基于土地资源适宜性评价的城镇用地承载力研究

魏宁宁，林奕冉

（1.青岛农业大学 人文社会科学学院，山东 青岛 266109；2. 南京农业大学 公共管理学院，江苏 南京 210095）

21世纪被称为“城市的世纪”，2018年世界城市人口比重达到了55%，到2050年，约68%的世界人口将定居在城市地区[1]。我国城镇化起步较晚，1978年，改革开放以后，伴随着工业化进程的加速，我国城镇化经历了一个起点低、速度快的发展过程。1978—2020年，城镇常住人口从1.72亿人增加到9.02亿人，城镇化率从17.92%提升到63.89%。伴随着城镇人口的增加，作为承载城镇人口生活和生产活动的城镇用地也迅速扩展，越来越多的耕地、林地等农业用地被占用，粮食安全与生态安全面临日益严峻挑战[2]。城镇空间开发是国土空间开发的重要内容之一，不仅影响城镇发展，而且影响区域粮食安全和生态环境，因此，必须对城镇空间开发进行有效管理[3]。2019年7月，中央全面深化改革委员会第九次会议审议通过的《关于在国土空间规划中统筹划定落实三条控制线的指导意见》中指出：要按照集约适度、绿色发展要求划定城镇开发边界，以城镇开发建设现状为基础，综合考虑资源环境承载能力、人口分布、经济布局、城乡统筹、城镇发展阶段和发展潜力，框定总量，限定容量，防止城镇无序蔓延。上述政策指明了要以承载力相应指标的监测作为国土空间用途管制的基础与依据。因此，评估分析城镇用地能够承载多少城镇人口从事城镇活动等问题，就成为城镇空间开发管理的基础性工作。

既要保护资源和环境，又要满足城镇发展对土地的需求，如何协调资源环境保护与城镇发展之间的现实矛盾成为城镇空间开发管理的关键问题[4]。通过构建土地资源适宜性空间分布格局，探索土地资源适宜性和土地资源承载力之间的时空关联，统筹协调城镇、农业和生态三方的空间布局，将城镇用地开发引导到对生态影响最小、最适宜城镇建设的区域内，从而评估出城镇用地所能承载的城镇人口活动，将被动的资源环境保护模式变成积极主动的资源环境防御模式，从而维持保护和发展之间的动态平衡。

回顾土地资源承载力相关研究文献发现，20世纪60至90年代，土地资源承载力的研究主要为基于粮食安全底线的耕地人口承载力，着眼于评估土地资源生物生产量的潜力所能承载的一定生活水平下的人口限度。代表性的有20世纪70至80年代由联合国粮农组织（FAO）主持的土地资源人口承载力研究[5]，以及1986 年由中国科学院自然资源综合考察委员会主持的《中国土地资源生产能力及人口承载量研究》[6]。21世纪以来，土地资源承载城镇开发建设活动的能力（即城镇用地承载力）研究开始起步，并得到广泛的研究。Oh等[7]学者在相关研究中详细阐述了城镇用地承载力的概念内涵并构建了城镇用地承载力的评价框架体系；Sarma等[8]学者分析了城镇用地承载力的主要评价方法，这些相关研究为城镇用地承载力的实证研究奠定了基础。目前，国内外学者在城镇用地承载力实证研究中主要采用人均指标法[9-10]、综合指标法[11-14]、生态足迹法[15-18]、系统动力学模型[19-21]、多目标决策法[22]等方法。然而，纵观国内外关于城镇用地承载力实证研究发现，在城镇用地承载力评估中并没有考虑土地资源适宜性问题。正如土地资源承载力概念强调的是“在一定时期，一定空间区域，一定的社会、经济、生态环境条件下，土地资源所能承载的人类各种活动的规模和强度的阈值”[4]。也就是说，只有具备一定社会、经济、生态环境属性的土地资源才适宜开发为城镇用地来承载城镇人口活动。因此，本文在已有研究成果的基础上，尝试从土地资源适宜性的角度评价城镇用地适宜性空间格局，将适宜承载区面积作为城镇用地供给总量，采用人均指标法计算在不同的土地集约利用方式下（用人均城镇用地面积表示不同的土地集约利用方式）城镇用地承载能力阈值（城镇用地承载能力可以用多种指标表示，例如，经济规模、建筑规模和人口规模等，本文用人口规模来表示）。以期为南京市城镇用地空间优化配置和划定城镇开发边界以及国土空间规划提供支持。

一 概念界定

（一）土地资源适宜性概念

土地资源适宜性是指土地资源的各种属性针对某种特定用途的适宜性程度，这个适宜性程度取决于土地资源的地形、地质、水文、生物、区位、人文等特性[23]。按照用途不同，土地资源适宜性可以分为耕地适宜性、林地适宜性、城镇用地适宜性等。其中城镇用地适宜性是针对城镇活动用途的适宜性程度，是土地资源开发为城镇用地承载城镇人口活动的适宜性程度。适宜性评价的目的是为了确定土地资源针对某种特定用途时的最适宜的空间分布模式，引导人们朝着土地最适宜的用途进行开发利用[24]。城镇用地适宜性评价和土地资源其他用途的适宜性评价（比如农地适宜性评价）有很大的不同，农地适宜性评价主要考虑土地资源的自然属性，如地形、水文和土壤肥沃度等，而城镇用地适宜性评价不仅要考虑土地资源自然属性，甚至更要考虑土地资源的经济属性和区位属性等。

（二）城镇用地承载力概念和评价框架

将城镇用地视为承载体，城镇活动视为承载对象，城镇用地承载力的概念即为“在一定时期，一定空间区域，一定的社会、经济、生态环境条件下，城镇用地所能承载的城镇人口活动的规模”。城镇用地承载力可以用多种指标表示，例如，可以用城镇用地承载的经济规模总量或建筑规模总量或城镇人口规模总量等来表示，由于人是城镇活动的主体，城镇各种活动的结果都是人所创造的，所以用城镇人口规模来表示城镇用地承载力比较合适。城镇用地承载力评价框架如图1所示。

图1 城镇用地承载力评价框架示意

图1为区域城镇用地所能承载的城镇人口规模示意图。其中，r表示一定条件下供给的用于城镇开发建设的土地资源量，R为适宜城镇开发建设的土地资源总量；p表示一定时期的城镇人口规模，P表示城镇人口极限规模； cotα表示城镇居民人均城镇用地使用量（cotαi表示“集约”利用土地资源情景，cotαm表示“适度”利用土地资源情景，cotαe表示“过度”利用土地资源情景）；l表示城镇用地承载力曲线（li、lm和le分别对应三种情景的城镇用地承载力曲线）；从图1中可看出：（1）在土地资源供给量一定的情况下，不同的土地利用方式，所承载的城镇人口规模不同；（2）在城镇人口规模一定的情况下，不同的土地利用方式，所需的土地资源量不同；（3）同一种土地利用方式，一定的城镇人口所需的土地资源量是相对稳定；或者，同一种土地利用方式，一定的土地资源量所能承载的城镇人口规模是相对稳定的。因此，根据上述的分析，可以测算出一定时期，一定土地资源量，所能承载的一定的土地利用方式下的城镇人口规模。

二 数据来源与研究方法

（一）研究区概况

南京市是江苏省省会，是长江经济带节点城市，也是长江三角洲城市群的特大城市。2018年，土地总面积6 587.02 km2、常住人口843.62万人，常住城镇人口695.99万人，常住人口城镇化率82.50%，地区生产总值12 820.40亿元。改革开放后，南京市城镇人口极速增长，城镇用地快速扩张，导致城镇建设和耕地保护以及生态环境保护之间矛盾突出。以南京市为研究区域，探讨其城镇用地适宜性和承载能力问题，以期实现城镇空间合理布局和城镇理性增长，这在中国大城市快速城镇化过程中有效管理城镇增长具有典型代表性，对于中国其他大城市的城镇增长管理具有借鉴意义。

（二）数据来源

研究所需要各种空间数据（表1）归为以下几类：（1）遥感数据。遥感影像数据为2015年Landsat卫星影像图，空间分辨率为30 m。通过解译遥感影像得出2015年南京市土地利用现状图。遥感图像分类是获取用地类型的关键步骤，本文采用最大似然算法进行监督分类，初次分类主要分为建设用地、耕地、林地、草地、水域、未利用地，然后从建设用地中分离提取出城镇用地。（2）交通、水系数据集。交通、水系网络在形成城镇空间结构中起重要作用。交通网络层数据具体包括研究区一级道路、二级道路、三级道路，从Openstreet Map网站下载提取所得；水系网络层数据具体包括河流、湖泊水库，从土地利用现状图提取所得。（3）数字高程数据。海拔、坡度等地形环境是影响城镇空间布局的重要因素，研究区域的地形图（高程图和坡度图）的获取主要通过空间分辨率30m的南京市数字高程数据（DEM）获取。（4）基本农田。基本农田是国家为了保护粮食安全，而划定的不能被任何建设活动所侵占的耕地。基本农田保护区图由南京市自然资源和规划部门提供。

表1 数据列表

（三）研究方法

研究过程主要包括五步：（1）城镇用地适宜性评价指标选择及其处理；（2）城镇用地适宜性评价；（3）城镇用地适宜性空间分布格局构建；（4）现状城镇用地与适宜性空间分布格局叠加分析；（5）城镇用地承载潜力和承载能力核算。其技术流程如图2所示。

图2 研究路线

1. 指标选取及其处理

土地资源是否适宜开发为城镇用地来承载城镇人口活动受多种因素的多种因子影响，在适宜性评价时既要考虑土地资源的自然环境属性还需要考虑经济区位属性。基于城镇用地适宜性内涵以及评价指标选取综合性原则、主导性原则、动态性原则、可持续原则和可获取性原则等，在参考适宜性评价相关文献的基础上[25-27]，考虑到南京市的实际情况，从自然环境属性和经济区位属性两方面选取了九个指标（即高程、坡度、土地覆被、与河流距离、与湖泊和水库距离、至一级道路距离、至二级道路距离、至三级道路距离、与城市中心距离）构建城镇用地适宜性评价指标体系（图3、表2）。

图3 城镇用地适宜性评价因子空间格局

2. 权重确定

一般而言，参评指标因子对评价事物和对象的影响大小是不相同的，因而各指标的重要程度也有所不同，为了反映各因子的重要程度，应对各评价因子分配一个相应的权重系数wi＝ (1,2,…,m)，从而构成一个权重集w＝ (w1,w2,…,wm)，wi应满足本文在城镇用地适宜性评价中采用层次分析法确定各参评因子的基础权重。

3. 城镇用地适宜性综合分值评价

城镇用地适宜性评价试图概括出多种因子之间的复杂相互作用。如果将各因子的影响分别赋以一定的分数和权重，其累积结果将反映基于网格单元的综合影响。

假设选取m个指标因子进行评价，那么城镇用地评价单元的适宜性综合分值等于各指标因子得分的加权和。即：

式中，Si表示第i个指标因子分值；wi表示第i个指标因子权重；S表示评价单元（即地块单元，30 m×30 m像素单元）的城镇用地适宜性综合分值，其值在0～1之间，0表示土地单元完全不适宜开发为城镇用地来承载城镇人口活动，1表示非常适宜开发为城镇用地来承载城镇人口活动，其值越大，表示适宜性越好。

4. 城镇用地适宜性分区

根据适宜性综合分值，采用自然间断点分级法并结合已有文献[28-30]的划分标准以及研究区域的自身特点，划分为五个适宜性等级（表3），等级越高，适宜性越好。

表3 城镇用地适宜性等级划分标准

5. 绝对限制因子（排除图层）

城镇开发建设会受到多种限制因子的影响，其中，有一些限制因子是绝对限制因子，受到绝对限制因子影响的土地空间单元是不能进行城镇开发建设活动的。这些绝对限制因子即包括自然环境要素，如生态保护区，也包括国家出于粮食安全的考虑划定的基本农田保护区等。因此，在保障生态安全和粮食安全的情况下，通过在城镇用地适宜性评价结果基础上叠加排除图层（生态保护区和基本农田保护区）即可构建城镇用地适宜性空间分布格局。

6. 现状城镇用地与适宜性空间格局叠加分析

将研究区现状城镇用地分布图与城镇用地适宜性格局图进行叠加分析，判定现状城镇用地在适宜性格局中的分布趋势和面积。

7. 承载区比重核算

根据城镇用地适宜性评价结果，从承载适宜性的角度将极适宜区、较适宜区和临界适宜区设定为可承载城镇人口活动的区域（即可承载区），其中，极适宜区和较适宜区设定为优质承载区域（即优质承载区）。承载区比重采用以下公式计算：

式中：CPg和CPc分别为优质承载区比重和可承载区比重；Ae、As和Ac分别为极适宜区、较适宜区和临界适宜区面积；At为土地总面积。

8. 城镇用地承载能力核算

式中：Pg为优质承载人口规模；Pc为可承载人口规模；pcurbanland为人均城镇用地面积（不同的土地利用方式，人均城镇用地面积不同）。

三 实证分析

（一）城镇用地适宜性空间分布格局

南京市城镇用地适宜性综合值和城镇用地适宜性空间分布格局如图4所示。由图4a可以看出，适宜性综合分值在0.05～1之间，综合分值较高的区域分布于中部，北部和南部综合分值较低。根据适宜性综合分值进行适宜性分区（不适宜、较不适宜、临界适宜、较适宜和极适宜），通过叠加排除图层（生态保护区和基本农田保护区）制作南京市城镇用地适宜性空间分布格局。由图4b可以看出，南京市土地总面积为6 587.02 km2，除生态保护区和基本农田保护区共计3 277.19 km2（占土地总面积49.75%）是绝对不能被城镇开发建设占用之外，南京市城镇用地适宜性空间分布格局差异明显，各个等级都有分布，其中，不适宜区、较不适宜区、临界适宜区、较适宜区和极适宜区面积分别为 594.84 km2、518.23 km2、726.06 km2、407.91 km2、1 062.79 km2，较适宜区面积最小，占土地总面积的6.19%，其次为较不适宜区，占土地总面积的7.87%，再次为不适宜区，占土地总面积的9.03%，临界适宜区占土地总面积11.02%，极适宜区占土地总面积16.13%。

图4 南京市城镇用地适宜性综合值和空间分布格局

（二）现状城镇用地与适宜性空间分布格局叠加分析结果

将南京市2015年现状城镇用地分布图与南京市城镇用地适宜性空间分布格局进行叠加分析，可得南京市现状城镇空间在适宜性空间格局中的分布趋势和面积。南京市2015年现状城镇空间在五个等级的适宜性区中均有分布，其中，74.59%的现状城镇用地（面积为664.90 km2）分布在极适宜区范围，10.48%的现状城镇用地（面积为93.46 km2）分布在较适宜区范围，7.83%的现状城镇用地（面积为69.80 km2）分布在临界适宜区范围，分布在可承载区（极适宜区、较适宜区和临界适宜区）的面积比重总计达到92.90%；另外，4.67%和1.81%的现状城镇用地（面积为41.62 km2和 16.13 km2）分布在较不适宜区和不适宜区范围。

（三）城镇用地承载潜力核算

在不影响粮食安全和生态安全的情况下，从承载适宜性的角度将极适宜区和较适宜区设定为优质承载城镇人口活动的区域（即优质承载区），将极适宜区、较适宜区和临界适宜区设定为可承载城镇人口活动的区域（即可承载区），优质承载区和可承载区的面积分别为1 470.70 km2、2 196.76 km2。按照公式（2）～（3）计算可得南京市优质承载区占土地总面积比重为22.33%，可承载区占土地总面积比重为33.35%。南京市2015年现状城镇用地分布在优质承载区面积为758.36km2，离优质承载区尚有712.34 km2（占土地总面积比重为10.81%）的潜力空间；分布在可承载区面积为828.16 km2，离可承载区尚有1 368.60 km2（占土地总面积比重为20.78%）的潜力空间。

（四）城镇用地承载能力核算

城镇用地承载能力，即城镇用地承载城镇人口规模，不仅取决于可利用的适宜开发为城镇用地的土地资源量，还取决于城镇人口的土地利用方式。如图1城镇用地供给量和城镇人口规模的关系示意图所示，同样的土地资源量，“集约”的土地利用方式比“过度”的土地利用方式承载力要高。本文用人均城镇用地面积来表示土地利用方式，核算在不同的土地利用方式下，城镇用地承载力。设定人均城镇用地面积100 m2表示“集约”的土地利用方式，人均城镇用地面积120 m2表示“适度”的土地利用方式，人均城镇用地面积140 m2表示“过度”的土地利用方式。按照公式（4）～（5）计算可得三种不同土地利用方式下优质承载人口规模分别为：1 470.70万人、1 225.58万人和1 050.50万人；三种土地利用方式下可承载人口规模分别为：2 196.76 万人、1 830.63 万人和 1 569.11 万人。

四 结论与讨论

（一）结论

通过构建城镇用地适宜性评价指标体系，对城镇用地适宜性进行评价，并叠加排除图层，制作城镇用地适宜性空间分布格局，进而分析南京市现状城镇用地空间分布趋势和特征、城镇用地承载潜力以及城镇用地承载能力等，得出如下结论：

（1）南京市适宜性空间分布格局差异明显，各个等级适宜区都有分布。土地资源适宜性评价是国土空间规划的基础，未来城镇空间扩展时要充分考虑城镇用地适宜性空间分布格局，一般情况下，当其他条件相同时，城镇开发建设应优先考虑适宜性较好的土地单元，保证土地的合理和高效利用，从而提高土地利用的综合效益。

（2）南京市城镇开发建设尚有712.34 km2～1 368.60 km2的潜力空间。在三种不同的土地利用方式下，南京市城镇用地承载能力在1 050.50万人～2 196.76万人之间，尚在承载阈值范围内。但应该注意，在城镇用地供给量一定的情况下，不同的土地利用方式，所承载的城镇人口规模不同。未来如果采用粗放的土地利用方式，即使城镇人口缓慢增加，城镇用地也会快速扩张。因此，一方面，应及早采取措施，避免土地过快城镇化，提高城镇化发展质量；另一方面，通过将传统产业转移到周边城市，来促使城镇人口向周边城市集聚，在缓解中心城市过快城镇化带来各方面压力的同时，带动周边城市的发展。

（二）讨论

有效管理城镇空间开发对于规划者和管理者来说都是一项艰巨的任务，在若干举措中，承载能力评估仍然是有用的规划工具之一。基于土地资源适宜性评估出城镇用地所能承载的最大城镇人口规模，从而控制人口数量，引导城镇开发建设，是实现城镇可持续发展的有效措施。文章利用适宜性评价结果，从人均用地指标角度评估出的城镇用地承载的城镇人口规模，只是一个理论上简化的结果，为政府决策提供一定参考，在实际工作中，应尽可能全面收集资料数据，根据研究区域未来城镇发展的不同情景，设置多样化的评价指标体系，使评估结果更具地方性、灵活性和多样性。

国土空间的开发和保护两者相辅相成，不保护，开发就失去了前提和基础；不开发，保护就缺乏动力，难以持久。在城镇用地开发的过程中，按照“保护第一、开发第二、先规划后建设”的原则，在保护中开发，在开发中保护，这是发挥土地资源经济功能、社会功能和生态功能的最佳方式。定义城镇用地可以承载的最佳城镇人口规模并不是最终目的，确保土地资源在不损害的情况下加以保护，在不掠夺的情况下加以利用才是国土空间开发管理的最终目的。