黔西南喀斯特地区国土空间规划“双评价”技术与实践：以义龙新区为例

付梦娣, 李晨旭, 刘伟玮, 冯朝阳, 马 凌, 朱彦鹏*

1.中国环境科学研究院, 国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室, 北京 100012 2.中国国际工程咨询有限公司, 北京 100048 3.中国石油管道局工程有限公司第四分公司, 河北 廊坊 065000

资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价(简称“双评价”)是摸清资源利用上限与环境质量底线的重要举措，是划定“三区三线”、优化国土空间格局的基本依据. 资源环境承载能力研究经过近百年的发展，从最初单一的土地资源承载力、水资源承载力、农业资源承载力发展到资源承载力、环境承载力、生态环境承载力及其集成研究[1]. 近年来农业生态区域法[2]、系统动力学法[3-4]、生态足迹法[5-6]、水足迹法[7]、能值分析法[8-9]等研究理论与评价方法的兴起，极大地推进了资源环境承载能力评价的定量化和模式化. 面向国土空间规划，资源环境承载力评价还存在资源环境承载压力、能力与潜力之间的逻辑不清，“木桶原理”复合思路与适宜性评价的逻辑矛盾等问题[10-11]. 国土空间开发建设适宜性理念源于土地适宜性思想，评价指标体系早期以工程地质条件为主，随后涉及要素日益多元化，涵盖地质地貌、生态、经济、社会各方面[12]. 国内外学者运用多要素空间叠置分析、景观格局分析、生态位模型、模糊数学、神经网络等方法对典型地域进行国土空间开发建设适宜性评价，为相关研究提供了大量有益借鉴. 然而，仍存在单一视角重自然、轻人文或复合视角对要素交互作用阐述薄弱、城乡融合欠缺等问题[13].

随着生态文明建设推进和国土空间规划体系改革，开展符合国土空间规划编制要求的“双评价”方法研究具有理论和实践的必要性. 该文在全国资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价通用技术方法基础上，以贵州省黔西南布依族苗族自治州(简称“黔西南州”)义龙新区为例，探索建立喀斯特地区的“双评价”方法体系，并通过指标降尺度测算与分级，实现格网单元地域功能优化分区，并探讨地域功能优化分区结果的不确定性及其解决途径，以期为科学划定生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界等空间管控边界，以及统筹优化生态、农业、城镇等空间布局提供支撑.

1 研究区概况

义龙新区位于黔、桂、滇三省(区)交界处，是区域重要的产业基地和经济增长极，同时是贵州省城乡统筹发展综合改革试验区. 义龙新区下辖顶效经济开发区、安龙经济开发区2个省级经济开发区和顶效、郑屯、万屯、鲁屯、龙广、新桥、德卧、木咱、雨樟9镇，总面积约 1 258 km2. 研究区属亚热带喀斯特岩溶山区，主要为溶蚀地貌、溶蚀-侵蚀地貌、侵蚀地貌，海拔在400～1 800 m之间. 多年平均气温16.3 ℃，平均降水量 1 415.15 mm. 地表水多是源头短、弯曲型的间接性河流，多年平均地表水资源量为8.48×108m3. 研究区属南亚热带季风阔叶林带的滇黔桂石灰岩峰林阔楠、细叶、云南松林区，森林覆盖率为37%. 研究区内分布有国家级重点保护动物42种，其中国家一级保护动物有黑叶猴(Trachypithecusfrancoisi)、云豹(Neofelisnebulosa)、豹(Pantherapardus)、金雕(Aquilachrysaetos)、黑颈鹤(Grusnigricollis)、虫葬(Nicrophorusamericanus)6种，国家二级重点保护动物36种.

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源与处理

主要数据：①气象数据来源于研究区周边8个气象站数据，包括2018年的日平均温度、相对湿度、降水量、日照时数、风速和活动积温等. 各气象站点的潜在蒸散(ET0)采用联合国粮农组织(FAO)1998年对Penman-Monteith模型修订后的版本[14]计算获得. 采用ANUSPLIN方法[15]对气象数据进行空间插值. ②以2018年Landsat 8 OLI_TIRS影像作为基本信息源，结合土地利用现状图、30 m×30 m分辨率的数字高程模型(DEM)以及野外实测的地物光谱数据，采用人工交互解译的方法提取土地利用信息，经过精度验证及成果修订后形成研究区土地利用矢量数据. ③土壤数据来源于贵州省土壤信息系统空间数据库. 此外，水资源数据来源于黔西南州2018年水资源公报，现状基本农田分布数据由黔西南州国土资源局义龙新区分局提供，水环境质量、大气环境质量等环境监测数据由黔西南州生态环境局高新区分局提供.

2.2 研究方法

根据喀斯特地区资源开发条件、环境容量、生态系统服务能力以及影响土地建设开发的程度，筛选地形起伏度、土壤质地、降水量、光热条件、环境容量、水源涵养重要性、水土流失敏感性、石漠化敏感性、灾害危险性等19项指标，建立喀斯特地区“双评价”指标体系[11-13,16-17]. 开展农业生产、城镇建设、生态保护功能指向下的资源环境承载能力集成评价，划定农业生产备选区、城镇建设备选区、生态保护备选区，结合地块斑块集中连片度、综合优势度、生态廊道、地形地貌等进行边界修正，最终确定生态保护重要性分区、农业生产适宜性分区、城镇建设适宜性分区. 综合分析研究区国土空间格局特征，与现状土地利用进行对比，识别国土空间开发问题及潜力(见图1).

图1 黔西南喀斯特地区“双评价”技术路线Fig.1 Technology route of a parallel evaluation in karst area of southwestern Guizhou Province

2.2.1资源环境要素单项评价

依据CJJ 83—2016《城市用地竖向规划规范》，25°以上坡面极易引起严重的水土流失和地质灾害，将研究区土地资源开发利用的坡度上限由平原区的15°调整为25°；结合杨子生[18]对山区城镇建设用地适宜性评价中的坡度因子分析结果，确定分级区间并赋值. 依据GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》和GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》中的土壤污染风险筛选值和管制值，判定土壤污染风险等级，进而反映土壤环境容量. 研究区属于滇黔桂岩溶石漠化国家级水土流失重点治理区，选取水土流失和石漠化2个指标对研究区生态敏感性进行评价. 依据SL 461—2009《岩溶地区水土流失综合治理技术标准》和SL 190—2007《土壤侵蚀分类分级标准》中石漠化和水土流失等级划分标准，判定研究区水土流失和石漠化敏感性等级. 依据《气象灾害风险评估技术指南》，采用最大因子法[19]判定干旱、洪涝、寒潮灾害的风险等级. 根据《中国典型县(市)地质灾害易发程度分区图》，判定地质灾害易发性等级. 根据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》，判定地震危险性等级.

除以上评价指标以外，均采用ArcGIS中Natural Breaks聚类方法和专家打分法，对资源环境要素进行分级赋值(见表1). 其中，基于DEM数据，采用邻域分析提取地形起伏度[20]；采用空气质量模型WRF-CAMx[21]，模拟计算研究区PM2.5年均浓度达到GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值条件下的最大允许排放量，并将其归一化为大气环境容量指数；采用一维模型[22-23]，以水质目标为约束条件，计算主要污染物(COD和NH3-N)的环境容量；依据《生态红线划定指南》中推荐的模型标评估法，采用水量平衡方程[24]计算单位面积水源涵养量，采用修正通用水土流失方程[25]计算水土保持量.

表1 义龙新区“双评价”指标分级

2.2.2资源环境承载能力集成评价

运用专家打分法确定各三级评价指标的权重，采用综合指数法[26]进行加权叠加，获得各二级指标评价结果. 取生态系统服务重要性和生态敏感性评价结果的最大值，判定生态保护等级. 对农业耕作条件、水资源丰度、农业生产气候和环境条件、气象灾害风险进行等权重叠加，判定农业功能指向的承载等级. 对城镇建设条件、水资源丰度、城镇建设环境条件、地质灾害危险进行等权重叠加，判定城镇功能指向的承载等级. 其中，取大气环境容量和水环境容量评价结果的最小值，评价城镇建设环境条件. 采用聚类方法将生态保护等级和农业、城镇功能指向的承载等级按取值由低至高划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级5个等级.

2.2.3国土空间开发适宜性评价

分别将生态保护、农业生产、城镇建设功能指向的Ⅴ级空间单元划为生态保护极重要区备选区、农业生产适宜区备选区、城镇开发适宜区备选区，Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ级空间单元划为生态保护重要区备选区、农业生产一般适宜区备选区、城镇开发一般适宜区备选区，Ⅰ级空间单元划为生态保护一般区、农业生产不适宜区、城镇建设不适宜区. 生态斑块集中度表征生态系统服务重要区域及生态敏感区域的规模及空间分异特征，通过生态斑块面积反映，分别对生态保护极重要区备选区和生态保护重要区备选区进行聚合操作(ArcGIS中的aggregate polygon模块)，聚合距离为20 m，得到生态斑块集中度. 地块连片度用于表征适宜农业生产田块的规模及空间分异特征，通过山地丘陵田块面积来反映，分别将农业生产适宜区备选区和一般适宜区备选区相对聚集或临近的图斑聚合为相对完整连片地块，得到地块连片度. 地块集中度表征适宜城镇建设区域的规模及空间分异特征，通过具备城镇承载能力的地块面积来反映，分别将城镇建设适宜区备选区和一般适宜区备选区相对聚集或临近的图斑聚合为相对完整集中地块，得到地块集中度.

对生态保护等级和生态斑块集中度进行等权重叠加，评价生态保护重要性. 对农业功能指向的承载等级和地块连片度进行等权重叠加，评价农业生产适宜性. 对城镇功能指向的承载等级和地块集中度进行等权重叠加，评价城镇建设适宜性. 采用聚类方法将评价结果划分为适宜区、一般适宜区和不适宜区3个等级.

3 结果与讨论

3.1 资源环境承载能力评价

喀斯特岩溶山区地貌地形起伏较大，各乡镇农业耕作、城镇建设条件差异明显，农业耕作条件中高等级区面积为719.77 km2，占比为57.2%〔见图2(a)〕，城镇建设条件中低等级区面积为800.42 km2，占比为63.6%〔见图2(b)〕. 研究区2018年年均降水量为 1 428.77 mm，水资源总量模数为67×104m3km2，受喀斯特地貌影响，水资源总量丰富但开发利用困难，对水资源丰度评价结果进行降级处理，划为较高等级. 研究区2018年日均气温稳定≥10 ℃的积温为 4 782 ℃；土壤中As、Cd、Hg均处于中等风险，Cr、Pb、Zn、Cu和Ni均处于低风险[27]. 大气环境容量指数为0.19，COD水环境容量为1.47 tkm2，NH3-N水环境容量为0.16 tkm2，三者分别为低、较低和一般等级. 单位面积水源涵养量为492.66 mm，单位面积土壤侵蚀量为932.5 t(km2·a)，中度及以上生态系统服务功能重要区占比为58.16%〔见图2(c)〕. 水土流失敏感区主要分布在马别河和南盘江两岸[28]以及郑屯镇、龙广镇、德卧镇的南部；石漠化敏感区主要分布在马别河、南盘江两岸的岩溶峡谷区以及郑屯镇、龙广镇至万峰湖一带的峰林洼地区；中度及以上生态敏感区占比为22.36%〔见图2(d)〕. 义龙新区整体属于农业气象灾害一般风险区[29]. 地质灾害高、中、低易发区占比分别为15.76%、62.22%和22.01%〔见图2(e)〕. 不同功能指向下的资源环境承载能力集成评价结果见图2(f)(g)(h)和表2.

3.2 国土空间开发适宜性评价

研究区内生态保护极重要区面积为461.34 km2，占比为36.93%；农业生产适宜区面积为299.53 km2，占比24.84%；城镇建设适宜区面积为314.98 km2，占比为25.08%(见表3). 郑屯镇、德卧镇、木咱镇和雨樟镇生态保护极重要区面积的占比较大，分别占镇域总面积的51.62%、48.82%、44%和41.1%〔见图3(a)〕. 龙广镇、德卧镇、顶效镇、马岭镇和木咱镇农业生产适宜区面积的占比较大，均占镇域总面积的近40%〔见图3(b)〕. 鲁屯镇和龙广镇城镇建设适宜区面积的占比较大，分别占镇域总面积的57.99%、33.47%；城镇建设不适宜区零散分布于外围岩溶地区，该地区由于山体地形以及交通、基础设施的限制，基本以乡村建设为主〔见图3(c)〕. 评价结果将黔西南州空间规划确定的“三区三线”比例指标细化落地，给出了每一个格网单元用于生态保护、农业生产和城镇建设等不同功能的适宜程度，实现了主体功能区战略格局在区县层面的精准落地.

将国土空间开发适宜性评价结果与土地利用现状进行对比分析，识别保护利用中的冲突地块. 研究区内生态保护极重要区中基本农田面积为23.6 km2、一般农用地面积为15.21 km2、独立工矿用地面积为0.04 km2、现状城镇建设用地面积为1.75 km2〔见图4(a)〕；农业生产不适宜区中基本农田面积为72.17 km2、一般农用地面积为27.63 km2〔见图4(b)〕. 城镇建设不适宜区中现状城镇建设用地面积为6.04 km2〔见图4(c)〕.

随着城市化进程的推进，研究区存在建设用地供需矛盾突出、耕地破碎化程度高、违规违法占用耕地的压力大、国土空间利用效率偏低等问题. 按照土地综合整治要求，识别研究区农业生产、城镇建设适宜区剩余可用空间[30]. 农业生产适宜区中扣除现状基本农田、一般农地和现状城镇建设用地，剩余的后备耕地面积为131.87 km2〔见图4(d)〕. 城镇建设适宜区中现状城镇建设用地面积为42.16 km2，后备建设用地面积为114.85 km2〔见图4(e)〕. 该评价结果与研究区土地资源实地核查结果基本相符.

研究区内生态保护单宜性面积为105.99 km2，农业生产单宜性面积为10.87 km2，城镇建设单宜性面积为4.35 km2. 生态保护和农业生产双宜性面积为6.82 km2，生态保护和城镇建设双宜性面积为2.1 km2，农业生产和城镇建设双宜性面积为158.52 km2. 生态保护、农业生产和城镇建设多宜性面积为15.81 km2.

图2 义龙新区资源环境承载能力评价各指标空间分布Fig.2 The spatial distribution of evaluation indices of resources and environment carrying capacity in Yilong District

表2 义龙新区资源环境承载等级评价统计

图3 义龙新区国土空间开发适宜性评价空间分布Fig.3 The spatial distribution of suitability evaluation of land space development in Yilong District

图4 义龙新区国土空间开发问题及潜力地块识别Fig.4 Plot identification of territorial space development problems and potential in Yilong District

追溯资源环境要素单项评价指标，可见很多空间既符合城镇建设功能又满足农业生产功能，虽然考虑了地块集中度、连片度等因素，但很难避免二者结果的重叠. 建议结合城市发展意向，明确不同区域功能指向的侧重，以满足农业空间的保护要求的同时，兼顾城镇发展的需要. “双评价”结果需结合行政区划、山脊线、山谷线、流域边界、自然资源确权界等实际进行校核，遵循生态保护红线只增不减、基本农田总量不变、城镇开发边界集约利用的原则，最终明确国土空间的“三区三线”.

表3 义龙新区国土空间开发适宜性评价统计

4 结论

a) 2018年，义龙新区生态保护极重要区面积为461.34 km2，占比为36.93%；农业生产适宜区面积为299.53 km2，占比为24.84%；城镇建设适宜区面积为314.98 km2，占比为25.08%；符合黔西南州国土空间规划确定的“三区三线”比例，实现了主体功能区战略格局在区县层面精准落地.

b) 地块功能冲突分析显示，生态保护极重要区中基本农田面积为23.6 km2、一般农用地面积为15.21 km2. 农业生产不适宜区中基本农田面积为72.17 km2、一般农用地面积为27.63 km2. 城镇建设不适宜区中现状城镇建设用地面积为6.04 km2.

c) 地块功能潜力分析表明，农业生产适宜区中扣除现状基本农田、一般农地和现状城镇建设用地，剩余的后备耕地面积为131.87 km2. 城镇建设适宜区中现状城镇建设用地面积为42.16 km2，后备建设用地面积为114.85 km2.

d) 地块功能指向重叠性较大，主要表现：生态保护和农业生产双宜性面积为6.82 km2，生态保护和城镇建设双宜性面积为2.1 km2，农业生产和城镇建设双宜性面积为158.52 km2；生态保护、农业生产和城镇建设多宜性面积为15.81 km2；地块功能指向重叠总面积为183.25 km2，占研究区总面积的14.57%. 建议结合城市发展意向，明确不同区域功能指向的侧重，以满足农业空间的保护要求的同时，兼顾城镇发展的需要.