价因子，分四个层次构建土地生态承载力评价指标体系(表1)。

2.2 评价数据来源与处理

一般来说，同一土地往往适合多种利用方式，土地质量越好适宜范围越广，不同土地对不同土地用途的适宜程度不等。本文引用模糊集理论，用隶属函数描述土地评价因子对评价目标的评价值，定义为土地适宜性指数，并用符号A(xk)表示。将A(xk)定义在[0，1]范围内，即当评价因子k的指标取上限值时，有A(xk)=1(即土地对该用途最适宜)；取下限值时，A(xk)=0(即土地对该用途最不适宜)。一般视0.5～0.6为正常值，分值愈大表示该指标对评价质量的正面影响愈大；分值愈少，表示该指标对评价质量的负面影响愈大。A(xk)取值分为如下3种情况：

第一，评价因子变量为可以度量的真值，如土壤营养元素等，直接指派隶属函数关系式进行计算。

式中：U为评价指标的上限值；L为评价指标的下限值；x为评价指标的测定值。

第二，评价因子变量为域值，如从pH分级图、土壤调查中获取的数据，可通过分析其数值关系、用列表法或建立相应的解析式赋值。在评价湖南省土壤自然质量分时，土壤有机质含量被选为评价因子使用的原始资料为域值，通过实地调查和分析其数值关系，可按表2分别赋值。

表2 土壤(水田)分级评分表

对于地表水资源量，根据全省14个州(市)水资源量，以各县(市)面积权重及各县(市)权重NDVI进行校正，得出各县(市)水资源量，因各指标要求采用从0—1区间取值，依据下列公式可转化为122个县(市)地表水资源量评分表。

其中Y1、Y2为[0，1]区间取值，X为各县(市)水资源量，X1、X2分别为各县(市)水资源量最小值和最大值。

第三，评价因子变量为语言值，如构造稳定性、地灾危害度等，由于目前缺乏足够的实验研究数据只能参考有关资料根据经验赋值。以构造稳定性分区评价为例，按照国土资源遥感综合调查研究结果：区域稳定性分区主要是借助地震地质、地球物理、地壳形变、地震活动性等研究成果，以深断裂为分界线基础，综合考虑地震烈度等值线等指标加以调整，共划出地壳稳定区、基本稳定区、次稳定区、不稳定区四类，不同构造稳定性类型的A(x)值分别为稳定区A(x)=1、基本稳定区A(x)=0.9、次稳定区A(x)=0.8、次稳定区A(x)=0.7等。

2.3 评价单元的确定与属性数据的获取

对地貌类型图、土壤类型图和土地利用现状图进行叠置分析，生成土壤资源类型图，将土壤资源类型图的图斑作为评价单元。它反映了土壤资源的全部自然特征，以及经济、社会因素对坡地土壤资源的影响，与单一的土壤类型或土地利用类型相比，能更加全面地反映坡地土壤资源的内在特征。利用GIS空间分析功能，生成区域地壳稳定性分区图、地貌类型图、地质图、土壤侵蚀、植被覆盖、海拔高度、坡度、坡向等评价单因子分值图，并将土地利用现状图与各评价因子的单要素图层分别进行叠加分析，提取评价所需的属性数据值。

图1 土地生态承载力评价属性提取技术流程

2.4 评价方法

本研究将层次分析法与综合指数法相结合对湖南省土地生态承载力进行评价。综合指数法是在确定一套合理的指标体系的基础上，对各项指标个体指数加权平均，计算出综合值。在进行综合评价中，确定各个评价指标的权重系数的科学性和精确度将直接影响评价的结果。层次分析法则是从定性分析到定量分析综合集成的一种系统工程方法，将人的主观判断为主的定性分析进行定量化，将各种判断要素之间的差异数值化，是目前一种被广泛应用的确定权重的方法[15]。利用层次分析法确定的各指标权重见表1。这一加权结果基本反映土地利用现状分析的内涵和主要标志，具有合理性和良好的可信度。

2.5 评价结果

根据以上步骤，计算得到综合评价结果。评价结果等级划分标准是评价结果优劣的衡量尺度，由于区域自然生态条件的差异和经济发展水平的不平衡，很难用统一的标准去评价差异较大区域。本文在参考其他科学研究成果和咨询专家的基础上，把湖南省生态承载力分为五级：

优级(V级)区域包括株洲县株洲市区、炎陵县、新化县、湘潭市区、桃源县、韶山市、靖州县、衡阳县、长沙市区等县(市、区)，面积5 551hm2，占总面积百分比的19.83%，该类区域土地利用环境较好，各因素之间协调度高，区内应遵循“积极防治、统一规划、合理布局、协调发展”的原则，加强对土地生态系统的结构和功能进行调整与重组，促使土地生态向良性方向演替。

良级(IV级)区域包括芷江县、张家界市、云溪区、岳阳县、永兴县、溆浦县、湘乡市、湘潭县、望城县、双牌县、邵阳县、邵东县、桑植县、祁阳县、宁远县、南岳区、南县、泸溪县、娄底市区、零陵区、临武县、临澧县、冷水滩、耒阳市、嘉禾县、华容县、衡阳市区、衡山县、衡南县、赫山区、汉寿县、慈利县、保靖县等县(市、区)，面积5 640hm2，占总面积的20.15%，该类地区土地生态系统较协调，区内应遵循“保护为主，合理利用，在保护中求发展”的原则，促进区域土地生态系统良性循环。

中等级(III级)区域包括资阳区、资兴市、沅陵县、沅江市、攸县、新邵县、新晃县、通道县、苏仙区、双峰县、石门县、邵阳市区、平江县、汨罗市、隆回县、临湘市、涟源市、醴陵市、蓝山县、洪江市、衡东县、常德市区、长沙县、茶陵县、北湖区、安乡县等县(市、区)，面积5 561hm2，占总面积的19.87%，该区域土地利用环境差异较大，土地综合承载力整体水平不高，应重点提高较弱子系统的生态功能，进而促进整个区域协调发展。

较差级(II级)区域包括岳阳楼区、永顺县、新田县、新宁县、湘阴县、武冈市、桃江县、汝城县、祁东县、麻阳县、浏阳市、冷水江市、会同县、花垣县、桂阳县、凤凰县、东安县、道县、城步县、辰溪县、常宁市等县(市、区)，面积6 406hm2，占总面积的22.88%，该类区域土地生态建设各支撑系统中的社会经济发展条件相对较好，但土地资源和生态环境等因素欠佳，土地利用与生态建设不够协调，区内应遵循“积极防治，以防为主，因害设防，超前治理，合理规划，协调发展”的原则，促进土地生态系统健康发展。

差级(I级)区域包括中方县、宜章县、绥宁县、宁乡县、龙山县、澧县、津市市、江永县江华县、吉首市、怀化市、桂东县、古丈县、洞口县、安仁县、安化县等县(市、区)，面积4 785hm2，占总面积的17.09%。该类区域生态建设各项指标值差，土地自然质量条件差，协调性差，区内应注重加大投入，促进土地生态系统功能恢复与重建。

不同的土地承载力类型区实际代表了土地生态建设发展的不同阶段，即低层次的均衡发展阶段-低层次的不均衡发展-较高层次的不均衡发展-高层次的均衡发展阶段。湖南省土地生态承载力地域差异明显，整体处于由低层次的不均衡逐渐向高层次的均衡方向发展。

3 提高土地生态承载力的途径与措施

3.1 挖潜盘活存量土地，推进用地节约集约

按照城乡统筹和“两型”社会建设的要求，引导和控制城乡建设用地规模，挖掘存量土地潜力，规范城乡建设用地增减挂钩制度。在注重生态建设和保护的前提下，引导开发利用低丘缓坡荒滩等未利用土地，工程移民、生态移民、村庄整理时利用丘岗山地建立人与自然和谐的村镇。积极推广各类建设节地技术和集约用地模式，引导城市地上、地下空间开发。

3.2 加强土地综合整治，提升土地质量

坚持从保障粮食安全、生态安全和社会稳定大局出发，协调经济建设与耕地保护之间的关系，严格保护耕地特别是基本农田，适时监控污染和灾毁耕地。坚持耕地占补平衡中数量和质量并重，积极推进环洞庭湖高标准基本农田建设、衡邵盆地中低产田改造、涔天河流域耕地后备资源开发，提升土地综合生产能力。

3.3 加强生态建设，构建生态良好的土地利用格局

按照建设环境友好型社会的要求，协调土地利用与生态建设，构建具有湖南山水、人文、地理特色的土地利用格局，促进经济社会可持续发展和生态环境良性循环。加强“四水”流域上中游以及洞庭湖区生态建设和环境保护，促进人水、人地和谐。加大城市防洪以及洞庭湖区防洪减灾体系建设，加快丘岗地红壤与紫色土水土流失、湘江污染以及长株潭城市群污染土地综合整治，确保土地生态安全。

图2 湖南省土地生态承载力分布图

4 结论与讨论

本文借助GIS的空间分析及数据融合技术，建立基于评价指标体系的“空间属性一体化”数据库，以实现全要素的定量化表示。湖南省土地生态承载力地域差异明显，整体处于由低层次的不均衡逐渐向高层次的均衡方向发展。研究区评价单元的定量化，不仅实现了所有参评因子的定量化，而且使参评因子落实到每一个基本分析单元，为模型计算奠定了基础。同时，使定量分析结果在空间区域的横向对比和时间序列的动态分析方面都更为客观和准确，真正实现了全空间区域的定量分析。在此基础上对土地生态承载力进行评价。这种从地块图斑的分析评价入手，较仅仅用地域指标来衡量区域土地生态承载力更为科学合理。

以土地利用现状为基础确定土地资源评价单元，多用于大、中比例尺、较小范围的土地资源评价。这样确定的土地资源评价单元的界限与自然地块相一致，便于基层生产单位应用及土地利用结构调整。但当一个土地利用类型含有多个土地资源类型时，这种土地资源评价单元的土地性质选取就很困难，使得土地资源评价难以进行，或者评价结果不准确。土地生态承载力研究所涉及的内容比较复杂，影响因子较多，方法也不同，加之资料获取的困难，本文基于GIS的土地生态承载力研究也相对粗略，还存在诸多不足，有待以后进一步研究和探讨。

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