协调生态环境压力的区域生态用地需求模拟——以江苏省为例

欧维新, 赵丽宁, 李 冉

(南京农业大学 土地管理学院,南京 210095)

协调生态环境压力的区域生态用地需求模拟
——以江苏省为例

欧维新, 赵丽宁, 李 冉

(南京农业大学 土地管理学院,南京 210095)

对土地利用进行布局优化以协调经济发展与生态环境保护，通过引入系统保护规划理论，以县级区域为评价单元，构建了生态环境压力测算模型，并对各评价单元的生态环境状况进行定量评价，构建生态用地需求模拟模型。结果显示：(1) 处于低压力等级的县市只有13个，处于中压力等级的县市最多，有44个，处于高压力等级的有6个，生态环境状况并不理想。(2) 生态用地空缺较大的县市主要集中在江苏北部地区，生态空缺区域分布集中。研究中构建的生态环境压力测算模型及生态用地需求模拟模型，对区域生态环境压力进行评价和对生态用地需求进行模拟，能得到较为符合实际情况的结果，具有一定的实际意义。

生态环境压力; 系统保护规划; 生态用地

环境是人类赖以生存和发展的重要保证，优良的生态环境则是整个人类社会存在和发展的基础条件。随着科技的迅猛发展，对自然资源大量的开发和利用使人类社会更加文明富裕。同时，人口的增长、城市化的发展、土地利用方式的改变，带来了严重的生态安全问题，对环境所造成的压力也越来越大。因此，对土地利用进行布局优化以协调经济发展与生态环境保护的关系，已经成为一个研究热点。目前，现有的研究对于如何防止城市的无序蔓延[1]，怎样缩小城市发展所影响的空间范围[2]，以及对于土地利用规划实施后可能造成的区域环境影响评价等方面都进行了卓有成效的研究[3-5]，同时在调查区域生态环境问题、分析区域资源供给状况和环境容量方面，以及分析土地利用与生态环境关系方面都提出了具有一定可行性的理论与方法，并定性地提出了一些可供参考的土地利用调整建议，在理论与指导实践上有着积极地贡献[6-12]。但在使用定量的方法，调整土地利用、制定土地利用调控指标以协调土地利用与生态环境建设方面，现有的研究很少。通过对区域生态环境压力的分析，提出较合理的生态用地规模，制定一定的指标以定量地调整土地利用，进而改善区域土地利用与生态环境建设的协调状况。

1 研究思路与方法

1.1 研究思路

系统保护规划理论旨在研究如何以一种更系统化与规范化的方法来进行保护区的规划和设计，从而以最小代价、最大程度地满足生物多样性保护的需求[13]。本研究引进其理论方法来系统地进行区域土地利用结构的调整，以在尽可能维持经济建设需要的基础上，模拟得到合理的生态用地需求规模，使得生态用地能够满足区域的生态服务需求。

本研究拟在引入系统保护规划理论的基础上，构建协调区域生态环境压力的生态用地需求模拟模型，从理论上研究如何系统地规划能够满足区域生态服务需求的生态用地规模，即在综合分析系统保护规划理论的基础上，通过网络搜集、遥感解译和实地调查得到各评价单元的基础数据，将研究区以县域划分成若干评价单元，建立生态环境压力测算模型，分析各评价单元所面临的生态环境压力和生态用地存量，评估现有生态用地满足区域生态服务需求的有效性，得到区域生态满足度指标，构建生态用地需求模拟模型，确定各评价单元生态满足度指标的标准，对此标准调整不同的比例，设计几种不同的生态空缺及土地调整预案，通过分析选出最优预案，最终得到各评价单元的生态用地空缺模拟结果。

1.2 研究方法

1.2.1 生态环境压力指数测算模型 关于生态环境压力的定义，William等认为，生态环境压力是一个作用因素繁多、内涵十分复杂的概念，拟定义为人类活动引起的能够造成环境服务功能退化的对环境状态的扰动力[14]。赵先贵等在生态足迹原理的基础上，提出生态压力指数的概念，将它定义为某一国家或地区可更新资源的人均生态足迹与生态承载力的比值[15]。尽管对生态环境压力有不同的诠释，但都将人类视为制造压力的主体，而将人类对环境的改造活动，尤其是经济建设看作是产生压力的途径。本文正是从压力的制造主体及途径等方面，来选取指标建立模型，通过测算生态环境压力指数来定量地进行生态环境压力的分析。

(1) 评价指标的选取。本文基于“压力—响应”模型，从造成生态环境压力的人口、经济和土地资源等因素出发，在层次分析法的基础上，征求相关领域专家的意见，以指标数据的代表性与可获得性为原则，确定了生态环境压力指数测算的指标体系，其中用生态环境压力来表征压力，用人口密度、人均GDP和建设规模三个指标来表征响应。

(2) 模型构建。本文采用以下数据模型对原始数据进行归一化处理，以此来确定各评价指标值。

A：人口密度和建设规模指标的归一化

(1)

式中：Xi(i=1,3)——第i个评价指标的值；Ti——第i个评价指标的标准值；Yi——第i个指标的指标值，0≤Yi≤1。

B：人均GDP的归一化

(2)

式中：X2——第2个评价指标人均GDP的值；max(X)，min(X)——所有评价单元中人均GDP的最大值，最小值；Y2——第2个指标的指标值。

C：生态环境压力指数

(3)

式中：P——生态环境压力指数；Wi——第i个指标的权重。

(3) 评价指标的标准值的确定。指标标准的选取对研究结果有着至关重要的影响，标准设立的科学合理性，对压力评价结果的准确性有着直接的影响。本文人口密度标准值选取1997年全国平均水平128.78 人/km2[16]；建设用地规模标准的选取，参照《城市用地分类与规划建设用地标准》(GBJ137-90)和《村镇规划标准》(GB50188-93)规定的人均建设用地标准值，结合《江苏省土地利用总体规划(2006—2020年)》做一定的调整，最终确定城镇人均建设用地标准为132 m2，乡村人均建设用地标准为150 m2。

(4) 指标权重的确定。指标的权重是各指标在评价中的相对重要性的量化表现，直接影响评价的准确性，其确定是否合理对评价结果有着重要的影响，是整个评价过程中的重要一环。层析分析法是一种较好的权重确定方法，它是把复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次，使之条理化的多目标、多准则的决策方法，是一种定量分析与定性分析相结合的有效方法[17]。本文使用层次分析法，结合专家打分来确定的人口密度、人均GDP和建设规模的权重分别为0.2，0.4，0.4。

(5) 压力等级的划分。通过对现有研究的分析综合，结合本研究中的压力指数变化范围在0～1.00之间，因此将生态环境压力指数分为高、中、低三个压力等级，分别表示生态不安全、生态预警和生态安全，等级划分标准为小于0.4的为低级，大于0.4小于0.59的为中级，大于0.6的为高级。

1.2.2 生态用地需求模拟模型 以具有较大生态服务功能的水域和林地为生态用地，计算得到各评价单元的生态用地比例。

为各评价单元确定不同的生态用地标准需求量的具体过程如下：

(1) 由前面的研究得到各评价单元的生态环境压力指数Pj(j=1,2,…m)和生态用地比例Sj，可算得单位压力指数下生态用地比例

(4)

式中：m——评价单元个数。

式(4)中m的取值分两种，即研究区所有县级评价单元个数与所在邻域的评价单元个数，进而可以求得两个Ps值，表示为总体指标Ps1和邻域指标Ps2,再求得两数值的平均值，表示为Ps3。

(5)

(3) 在确定各评价单元的标准Ps值后，结合压力指数值，利用式(6)就可算得各评价单元标准生态用地比例，与现有生态用地存量比较即得到生态用地空缺。

Aj=Pj·Ps

(6)

2 江苏省生态用地空缺模拟

2.1 研究区概况

江苏省位于长江、淮河下游，黄海、东海之滨，是中国人口密度最高的省份之一，总面积10.26万km2，占全国总面积的1.1%。是重要的经济中心和通商口岸，同时也是近代工业、乡镇工业的发祥地，更是现代高科技产业和城镇密集地区之一，在我国国民经济与社会发展中占有举足轻重的地位。目前，江苏省正处于工业化转型、城市化加速发展的关键阶段,将大大增加对资源、能源的需求,增加对土地、煤炭、石油等不可再生资源的消耗,加大污染排放总量,资源消耗和生态环境的压力正在成为制约江苏进一步发展的两大瓶颈[18]。对江苏省的土地利用，尤其是生态用地需求量进行模拟，分析生态环境压力，通过调整土地利用类型以协调土地利用与生态环境建设、经济发展与生态环境保护的关系，促进全省经济社会的可持续发展，对生态省建设规划工作的顺利展开具有重要的意义。

2.2 数据来源

本文在研究过程中所使用的数据主要来源有：2009年江苏省统计资料；在中国科学院对地观测与数字地球科学中心所提供的数据共享网站(http:∥ids.ceode.ac.cn/index.aspx)中下载的2009年江苏省TM遥感影像；江苏省2009年县级乡村人口数据。

由统计资料中获取到各县市的人口与人均GDP数据，由遥感影像通过分类解译得到各县市土地分类数据，提取出林地、水域和建设用地规模。

2.3 结果与分析

2.3.1 生态环境压力分析 将数据代入生态环境压力指数测算模型得到江苏省2009年各县市的生态压力状况，江苏省2009年各县市的生态环境压力指数(见表1)。

表1 江苏省各县市生态环境压力指数

(1) 从数量方面来看，2009年江苏省生态环境状况不容乐观。全省处于低压力等级的县市只有13个，只占到了江苏省所有市县单元的20.63%，处于中等压力等级的县市最多，有44个，占到了69.84%，处于高等压力等级的县市为6个，占到了9.53%。江苏省作为全国经济最为发达的省份之一，近几年随着经济的发展生态环境也遭到了相当程度的破坏，人口的增长、建设用地的扩张也都对生态环境产生了相当大的压力，江苏省大部分市县已经处于中等压力状态和高压状态，只有少数处于低压状态。这表明，在接下来的经济建设以及城市建设中，江苏省应该更加注重对于生态环境的维护，更加注重生态环境的安全，更加注重经济和生态的协调发展。

(2) 从空间分布来看，按照传统的苏南、苏中、苏北意义上来划分，处于低压力等级的县市有如皋市、海安县、东台市、泰兴市、建湖县、阜宁县等，除了泰州跟泰兴在苏中外，其他县市都分布在苏北地区，而处于中等压力地区的市县，除了射阳县、泗洪县、金湖县、连云港市等处于苏北地区，镇江市、高淳县、南京市、常州市等外剩余部分都处于苏中地区，高压力地区为吴江市、昆山市、太仓市、江阴市、张家港市和常熟市，无一例外全部处于苏南，并且全部位于苏州市。江苏省生态压力状况的分布基本和经济发展状况吻合，经济发展速度快，城镇化率越高的地区，生态环境压力越大，经济发展相对缓慢，城镇化率相对较低的地区，生态环境压力相对较小。

(3) 总体来看，2009年江苏省的生态环境状况并不理想，生态建设与经济建设没有得到协调发展，经济建设和城市化已经对生态环境产生了相当大的压力。对于目前生态状况良好，处于低压力级别的地区，可以在注重保护环境的同时适度开发，促进当地的经济发展和城市化建设；中等压力地区的县市的生态状况处于预警级别，也应当加深对经济建设与生态建设协调发展的认识，否则等到生态状况达到不安全级别再来改善就得不偿失了，生态环境治理不但耗费人力、物力，而且效果并不理想；对于处于高压力状态的地区，今后应该以建设用地利用效率的提高来带动社会经济的发展，同时加强生态环境的建设，使生态建设与社会经济建设协调发展。

2.3.2 生态用地空缺分析 将数据代入生态用地需求模拟模型，通过对生态需求满足度指标单位压力下的生态用地比例进行不同程度的调整，可以得到不同的土地调整方案。

根据《江苏省土地利用总体规划(2006—2020年)》，2010年江苏省合理建设用地规模规划控制为19.192 00万hm2，将生态用地标准提高22%时，调整后的建设用地规模为19.162 21万hm2，这与上述规划控制规模较为相符，因此确定这一方案为最佳方案。该方案中确定的各县市生态用地空缺情况见表2。

表2 江苏省各市县生态用地空缺

(1) 从数量分布上来看，2009年江苏省生态空缺的总量为6 366.373 km2，各县市生态用地空缺存在较大差异。其中，有17个县市不存在生态空缺，即现有生态用地可以满足生态服务需求；18个县市的生态空缺在100 km2以内，生态空缺相对较小；剩下的28个县市生态空缺均超过100 km2，甚至有的县市达到300 km2多，如徐州市、睢宁县、沭阳县和如东县，这28个县市的生态空缺总量达到4.9×103km2，占全省生态空缺总量的84.70%。

(2) 从空间分布上来看，2009年江苏省生态空缺较大的县市主要集中在江苏北部地区，空缺在200 km2以上的县市基本都在这一地区，而江苏中部、南部地区存在的生态空缺较小。分析认为，随着经济的发展，江苏北部地区的开发强度得到了很大的提高，建设用地面积增加，加上该地区主要是平原，土地利用类型主要以耕地为主，作为生态用地的水体和林地分布较少，尤其是成规模的林地较为稀少，不能满足该地区的生态服务需求；而江苏中部与南部地区，虽然土地开发强度比北部地区大，建设用地面积较大，但中部地区有洪泽湖、高邮湖，南部地区有太湖、长江，再加上林地也较多，因此，生态用地空缺相对北部地区较少，大部分县市的生态用地都基本能满足当地的生态服务需求。

(3) 结合各县市的压力等级，可以看出，虽然空缺在200 km2以上的邳州市、东海县、沭阳县、睢宁县、徐州市、丰县和滨海县等地区不是高压力等级地区，但也都是中压力等级地区，处于生态预警级别，且现状生态用地较少，因此生态用地空缺就较大。而处于低压力等级地区的县市则大多都只有100 km2不到的生态用地空缺，甚至不存在空缺。高压力等级地区的县市虽然生态用地需求标准较高，但由于其现状生态用地规模较大，因此其生态用地空缺基本都在200 km2以内。

3 结论与讨论

通过总结生态环境压力方面的研究现状、理论和研究方法，基于“压力—响应”模型，建立了生态环境压力评价指标体系，构建了生态环境压力测算模型；通过对生态环境压力与生态用地存量的分析，引入系统保护规划理论，构建了生态用地需求模拟模型；利用RS与GIS技术进行了江苏省生态环境压力评价指标信息的提取，并在此基础上建立了2009年江苏省生态环境压力评价指标数据库；通过对江苏省2009年江苏省各个县市的生态环境压力指数进行计算和分析，发现江苏省的生态环境状况并不理想，在往后的工作中，需要对不同生态压力状态下的地区采取不同的应对措施。对2009年江苏省生态环境压力和生态用地空缺进行了模型评价，模拟得到江苏省各县市的生态用地空缺。本文构建的生态环境压力测算模型及生态用地需求模拟模型在运用中具有一定的实际意义，在对区域生态环境压力进行评价和对生态用地需求进行模拟，能得到较为符合实际情况的结果。

区域生态环境状况评价涉及到许多方面，包括资源、环境、社会、经济等，由于数据资料可获取性的限制，本文所构建的指标体系尚不完善，有待于进一步的调整。评价指标标准值的确定是目前生态环境评价研究中的难点。本文所选取的标准也是参照有关研究，并不能确定为绝对标准，其合理性有待进一步研究。

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SimulationonRegionalEcologicalLandDemandBasedonCoordinationoftheEco-environmentalStress—ACaseStudyofJiangsuProvince

OU Wei-xin, ZHAO Li-ning, LI Ran

(CollegeofLandManagement,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China)

To optimize the layout of land use coordinating the relationship between economic development and ecological environmental protection has become a hot research topic. On the basis of the introduction of systematic conservation planning theory, the county-level regional was selected as the evaluation units, the the eco-environmental stress model was constructed to, quantitatively evaluate the conditions of ecological environment of the evaluation units, simulation model of ecological land demand was built. The results show that: (1) only 13 counties are at a low pressure level, there are 44 counties at the middle pressure level, 6 conties are at the high pressure level, ecological situation is not ideal; (2) the counties where lack of ecological land is relatively significant mainly concentrate in the northern region of Jiangsu, the distribution is concentrated. The model of eco-environmental pressure calculation and ecological land demand simulation were built in this study to evaluate the pressure on the regional ecological environment and simulate the requirements for ecological land, the obtained result is more realistic, and has a certain practical significance.

eco-environmental stress; systematic conservation planning; ecological land use

2013-10-08

：2013-11-04

中央高校基本科研业务费自主创新重点研究项目“区域土地利用的生态保护空间网络研究”(KYZ201166)

欧维新(1974—),男,湖南益阳人,副教授,硕士生导师，主要研究方向为土地利用规划与管理。E-mail: wxounj@163.com

F301.24

：A

：1005-3409(2014)04-0274-05