基于GIS技术的县域生态用地重要性评价*——以泸水县为例

李益敏，丁 扬，魏苏杭

(1.云南大学资源环境与地球科学学院； 云南省地理研究所，昆明 650091; 2.海南大学热带农林学院,海口 570228)

基于GIS技术的县域生态用地重要性评价*
——以泸水县为例

李益敏1※，丁 扬2，魏苏杭1

(1.云南大学资源环境与地球科学学院； 云南省地理研究所，昆明 650091; 2.海南大学热带农林学院,海口 570228)

[目的]生态用地是构建区域生态安全格局的基础，对区域可持续发展具有重要意义。结合国家实施的“全国主体功能区规划”、“多规合一”方案，在总结前人相关研究成果的基础上，对生态用地进行概念界定与分类； 在分类基础上以云南省泸水县为例，选取地质灾害规避、土地防护、水资源安全、公路防护带建设、生物多样性保护5个指标因子进行生态用地重要性评价。[方法]利用GIS空间分析方法，叠加5个因子图层得到区域生态用地重要性分级及空间分布。[结果]提出增加生态用地为土地利用类型，将生态用地分为13个二级地类，调整后的土地利用类型为8个一级地类和46个二级地类； 且二级地类在保持与原相关分类一致的前提下，重新归类。更好地与原分类进行了衔接，分类可实施性较强。评价结果分为4个等级。[结论]结果符合泸水县生态用地功能特征，在土地分类实践中具有一定的理论意义，在区域用地规划中有一定的参考性。

生态用地 土地利用分类 生态用地评价 关键性生态用地 规划

0 引言

生态用地作为具有重要生态服务功能的区域和空间，是生态系统稳定和人类社会发展的基础[1]。然而，我国现行的《土地利用现状分类》(2007年8月修订)未体现出生态用地分类体系，缺乏从生态安全角度考虑土地利用类型[2， 3]，导致土地不合理开发引发生态环境问题的产生[1]，不利于对生态用地重要性的认识和保护工作。近年来，我国对生态用地的保护日臻重视，尤其在各类空间管制规划中。如2000年颁布的《全国生态环境保护纲要》， 2008年颁布《全国土地利用总体规划纲要》， 2010年颁布的《全国主体功能区规划》， 2014年印发的《关于开展市县“多规合一”试点工作通知》中均明确提出要加强生态用地保护。文章研究生态用地的分类及评价，即是在这一实践需求背景下的探索。

生态用地概念及分类是进行生态用地空间研究的基础。很多学者从维护区域生态安全[2-4]、生物多样性[5]、生态系统[6]、生态系统服务[7， 8]等角度提出生态用地功能分类的重要性并界定生态用地[9， 10]。国外没有明确的生态用地概念以及相关的分类体系，不过在很多地区一些用地类别的划分已经渗透了生态用地的思想，如欧洲土地利用分类体系中的森林和半自然区、沼泽地水体[11]，日本现行土地分类中的森林地、原野、水面[12]，俄罗斯土地分类中的特别保护区和它的客体用地、森林资源用地、水资源用地[13]。韩国的自然环境保护地域[14]，联合国土地分类中的内地水域、木本沼泽、裸地、森林和林地、灌木群落、矮灌群落、草地都在功能划分上区别于耕地和人工建筑用地[15]。这些研究对生态用地的界定和保护具有重要意义，但分类体系还不够完善，需要开展更深入细致的研究。

此外，学者们从生态服务功能、生态敏感性、生态安全格局等角度开展生态用地重要性评价。如马振兴等[16]从土壤环境质量、生态服务功能、景观空间结构等方面建立评价指标对生态用地进行了评价； 王世东等[17]从生态服务功能和生态敏感性两方面来选取指标对县域生态用地进行了评价； 刘昕等[18]选取生态环境、生态敏感性、气候、土壤和地貌5 类因子作为生态用地评价因子指标进行评价。从研究方法上，定量化、空间化技术应用到生态用地评价研究中[16， 17]。

在我国构建生态安全格局和建设生态文明背景下，生态用地在国家建设中的地位将更加重要，开展相关研究有利于推动我国土地利用分类中加入生态用地，使生态用地得到更好保护。本项目选择生态极为脆弱，并承担着区域生态安全保障功能的泸水县作为研究区开展生态用地重要性评价。

图1 泸水县在云南省位置

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

泸水县隶属云南省西北部的怒江傈僳族自治州，为边境少数民族山区，位于东经98°34′～99°09′、北纬25°33′～26°32′之间，总面积3203.04km2。2015年末，泸水县辖6镇3乡(图1)，总人口18.71万人。国际河流怒江从北向南流经泸水县。泸水位于“三江并流”世界自然遗产地腹地，生态战略地位特殊，生态区位重要，生物种类丰富，生物区系关键，具有重要的生态安全屏障功能。境内有着丰富的水资源、矿产资源和林业资源，境内高黎贡山自然保护区是国家级自然保护区，物种丰富，是生态多样性保护的关键区域。

1.2 数据源

该研究需要的数据包括：泸水县2014年土地利用图，由Rapid Eye遥感影像图解译得到； 泸水县1： 5万DEM； 泸水县公路等级图； 泸水县水系网由DEM得到、泸水县高黎贡山自然保护区划图、土壤有机质含量分布图、岩性图、断裂带图，雨量站分布及月降雨量。所有图坐标系为西安80。

1.3 研究方法

1.3.1 生态用地概念及分类研究

目前，在生态用地概念的界定上还存在分歧，如具有部分生态功能的耕地是否应该划分到生态用地类型学者们有不同的观点。基于生态保护和土地规划目的，生态用地的概念确定应该遵循以下原则：一是突出生态用地的特殊生态服务价值功能。二是生态用地分类界定要与现行《土地利用现状分类》的衔接与融合。前者是新增生态用地类型的必要条件，后者则考虑了这一土地类型在国土规划、管理、保护中的实际应用。该文在前人研究基础上，借鉴国外的土地分类体系，将生态用地界定为在一定区域内起到维持生态系统功能或者潜在需要保护以发挥其生态功能作用的土地，这些功能主要体现在保护土壤、防风固沙、涵养水源、净化环境、提供栖息地以及维持生态多样性上[1]。在此基础上，结合现行《土地利用现状分类》，将生态用地分类有效衔接与融合，见表1，表2。

表1 生态用地类型及分类体系

一级分类二级分类含义编码类别名称代码类别名称21林地指生长乔木、竹类、灌木的土地，及沿海生长红树林的土地。树木郁闭度≥0 2的乔木林地，包括红树林地和竹林地；灌木覆盖度≥40%的林地；指树木郁闭度≥0 1、<0 2的林地)、未成林地、迹地、苗圃等林地；不包括居民点内部的绿化林木用地，铁路、公路征地范围内的林木，以及河流、沟渠的护堤林22园地指种植以采集果、叶、根、茎、汁等为主的集约经营的多年生木本和草本作物，覆盖度大于50%或每667m2株数大于合理株数70%的土地。包括用于育苗的土地、果园、茶园、种植桑树、橡胶、可可、咖啡、油棕、胡椒、药材等其他多年生作物的园地2生态用地23草地生长草本植物为主的土地。包括以天然草本植物为主，用于放牧或割草的草地；人工种植牧草的草地；树木郁闭度<0 1，表层为土质，生长草本植物为主，不用于畜牧业的草地24水域及水利设施用地指陆地水域，海涂，沟渠等用地。包括河流水面、湖泊水面、水库水面、坑塘水面、沿海滩涂、内陆滩涂、沟渠、冰川及永久积雪；不包括滞洪区和已垦滩涂中的耕地、园地、林地、居民点、道路等用地25交通林木用地铁路、公路征地范围内的林木等道路防护绿地26公园与绿地城镇、村庄内部的公园、动物园、植物园、街心花园和用于休憩及美化环境的绿化用地27街道行道树用地城镇、村庄内部公路道路(含立交桥)两侧的行道树用地28沼泽地指经常积水或滞水，一般生长沼生、湿生植物的土地29沙地指表层为沙覆盖、基本无植被的土地。不包括滩涂中的沙地210裸地指表层为土质，基本无植被覆盖的土地；或表层为岩石、石砾，其覆盖面积≥70%的土地211盐碱地指表层盐碱聚集，生长天然耐盐植物的土地212空闲地指城镇、村庄、工矿内部尚未利用的土地213田坎主要指耕地中南方宽度≥1 0m、北方宽度≥2 0m的地坎

生态用地分类中没有包括耕地，主要是出于以下考虑：一是耕地主要体现的是土地的生产功能，社会经济属性较强。其农田生态系统结构、功能单一、自我调节能力较弱，从耕作到收获都需要人工阶段性物质投入以及维护。人为干预在某种程度上改变了生态系统自身物质和能量循环，也造成了面源污染。二是对生态用地分类的目的是为了加强对生态用地的管理和保护，耕地保护已经有相关的职能部门进行管理和执行，如把耕地纳入生态用地类别，其职能部门会存在交叉管理、权能分化等情况，不利于对生态用地的特殊保护。

表2 调整后的土地利用分类(包含生态用地)

一级类二级类一级类二级类编码类别名称代码类别名称编码类别名称代码类别名称1耕地11水田5住宅用地51城镇住宅用地12水浇地52农村宅基地13旱地6公共管理与公共服务用地61机关团体用地2生态用地21林地62新闻出版用地22园地63科教用地23草地64医卫慈善用地24水域及水利设施用地65文体娱乐用地25交通林木用地66公共设施用地26公园与绿地67风景名胜设施用地27街道行道树用地7特殊用地71军事设施用地28沼泽地72使领馆用地29沙地73监教场所用地210裸地74宗教用地211盐碱地75殡葬用地212空闲地76设施农用地213田坎77水工建筑用地3商服用地31批发零售用地8交通运输用地81铁路用地32住宿餐饮用地82公路用地33商务金融用地83街巷用地34其他商服用地84农村道路4工业仓储用地41工业用地85机场用地42采矿用地86港口码头用地43仓储用地87管道运输用地

加入生态用地分类调整后的土地利用现状分类如表2所示，由原先的12个一级分类、57个二级分类调整为现在的8个一级分类和46个二级分类。原分类“水域及水利设施用地”中的二级地类“水工建筑用地”、“其他用地”中二级地类“设施农用地”归入到新分类中的一级地类“7-特殊用地”中的二级地类，余下的二级地类均划归到“2-生态用地”二级分类中。调整后的一级地类“8-交通运输用地”中“81-铁路用地”、“82-公路用地”两种道路用地含义不再包括林木附属用地(其已经划归到“生态用地”中“交通林木用地”)，“83-街巷用地”不再包含城镇、村庄内部公用道路(含立交桥)两侧行道树的用地(其已划归到“生态用地”中“街道行道树用地”)。

1.3.2 生态用地重要性评价及关键性生态用地空间识别

生态用地重要性主要体现在生态服务功能及生态敏感性上。结合研究区的特点，选取地质灾害规避、土地防护、水资源安全、公路防护带建设、生物多样性保护5个指标进行生态用地重要性评价，基于GIS技术，得出各类用地重要性指数值和保护等级划分，完成生态用地的重要性评价和空间分布格局。参考谢花林等[9]对区域关键性生态用地的定义并结合县域特征将评价结果分级为核心型关键性生态用地、辅助型关键性生态用地、过渡型关键性生态用地、非关键性生态用地等4个等级，特别识别出维护区域生态安全的那些关键性生态用地空间分布格局，关键性生态用地要作为禁止开发区重点保护。

2 评价结果及分析

关键性生态用地从维护区域生态安全的角度考虑，主要体现在生态服务功能以及生态敏感性上。有些线状(公路、水系)用地需要防护林地，而这些可能不含在上文空间识别的生态用地范围内，需要进行公路和水系的防护林规划。选取地质灾害规避与土地防护、水资源安全、公路防护带建设、生物多样性保护5个指标，对各类功能用地评价因子进行等级划分并赋值，得出各类用地重要性级别和指数，完成生态用地的重要性评价和关键性等级划分及空间识别。

2.1 生态用地各指标因子及分析评价结果

(1)地质灾害规避与土地防护重要性评价。地质灾害和水土流失会破坏生态系统的结构，影响系统内部的物质和能量循环，进而影响生态功能发挥。水土流失严重的区域生态脆弱性较强，属于重点保护以使其维持生态系统稳定。地灾规避与土地防护用地选取地灾易发性、土壤侵蚀度作为评价因子。基于ArcGIS10.1平台，选取高程、坡度、坡向、水网密度、岩性、距断裂带距离、距道路距离、土地利用类型8个因子，运用已发生灾害点信息量模型进行地灾易发性评价，得到斜坡地质灾害易发性分区图，并根据不同级别易发区进行评价和赋值； 选取降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度、坡长、植被覆盖和水土保持措施因子用RUSLE模型对泸水县的土壤侵蚀进行评价研究，基于 GIS 空间分析，获取泸水县土壤侵蚀模数空间分布图，根据 SL 190-2007的分级标准并作适当调整，进行土壤侵蚀强度分级。地灾易发性、土壤侵蚀度分级评价及赋值结果见表3； 将地灾易发性和土壤侵蚀度两图层进行栅格计算，综合取高值，作为地灾规避与土地防护用地的评价和赋值结果。

(2)水资源安全重要性评价。选取河湖缓冲区、水源涵养地类型作为评价因子，重要性评价级别及赋值如表4。基于ArcGIS10.1平台，将水系图层以50m[1]为单位做4级缓冲区； 水源涵养是水源安全的一个保障，可以起到调节径流，防止水、旱灾害等重要作用。水源涵养能力主要与用地类型、土层厚度、土壤理化性质有关。选取水源涵养地类型作为指标因子，结合谢高地[19]、谢花林等[9]人研究成果并加以修正，园地的水源涵养当量值取林地和草地的平均值，对林地、园地、草地分别赋值为7、5、3。各因子分级评价及赋值见表4。

(3)公路防护用地建设重要性评价。公路防护林具有降噪、吸污纳污、增加行车安全、减少对周边农田和居民干扰、美化景观等生态功能。选取泸水县内二级公路图层以50m[1]为单位做3级缓冲区，并分别赋值。见表5。

受论文篇幅限制，将上述指标因子评价结果图叠加生成一个图，上述指标因子均分为四级，评价因子图层进行栅格计算，叠加时综合取高值，得到图3。

(4)生物多样性保护重要性评价。生物多样性的保护是生态用地重要生态功能之一。生物多样性依赖于生物栖息地的生态系统的结构完整和功能稳定。不同的覆被类型由于在结构、功能上的差异，对生物多样性的保护起到的作用也就不同。结合谢高地[19]等研究成果《中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值表》中森林、草地、水体在生物多样性保护这一功能当量，取园地的当量因子为林地和草地均值，赋值如表6。

表3 地灾规避与土地防护重要性评价因子及分级标准

地灾规避与土地防护用地因子贡献率分级极重要重要一般重要不重要地灾易发性极易发区高易发区中易发区低易发区土壤侵蚀良强度侵蚀中度侵蚀轻度侵蚀微度侵蚀分级赋值7531

表4 水源安全重要性评价因子及分级标准

水源安全保障用地因子贡献率分级极重要重要一般重要不重要河湖缓冲区距离<50m50～100m100～150m>150m水源涵养地类型林地园地草地分级赋值7531

表5 公路防护重要性评价因子及分级标准

公路防护用地因子贡献率分级极重要重要一般重要不重要道路缓冲区<50m50～100m100～150m>150m分级赋值7531

表6 生物多样性保护重要性评价因子及分级标准

生物多样性保护用地因子贡献率分级极重要很重要重要一般重要不重要用地类型自然保护区林地水域园地草地分级赋值76542

图2 泸水县生态用地空间分布 图3 泸水县地灾规避与公路水源防护用地

图4 泸水县生物多样性保护用地 图5 泸水县关键性生态用地空间分布

(5)关键性生态用地评价。在上述指标评价和赋值的基础上，利用ArcGIS10.1栅格计算功能，将各因子图层进行叠加求和得到评价结果值，将结果值分为核心型关键性生态用地、辅助型关键性生态用地、过渡型关键性生态用地、非关键性生态用地4个等级(图5，表7)。分级参考有关学者在生态学研究中采用的自然断点法进行关键性级别划分[20-21]，自然断点法是根据数值统计分布规律将数据集中不连续的地方作为分级依据，对数据集合进行分级的方法，该方法能减少同一级中的差异，增加各级间的差异。

2.2 生态用地指标因子及关键性生态用地评价结果分析

根据表7的统计，泸水县生态用地面积为2790.69km2，约占县总面积的91%，生态用地资源丰富，是我国边疆重要的生态屏障。其中林地面积2616.31km2，占生态用地总面积的93.75%，对调节气候、提供生物栖息地、涵养水源起到了关键作用。

地灾规避与防护用地中，极重要和重要用地占生态用地面积的54.85%，主要集中在怒江两侧，这是由于沿江居民的活动对自然造成了较大的干扰，地灾和土壤侵蚀比较严重，需要重点防护与保护。

水源安全保障用地中，由于林地较多，水源能力较强，极重要用地面积占了生态用地的86.83%，较好地维持了水源安全。不重要用地主要集中在居民活动地区，林地较少，需要加强这些地区的水源安全保障工作，减少人类活动对水源的污染。

公路防护用地集中在公路两边，所以比例不大，但是却很重要，需要完善公路两边的林地绿化工作，减少公路对生态、居民生活造成的干扰。

生物多样性保护用地中(图4)，极重要区域分布在高黎贡山自然保护区内，占生态用地的29.66%，是宝贵的物种栖息地，应保持现状，严禁人类活动的干扰。林地资源的丰富，也为生物多样性的保护提供了生物栖息地保障。

关键性生态用地的评价中(图5)，重要性程度大致有怒江向两侧逐渐降低。其中核心型、辅助型关键性生态用地占生态用地的54.6%。生态用地的概念中潜在需要保护以发挥其生态功能作用的土地，核心型、辅助型关键性生态用地区域人类的活动造成了生态环境的部分破坏，是迫切需要改善和保护的，以使其生态系统稳定发挥生态功能。

表7 泸水县生态用地识别结果

用地类型类别/重要性等级面积(km2)百分比(%)累计百分比(%)生态用地林地2616 3193 7593 75园地6 800 2493 99草地65 052 3396 32水域及水利设施用地29 551 0697 39裸地72 972 61100 00地灾规避与防护用地极重要789 8928 3128 31重要740 4226 5454 85一般重要768 1527 5382 38不重要491 3017 61100 00水源安全保障用地极重要2694 6486 8386 83重要33 781 1087 93一般重要82 342 6690 59不重要290 239 41100 00公路防护用地极重要99 573 233 23重要98 503 206 43不重要2880 3493 57100 00生物多样性保护用地极重要818 7429 6629 66很重要1851 7467 0896 74重要25 390 9297 66一般重要6 800 2597 91不重要57 922 10100 00关键性生态用地核心型关键性生态用地639 1722 7322 73辅助型关键性生态用地896 1331 8754 6过渡型关键性生态用地1196 2942 5497 14非关键性生态用地80 292 86100 00

3 结论与讨论

(1)由于生态用地尚未有统一概念，论文依据生态用地概念：在一定区域内起到维持生态系统功能或者潜在需要保护以发挥其生态功能作用的土地。提出将生态用地作为一级分类纳入土地利用现状分类体系，新调整的土地利用现状分类体系包含8个一级分类和46个二级分类，其中生态用地包含13个二级分类(21-林地、22-园地、23-草地、24-水域及水利设施用地、25-交通林木用地、26-公园与绿地、27-街道行道树用地、28-沼泽地、29-沙地、210-裸地、211-盐碱地、212-空闲地、213-田坎)。

(2)以泸水县为例，进行了县域尺度生态用地重要性评价。选取地质灾害规避、土地防护、水资源安全、公路防护带建设、生物多样性保护5种指标评价了泸水县生态用地重要性，评价结果将生态用地分为核心型关键性生态用地、辅助型关键性生态用地、过渡型关键性生态用地和非关键性生态用地，结果显示，核心型关键性生态用地主要集中在怒江周边人类活动较多、距断裂带较近的地区，体现了指标选取在生态脆弱性上的考量，为需要重点保护及加强生态建设的区域。其他地区多为人类活动干扰较小或没有干扰，属于应维持现状区域。评价结果较符合泸水县生态用地在维护区域水土保护、灾害规避、生物多样性维持等方面的功能，

(3)生态用地的评价中，核心型、辅助型关键性生态用地区域，人类的活动干扰较大，容易造成对生态环境的破坏，是迫切需要改善和保护的，以保证这些生态用地能稳定发挥生态功能。

(4)生态用地的分类体系建立以及在此基础上的生态用地重要性评价空间分布为泸水县生态用地在空间化保护提供了依据。生态用地的保护需要全方位统筹，边缘区的用地调整、县域尺度上的产业结构调整、线状生态用地的防护带建设、关键性生态用地的景观优化等都是保护的必要措施。

(5)针对泸水县林地资源丰富的情况，要拓宽林业产业经营方式，提高林业的经济效益，增加林农收益，探索森林生态效益的补偿制度问题及完善办法[22]，实现林业的可持续发展[23]。

(6)论文在开展生态用地重要性评价时，尽量结合区域特点，选择了对区域生态安全具有重要影响的指标，但选用的指标难免有不完善之处，有待今后进一步完善研究。

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IMPORTANCE ASSESSMENT OF COUNTY-SCALE ECOLOGICAL LAND BASED ON GIS*——A CASE STUDY IN LUSHUI COUNTY

Li Yimin1※, Ding Yang2, Wei Suhang1

(1. School of Resource Environment and Earth Science, Yunnan University; Yunnan Institute of Geography, Kunming 650091, China; 2. College of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou570228, China)

The ecological land is the basis to constitute the regional ecological security, and has a great significance on the regional sustainable development. Based on the planning program of "The National Main-function Zones" and "The Integrated Planning", by overviewing former related studies, this paper defined and classified the ecological lands in Lushui county, Yunnan province.5 key factors (i.e., geological disaster avoidance, land protection, water security, highway protection and biodiversity conservation) were selected to carry out the importance assessment, and then the level and spatial distribution of critical eco-land were obtained by overlapping 5 layers together using GIS method. The results showed that the eco-land was classified into 13 secondary land use types. The adjusted land use was classified to 8 top-level and 46 secondary land use types. The new classification can be well matched the original classification and be operated easily. The results can provide a theoretical significancefor land classification and regional land use planning.

eco-land; land use classification ; assessment of eco-land; critical eco-land; planning

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170507

2015-11-18

李益敏(1965—)，女，云南昆明人，研究员。研究方向：GIS与土地利用。Email： 648119611@qq.com；丁扬(1987—)，男，安徽阜阳人，博士。研究方向：生态修复、土地制度与政策、土地整理与区域发展。李益敏和丁扬为共同第一作者。

*资助项目：国家自然科学基金项目“基于3S技术的怒江峡谷农业产业结构调整与生态修复互动研究”(41161070)； 云南省科技惠民项目“云南怒江流域精细化地质灾害气象预警系统研究及示范”(2013CA014)； 云南省自然科学基金项目“怒江州产业结构变化及其生态环境效应研究”(2013FZ001)

F301; S127

A

1005-9121[2017]05048-09