基于资源环境承载力的云南喀斯特山区土地利用功能分区探讨——以文山市为例

冯 严，赵筱青，顾泽贤，宋浩昆，周世杰

（1.云南大学地球科学学院，云南 昆明 650500；2.云南大学国际河流与生态安全研究院，云南 昆明 650500）

0 引言

近年来人类活动复杂，荒漠化、泥石流和生物多样性锐减等自然灾害日渐凸显[1]，与资源环境息息相关的人口和环境问题日益成为影响国家安全的一个关键因素[2]。“十九大”报告指出国土资源环境的评价、规划与生态文明建设环环相扣、脉脉相通，科学准确地调查、评价区域资源环境承载力是进行生态文明建设的核心[3]。

资源环境承载力是基于可持续发展理念提出来的，它是某一地区的资源环境系统在特定条件下可以承受的人口总量和经济社会规模，包括约束和保障系统两个方面[4]。资源环境承载力研究经过近百年的发展，在人口、环境、土地资源、海洋资源和旅游资源等领域已经取得丰厚的研究成果[5-6]。研究方法有生态足迹法、状态空间法、模糊评价法、系统动力学和GIS空间分析法等等[7-9]。研究内容包含概念内涵、理论框架和影响因素等[10-11]。土地利用功能分区是在对区域内环境资源可承载性和社会经济发展趋势分析的基础上，根据不同区域的土地利用特点划分若干个功能区，提出有针对性的管控措施以方便实行差别化的管理，对于引导土地的主导功能、优化土地利用结构等方面具有重要作用[12]。目前关于土地利用功能分区的研究多从多功能测度与分区优化[13]、基于地形分异的功能分区[14]等方面展开，研究尺度包括省级、市级、县级、乡镇级等[15]，研究区多集中在人口活动密集区、传统农区[16]以及欠发达山区[17]。已有研究对于喀斯特石漠化区的土地利用功能分区研究仍然较为薄弱，仅饶映雪[18]等人从微观尺度探讨了适合喀斯特地区的土地功能分区模式；王德光[19]等人基于ANN的BP模型探讨了典型喀斯特区广西省都安县的土地系统功能分区。综上所述，以往研究多就喀斯特石漠化区进行资源环境承载力评价，或单独就喀斯特区进行土地利用功能分区研究，基于资源环境承载力评价对喀斯特区进行土地利用功能分区的研究较少。

我国西南喀斯特地区土壤贫瘠、石漠化问题突出、生态变异敏感度高、环境承载力低以及抵抗外界干扰能力弱[20]。近年来人地矛盾日益加剧，不合理的人类经济活动是导致喀斯特地区进入恶性循环的主要原因[21]。因此，研究喀斯特山区的资源环境承载力，合理划分土地利用功能分区对保证区域土地合理布局，缓解现有的土地利用矛盾等具有重要的意义。截止2016年底，云南省石漠化面积为23 520 km2，占全省岩溶面积的29.6%，位列南方八省第二。其中，文山壮族苗族自治州居于云南省首位。本研究以云南省典型喀斯特山区文山市为例，基于资源环境承载力划分土地利用功能分区，并提出了各分区的管控措施，研究结果丰富了小尺度喀斯特区的土地利用功能分区研究，对喀斯特山区缓解人地矛盾和保护生态环境等具有参考价值，也可为相似喀斯特区的石漠化治理提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

文山市地处云南省东南部，是文山壮族苗族自治州州府所在地（103°43′0″～104°27′59″E，23°05′32″～23°42′59″N）。国土总面积2965.18 km2，共辖3个街道办事处、7个镇、7个乡（图1）。境内地势复杂，山区、半山区占土地总面积的90%[7]，海拔高差2 373 m；区内年降水量36.7亿m3，属西风带、中亚热带季风气候；全境属红河流域、泸江水系。全市喀斯特地貌面积2231 km2，是全市的重要地貌类型，2017年石漠化面积570.4 km2，占全市总面积的19.24%，主要分布在东部、南部[7]。石漠化分布区土地质量差，植被覆盖率低，产业发展滞后，阻碍了当地的经济发展[22]。

图1 研究区区位示意图

1.2 数据来源及处理

研究所用数据的具体来源和用途见表1。其中，2017年遥感影像采用人机交互式进行土地利用类型和石漠化的解译，并选取了195个样本点进行实地验证，解译精度满足研究需求，达到88.18%。根据表2的赋值标准，通过ArcGIS软件的空间分析工具得到地形、森林绿地、水域和地质灾害各因子的空间评价结果，并将所有空间数据都统一转换为WGS84-UTM48N投影坐标系，上图单元的空间尺度确定为10 m×10 m，再基于ArcGIS软件进行综合叠加分析，基于公式（2）计算各乡镇资源环境保障系统下的人口容量水平。

表1 数据来源及用途

1.3 研究方法

1.3.1 资源环境约束系统承载力评价方法

资源环境约束系统指的是各种地形地貌、水文、生态环境和灾害因子等对人类社会发展的限制和约束作用[23-24]。评价指标体系从地形地貌、水文、生态环境和地质灾害等方面构建[4]。结合文山市实际，遵循科学、全面和可行性原则，从地形、森林绿地、水域和地质灾害四个方面构建资源环境约束系统承载力评价指标体系。结合喀斯特高原地区特点，参考前人研究[25-26]，各约束性因子的分级标准及划分依据为：①海拔。研究区地处高原，平均海拔较平原高，宜居的高海拔坝区仍可开发建设[14]，高程分级适当放松限制；②坡度。坡度的限制作用较高程显著许多，参考黄光宇等人关于坡度对建设用地的影响研究[27]，将坡度高于250的区域赋予极大约束力；③森林绿地。森林绿地能够维持生态功能、促进生态系统平衡，因此对自然保护区、旅游资源、生态农业区赋予较高约束力。④水域。水资源对于维持人类生存必不可少，本文参考《HJ 338-2018饮用水源保护区划分技术规范》，将水库和河流的核心影响区和缓冲区划分不同的约束力等级；⑤地质灾害。地质灾害对人类生产生活的威胁显著[28]，选取文山市典型的石漠化和岩溶塌陷指标来表征地质灾害。参照以上标准，本文的资源环境承载力划为无、极低、低、中、高和极高约束力6个等级，分别对应0、1、3、5、7、9的约束力赋值得分[4]。

资源环境约束系统是一个受多种约束因子共同影响、相互作用的复杂系统[23]。本文采用层次分析法[29]来确定权重。即根据1～9标度法[30]构造判断矩阵，经过层次单排序、一致性检验和总排序最终求得各因素对目标层的权重值（表2）。运用加权求和的方法得到资源环境约束系统的综合评价结果，公式为：

表2 文山市资源环境约束系统承载力评价指标体系

式中：Ri为资源环境约束承载力综合得分；Wi为第i项指标的权重；Ai为第i项指标的对应得分。

1.3.2 资源环境保障系统承载力评价方法

区域资源环境系统所能承载的人口和经济规模可以用保障系统承载力来直接表示。因此，可以通过测度资源环境系统所能容纳的最大人口容量反映一个地区的保障系统承载力。人口容量受多种因素影响，本文借鉴以往研究[4,23]，以土地资源为主要影响因素来测算人口容量，考虑资源环境约束系统承载力与土地资源、人口数量的合理搭配，将资源环境约束系统承载力评价中的建设用地适宜区范围（包含高度适宜建设区和一般适宜建设区）作为以下公式中适宜建设区面积的理想规模。参考《文山市城市总体规划（2014-2030）》，确定文山市各乡镇的人均建设用地标准为110 m2。基于以下公式测算土地资源所能保障人口规模：

式中：pc—土地资源所能承载的人口容量；b—人均建设用地标准；a—适宜建设区面积。

耕地保护与粮食安全一脉相连，因此城市规划必须要优先考虑耕地保护的预留空间[4]。约束系统承载力评价结果显示，大部分限制和禁止建设区是关键的生态功能区和高风险地区，坡度超出适宜耕作的标准（25°以上）、石漠化程度高，不适宜耕地分布；反之，适宜建设区坡度低或适中、靠近河流，拥有优良的灌溉条件，现实中大部分耕地分布于此。故文山市实际最大建设空间=适宜建设区总面积-政策性耕地保护面积。论文选取《文山市土地利用总体规划（2010—2020年）》中文山市人民政府下达的各乡（镇）的耕地保有量作为政策性保护的耕地面积。

1.3.3 基于资源环境承载力的土地利用功能分区方法

土地利用系统与资源环境系统息息相关[23]，在建设用地规划中，任意地区资源环境承载力的阈值均制约着该区土地利用的强度，资源环境约束力指数高的区域应当禁止建设，而资源环境约束力指数低的区域则可以优先进行开发建设。

参考前人分区方法[4,17,23]，本文的土地利用功能分区方法为：①借用自然断点法，将约束系统承载力评价结果，依照数据区间从小到大的顺序依次划分为高、中、低和不承载4个等级，分别对应高度适宜建设区、一般适宜建设区、限制建设区和禁止建设区4种类型，为保证区域的连片性和完整性，将面积＜0.1 km2的破碎图斑并入邻近面积较大的区域中；②以镇域为评价单元，优先将禁止建设区主要集中的乡镇划为生态红线保护区，将限制建设区集中的乡镇划为环境保护旅游开发区，将一般适宜建设区集中的乡镇划为城乡统筹发展区，将高度适宜建设区集中的乡镇划为中心城镇优先发展区；③为更贴合文山市实际，基于生态优先和主导功能原则，结合保障系统承载力、城市总体规划、土地利用总体规划等文件对分区结果做出修正，以保障系统承载力确定各功能区的人口容量。

2 结果分析

2.1 资源环境承载力评价

2.1.1 资源环境约束系统承载力评价

文山市资源环境约束系统承载力评价值为0～6.132，高、中承载的区域占比超过总面积的一半，表明市域内土地利用在一定程度上还能够满足需求。其中高承载区域面积为473.15 km2，占总面积的15.96%，约束力指数低，位于0.343～1.476。中承载区域面积为1171.37 km2，所占比重最高，为39.51%，约束力指数较低，位于1.476～2.404。低承载区域面积为1086.14 km2，占总面积的36.64%，约束力指数较高，位于2.404～3.864。不承载区域面积为234.00 km2，所占比重最小，为7.89%，约束力指数高，位于3.864～6.132。

根据不同承载力所处区域的约束力情况，以及对资源环境系统的影响程度，将高、中、低、不承载力区域分别对应高度适宜建设区、一般适宜建设区、限制建设区和禁止建设区，它们的空间分布特点如下：

（1）高度适宜建设区主要分布于西北至东南一线的中部区域，沿盘龙江呈条带状分布，集中分布在新平街道、马塘镇、德厚镇、红甸乡等乡镇。该区为高承载区域，约束力指数低，为0.343～1.476。坡度多低于8°，海拔在1000～1500 m，属于文山市中、低海拔地区。土地利用类型多为建设用地，多位于农村和城市已建区范围内，距自然保护区和森林绿地有一定距离，对资源环境系统的影响小，适宜建设。

图2 资源环境约束系统承载力评价分级图

图3 2017年文山市土地利用现状

（2）一般适宜建设区主要分布于市域中部及高度适宜建设区的外围，呈块状，重点分布在德厚镇、马塘镇、秉烈乡等乡镇。该区为中承载区域，约束力指数较低，为1.476～2.404。坡度多在15°以下，海拔多位于1000～1500 m，土地利用类型多为耕地和建设用地，对资源环境系统的影响较小，较适宜开发。

（3）限制建设区主要分布在文山市的中南部片区，集中分布于文山市的边界外围，呈月牙状，主要分布在平坝镇、柳井乡、新街乡、薄竹镇等乡镇。该区为低承载区域，约束力指数较高，为2.404～3.864。该区坡度主要集中在15°以上，海拔主要为1500～2000 m。多位于中和重度石漠化区，盘龙江的缓冲区域，平坝古镇和盘龙公园等旅游景区核心影响范围内，岩溶塌陷高易发区以及老君山自然保护区边缘，区内林地面积覆盖较广，对资源环境系统的影响较大，不适宜建设。

（4）禁止建设区主要分布于文山市的西部，呈块状分布，主要分布在薄竹镇、坝心乡、小街镇三个乡镇。该区为不承载区域，约束力指数高，为3.864～6.132。坡度集中在25°以上，海拔多在2000 m以上，多位于老君山自然保护区、岩溶塌陷高易发区、生态农业区核心范围内，对资源环境系统的影响大，不适宜开发。

2.1.2 资源环境保障系统承载力评价

根据资源环境约束系统承载力评价结果，文山市适宜建设区面积1644.52 km2，占比为55.47%，在一定程度上可以满足城市发展的需求。若不考虑耕地保护，文山市适宜建设区的理论规模为1644.52 km2，按照人均建设用地标准110 m2，运用公式（2）进行计算，文山市的理论极限人口容量为1495.02万。但是扣除政策性耕地保护面积795.00 km2后，实际最大建设空间为849.52 km2，实际极限人口容量仅为772.29万（表3）。

表3 文山市保障系统承载力保障下的人口容量分析表

因此，在扣除耕地保护面积后，文山市实际保障人口容量减少至理论值的1/2，表明未来城镇规模的快速扩张与耕地保护之间矛盾突出。各乡镇所能保障的现实极限人口容量大小依次为马塘＞秉烈＞卧龙＞平坝＞德厚＞新平＞开化＞东山＞红甸＞追栗街＞薄竹＞喜古＞柳井＞小街＞新街＞坝心＞古木。其中，马塘镇所能保障的现实极限人口容量最大，为149.95万。而古木镇作为一个特例，实际最大建设空间为负值，原因是该区石漠化面积大，地质灾害高、易发，可开发适宜建设面积不足。

2.2 基于资源环境承载力的土地利用功能分区

2.2.1 文山市的土地利用功能分区方案

基于资源环境承载力评价结果，结合城市总体规划和文山市的土地利用现状等，采用前文所述的土地利用功能分区方法，将文山市土地利用划分为中心城镇优先发展区、城乡统筹发展区、环境保护旅游开发区和生态红线保护区4个功能区（图4）。具体情况如下：

图4 文山市土地利用功能分区结果图

（1）中心城镇优先发展区：范围涉及德厚、马塘、新平、卧龙和开化5个街镇，面积为874.47 km2，占比为29.50%，可承载人口408.46万。该区人口高度聚集，经济活动活跃，是目前的城镇建设核心区，也是今后城镇扩张的重要增长极。该区主要以耕地和建设用地为主，主要承担生产和生活的功能。

（2）城乡统筹发展区：范围涉及追栗街、喜古、红甸和秉烈4个乡镇，面积为550.34 km2，占比18.56%，可承载人口206.53万。该区与中心城镇发展区毗连，是今后文山市城镇扩张的主要方向。该区以耕地、林地和自然保留地为主，主要承担生产和生态功能；同时在今后城镇扩张过程中也承担缓解中心城镇优先发展区压力的功能。

（3）环境保护旅游开发区：范围涉及柳井、新街、东山、平坝和古木5个乡镇，面积为903.50 km2，占比为30.48%，可承载人口124.06万。该区包括依法划定的生态保育区中的限制建设区，如老君山自然保护区的边缘地带；还包括石漠化和地质灾害高易发区等区域；还有部分民族文化景点分布。该区的林地资源较为丰富，耕地次之，承担着部分生产和生态功能。

（4）生态红线保护区：范围涉及薄竹、坝心、小街3个乡镇，面积为636.35 km2，占比为21.46%，可承载人口33.24万。该区包括依法划定的生态保育区中的禁止建设区，如老君山自然保护区的核心范围、部分基本农田和森林绿地分布区域；还包括自然环境条件复杂的岩溶塌陷高发区、地质灾害频发区等。区内林地和自然保留地占绝对优势，主要承担着生境涵养、调节气候等重要功能，为全市提供生态安全屏障。

2.2.2 各功能区的利用方向与用途管制对策

（1）中心城镇优先发展区：该区的特点是耕地和建设用地占用冲突、人口密集，区内石漠化多以重度石漠化为主。建议以保护基本农田、优化产业布局、城镇升级改造为主要发展方向。

（2）城乡统筹发展区：该区有用地结构不合理、集约度低、土地产出低的特点。区内有少部分石漠化区，主要集中在追栗街镇。建议以发展高效农业、优化用地结构为主要发展方向，同时注重改善人居环境和基础设施，提高居民生活水平。

（3）环境保护旅游开发区：该区的石漠化面积最广，以轻、中度石漠化为主。资源环境脆弱，但是民族风情浓郁、具有丰富的文化底蕴。建议将生态保护和旅游发展并重作为该区的利用方向。

（4）生态红线保护区：该区特点是地形复杂、抗干扰能力差和生态恢复能力弱等，有极少数的轻度石漠化分布，建议以控制人类活动、注重生态保护为主要方向。

3 结论

（1）文山市约束系统承载力可划分为高、中、低和不承载4个不同的等级，分别占土地总面积的15.96%、39.51%、36.64%和7.89%。高、中承载的区域面积超过土地总面积的一半，土地利用在一定程度上还能够满足需求。但是在保障系统承载力方面，在扣除耕地保护面积后文山市所能保障的实际极限人口总量为772.29万，较理论极限人口容量减少一半，耕地保护与城市规模扩张矛盾突出。

（2）文山市共划分为中心城镇优先发展区、城乡统筹发展区、环境保护旅游开发区和生态红线保护区4个土地利用功能区，分别占土地总面积的29.50%、18.56%、30.48%和21.46%。

4 讨论

从方法看，研究未采用传统的系统聚类法进行功能分区，而是沿用了刘明[4]等人关于丘陵山区的土地利用功能分区方法，即用资源环境承载力评价结果指导土地利用功能分区。但是本研究以喀斯特山区为研究对象，在指标选取上考虑了研究区的地形地貌特点，增加了石漠化和岩溶塌陷指标，突出了喀斯特石漠化地区的特殊性。且研究在前人研究的基础上做出了改进，将乡镇作为分区单元，保证了行政区域完整性，方便乡镇制定相关治理保护政策，有助于乡镇一级推动石漠化治理、生态环境保护工作的开展。从研究结果看，本研究划分了中心城镇优先发展区、城乡统筹发展区、环境保护旅游开发区和生态红线保护区4个土地利用功能分区。与以往研究相比，本研究并未划定粮食主产区或基本农田保护区，这是由于文山市的耕地集中在坝区，而坝区也恰是中心城镇集中分布区。故城乡统筹发展区和中心城镇优先发展区均为粮食主产的区域，难以划出明显粮食主产界限。

同时，本研究尚存在不足。首先，研究着重考虑了自然因素对土地利用功能分区的影响，对于人类活动、社会经济因素的影响分析不够深入，在一定程度上可能会影响分区结果的科学性。今后可考虑增加反映人类活动和社会经济的指标。其次，受限于数据的可获性，研究仅选取了2017年的截面数据，为了反映区域资源和土地状况的动态变化趋势，今后可考虑采用连续的面板数据来动态反映研究区的资源环境承载力变化状况，分析出区域内部的变化特征。最后，经济社会发展的程度可以影响并决定土地资源的承载人口容量，研究仅用土地资源评价法来确定区域的人口容量考虑不充分，可在今后研究中做出改进。