土地利用规划中资源环境承载力的内涵与评价方法研究——以四川省泸州市为例

刘 寅， 黄志勤， 辜寄蓉， 余如意

(1.四川师范大学 西南土地资源监测与评价教育部重点实验室，四川 成都 610066；2.四川师范大学地理与资源科学学院，四川 成都 610066；3.四川省国土资源厅信息中心，四川 成都 610072)



土地利用规划中资源环境承载力的内涵与评价方法研究
——以四川省泸州市为例

刘 寅1,2， 黄志勤3， 辜寄蓉1,2， 余如意1,2

(1.四川师范大学 西南土地资源监测与评价教育部重点实验室，四川 成都 610066；2.四川师范大学地理与资源科学学院，四川 成都 610066；3.四川省国土资源厅信息中心，四川 成都 610072)

作为连接资源环境要素与社会经济发展之间的桥梁，资源环境承载力在土地利用规划中的作用，日益受到学术和行政的重视。在总结土地利用规划中资源环境承载力内涵的基础上，融合社会经济条件、资源条件、和环境条件，设计了基于空间尺度的资源环境承载力评价方法，并以泸州市为例进行了实践。研究发现泸州市的资源环境承载力具有以下分布特点：(1)在社会经济格局、资源格局和环境格局的共同影响下，呈现北高南低、西高东低的基本格局；(2)受交通线路和水系的影响，表现出带状分布特征；(3)受资源条件的限制，市中心建设用地开发的承载力不高。研究从理论和实践意义上证明了在土地利用规划中开展基于空间尺度量化式资源环境承载力评价必要性和合理性，为用地布局优化理论和建设用地精准布局实践的提供了有效支撑。

资源环境承载力；土地利用规划；空间化；内涵与评价

资源环境承载力本质上反映了资源环境与人类经济社会活动之间的空间辩证关系及其演变过程，是指导经济社会发展的重要依据。在可持续发展理念的指导下，2004年6月，承载力概念首次出现在国土资源部新闻报道中，使其从单纯的学术研究上升为国家战略决策的重要组成。土地利用规划是在可持续发展思想的指导下，以土地资源合理利用与保护来满足人类经济社会发展需求为根本目标的规划，是对一定区域内土地资源的开发、利用、治理和保护所做的时空安排，其规划内容涉及资源保护与开发、资源布局与结构调整、重大项目划定等方面，并以土地利用结构调整和空间布局的优化为关注重点。作为连接资源环境要素与社会经济发展之间的重要桥梁，资源环境承载力在土地利用规划的实施中，必然也应当起到重要作用。

1 内涵

1.1 资源环境承载力概念的讨论

作为在物理学承载力基础上发展起来的综合概念，资源环境承载力经历了复杂的概念演变过程。从Park和Burgess将其引入生态学领域作为在一定条件下可容纳的最大个体数量的表征[1]，到Bishop以环境承载力表征区域可承载的人类活动的极限[2]，再到联合国教科文组织以区域资源为约束判断区域可供养的最大人口数[3]，对资源环境承载力的研究逐渐深入，其研究内容涉及了水资源、土地资源、矿产资源、森林资源、水环境、大气环境等单项要素以及综合研究。由于资源环境承载力研究体系的庞杂性和复杂性，导致了资源环境承载力概念界定的困难性。当前，学术界资源环境承载力概念的界定仍不统一，其中唐剑武将其定义为某一时期，某种环境状态下，某一区域环境对人类社会经济活动支持能力的阈值，是一种发展极限概念[4]；而康松则将其定义为在一定时空尺度下，在区域资源合理开发与生态环境良性循环的条件下，可承载的社会经济活动总量的能力[5]；董文等认为资源环境承载力是区域自然生态系统不受危害且维持生态系统良好的前提下，一个区域的资源禀赋和环境容量所能承载的社会经济活动规模[6]。由于资源环境承载力存在阈值、能力、规模等不同的概念界定标准，使得资源环境承载力研究出现了相互交叉、混淆不清的状况，出现了国土资源环境承载力与区域资源环境承载力、土地资源承载力、生态环境承载力、自然资源承载力等相近但不完全相同的概念，导致了资源环境承载力研究的困难性和复杂性[7-10]。

1.2 土地利用规划对资源环境承载力的关注内涵

土地利用规划的制定需要基于被开发土地所处区域的自然和社会经济背景、历史基础和现状特点、及国民经济发展的需要，对各类用地结构和布局的调整或配置做出合理安排。作为反映区域资源环境本底状况的承载力评价，对土地利用规划的借鉴和支撑作用就显得合理且必然。2004年，国土资源部正式提出在土地利用规划中考虑承载力。之后，河北省、四川广安市、辽宁沈阳市、湖南怀化市等省市将资源环境承载力理念分别引入其2006—2020年土地利用总体规划的编制之中。2014年全国土地规划调整会议所指定的《全国国土规划纲要(2011—2030年)》，明确提出将资源环境承载力评价作为土地利用总体规划调整的重要支撑。

然而，由于对资源环境承载力的内涵定义却还未取得统一认识，造成在土地利用规划中资源环境承载力体系构建和核算的困难，使其对经济社会发展的指导作用受到限制。基于当前土地利用过程中存在的现实问题及国家对土地利用布局提出的指导意见[11]，在借鉴学者对资源环境承载力内涵界定的基础上，从土地利用规划及协调资源环境与社会经济活动中的作用出发，本文将资源环境承载力定义为：在一定时期和一定的技术条件下，在维持区域生态环境系统完整且生态功能良性发挥的前提下，区域资源环境可支撑的社会经济发展的能力，用以明晰土地利用的空间格局，实现和谐高效的空间管制。区域资源环境承载能力越高，越能够支撑经济社会发展，成为未来建设用地布局的首选区域，而资源环境承载力越低则对经济社会发展的承载能力越弱，应划定为生态空间，作为区域发展的生态保障。

2 评价方法

2.1 评价尺度

尺度反映了某一事物或现象在时间或空间上的存在范围或分布状态。当前对资源环境承载力的研究主要分为行政区尺度和空间尺度两种。前者是当前资源环境承载力研究的重点，其结果能够展现各行政区资源环境承载力的现状，便于比较不同行政区之间的差异，对各区域明确当前发展强度、摸清区域发展潜力、安排未来经济社会发展重点具有重要的指导意义。而空间尺度的资源环境承载力研究则可打破行政界线对研究结果的限制，能够更为精准地展现资源环境承载力在空间上的分布状态与差异，对指导微观经济布局、辅助规划决策的有重要意义。

土地利用规划调整过程中的各类用地布局是指在各种要素的综合影响下，不同区域不同时间用地类型在空间上的分布状态[12]。这一分布状态不是各行政区内部简单的数量分布差异。因此，以空间尺度作为本文资源环境承载力测算的基本尺度，获得跨行政区范围的资源环境承载力空间分布格局，明确各行政区内部资源环境承载力的分布差异，才能为土地利用规划提供更准确的指导，实现用地布局方案的优化。

2.2 指标体系构建

构建科学合理的指标体系决定了资源环境承载力测算结果的准确性及用地布局优化的科学性。在现有基于环境本底类、生态类、和社会经济类评价指标的基础上[13-15]，本文改进传统依赖行政区统计数据的指标评价尺度，融入空间评价尺度，以满足对用地布局优化的精准支撑。同时，根据对资源环境承载力的内涵定义，研究从社会经济承载力、资源承载力和环境承载力三方面构建资源环境承载力指标体系(表1)。其中社会经济承载力以现实的经济、人口空间分布为表征，是资源环境承载力的核心部分，用于反映社会经济活动空间分布的差异性。资源承载力从自然资源和社会资源两方面出发，自然资源方面通过区域可利用水、土资源反映对未来经济社会发展的硬性支撑；社会资源方面，通过交通与水利基础设施的空间分布表征对未来经济社会发展的软支撑。环境承载力则通过森林覆盖进行表征：森林覆盖率越高则表明区域生态环境质量越好，更适宜进行生态建设，而森林覆盖率相对较低的区域转化为建设用地的可能性越大，在其他条件相同的情况下越适宜布局社会经济活动。

表1 资源环境承载力评价指标体系

2.3 评价关键方法

对资源环境承载力的测算方法包括生态足迹法[16]、状态空间法[17]、SD模型[18]、模糊综合评价等主要方法[19]。基于本文定义的资源环境承载力是一种能力概念，且指标因子多为空间尺度，因此在借鉴学者研究成果的基础上，本文采用空间尺度下的模糊综合评价法，对资源环境承载力进行测算。不同于一般评价方法所涉及的对象多为各类行政区单元，而本文强调对评价指标使用空间格网化的表达方式，力求使评价的结果更准确的反映资源环境承载力的空间分异格局，以符合土地利用规划对评价结果的精准化要求。为此，研究需解决评价指标空间化和指标合成的标准化两大关键方法。

2.3.1 评价指标的空间化

对资源环境承载力的评价指标，根据其所属的数据特征，可采用3种方法对其进行空间化表达：①要素空间位置的直接显示，直接采用GIS的要素转栅格方法；②对传统的统计数据赋予空间分布信息，采用统计数据空间离散化的方法；③对于要素空间分布格局的表达，采用空间核密度的方法。表2展示了上述3种方法所对应使用的具体评价指标。

(1)空间离散化。传统的统计数据中，人口、经济等是对地理数据的表征。基于这一认识，可将同一行政区的统计数据与空间数据进行综合分析，按照覆被类型数据的图斑面积及其在相应行政区同类覆被类型的面积占比，离散相应比例的统计数据。实现流程见图1。

图1 统计数据空间离散化流程

空间离散化实现的关键在于根据统计数据与覆被数据(人口与房屋建筑区、二三产业GDP与建设用地)的对应关系；然后，根据相应覆被图版在行政区该类覆被用地的的面积占比，来分配统计数据在该图斑内的分布数量，及计算公式为：

SL=ZB×ZL

(1)

式中：SL为每个图斑承载的统计值；ZB为不同覆被类型的面积占比；ZL为各行政区范围内统计值总量。

(2)空间核密度。空间核密度分析是根据输入的要素空间位置计算其周围该要素的密度，生成结果为一个连续的密度表面，通过数据聚集情况直观反映指标的分布情况。相较于一般的空间点密度计算方法，核密度更多考虑了距离效应的影响，即距离空间位置更近的点对该位置的密度贡献更高。核密度计算的一般计算公式如下：

(2)

式中：x为待确定核密度的位置；xi为在x周围存在的对其产生影响的第i个点；h为带宽，主要是为了控制核密度估计的平滑程度。对于二维平面空间核密度的计算，一般可由GIS软件的空间分析工具来直接完成。

2.3.2 非空间指标的量化

土地资源承载力和水资源支撑能力的评价是针对具体行政区域，因而属于非空间指标。其量化方法主要采用主体功能区规划和其他学术研究成果所提出的方法来实行。

(1)土地资源承载力量化。区域土地资源承载力的测算借鉴国家主体功能区中可利用土地资源的计算方法：

可利用土地资源=((地形坡度∩海拔高度)-所含湖泊等水域面积-所含林草地面积-所含荒漠戈壁面积)-城镇建设用地面积+农村居民点用地面积+独立工矿用地面积+交通用地面积+特殊用地面积+水利设施建设用地面积-基本农田面积

(3)

其中，地形坡度与海拔高度对可利用土地资源的选择标准为：①按地形高程低于2 000m对应坡度取值小于15°；②地形高程在2 000～3 000m之间对应的坡度取值小于8°；③地形高程在3 000m以上对应坡度取值小于3°取值计算各土地利用类型面积。

(2)水资源承载力量化。水资源支撑能力通过人均水资源量、水资源开发利用率及剩余可利用水资源量3个指标加权叠加而成。本研究参考水资源支撑能力赋分的方法对水资源承载能力中的各分指标进行赋值[20]，值越高则承载能力越好(表3)。

表3 水资源支撑能力计算方法及分级标准

2.3.3 评价指标标准化

不同指标因子因具有不同的量级和量纲单位，不具有可比性。为实现模糊综合评价，需要进行数据标准化处理，将其值转化到0～1之间，以实现指标之间的比拟。原始数据经过数据标准化处理后，各指标处于同一数量级，适合进行综合对比评价。本项目选择常用的线性函数转换法进行指标因子标准化处理。针对正向指标公式(4)和负向指标公式(5)具有不同的标准化线性函数。

(4)

(5)

式中：X、X′分别为归一化转换前、后的值，MaxValue(X)、MinValue(X)分别为指标因子的最大值和最小值。

3 泸州市土地利用规划中的资源环境承载力评价

泸州市作为成渝城市群规划着力打造的区域性中心城市和长江上游生态屏障建设的重要节点，兼具经济发展与生态环境保护的双重任务。基于泸州市在推动经济发展、保护生态环境与优化资源利用三大现实问题上的典型性，本次以空间的视角，以资源节约、环境保护与经济发展的协调为目标，对泸州市土地利用规划中的资源环境承载力进行评价。

3.1 空间数据处理

本次研究时段为2010—2014年，研究数据包括空间数据、解译数据和统计数据。空间数据用于表现空间实体位置、形状、大小、分布等信息，通过点、线、面要素来表示。解译数据是在现有空间数据的基础上，通过对规划和政府工作报告的解读，对所需要素进行数字化解译得到。统计数据则是通过统计年鉴、统计公报等统计资料获取的数据形式。

3.2 单要素资源环境承载力评价

根据确定的资源环境承载力评价指标体系，采用500m×500m统一的像元大小对各指标进行测算。

(1)经济密度。经济密度反映了经济承载能力的空间差异。基于统计数据空间化方法，将土地覆被数据中的房屋建筑区、道路、构筑物、人工堆掘地作为建设用地，2014年泸州市各街道/乡镇二三产业产值数据为原始统计数据；根据建设用地与产值分布区的关系对二三产业产值进行离散化。在此基础上通过对经济离散化数据的核密度分析获得泸州市经济密度的空间分布图(图2)。

图2 泸州市经济密度空间分布

经计算发现，泸州市二三产业经济密度的空间分布具有明显的空间差异，中心城区作为泸州市经济发展的核心区，是经济密度的极高值分布区域。而泸县、纳溪区、合江县、叙永县和古蔺县的中心城区经济密度相对较高，但远远低于中心城区。除此之外的区域经济密度均极低。因此，城镇中心城区是承载经济发展的主要区域。

(2)人口密度。人口密度反映了区域人口承载能力的区域差异。与经济密度的获得方式相同，人口数据空间化以2014年泸州市各乡镇户籍人口数据以及居住用地作为数据支撑。以各街道/乡镇的户籍人口与相应区域根据房屋建筑密度和楼层高度进行了详细类型划分的居住用地相对应，采用前文确定的方法进行人口离散和密度计算(图3)。

经计算发现，泸州市人口密度分布呈现出两大基本特征：①人口密度空间差异明显，各区县中心城区表现为明显的高值区；②人口密度表现为点状形式的外向扩张，城市中心所在地是人口的集聚区。

图3 泸州市人口密度空间分布

(3)土地资源支撑能力。土地资源支撑能力反映了区域未来可利用建设用地的数量。根据前述可利用土地资源的计算公式，获得基于街道/乡镇尺度的可利用土地资源结果(图4)。

图4 泸州市各街道/乡镇土地资源分布

从评价结果来看，受到地形坡度等自然条件的影响，叙永县、古蔺县及合江县的大部分乡镇的可利用土地资源量较少；而泸州市中心城区作为城市建设的核心区，经济发展水平较高，资源利用率较高，导致可利用土地资源量偏少。相反，泸县全域、纳溪区和合江县中心城区周边各乡镇的可利用土地资源量丰富，能够形成区域经济社会发展的有力支撑。

(4)水资源支撑能力。水资源支撑能力反映了研究区水资源条件对区域社会经济发展的支撑能力，是进行人口和产业布局的重要依据。在收集户籍人口、水资源总量和用水量数据的基础上，根据前述评价方法，获得区/县尺度的水资源支撑能力结果(图5)。泸州市水资源支撑能力的高低与社会经济发展水平呈负相关关系：社会经济发展水平最高的江阳区和龙马潭区，虽紧邻长江和沱江两条大河，但快速的经济发展和农业的发展使其对水资源的需求很大且利用程度高，剩余可利用水资源量较少，对未来经济发展的支撑能力较差；而其他区县特别是合江县、叙永县和古蔺县经济发展水平较低，水资源利用较少，因而其支撑能力较好。

图5 泸州市各区/县水资源分布

(5)交通设施支撑能力。交通设施支撑能力反映了铁路、公路及交通节点等基础设施建设水平对区域经济社会发展的支撑能力，是由多指标构成的综合结果。首先采用专家打分的方式，获得交通设置各构成指标的权重(表4)；然后将各指标的空间核密度依据其权重叠加形成区域交通设施支撑能力的结果(图6)。

表4 交通设施支撑能力评价指标体系

图6 泸州市交通设施空间分布

泸州市交通基础设施支撑能力的分布具有明显的以中心城区为中心逐渐向外降低的圈层分布特征，以及沿高等级道路和长江两大轴线的轴带状分布特征，具有西高东低的分布格局。

(6)水利设施支撑能力。水利设施支撑能力通过河流与水库的建设情况进行表征，反映了对区域经济发展的支撑能力。水利设施支撑能力的评价方法与交通设施支撑能力一致，均采用专家打分形成指标权重(表5)，然后将指标的空间核密度依据权重叠加来形成(图7)。

表5 水利设施支撑能力评价指标体系

图7 泸州市水利设施空间分布

与交通基础设施支撑能力的空间分布相反，泸州市水利基础设施支撑能力的空间分布表现为南高北低，东高西低的基本特征，泸州市中心城区作为经济建设活动的集聚区，是水利设施支撑能力最差的区域。

(7)森林覆盖率。森林覆盖率是区域生态环境好坏的重要标志。森林覆盖率越高的区域，越应该划定为生态保护区，避免经济建设活动；而森林覆盖率越低，进行经济建设活动的可能性越高。以区域解译数据中的林地数据及行政区划数据为基础，采用GIS支持下的要素转栅格方法获得泸州市森林覆盖率的空间分布图(图8)。

从评价结果来看，泸州市南部的叙永县、古蔺县以及纳溪区和合江县的南部地区森林覆盖率较高，生态环境状况较好。而北部的江阳区、龙马潭区、泸县森林覆盖率较低，生态环境质量相对较差；但从建设用地布局的视角，森林覆盖率越低的区域转化为建设用地的可能性越大，对经济发展的承载能力越强。森林覆盖率越高的区域，越应作为生态保护区，构筑区域发展的绿色保障。

图8 泸州市森林覆盖率空间分布

3.3 综合承载力评价结果

基于各项单要素承载力的评价结果，采用指标标准化公式(4)支撑下的空间模糊综合评价方法，对泸州市资源环境承载力的综合结果进行计算(森林覆盖率这一反向指标，对其评价结果值依据公式(5)进行反向标准化)，并得到泸州市各项综合指标的评价结果。

社会经济承载力是人口密度和经济密度叠加的成果，从其空间分布特征来看，泸州市中心城区及各区县中心对经济发展和人口集聚的承载能力较高，泸县的部分区域、古蔺县二郎镇及高速公路沿线也是承载能力较高的区域；而其他区域的承载能力较低，不适合开展大规模的建设活动(图9)。

图9 泸州市社会经济承载力空间分布

资源承载力是由土地资源支撑能力、水资源支撑能力、交通设施支撑能力和水利设施支撑能力共同构成的综合指标，反映了资源的丰贫及其对经济社会发展的支撑能力。从评价结果来看，泸州市中心城区由于受到可利用土地资源较少、水资源利用率较高、以及水利设施支撑能力低的影响，其资源条件薄弱，未来发展的支撑力量不足；而泸县大部、合江县中心城区周边、国道沿线及古蔺中部地区等经济发展略缓与中心城区的区域，其资源条件优越，是区域发展的重要支撑(图10)。

图10 泸州市资源承载力空间分布

环境承载力是对森林覆盖率结果值进行反向归一化后的结果。结果显示泸县、江阳区、龙马潭区及合江县和纳溪区部分地区为适宜进行大规模建设活动的区域；而叙永县和古蔺县因地形的影响，可开展建设活动的区域较少且分布零散，对经济发展的承载能力较低(图11)。

研究区的资源环境承载力由社会经济承载力、资源承载力和环境承载力三大综合指标进行归一化处理后叠加得到(图12)。泸州市资源环境承载力的空间分布具有以下几大基本特征：①泸州市资源环境承载力表现为南低北高、东低西高的基本格局；②受到地形条件的影响，叙永县、古蔺县资源环境承载力较高的区域呈现出沿山谷零星分布的状态，而北部地区因于地势平坦，资源环境承载力高值区往往成片状分布；③受交通及水系的影响，资源环境承载力较高的区域呈现出一定的沿道路和河流分布的趋势；④由于资源条件较差，包括江阳区和龙马潭区的泸州中心城区主要表现为中等承载区域，可适当开展建设活动；而泸县大部分地区，借助优越的地形条件、资源条件和环境条件，其资源环境承载力水平整体较高，是泸州市未来可进行大规模经济建设活动的区域。

图11 泸州市环境承载力空间分布

图12 泸州市资源环境承载力空间分布

4 结论与建议

当前，资源环境承载力评价已成为开展经济社会活动的重要依据，也是进行土地利用规划调整的基础性工作。通过资源环境承载力约束下的用地布局的理论和实证研究，探索在资源环境问题日益严峻的大背景下，土地利用规划调整中应如何以资源环境承载力评价作为基础性辅助手段，实现用地布局优化。

(1)从实践意义而言，实现用地优化布局既是土地利用规划编制与调整的重要目标，也是缓解当前建设用地低效利用、不合理利用以及生态环境问题凸显等问题的重要途径。以资源环境承载力为约束，在摸清区域资源环境本底条件和最大承载量的基础上，寻求区域建设用地的可扩空间，优化建设用地布局，为土地资源合理利用和土地利用规划决策提供有效参考。

(2)从理论意义而言，目前针对建设用地布局优化的研究仍相对较少，相对成熟的研究主要是从景观生态学的角度出发，以整体景观的优化作为核心目标，偏重于定性描述。本研究拟在现有研究成果的基础上，以土地利用规划调整过程中建设用地布局优化为目标，采用用地空间仿真模拟方法对建设用地空间扩展和布局进行模拟，并以资源环境承载力为约束，进行最优建设用地布局方式的识别，以期丰富当前用地布局优化的理论研究，探寻更为精确的建设用地布局优化的量化方法。

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Research on Carrying Capacity of Resources and Environment for Land Use Planning：A Case Study of Luzhou City,Sichuan Province

LIUYin1,2,HUANGZhi-qin3,GUJi-rong1,2,YURu-yi1,2

(1.Key Laboratory of Land Resources Evaluation and Monitoring in Southwest,Sichuan Normal University,Chengdu 610066,China；2.School of Geographical and Resource Science,Sichuan Normal University,Chengdu 610066，China；3.Information Center of Land and Resources Department of Sichuan Province,Chengdu 610072，China)

As the bridge between environmental resources and socioeconomic development,the role of resources and environment carrying capacity in land use planning has been paid more and more attention by academics and administration.On the basis of summarizing the connotation of resources and environment carrying capacity in land use plan,this paper proposed an evaluation method of resource environment carrying capacity basing on spatial scale with the integration conditions of social and economic,resource,and environmental.And it was applied to a case study in Luzhou city,Sichuan.The study found that the spatial distribution of resources and environment carrying capacity of Luzhou possessed the following characteristics：(1) Influenced by the pattern of social and economic,resources,and environmental,it was higher at the northern the western regions.(2) Influenced by the traffic line and water system,the higher value zone presented a strip form;(3) Limited by the conditions of resources,the carrying capacity of construction land development in downtown area was not high.From both of the theoretical and practical significance,it is proved that the evaluation of the recourses and environment carrying capacity is necessary and reasonable basing on spatial scale in land use planning.It also provided effective supports for the optimization theory of land use and the precise layout of construction land.

carrying capacity of resources and environment；land use planning；spatial methods；connotation and evaluation

10.3969/j.issn.1009-4210.2016.05.014

2016-05-06；改回日期：2016-06-12

国家自然科学基金项目(41371125)；四川省国土资源科技项目(2014097)；四川省教育厅科研基金项目(14ZB0023)

刘 寅(1983—)，男，讲师，博士，从事基于空间分析技术的土地利用与区域发展演化格局研究。

E-mail：liuyin.scnu@foxmail.com

辜寄蓉(1968—)，女，教授，博士，从事地理信息系统理论与应用研究。E-mail：annygu126@126.com

F327(271)

A

1009-4210-(2016)05-094-11