基于生态导向的四川省交通国土空间承载力评价

何 尹 杰，张 占 录*，朱 高 儒，吴 大 放，李 龙，刘 艳 艳

(1.中国人民大学公共管理学院，北京 100872;2.交通运输部规划研究院，北京 100028;3.广州大学地理科学与遥感学院,广东 广州 510006)

0 引言

推进生态文明建设、优化国土空间格局是国家的发展战略和基本准则。过去交通建设过程中由于过于重视经济效益，造成污染超标排放、能源过度消耗、土地浪费和物种割据等现象，导致大部分交通项目与环境、社会、生态关系不协调。基于生态导向的交通国土空间承载力评价不仅是国家政策层面的响应，也可为后续交通廊道的选线和优化提供重要参考。“承载力”(carrying capacity)一词源于希腊[1]，为物理学概念，后逐渐应用于种群生态学研究，指在不会对区域造成损害的前提下，一个区域所能承受的种群数量极限[2]。关于交通国土空间承载力的研究，从宏观城市群[3，4]到中观单个城市[5，6]再到微观片区[7]，涉及城市路网[8，9]、交通基础设施[10]和城市机动车发展规模[6]等内容；近年来研究对象逐渐转变为高铁、轻轨和地铁等轨道交通[11-14]，研究方法从定性静态分析发展为动态模拟与预测[15，16]，研究内容和研究重点趋向于多层次的复合[17-20]，这些进步均有利于实现区域与交通设施的可持续发展，促进生态功能提升、保障环境质量安全及各类资源的合理利用。生态导向下的承载力研究是交通国土空间开发判断的首要依据[21]，交通和环境承载力之间高度协调有利于推动区域经济发展和实现可持续发展目标[3]。目前，尽管不少有关承载力的研究将生态因素作为某项指标纳入评价体系(如生态重要性和生态脆弱性)，但少有全面考虑生态红线、生态空间和保护物种栖息地等重要信息。鉴于此，在国土空间规划背景下，本文以生态为导向确定四川省交通国土空间承载力等级，以期为缓解不同用途空间冲突、统筹安排空间格局和促进空间管制优化提供借鉴。

1 评价技术路线与指标体系构建

1.1 评价技术路线

咨询交通运输部规划研究院、四川省交通运输厅、四川省生态环境科学研究院等专家意见并参考文献[22-25]，确定评价技术路线(图1)为：在自然资源现状调查的基础上，按照国家生态红线方案及相关法律法规划分生态禁止建设区和限制建设区；按功能型对国/省干线公路进行等级划分；根据交通建设特点，以生态优先为导向进行单要素和集成评价；综合生态禁/限建区、国/省干线公路和交通建设集成评价，对交通国土空间承载力进行评价。

图1 交通国土空间承载力评价技术路线Fig.1 Technical route of evaluation on carrying capacity of national land space of transportation

1.2 评价指标体系构建

以交通国土空间开发对生态环境造成最低影响为目标，对四川省自然资源、灾害风险、生态等因素进行深入分析后，根据交通建设的特点，参考“双评价”指南的核心指标[26]，结合“三区三线”和主体功能区规划等相关成果[27]，构建以生态为导向的四川省交通国土空间承载力评价体系(表1)。

表1 交通国土空间承载力评价体系Table 1 Evaluation system of carrying capacity of national land space of transportation

在交通建设中原则上应避开生态禁止建设区，但现实中往往因该区域面积较大且集中连片，绕开需要巨大的经济成本，建设单位通常采取无害化穿(跨)越方式，尽量减少对生态的破坏，故生态禁建区承载力权重并非为0。通过专家打分和重点考虑交通国土空间开发可能对生态造成的不良影响，得出生态禁/限建区和国/省干线公路各指标层权重(表1)。对于交通建设集成评价指标层，根据指标的重要程度，应用层次分析法确定各指标权重。首先构建层次结构模型，将决策目标分解成多个准则层要素，再分解为多个备选方案(3个层次)；然后构建判断矩阵并通过一致性检验，在准则层要素基础上判断各备选方案之间的重要性；最后得出各备选方案对决策目标的影响权重。将影响评价结果的土地利用类型、高程、坡度、地震风险、地质灾害、保护物种栖息地、生态脆弱性、生态重要性、气温和降水10个指标作为备选方案要素，对比两要素间在交通建设适宜度和生态环境保护准则下的重要程度，得到相关数据矩阵，确定各指标权重(表1)。

1.3 三维魔方评价模型

三维魔方评价模型从3个不同维度构建坐标系，每个维度设定不同结点构成三维空间的N阶魔方，形成N3种模式组合，该模型能直观呈现评价因子层的主导功能位序。本文以生态禁/限建区、交通建设集成评价和国/省干线公路为轴构建三维魔方模型，模型中生态禁/限建区和交通建设集成评价均考虑到交通国土空间开发对生态环境的影响，体现以生态为导向。最终利用式(1)计算得到交通国土空间承载力，并将其分为高(5级)、较高(4级)、中度(3级)、低(2级)和极低(1级)5个等级。其中，5级(高交通国土空间承载力土地)适合规模开发，1级(极低交通国土空间承载力土地)应进行开发管制和保护，其余等级则结合研究区国土空间实际利用情况，按照从高到低的等级顺序进行交通开发[28，29]。

(1)

式中：S为交通国土空间承载力；Wi为第i(i=1,2,…，m)个因子的权重；Xk、Wk分别为第k(k=1,2,…，n)个单要素评价指标及其权重。

2 研究区概况与数据来源

四川省地处我国西南内陆(97°21′～108°33′E，26°03′～34°19′N)，属于第一阶梯向第二阶梯的过渡地带，山地、高原、盆地、平原、丘陵共存(山地和高原占全省面积的75%)，地势西高东低，海拔范围为186～7 148 m，多数山顶海拔高于4 000 m，地势切割强烈。四川是全球34个生物多样性热点地区之一，是我国重要的物种库和基因库，也是全国第二大林区(西南林区)的主要组成部分；全省天然草原集中连片分布在甘孜、阿坝和凉山州，面积约163 300 km2，属全国五大牧区之一，生态功能十分重要。但随着人口增加和经济发展，四川省交通道路里程数和范围急剧扩大，其面临着生态功能退化、水源涵养功能紊乱、生物多样性破坏、生态景观破碎化严重等问题。

四川省土地利用类型、高程(DEM)、地震风险、地质灾害、气温和降水数据源于中国科学院资源环境数据云平台(http://www.resdc.cn/Default.aspx)；交通道路数据源于国家基础地理信息中心(http://www.ngcc.cn/ngcc/)，以上数据的时间节点为2015年，其中土地利用类型、地质灾害、交通道路数据在原有基础上通过遥感等技术更新至2019年；四川省生态保护红线、重要水源保护地和保护物种栖息地等数据由交通运输部规划研究院提供。

3 结果分析

3.1 生态禁/限建区

四川省生态禁/限建区包括国家公园、自然保护区、风景名胜区、森林公园、地质公园、湿地公园、自然遗产地、水产种质资源保护区、饮用水水源保护区和生态保护红线。其中，一级禁建区为“自然保护区和饮用水水源保护区的核心区和缓冲区”，面积为39 348.10 km2，占全省面积的8.09%，其余为二级禁建区，面积为13 938.73 km2，占全省面积的2.87%；生态限建区面积为148 464.80 km2，占全省面积的30.54%(图2)。

图2 四川省生态禁/限建区分布Fig.2 Layout of ecological construction-forbidden/restriction zones in Sichuan Province

3.2 国/省干线公路

2019年四川省综合交通路网突破34.7万km，其中公路总里程达33.2万km(图3)。规划公路总里程4.1万km，建成和在建里程超过1万km，等级以外的公路总里程达28.6万km，以上均位列全国第一；高速公路建成里程达7 238 km，位居西部第一、全国第三。

图3 四川省国/省干线公路Fig.3 Distribution of national and provincial highway in Sichuan Province

3.3 交通建设集成评价

(1)土地利用类型评价。土地利用数据采用中国土地利用/土地覆盖遥感监测数据分类系统，一级分类为耕地(旱地)、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6种。土地利用类型决定交通建设的方式和可行度，不同用地类型的交通建设承载力不同，基于生态导向将土地利用类型的交通建设承载力划分为5个等级(表2)：建设用地和未利用地适宜交通建设，二者的交通建设承载力等级最高(5级)；耕地(旱地)资源较适宜于交通建设，等级为4；草地处于坡度较陡或地势较高地区，且多位于生态限建区，等级为3；林地多位于坡度较陡或地势较高地区，且其交通建设难度大于草地，等级为2；在水域开展交通建设较难，同时应避免污染水环境，故其等级最低，为1。评价等级可视化如图4a所示。

表2 交通建设集成评价分级Table 2 Classification in integrated evaluation of transportation construction

图4 交通建设集成评价中各指标分级Fig.4 Indicator classification of integrated evaluation of transportation construction

(2)高程和坡度评价。复杂的地形地貌是影响四川省交通建设的重要因子之一[22]。利用高程数据(DEM)生成坡度数据，高程越高或坡度越陡，越不适宜交通建设，交通建设承载力等级越低；反之等级越高。利用自然断点法将四川省高程和坡度划分为5个等级(表2)，评价等级可视化如图4b、图4c所示。

(3)地震风险和地质灾害评价。四川省是地震和地质灾害频发地区，地震和地质灾害风险越高的区域，越不适宜交通建设(表2)。四川地震活动断层分布广、危险性高，通过对断裂带做缓冲区分析，划分为距离断裂带<10 km、10～20 km、20～30 km、30～40 km、≥40 km 5个等级；四川地质灾害类型主要有泥石流、滑坡、崩塌、地面塌陷等，地质灾害可划分为高危险区、较高危险区、略高危险区、低危险区、相对安全区5个等级。地震风险和地质灾害评价等级可视化如图4d、图4e所示。

(4)保护物种栖息地评价。交通建设会破坏动物自然栖息、生长和繁殖的活动场所，造成动物活动领域隔断，故交通用地选址应充分考虑物种栖息地的保护，尽量避免伤害到野生动物。四川物种资源丰富，是世界珍贵物种的基因库之一，有大熊猫、云豹、雪豹、金丝猴、山鹧鸪等重要物种栖息地，面积达311 882.51 km2，占全省总面积的64.15%。栖息地中珍贵物种种类越多，交通建设承载力等级越低，珍贵物种种类为0、1、2、3～4和≥5种的区域分别对应等级5至等级1，评价等级可视化如图4f所示。

(5)生态重要性和生态脆弱性评价。生态重要性是生态系统对其区域可持续发展作用的重要性，一般从水源涵养和生态产品提供等角度评价。本文在《四川省主体功能区规划》生态重要性评价成果基础上，对交通建设承载力等级进行评价，生态越重要的区域，越不适宜交通建设，等级越低，从低到高划分为1～5级(表2、图4g)。生态脆弱性是生态系统在特定时空尺度对外界干扰所具有的反应和自我恢复能力，一般从水土流失、沙漠化、石漠化和盐渍化等角度评价。本文在《四川省主体功能区规划》生态脆弱性评价成果基础上，对交通建设承载力等级进行评价，生态越脆弱的区域，越不适宜交通建设，等级越低，从低到高划分为1～5级(表2、图4h)。

(6)气温和降水评价。气候变化会诱发交通事故(尤其对于山区道路)，降水量较少会导致空气干燥、空气污染和灰尘增大，生态导向下交通建设承载力低，直接影响交通建设承载力的高低。四川位于亚热带区域，年均气温适宜，年降水量为800～1 200 mm，较适宜道路修建。将年均气温15.66～22.51 ℃、年降水量1 044.72～1 252.47 mm的区域评价等级设为最高(5级)，其余等级划分结果见表2，气温评价等级可视化如图4i所示，降水评价等级图略。

3.4 交通国土空间承载力评价

利用三维魔方评价模型将上述评价结果在ArcGIS软件上进行图层叠加，得到基于生态导向的交通国土空间承载力评价结果(图5)。

图5 交通国土空间承载力等级Fig.5 Grades of carrying capacity of national land space of transportation

由图5可知，四川省各级交通国土空间承载力的土地数量较均匀。1级极低交通国土空间承载力面积为98 088.33 km2，占比20.18%，主要分布在一、二级生态禁建区，交通选址尽量绕开这些区域，或基于生态破坏最小原则，采用无害化穿(跨)越方案建设；2级低交通国土空间承载力面积为97 024.92 km2，占比19.96%，该类土地具有一定的生态脆弱性和自然灾害危险性，暴雨、洪涝、泥石流和地震频发，交通建设时应注意整体抗灾设计，做好潜在的灾害识别、检测、预防工作；3级中度交通国土空间承载力面积为97 260.50 km2，占比20.01%，土地利用类型多为草地且地势较高，人口密度较低，经济发展一般，交通路线密度应适中；4级较高交通国土空间承载力面积为98 077.80 km2，占比20.17%，5级高交通国土空间承载力面积为95 687.75 km2，占比19.68%，二者多分布在四川东部盆地，高程普遍在1 000 m以下，坡度在10°以下，可优先进行交通国土空间开发。

四川省18个地级市、3个自治州中，东部平原地区的成都、遂宁、资阳、南充等的交通国土空间承载力为5级的土地占比较高，这些城市交通国土空间开发强度高、潜力大，其中成都5级高交通国土空间承载力的土地面积占该市土地总面积的47.62%，1、2级极低和低交通国土空间承载力的土地面积仅占11.11%和3.97%；广元、巴中、眉山、宜宾、达州、攀枝花等城市的交通国土空间承载力以4级为主，可在合理规划下进行适度的交通国土空间开发；而阿坝藏族羌族自治州、甘孜藏族自治州、凉山彝族自治州分布在四川省西部山地，多是1、2、3级中度以下的交通国土空间承载力土地，交通国土空间开发时需着重考虑对生态环境的负面影响。

4 结论与讨论

本文构建的交通国土空间承载力评价体系基于生态优先理念，充分考虑资源环境约束，系统分析各因素之间相互联系和制约关系，同时具有数据易获取、方法可复制等特点，能科学表征交通国土空间承载力，也可为其他地区交通国土空间承载力评价提供参考。通过科学评价交通国土空间承载力逐步实现事后治理向事前预防转变，是推动自然环境与交通建设一体化的科学有效的方法。

四川省交通国土空间高承载力地区主要分布于东部盆地，中低承载力地区主要分布于西部山地和中部自然灾害频发地区，可见交通国土空间承载力是科学判断区域交通承载规模的一项重要依据。因此，四川省应在综合交通建设过程中引入承载力评价，从源头上防范交通建设所造成的生态破坏和对环境的影响，缓解区域交通空间建设与生态空间保护冲突，实现人与自然和谐发展。

生态导向下的承载力评价是交通国土空间控制规划的基础，下一步工作将聚焦开发适宜性评价，通过分析交通建设对国土空间格局、社会、经济、环境、文化和公众等的影响，调整和优化交通廊道。针对必须新建的交通道路，应基于承载力评价结果统筹布局，尽量少占土地，优先对现有交通道路提升改造；同时应提升交通道路建设技术和转变发展理念，促进建设发展与生态环境相和谐。