近30年黄河下游城市后备可利用土地资源时空演变分析
——以济南市为例
2022-08-25黄志蕾朱纹君齐善忠
黄志蕾, 朱纹君, 齐善忠
(山东师范大学 地理与环境学院, 济南 250358)
黄河流域是我国重要的生态屏障，在新时代的发展要求下，黄河流域高质量发展建设与生态修复已成为众多学者关注的热点话题[1]。20世纪50年代以来，改革开放极大促进了中国生产力的解放。在快速城镇化发展的推动下，城镇用地的扩张导致土地资源等自然资源开发速率显著提升，使土地资源与人类社会间的矛盾日益强烈[2-3]。党的“十八大”报告明确指出我国要健全国土空间开发、资源节约、生态环境保护的体制机制，推动形成人与自然和谐发展的现代化建设新格局。这就要求在满足未来经济发展对土地利用需求的同时，需适量开发剩余可利用土地资源。因此，关注后备可利用土地资源现状，明确其地域用途导向，对城市经济发展和生态环境安全有重要意义[4-5]。
土地利用评价始于20世纪30年代美、英、德等西方国家[6-7]。大多数国外学者将土地生产力与土地利用的生态效应作为评价指标对土地利用的合理性进行评价[8-9]。但在指标选取上争议较多，例如在评价农业生态系统时，经济指标难以确定[10]。由于西方国家社会性质以及等级制度，地权等社会经济因素[11]在土地利用评价时成为重要参考。更有国外学者认为各级地权所有者的综合参与式评价，才可能找到有效的地方土地持续利用解决方案[12]。随着社会经济的发展，土地资源的开发利用活动已接近饱和[13-14]。为了谋求进一步的发展，仍需对剩余土地资源开发利用。后备土地利用资源是指一个地区潜在或剩余的可用于新增耕地或建设用地的土地，通常可用于评价一个地区的土地资源对未来农业发展或人口聚集、工业化以及城镇化的承载力[15-16]。土地利用资源评价指标体系较为复杂。鉴于此，徐勇等[17]结合地形、地貌条件、土壤性质等多个要素系统地提出了后备适宜建设用地潜力评价方法，计算了2008年中国后备适宜建设用地面积，对其空间分布格局进行分析。周艺等[18]基于此方法对我国丝绸之路经济带后备可利用水土资源进行评价，分析其空间分布格局特征，指出该区域后备可利用水土资源匮乏以及空间分布不匹配的现状。
济南市是山东省的省会城市，同时也是黄河下游最大的工业城市之一。定量评价土地资源对济南市城市经济高质量发展与土地规划有重要意义。刘金勇等[19]应用土地利用转移矩阵法，评估了济南市土地利用/覆被变化情况及其生态系统服务价值，认为土地资源开发利用现状仍需调整。王恳等[20]指出经济发展状况与当地收入水平是济南市土地利用变化的最主要驱动力。总之，已有研究为济南市合理开发土地资源提供了较好的理论依据，但多侧重于单一土地利用类型的变化[21-22]，对后备土地利用资源研究较少。鉴于此，本研究应用后备可利用土地资源评价方法，以济南为研究区域，对济南市后备可利用土地资源进行评价，分析其地域用途导向，以期为济南市土地利用资源提供重要参考。
1 研究区概况
济南市(东经116°49′—117°14′，北纬36°32′—36°51′)占地面积3 305.74 km2，地形地势起伏度大，呈南高北低之势。隶属明显的季风性气候，四季分明，年平均气温为13.5～15.5℃，全年无霜期230 d左右，降水量为600～900 mm。地处鲁中南低山丘陵区和鲁西北冲击平原区交接地带，南靠泰山，北跨黄河，是环渤海地区和黄河中下游地区中心城市之一。济南市土地利用以耕地和建设用地为主，至2020年耕地和建设用地面积分别为1 373. 09 km2，922.15 km2。区域内常住人口为890.87万人，城镇化率达72.1%。近年来，济南市城市土地利用建设取得卓越成效，土地资源利用程度加深。基于研究目的、城镇化发展水平以及数据的可获取性，本研究选定黄河流域周围城市群为研究对象，包括市中区、历下区、槐荫区、天桥区、历城区和长清区。
2 数据与方法
2.1 数据来源与处理
本研究采用USGS提供的1990年、2000年、2010年、2020年4期共8景Landsat TM/OLI遥感影像数据(表1)，分辨率为30 m，成像质量清晰，云量较少。经几何精校正、大气校正、辐射校正、影像拼接、裁切等预处理，使用面向对象分类法并结合人机交互修正后提取土地利用空间位置分布信息，校正误差在1个像元以内。依据《中国土地利用现状分类
表1 遥感影像信息
2.2 研究方法
基于后备土地利用的内涵，结合已有研究，本文应用可利用土地资源集成评价法，计算济南市1990—2020年的后备适宜建设用地与后备适宜耕地。根据研究区的特性分析其地域用途导向。计算公式见表2。
表2 后备可利用土地资源评价方法
后备可利用土地资源主要划分为后备适宜建设用地和后备适宜耕地，二者的空间分布情况具有重叠性和差异性的特征。重叠性指在地形坡度小于15°条件下，后备适宜建设用地都属于后备适宜耕地，即若后备可利用土地资源未来可作为新增建设用地，同时也可作为新增耕地进行利用。两者的差异性在于坡度取值，后备适宜建设用地坡度取值为≤15°，适宜耕地的坡度为≤25°[23]。
通过所获取的研究区行政区划图、土地利用现状分布图、水系分布图以及高程分布图制备出济南市地形图，参照地形高程的国家级分级标准并结合研究区的特性，将地形坡度分为小于3°，3°～8°，8°～15°，15°～25°和大于25°共5个等级。经叠加匹配后通过上述计算方法得出研究区后备适宜建设用地面积以及后备适宜耕地面积。针对后备适宜建设用地与后备适宜耕地的空间分布特性即差异性与重叠性，根据济南市自然经济社会发展现状与相关的规划、政策等，确定两种类型用地的地域导向。参考相关研究[24]，确定济南市后备适宜建设用地系数α为1。
3 结果与分析
3.1 济南市后备建设用地潜力分析
济南市土地利用类型以耕地为主，建设用地主要分布在研究区中心偏北部，呈显著扩张趋势。研究时段内，济南市后备适宜建设用地空间分布格局较为稳定(图1)，主要分布在济南市南部地区。从各区县看，后备适宜建设用地主要分布在长清区南部和历城区西南部，零星分布在天桥区南部、槐荫区西北部和历下区东南部。
近30年间，济南市后备适宜建设用地面积呈下降趋势，大致以2010年为界，1990—2010年后备适宜建设用地面积持续下降，2010—2020年面积有所上升。至2020年，后备适宜建设用地面积减小至292.48 km2，相比1990年减少了5.11%，占区域总面积的8.85%。从数量上看，研究区后备建设用地潜力较大，可满足进一步开发后备建设用地资源需求。从各区县看(表3)，长清区、历城区的后备适宜建设用地面积较大，分别为138.08，100.75 km2，占济南市后备适宜建设用地总面积的34.45%和47.21%；天桥区、市中区、历下区和槐荫区后备适宜建设用地潜力较低，面积分别为17.71 km2，28.31 km2，3.20 km2，4.43 km2，所占比例较少。这是由于近年来济南市城镇化率不断提高，建设用地不断扩增，且主要分布在研究区北部地势较为平坦的区域，使天桥区等4个区县后备适宜建设用地潜力较低；而长清区与历城区位于济南市南部，地势起伏大，建设用地面积少且开发条件恶劣，后备建设潜力较高[25-26]。
图1 1990-2020年济南市后备适宜建设用地空间分布
表3 1990-2020年济南市及各区后备适宜 建设用地面积变化 km2
从面积变化上看，天桥区、市中区、槐荫区、长清区后备建设用地面积先减后增，历城区与历下区面积持续下降。各区县面积变化幅度依次为天桥区、历城区、市中区、长清区、槐荫区、历下区。近40年间，天桥区、槐荫区面积总体呈上升趋势，分别增长了13.97 km2，2.95 km2，市中区、历下区、历城区和长清区的后备建设用地面积减少，分别减少了9.66 km2，1.49 km2，13.84 km2，7.69 km2。这表明由于政府政策[27]宏观调控，天桥区与槐荫区建设潜力不断上升，出现逆城镇化发展趋势，而历城区等4个区县正在进行开发建设，后备建设潜力略有下降。
3.2 后备适宜耕地潜力分析
济南市后备适宜耕地空间分布格局较为稳定(图2)，由于后备适宜建设用地与后备适宜耕地概念的重叠性，空间分布特征与后备适宜建设用地相似。济南市后备适宜耕地面积为360.67 km2，占研究区总面积的10.91%(表4)。研究时段内，济南市后备适宜耕地面积呈先减后增的趋势，至2020年总面积达360.67 km2，共减少了18.33 km2。从各区县看，天桥区、市中区、槐荫区后备适宜耕地面积先减小后增加，长清区与历下区持续下降，1990—2000年历城区适宜后备耕地面积稳定，2000年后呈下降趋势。各区县后备耕地面积变化幅度依次为历城区、天桥区、市中区、长清区、槐荫区、历下区。其中，天桥区与槐荫区总体呈增长趋势，研究时段内分别增长了13.97 km2，2.95 km2；其余4个区县呈减少趋势，依次为历城区、市中区、长清区、历下区，分别减少了14.56 km2，10.56 km2，8.54 km2，1.59 km2。表明天桥区和槐荫区后备耕地潜力上升，历城区等4个区县后备耕地潜力下降。
图2 1990-2020年济南市后备适宜耕地空间分布
总体上看，济南市各区县后备适宜耕地的差异主要由于区域的区位条件、经济状况、人口、工业区等因素综合作用的结果。其中，天桥区、槐荫区、市中区、历下区是济南市经济发展的重要地区，后备适宜性耕地潜力较小，由于该区域人口数量、城镇化发展水平相对较高，建设用地需求量大；历城区与长清区人口稀疏、城镇化水平较低，且地势起伏较大，虽不适合建设用地开发，但可作为耕地开发利用，因而后备适宜耕地潜力较大。
表4 1990-2020年济南市各区后备适宜耕地面积变化 km2
3.3 后备可利用土地资源用途地域导向分析
济南市后备可利用土地资源总面积为360.66 km2，多分布在中南部地区。按照地形坡度小于8°，8°～15°，15°～25°的划分标准，将研究区后备适宜耕地资源划分为适宜、较适宜、条件适宜3个等级；按照地形坡度小于3°，3°～8°，8°～15°的划分标准，将研究区后备适宜建设用地资源划分为适宜、较适宜、条件适宜3个等级[23](图3)。基于后备可利用土地资源概念中后备适宜建设用地与后备适宜耕地划分标准的重叠性，将济南市地形坡度介于15°～25°的后备土地资源划分为后备适宜耕地，地形坡度介于0°～15°的后备土地资源既可作为后备适宜耕地又可作为后备适宜建设用地，结合区域自然、社会经济情况分析其地域发展导向。
图3 2020年济南市后备土地利用等级类型分布
济南市条件适宜类后备土地资源面积为229.53 km2，呈零星分布状态(图3A)，主要分布于长清区中部及东南部，历城区南部，零散分布在市中区和历下区内。按照分类标准，这些部分后备土地资源在未来规划发展中，可转化为新增耕地资源，作为济南市维系耕地红线及粮食安全的储备资源。
结合各区域地理环境条件、人口集聚情况、土地利用现状及城市发展规划等因素，各区域后备土地利用资源导向存在差异性。其中，天桥区后备土地资源分布较为集中，后备土地资源类型多为适宜类，总面积为17.71 km2，将其作为后备耕地或后备建设用地均适宜(表5)，考虑天桥区经济发展水平高较高，且车站等交通枢纽分布较多，同时，区域内人口密集，经济活动聚集，资源优势明显，结合城市发展规划，该区域属于济南北岸产业集聚区，建设多个高新产业园，因此该部分后备土地资源可作为后备适宜建设用地以配合城镇发展、产业集聚需要，提升城市产业功能，促进产业一体化发展[28]。
表5 1990-2020年济南市各区后备适宜用地分类面积 km2
槐荫区后备可利用土地资源大多属适宜类资源，面积达4.43 km2，可作为后备适宜耕地或建设用地，由于槐荫区建设有济南西站等多个车站带来较大人流量，是济南市交通重要枢纽之一，因此该区域内土地资源可规划为建设用地；长清区后备土地资源面积为168.53 km2，3种适宜类较为均匀，长清区建设有长清大学城带动经济发展，且有多个科技创新产业园区[29]，被规划为济南西部产业集聚区。因此靠近城镇建设区域的后备用地可规划为建设用地，而东南部地形起伏较大，后备土地资源可作为耕地储备。槐荫区西南部及长清区北部二区邻接部分连片分布适宜类后备土地资源，结合两区域特性及地理位置，该部分后备土地资源适于作为后备建设用地储备，更好地与周边融合并满足产业进一步扩展的需要。
市中区和历下区后备土地资源较为分散，面积分别为34.21 km2，3.68 km2，考虑该区域属于济南主城区，人口密集，经济发达，是许多政府部门所在地，城镇化程度高，因此，该区域的后备土地资源将来适于开发为新增建设用地以满足其发展势头；历城区后备可利用土地资源较为分散，总面积为132.10 km2，多属较适宜类和条件适宜类资源。结合其地形条件，历城区中部及南部的后备土地资源多数位于南部山区，地形起伏大，资源环境承载力相对不足[30-32]，且后备土地资源集中趋势不明显，不利于集中开发建设，加之城市规划中将其划为南部生态休闲带，优先保护和恢复生态环境，因此该部分后备土地资源适于作为后备适宜耕地，以弥补城镇化发展过程中造成的耕地占用问题，维持耕地占补平衡。
4 结 论
(1) 济南市后备建设用地主要分布在研究区东南部，潜力较低，至2020年总面积达292.48 km2。各区县后备建设用地潜力不同，其中，由于地形与开发条件等限制因素，历城区和长清区建设用地开发程度较低，后备建设用地潜力较高，其他区域潜力较低。近40年间，随着城镇化进程的加快，济南市建设用地不断扩张，后备建设用地面积持续降低，共缩减15.76 km2。各区县在政府政策的宏观调控下，后备建设用地数量变化特征呈现差异，其中历城区、市中区、长清区、历下区后备建设用地面积呈下降趋势，分别下降13.84 km2，9.66 km2，7.69 km2，1.49 km2。天桥区与槐荫区呈上升趋势，分别增长了13.97 km2，2.95 km2。
(2) 济南市后备耕地与后备建设用地空间分布特征相似，潜力较高。随着建设用地的扩张，研究区后备耕地面积呈下降趋势，由1990年的379.00 km2下降至2020年的360.67 km2。研究时段内，按照社会发展规划要求，历城区、市中区、长清区、历下区后备耕地面积下降，分别减少了14.56 km2，10.56 km2，8.54 km2，1.59 km2，天桥区和槐荫区后备耕地面积分别增长了13.97 km2，2.95 km2。其中长清区、历城区、市中区受工业园分布以及地形等因素影响，后备耕地潜力较高，至2020年面积分别为168.53 km2，132.20 km2，34.21 km2。
(3) 基于后备耕地与后备建设用地概念的相似性与重叠性，根据各用地空间分布特征以及各区域自然经济概况，各区县地域用途导向有所差异。其中，天桥区后备用地可用于后备建设用地和耕地，该区域经济发展水平较高，城镇化进程较快，且人流量大，因此后备用地地域导向更倾向于建设用地；槐荫区与长清区北部、市中区、历下区内后备用地可划分为建设用地；长清区东南部和历城区后备用地受地形等自然因素限制，可将其划分为耕地，弥补耕地占补平衡。
后备土地利用资源受自然、经济社会等因素影响显著。在复杂的后备用地规划体系中，量化政府政策宏观调控、经济发展政策对地域导向的影响很难实现。从后备可利用土地资源评价方法来看，已有评价方法将地形坡度、高程等作为后备可利用土地资源评价的重要约束条件，在部分区域概况如济南市等地区可适用，但在其他较为特殊的生态环境区域需结合区域特征构建新的约束条件。因此，在后备土地利用评价过程中，如何针对区域特色构建合理的指标体系评价后备土地利用资源、分析地域用途导向，是未来值得考虑的问题。
