基于用途管制视角的生态用地时空演变及对策---以济南市钢城区为例

陈明慧闫弘文平宗莉殷冠羿

(1.山东师范大学地理与环境学院，山东 济南 250358；2.山东省国土空间规划院，山东 济南 250014)

为统筹协调发展与生态保护的关系，十九大报告中提出“统筹山水林田湖草”系统治理的国土空间用途管制要求[1,2]。学者们从国土空间用途管制制度的演进历程[3]、土地用途管制与国土空间用途管制区分[4]，以及从用途管制视角下进行生态空间管制分区研究[5-9]等进行了一系列研究。由于城镇化的深入推进加快导致生态保护空间与城乡建设空间的博弈失衡，从而导致区域生态环境质量下降、生态系统平衡受到严峻挑战。因此，随着生态文明建设、国土空间规划体制改革与各级国土空间规划编制工作持续推进，探究生态用地相关问题成为支撑国家战略决策、国土空间用途管制以及科学研究的重点。研究生态用地的分类标准、演变特征及对策,将有利于保障生态用地合理布局,弱化负面生态问题,恢复生态破坏地带。

生态用地具有重要的生态系统服务功能，是衡量一个地区国土生态环境质量好坏的“晴雨表”[10,11]。关于生态用地的研究，学者们从概念[12,13]、土地利用主体功能[11]、土地空间格局[14]等角度对生态用地的内涵进行了讨论。近年来，众多学者着眼于生态用地的分类体系[15,16]，国内学者有关生态用地分类体系大致分为3类：以土地的覆盖状况、利用形式为基础开展生态用地划分并与土地利用现状分类进行科学衔接[17,18]；以生态空间辨识为出发点,以强化生态功能的基础地位为分类目标，以中科院土地利用分类系统为基础开展生态用地划分并与之进行科学衔接[20]；以主要用途为基础开展生态用地划分[21]等。学者们针对生态用地的研究还包括空间结构及演变机制[22]、生态用地景观安全格局[23]、生态服务价值测算[24]、生态空间演变[25]及其驱动力分析[26]等。

1 研究区概况数据来源

1.1 研究区概况

钢城区地处山东省中部(N35°59′32″～36°17′16″,E117°40′56″～117°58′07″)，北面、西面接莱芜区，东连沂源县，南邻新泰市，区政府驻艾山街道。地貌单元由南至北为剥蚀成因的残丘和冲积而成的平原。境内气候属于暖温带大陆性季风气候，四季分明，年平均气温12.5℃，年平均降水760mm。背靠莱钢，气候适宜，生态优美，因此本研究选取济南市钢城区作为研究对象。

1.2 数据来源

本文以济南市钢城区土地利用变更调查数据为基础数据，研究时段为2009—2018年，因研究时段内存在行政区划调整，为保证空间单元和数据可比性，将行政区范围统一规范至2018年，并将相关统计数据与地理信息数据进行一致化处理。

2 研究方法

2.1 土地利用动态度

土地利用动态度主要研究土地利用变化模式，动态度越高说明土地变化率越大,土地系统内部越不稳定。

2.1.1 单一土地利用动态度

单一土地利用动态度是刻画不同土地利用类型在一定时间段内的变化速度和幅度的指标[27]，其表达式:

(1)

式中，K为研究时段内某一土地利用类型总变化速率；Ua、Ub分别为研究初期及研究末期某种土地利用类型的面积；T为研究时段，即年数。

2.1.2 综合土地利用动态度

综合土地利用动态度(LC)反映区域综合土地利用变化的剧烈程度[28]。其表达式:

(2)

式中，LC为研究区域综合土地利用动态度；ΔLUi-j为研究时段内第i类土地利用类型转化为其他土地利用类型的面积绝对值；LUi为第i类土地利用类型在研究初期的面积；T表示研究时段。

2.2 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵反映在研究初期和末期某研究区域不同地类之间相互转化的动态过程，可以作为土地利用变化方向、结构和用地功能类型变化分析的基础[29]。其数学表达式:

(3)

式中，S为面积；n为转移前后的土地利用类型数；i、j分别为研究初期与末期的土地利用类型；Sij为研究初期的i地类转换成末期的j地类的面积。

3 生态用地分类体系划分

在总结国内外学者关于生态用地的内涵及相关分类研究的基础上，将生态用地的定义界定为在特定区域，根据用途管制需求产生生态服务价值，对维护关键生态过程具有重要意义的土地利用类型。本文尝试将国土空间规划确定的用途管制分类作为管理的重要依据，根据国土空间的主要配置方式、经营特点和覆盖特征等因素，对生态用地类型进行归纳、划分，并根据用途管制的需要，按社会经济发展的客观要求和管理目标，进行土地空间管制分区，确定国土空间功能导向和主要用途方向，以期为生态用地的科学管护、国土空间格局和用途管制的优化、生态文明建设的推进提供科学支撑。

3.1 生态用地地类体系划分

部分生态用地分类体系中未将耕地纳入生态用地范畴，但随着国家耕地数量、质量、生态“三位一体”保护战略提出，耕地作为国家粮食安全的重要保障，不仅具有较强的食物供给功能，同时也具有较强的气候调节、碳固定等生态功能，因此在本次分类中把耕地归为生态用地；公园与绿地受人类活动影响较大，主要发挥生活服务功能，设施农用地、城镇村及工矿用地主要发挥生产服务功能，因此这3种用地类型不归为生态用地范畴。参考GB/T 21010《土地利用现状分类标准》(2007、2017)、TD/T 1014-2007《第二次全国土地调查技术规程》、TD/T 1055-2019《第三次全国国土调查技术规程》、DG/TJ08-2151-2014《区(县)、镇(乡)土地利用总体规划实施评估标准》、《国土空间调查、规划、用途管制用地用海分类指南》和《土地管理法》进行生态用地分类体系划分，见表1。因此，本文由2个一级类、9个二级类、34个三级类构建了生态用地分类体系。其中，钢城区有2个一级类、9个二级类、15个三级类。

表1 生态用地分类与土地利用分类、用途管制衔接表

3.2 生态用地管制分区

以2014年土地利用总体规划调整完善成果、2017年永久基本农田数据库成果为基础，围绕国土空间保护开发总体格局，结合地域特征和经济社会发展水平，参考《自然资源部关于全面开展国土空间规划工作的通知》(自然资发(2019)87号)、《市县国土空间规划基本分区与用途分类指南》以及省级国土空间总体规划编制导则，遵循全域全覆盖、不交叉、不重复的基本原则，对“三线”进行空间布局优化，并结合用途管制进行分区，划分为4类规划一级分区，并进一步细化分为7类规划二级分区，按照划定的规划分区，确定各规划分区国土空间功能导向和用途管制方向，制定用途管控要求。生态用地管制具体分区及含义见表2。

表2 生态用地管制分区及含义表

4 结果分析

4.1 生态用地时序变化分析

由表3可以看出，2009—2018年钢城区生态用地总量呈下降态势.农用生态用地二级类中园地面积变化最大，其他生态用地二级类中草地面积减少最多。从综合土地利用动态度来看，一级类中其他生态用地动态度高于农用生态用地，二级类动态度大小依次为草地>湿地>耕地>园地>其他土地(非农用)>林地>其他土地(农用)>陆地水域。从单一土地利用动态度来看，2009—2018年其他土地(农用)中农村道路动态度最大，说明农田设施得到改善；其次是草地和湿地，2个时期动态度均为负值；2009—2014年耕地和其他土地(农用)动态度均为正值，而2014—2018年的动态度均为负值，说明面积变化存在波动性，并且除其他土地(非农用)的变化率2014—2018年比2009—2014年高外,其余二级地类生态用地的动态度则均呈现减少的趋势。

表3 2009—2018年生态用地面积变化及动态度情况

4.2 生态用地空间变化分析

将钢城区2009—2018年土地利用转移矩阵分为4个象限，见表4。Ⅰ表示非生态用地→生态用地、Ⅱ表示非生态用地→非生态用地(本文不做研究)、Ⅲ表示生态用地→非生态用地、Ⅳ表示生态用地内部之间的转移，空间转移分布见图1。

表4 2009—2018年钢城区土地利用类型转移矩阵情况

图1 2009—2018年钢城区土地利用空间转移图

4.2.1 土地利用转移总体特征

非生态用地→生态用地(Ⅰ)之间的转化面积为84.16hm2，占2009年生态用地的0.23%，分布较为零散；生态用地内部(Ⅳ)之间的转移面积为622.31hm2，占2009年生态用地的1.66%，主要分布在东北部及辛庄镇与里辛街道交界处；生态用地→非生态用地(Ⅲ)之间的转化面积为971.23hm2，占2009年生态用地的2.60%，在3种转化状态下占比最大，主要分布在城区。

4.2.2 非生态用地→生态用地转移特征

由Ⅰ象限可以看出，非生态用地向生态用地的转化主要是城镇村及工矿用地复垦为耕地，其中，通过城乡增减挂钩，主要是村庄用地复垦为旱地和水浇地，面积分别为64.2hm2、17.9hm2，占比分别为76.3%、32.3%。

4.2.3 生态用地→非生态用地转移特征

由Ⅲ象限可以看出，生态用地主要被城镇村及工矿用地占用转化为非生态用地，占用面积为782.93hm2，占比80.61%，设施用地和交通用地占用比例分别为14.32%、5.04%。其中，占用耕地面积为682.91hm2，占比为70.3%；占用园地面积为142.88hm2，占比14.71%；占用草地和林地比例分别为7.76%、5.27%，其余二级类占比极小。

4.2.4 生态用地内部转移特征

由Ⅳ象限可以看出，生态用地内部之间的相互转移并不均匀，并且转移类型集中。农用生态用地之间的转化面积为98.38hm2，其中园地转化为耕地占比36.73%、耕地转化为林地占比28.14%。其他生态用地之间的转化面积仅0.23hm2，其他生态用地与农用生态用地之间的转化面积为476.52hm2，主要体现在草地转化为耕地，占比96.26%。

“非粮化”现象中以耕地转为林地为主，面积为27.69hm2，占“非粮化”面积83.16%，农村道路占用面积为4.04hm2，占比12.15%，还有小部分面积被园地和陆地水域占用，并且从遥感图像可以看出“非粮化”主要沿道路主干道零散分布。

4.3 生态用地管制分区及对策

4.3.1 生态用地空间规划格局

生态用地空间规划格局呈现“两区、三带、多点”的特征。两区即呈“J”型分布于研究区边缘带的生态保护红线区、被生态保护红线区半包围的农用生态保护区；三带主要指“两山一水”生态景观带，即“黄羊山—爱山生态廊道”、“棋山—双凤山生态廊道”2个山带，以及“大汶河景观带”1个水带；多点主要指自然保留区等生态空间，见图2a。

结合图2b可以看出，生态保护红线区分布于钢城区东部及南部边缘区域，农用生态保护区位于西北部及中部区域，生态保护控制区主要为水系和湿地，如树枝状遍布全区，自然保留区呈零星分布。4个管制分区面积占比大小为农用生态保护区>生态保护红线区>自然保留区>生态保护控制区。10a来，除生态保护红线区面积处于增加状态外，其余3个分区面积均处于下降趋势。

图2 钢城区生态用地管制分区图

4.3.2 生态用地管制区域分析

生态保护红线区主要有3大部分：自然保护地核心保护区由位于东北部的棋山国家森林公园、牟汶河南部支流构成；由于东南部地势较高，其他生态红线保护区分布于南部，其中东南部分布较为集中。生态保护红线区中自然保护地核心保护区和其他生态保护红线区面积占比为6∶4，耕地、林地、草地、园地，占比分别为11.22%、34.13%、17.52%、5.03%。近几年，自然保护地核心保护区中耕地、园地等农用生态用地以及草地等其他农用生态用地有一定面积减少；其他生态保护红线区存在农用生态用地中耕地大量增加、园地大量减少，其他生态用地中草地有小面积减少。

生态保护控制区：水体和湿地控制区中水体沿牟汶河干流呈树枝状分布；水库主要有乔店水库、胡芦山水库、杨家横水库等，分布较为零散，湿地主要有大汶河国家湿地等，均具有水源涵养、土壤保持等生态功能。林地生态控制区主要为乔木林地和其他林地，无灌木林地，区域中有寄母山林场等。

农用生态保护区划分为3大农田集中区：西南部和东北部为高标准基本农田区、西部大部分区域为中高质量农田区、中部偏西为一般农田区；农用生态保护区中永久基本农田保护区和其他农用生态保护区面积占比约为9∶1，永久基本农田保护区中耕地占比为73.90%，还有大面积园地、林地，占比分别为16.76%、9.14%，其中2014—2019年耕地面积减少量较大，主要被城乡建设占用。

自然保留区集中分布在南部零散区域；自然保留区中除了草地和其他土地(非农用)面积减少外，其他地类面积基本持平，说明经过多年荒草地大力治理、开发利用建设后，钢城区后备资源缺乏。

表5 用途管制区生态用地类型面积变化表

4.3.3 生态用地用途管制对策

4.3.3.1 生态保护红线区

按照禁止开发区域管控要求，针对自然保护地核心保护区中面积减少地类要加大封育力度，主要采取保护保育和加速恢复的模式，其他生态保护红线区中面积减少地类主要采取自然恢复和辅助再生的模式，遏止减少的趋势。此外，应加大分类管制力度，依法依规对耕地逐步实施退田还林还湿，尤其是对荒草地的管制应明确是否开垦，并且尽量减少人为扰动，对自然保护地核心保护区和其他生态保护红线区进行禁止与保育的差别化管制。

4.3.3.2 生态保护控制区

针对水体和湿地生态控制区应坚守水资源承载能力底线,统筹重点河岸线及周边土地保护利用，优化河湖湿地和水网水库格局，明确水源地保护要求和保护范围；严格制定湿地保护目标，科学修复退化湿地，努力提升湿地保护的治理能力和水平；林地生态控制区应加强林业资源管护，规划禁止在区内进行毁林开荒等破坏土地生态系统结构和功能的土地开垦活动，合理进行林地利用监督管理，促进陆地水域、林地等多要素空间结构布局，使用途管制从平面的土地走向立体的空间。

4.3.3.3 农用生态保护区

针对永久基本农田保护区要严守耕地红线，落实最严格的耕地保护制度，发挥农田生态系统的复合功能；要严格控制农业结构调整，坚决遏制耕地“非农化”，防止“非粮化”，实现从单纯的数量保护向数量、质量和生态全面管护的转变；对于高标准基本农田区应改善生态环境，实现耕地数量、质量、生态“三位一体”保护，形成集中连片、旱涝保收、稳产高产、生态友好的高标准农田，中高质量农田区及一般农田区要全面提升耕地质量；针对其他农用生态保护区零星农用地应当优先整理、复垦或调整为耕地、园地，禁止占用区内土地进行非农建设及其他破坏基本农田的活动。

4.3.3.4 自然保留区

针对自然保留区应适时进行耕地后备资源调查，考虑是否划分禁止开垦区，针对荒草地、裸土地等进行保护与开发相结合的策略，构建生态良好的土地利用格局。

5 结论与讨论

5.1 结论

基于用途管制维度，结合国内外学者分类体系构建生态用地分类体系，采用土地动态度、土地利用转移矩阵等方法,分析2009—2018年钢城区生态用地的时空格局演变及管制对策，主要结论如下。

根据生态用地分类，钢城区有2个一级类、9个二级类、15个三级类；根据生态用地管制分区，分为4类规划一级分区，7类规划二级分区。2009—2018年钢城区生态用地总量呈下降态势，一级类中其他生态用地面积减少较多，二级类中草地面积减少较多。

转移矩阵呈现3大特征：非生态用地→生态用地(Ⅰ)主要是城乡建设用地增减挂钩由城镇村及工矿用地复垦为耕地。生态用地内部(Ⅳ)之间的相互转移体现在草地转化为耕地，“非粮化”以林地占用为主。生态用地→非生态用地(Ⅲ)之间的转移占比最大，被城镇村及工矿用地占用，设施用地和交通用地也占部分比例，其中以占用耕地为主。

生态用地呈现“两区、三带、多点”的空间规划格局。通过分析钢城区生态用地空间管制分区基本情况，提出差别化的用途管制对策：生态保护红线区进行禁止与保育的差别化管制；生态红线控制区需加强保护利用与修复相结合的管理措施；农用生态保护区中永久基本农田保护区要严守耕地红线；对于高标准基本农田区应改善生态环境，中高质量农田区及一般农田区要全面提升耕地质量；自然保留区应进行保护与开发相结合的策略。

5.2 讨论

本文的创新点在于以传统的土地用途管制为基础，探索基于国土空间规划格局为基础的用途管制分类及对策研究。本文的不足之处在于针对生态用地质量评价、生态用地演变及驱动机制有待进一步探究；本文以第二次土地变更数据为基础数据进行生态用地时空演变特征分析，以第三次国土调查成果为数据源的生态用地研究有待进一步拓展；生态用地演变驱动机制复杂，基于生态用地演变作用机理的对策分析有待进一步深化。