基于SD和CA模型的土地资源配置策略研究<br/>——以鄱阳湖生态经济区为例

基于SD和CA模型的土地资源配置策略研究
——以鄱阳湖生态经济区为例

2018-06-19孙旭丹张立亭罗亦泳陈竹安

东华理工大学学报(社会科学版) 2018年1期

孙旭丹，张立亭，罗亦泳，陈竹安

(东华理工大学测绘工程学院，江西南昌 330013)

强化土地生态环境保护与构建生态环境友好型土地资源配置策略，是我国推进生态文明建设、建设“环境友好型社会”的重要切入点之一，是破解土地瓶颈制约、增强土地资源保障能力、促进可持续发展的重要途径。党的十八届三中全会报告指出，要紧紧围绕建设美丽中国深化生态文明体制改革，加快建立生态文明制度，健全国土空间开发、资源节约利用、生态环境保护的体制机制，推动形成人与自然和谐发展现代化建设新格局。2014年11月20日，江西省步入我国首批全境列入生态文明先行示范区建设的队伍，这对地区“既要金山银山，更要绿水青山”的理念提出了更高要求[1，2]。2017年2月，国务院印发《全国国土规划纲要(2016—2030年)》，《纲要》指出：“要贯彻区域发展总体战略和主体功能区域战略，对国土空间开发、资源环境保护、国土综合整治和保障体系建设等作出总体部署与统筹安排。要进一步优化国土开发格局、提升国土开发质量、规范国土开发秩序；优化生产、生活、生态空间，推进生态文明建设，完善国土空间规划体系和提升国土空间治理能力。”然而，随着江西经济的快速发展，对土地的需求量不断增加，加之对土地的不合理开发及利用，鄱阳湖生态经济区土地生态问题日益凸显，严重制约了鄱阳湖生态经济区的建设与发展。因此，研究鄱阳湖生态经济区生态友好型土地资源配置策略，具有重要的现实意义。

1 研究区概况

鄱阳湖生态经济区位于江西省北部，地跨28°30′—30°06′N、114°29′—117°25′E，是以鄱阳湖为核心，包括南昌、九江、景德镇3市，以及鹰潭、新余、抚州、宜春、上饶、吉安市的部分县(市、区)，共38个县(市、区)，鄱阳湖生态经济区示意图，见图1。该区具有发展生态经济、促进生态与经济协调发展的优良条件，其东邻长江三角洲和闽东南沿海发达地区；西接武汉城市群、长株潭城市群；北连中原城市群、皖南城市群；南望珠江三角洲，是长江三角洲、珠江三角洲、海峡西岸经济区等重要经济板块的直接腹地。此外，鄱阳湖生态经济区位于沿长江经济带和沿京九经济带的交汇点，是沟通东西部、连接南北方的重要枢纽。

图1 鄱阳湖生态经济区示意图

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

采用的数据主要来源于Landsat TM遥感数据，获取的时间分别为2004年12月、2009年12月，影像的分辨率为30 m×30 m。通过2005—2010年江西统计年鉴，获得鄱阳湖生态经济区社会、经济、生态数据。

2.2 研究方法

2.2.1 系统动力学模型

系统动力学是运用定性与定量相结合及系统综合推理方法处理复杂系统问题，其建模过程就是一个学习、调查、研究的过程[3]。系统动力学模型(System Dynamic Model，简称SD模型)是用来研究系统复杂行为的一种方法, 其突出特点是能够反映复杂系统结构、功能与动态行为之间的相互作用关系, 对复杂系统进行动态仿真实验, 从而考察复杂系统在不同情景(不同参数或不同策略因素)下的变化行为和趋势[4]。SD模型常用来预测不同社会经济条件下的土地利用需求，或是用于预测不同土地利用规划或管理情景下的土地利用变化，被众多学者认为是降低未来土地利用过程潜在风险水平的有效途径[5]。该模型在反映宏观用地总量需求方面具有明显优势，但在反映微观土地利用空间格局方面存在明显不足。

鄱阳湖生态经济区土地需求主要分为农用地需求、建设用地需求和水域需求，其中农用地包括耕地、园地、林地、牧草地及其他农用地。根据影响土地需求各种因素的特点，利用Vensim软件，构建鄱阳湖生态经济区土地需求系统动力学模型(图2)。该模型分为五大子系统：(1)人口增长子系统；(2)经济发展子系统；(3)生态建设子系统；(4)市场调节子系统；(5)土地政策子系统。

图2 鄱阳湖生态经济区土地需求系统动力学模型

2.2.2 元胞自动机模型

元胞自动机模型(Cellular Automata Model，简称CA模型)是一种时间、空间、状态都离散，空间相互作用和时间因果关系都为局部的网格动力学模型[6]。CA模型具有高度的灵活性、开放性以及强大的空间运算能力，能可视化模拟土地利用变化时空分布的动态过程[7]。

运用ENVI软件，将鄱阳湖生态经济区2004年、2009年遥感影像解译为耕地、林地、草地、水域、建设用地及其他用地，并通过Arcgis技术进行数据处理，得到2004年、2009年鄱阳湖生态经济区土地利用现状分类图(图3、图4)，各类土地类型面积统计数据见表1。

图3 鄱阳湖生态经济区2004年土地利用现状分类图

图4 鄱阳湖生态经济区2009年土地利用现状分类图

从表1可知，鄱阳湖生态经济区以耕地、林地、水域为主，且土地利用类型相对较为丰富。自2004年至2009年，鄱阳湖生态经济区耕地面积大量减少，林地、草地面积有所下降，水域面积明显增加，建设用地不断增长。

CA模型通过对遥感影像的解译，获得不同历史时期土地利用等空间信息。此外，CA模型有四个基本要素：元胞、状态、领域和转换规则[8]。本模型把鄱阳湖生态经济区划分为大小适宜的元胞，每个元胞都有特定的状态，未来的状态由转换规则决定(关键是如何定义转换规则)。以土地利用数量、结构、政策为约束条件，定义元胞自动机模型转换规则。同时，转换规则中加入社会、经济、生态因素，更为全面系统地预测了鄱阳湖生态经济区未来10年的土地利用变化情况。

表2 鄱阳湖生态经济区2014年土地利用类型的统计数据

具体操作过程为：中心元胞输入土地利用类型为耕地，元胞邻域以林地、草地、水域、建设用地、其他用地元胞数量为邻域情景。元胞邻域类型采用Moore邻域。根据邻域关系确定下一刻转化的土地利用类型所用的方法是蒙特卡洛方法。利用鄱阳湖生态经济区2004年、2009年土地利用类型数据计算出耕地、林地、草地、水域、建设用地、其他用地所占的比例，将它们映射到[0,1]区间内，使其在该区间内都有其对应的取值区间，由CA模型产生一个介于0到1之间的随机数，随机数落到哪一个土地利用类型区间内，就是元胞下一时刻转化的土地利用类型。另外，为了增加模型精度，设置了模型参数。

表1 鄱阳湖生态经济区2004年、2009年土地利用现状统计表

(1)将鄱阳湖生态经济区2009年土地利用类型数据添加到模型中，保存数据；

(2)将鄱阳湖生态经济区2004年土地利用类型数据添加到模型中，设置参数，进行分析，直至其用地数量大致与2009年土地利用类数据接近时停止分析，记录此迭代分析的次数T，T为模型的一个转化周期；

(3)再次将鄱阳湖生态经济区2009年土地利用类型数据导入模型中，参数保持不变，并在此基础上分析T次，得到鄱阳湖生态经济区2014年土地利用类型的统计数据(见表2)。运用相同的方法，得到鄱阳湖生态经济区2019年土地利用类型的预测数据(见表3)。

表3 鄱阳湖生态经济区2019年土地利用类型的预测数据

表4 鄱阳湖生态经济区2009年-2019年土地利用变化情况

从表4可知，鄱阳湖生态经济区2009—2019年耕地、建设用地、其他用地面积将略有增加，林地、草地、水域面积会有所下降。

3 土地资源配置策略

我国的基本国情是人多地少、土地资源紧缺。针对鄱阳湖生态经济区存在的用地问题，亟待建立土地资源优化配置体系，提出生态友好型的土地资源配置策略。生态友好型的土地资源配置策略应该是既有刚性又有弹性的配置策略，并且土地资源配置的模式不应是单一的，而需要多尺度协调运作。

(1)进一步完善现有规划。现阶段，我国土地资源配置主要的依据是土地利用总体规划。2009年12月，国务院正式批复同意《鄱阳湖生态经济区规划》，标志着鄱阳湖生态经济区规划已上升为国家战略层面的区域发展规划。

(2)创新土地使用制度，提升土地节约集约利用水平。土地资源配置的本质是土地使用制度的制定，实现鄱阳湖生态经济区土地资源优化配置最根本最有效的手段就是建立土地使用制度的创新机制。

①保障农业生产用地，切实推进现代化农业建设。现代化农业建设应该以高标准农田建设为切入点，加强机耕道路建设，强化技术装备，大力推进农业机械化。

②控制建设用地总量，推动建设用地内涵挖潜和集约利用。耕地转变为建设用地是不可逆的资源利用过程。因此，建设用地的选址应尽量不占耕地，确实需要占用的，应尽量占用等级较低的耕地。挖掘存量建设用地的潜力，避免重复建设和乱占耕地的现象。进一步落实建设用地“增减挂”政策，该政策以“增加耕地有效面积，提高耕地质量，节约集约利用建设用地，用地布局更合理”的目标。

③改善生态环境，保障生态用地需求。随着区域人口的不断增加和区域空间的非理性扩张，鄱阳湖生态经济区生态环境不断遭到破坏，生态安全状况令人堪忧。因此，应加强土地污染治理，进一步改善生态环境，推动鄱阳湖生态经济区生态文明建设。

(3)调整土地利用结构，提升土地资源的利用效率。土地资源的空间位置是固定不变的，因此在进行土地资源合理配置过程中无法将鄱阳湖生态经济区中不同城市和区域间的土地资源调和，只能在各城市和区域内部进行土地资源数量和结构的调整。土地利用结构的调整是一个缓慢的过程，最有效的调整方法就是调控鄱阳湖生态经济区发展中的各类经济、社会、生态要素。通过对鄱阳湖生态经济区各类经济、社会、生态要素的调控，进而实现土地利用结构的有效调整。

(4)加大土地综合整治力度。土地综合整治应着眼于鄱阳湖生态经济区整个土地资源的优化配置，对区域“田、水、路、林”的统筹布局。

(5)建立“政府—市场”互动的土地资源配置机制。习近平总书记指出：“更好发挥政府作用，不是要更多发挥政府作用，而是要在保证市场发挥决定性作用的前提下，管好那些市场管不了或管不好的事情。”进一步完善市场调节机制，包括土地市场交易管理、地价管理。

(6)建立土地资源运行的监督机制，提高土地资源可持续利用能力。土地资源的运行应该遵循公开、公平、公正原则，从信息发布、竞价、决策的各个环节都应建立较为完善的监督机制，确保鄱阳湖生态经济区有限的土地资源得到合理配置，进而提高土地资源的可持续利用能力。