广南县位于云南省东南部(104°31'—105°39'E,23°29'—24°28'N),总面积773 009.86 hm²,是云南通往广东、广西的交通要道(图1)。县域内地势由西南向东北呈阶梯状倾斜,海拔在420～2 035 m,地貌类型复杂多样,山区、半山区占全县总面积的94.7%; 其活动断层多向褶皱轴部发育,山区地形、岩溶地貌和雨季集中导致各种灾害频发,已有灾害点和隐患点达上百处。广南县属于滇桂黔石漠化连片地区,岩溶地貌广布,占县域总面积的四分之三,石漠化状况严重,承灾能力较差,是以农业为主的典型喀斯特边疆少数民族地区; 2008年以来国家加大石漠化治理力度,但是地质灾害频发、生态环境脆弱、耕地质量较差且后备资源缺乏,仍在一定程度上限制了区域的发展。

广南县境内有锑、铅、锌、磷、金等24个金属和非金属矿种,储量丰富且矿区较多,矿业是广南县的支柱产业。在积极融入“一带一路”建设、主动参与长江经济带和昆明-南宁-北部湾经济走廊建设的战略部署下,广南县形成了以建制镇为中心的快速城镇化发展,并建有铁路、高速公路、国道、省道、县道及乡道等多级交通网络; 经济增长进入快车道,2017年GDP突破百亿大关,达到109.54亿元。但随着社会经济的快速发展,资源利用逐渐紧张,城乡建设开发与生态、粮食保护的矛盾仍然存在。

图1 研究区区位

土地适宜性评价的关键环节之一是合理选取参评因子^[17]。本研究参考《省级国土规划编制要点》和已有相关研究^[18-19]的指标框架,从自然地理、生命安全、生态安全、粮食安全和区位资源5个方面构建城乡建设用地适宜性评价指标体系,并将影响喀斯特山区城乡建设开发的因子分为两类:限制因子和支撑因子(表1)。

限制因子是决定区域可开发土地范围的基础,其将人类活动限制在某个特定的区域范围内,可反映城乡发展建设过程中人类开发自然环境的能力,主要包括自然地理、生命安全、粮食安全和生态安全4个方面:

(1)自然地理。地形地貌条件是大多建设用地适宜性研究中考虑的自然地理因子,主要包括海拔和坡度等^[20-21]。作为云贵高原的一部分,云南省平均海拔比平原地区高,但只要在人类宜居范围内,高海拔坝区仍可进行建设开发,因此海拔并非限制高原山区城乡建设开发的重要因子^[22]; 坡度则是限制山区城乡发展的主要因子,陡坡区域在建设过程中不仅投资成本高,且稳定程度低,潜在危险大^[23]。因此选用坡度作为自然地理方面的限制因子。

(2)生命安全。山区地质灾害以滑坡、崩塌和泥石流为主,是影响山区人民群众生产生活和人生安全的重要因子^[24]; 断层活动加剧时可能会引发地震,其影响区是地震灾害频发的潜在区域^[25]; 岩溶塌陷会造成地面变形,易使建筑物产生不均匀沉降,伴随污水回灌也会造成地下水污染,因此土地开发利用时所需投资成本较大,同时人类活动还可能对岩溶侵蚀起到促进作用,影响土地利用的可持续发展^[26-27]; 矿山占用导致的塌陷地和废弃地等由于凹凸不平且终年积水,难以利用,不宜人类活动^[28-29]。因此选用地质灾害易发区、活动断层影响区、岩溶塌陷易发区和矿山占用地4个指标作为生命安全方面的限制因子。

(3)生态安全。生态保护红线作为生态环境安全的底线,是促进人口资源环境相均衡、经济社会生态效益相统一的重要标准,具有强制约束性,应避免红线内区域被其他用地占用^[30]; 同时,生态保护红线并未包括各生态用地的所有区域,而在“节约用地”的背景下,有必要限制对水域、沼泽、林地和草地等生态用地的建设开发^[31]。因此,选取生态保护红线和需保护的生态用地2个方面作为生态安全方面的限制条件。

(4)粮食安全。坚持“一要吃饭,二要建设”的土地利用方针,优先保护集中连片和高产稳定的耕地资源势在必行,基本农田保护区和其他农业用地都对区域内的建设开发起到限制作用,因此选取基本农田保护区和一般农用地作为粮食安全方面的限制条件,其中将一般农用地与需保护的生态用地合并为现状地类因子。

支撑因子主要指在社会经济发展过程中,随着基础设施的不断完善,为城乡建设发展带来优势条件的辅助因子,主要包括地理区位和交通区位2个方面:

(1)地理区位。已有城镇对周围非城镇化地区具有明显的主导作用,周边区域的发展建设不仅方便快速,且投资较小,越靠近中心城镇作用就越强^[6]。

(2)交通区位。交通设施及网络是人类改造并利用自然环境的已有重要产物,改变了各区位的空间属性并塑造了各种优势,可以支撑各类功能区域的形成与发展,从而影响城乡建设用地布局^[18]。

总之,在参考和对比已有研究中指标体系及实地调查的基础上,考虑自然资源条件的限制以及社会经济发展的支撑作用,构建云南喀斯特山区城乡建设用地适宜性评价指标体系(表1)。其中,指标采用的数据主要包括广南县2015年土地利用变更调查数据、生态保护红线划定成果、永久基本农田划定成果、地质灾害调查数据、城乡总体规划(来源:广南县各职能部门)、DEM数字高程(来源:地理空间数据云)和道路数字化成果等,得到的因子分级情况如图2所示。

表1 城乡建设用地适宜性评价指标体系

图2 城乡建设用地适宜性评价因子分级

考虑到喀斯特山区生态环境脆弱、自然灾害频发、人类生存安全、粮食生产保障以及建设开发需求等情况,采用“木桶原理”和“反木桶原理”方法(图3),评定各图斑的城乡建设用地适宜等级:最适宜、适宜、潜在适宜和不适宜。

(1)限制评价。运用“木桶原理”,根据一票否决制对广南县各因子的图斑进行城乡建设用地限制评价。通过ArcGIS 10.2软件给各个限制指标字段赋分,构建“多字段最小值”Python语句,运用字段计算器工具获取8个限制指标的最低分值,得到限制评价结果;

(2)支撑评价。运用“反木桶原理”,根据最长木板决定特色优势的原则,对广南县各因子的图斑进行城乡建设用地支撑评价。同理赋分并提取出限制评价中的弱限制区和限制区,获取区域内2个支撑指标和限制评价结果的最高分值,得到支撑评价结果;

(3)适宜性综合评价。通过“叠加分析”,将城乡建设用地支撑评价后得到的最适宜区、适宜区和潜在适宜区与限制评价中无限制区(最适宜区)和强限制区(不适宜区)叠加,归并细碎图斑后,即为城乡建设用地适宜性评价结果。

目前适宜性评价大多采用“模型测算”方法^[32],此类方法虽然易于掌握、便于应用,但会出现评价图斑上某一指标表明该图斑不适宜作为建设用地、而最终又位于适宜建设用地范围内的情况,甚至出现地质灾害高易发区和陡坡区成为宜建区的悖论^[2]。

针对这种情况,杨子生等^[2]采用“木桶原理”与“模型测算”有机结合的方式,虽然能最大限度地吸收两种方法的优点,避免传统评价方法的缺陷,但两种方法处理参评因子时不对等的相互关系导致在突出限制条件的前提下弱化了支撑优势,不能较好地反映社会经济发展为山区建设开发提供的基础条件; 同时喀斯特山区可开发空间有限,无限制区和弱限制区面积很小,不能较好地识别有开发优势的区域,不利于腾退整治区城乡建设用地的整理。因此本研究采用“木桶原理”与“反木桶原理”结合的研究方法,平衡城乡建设开发限制条件与支撑条件之间的关系,能在严格规避坡度较陡、安全性较差以及需生态保护和粮食保障等区域的同时,突出社会经济发展、基础设施完善带来的支撑作用,为山区建设用地留足发展空间。相对而言,这种方法简单易行,可操作性和实用性较强。但该方法也存在一定的不足,在支撑因子辐射范围的确定方面需要查阅大量研究区的相关文献,并以实地调查为基础,综合考虑后方可确定。

同时,目前对城乡建设开发引导分区的研究大多停留在适宜性分区方面,即直接采用各适宜性等级空间分布结果^[33-34],这种方式能较好地用于平原、盆地等可开发空间较大的区域,却不能较好地用于云南省喀斯特山区。喀斯特山区景观破碎程度高,宜建区小片、多点分布的情况明显,而开发这些连片度较低的区域并不利于城乡建设用地的整理,也不利于需腾退居民点的移民搬迁。因此,只有在适宜性评价的基础上综合考虑城乡建设开发潜力、区域连片度及现状建设用地合理性等条件,方能找准良好的建设开发空间,为喀斯特山区城乡建设开发、建设用地整治提供指引。在连片度分析方面,广南县各村民委员会的平均面积为39 hm²,因此针对其景观破碎度较高的情况,本研究设定30 hm²以上潜在适宜区为优化开发区,能更好地引导喀斯特山区完成农村居民点腾退、土地整理等工作。

云南喀斯特山区快速城市化导致了城乡建设用地盲目扩张,不仅造成土地资源的浪费,还会给当地的生态和粮食安全带来威胁。在建设开发的影响因子方面,云南喀斯特山区的城乡建设用地适宜性评价主要考虑自然资源条件的限制作用以及社会经济发展的支撑作用,需在严格认识区域立地条件的基础上进行建设开发。喀斯特山区的评价指标与平原地区相比更复杂、更严格,其中限制因子需突出喀斯特岩溶状况和高原山区特点两个方面,喀斯特地区岩溶石漠化广布、优质良田较少、生态环境脆弱,在进行城乡建设开发时必须考虑岩溶塌陷、生态红线和基本农田等因子,同时高原地区山地多、平坝少、自然灾害频发的特点也决定了建设开发时必须考虑地形坡度、地质灾害和活动断层等因子,大部分平原地区则不需要考虑这些限制因子; 另一方面,只强调自然资源条件限制会导致喀斯特山区可建设开发空间不足,不利于未来的城乡发展,因此也有必要突出已有发展基础对建设开发的支撑情况,考虑已有建成区和交通条件带来的优势作用,并且由于山区道路建设的困难性,其支撑作用往往比平原地区更加显著。此外,部分平原地区的建设用地适宜性研究也考虑了高程、空气质量、水源管理或地面沉降等因子^[35-37]。其中,高程在前文中已有讨论,其并非山区建设用地布局的重要限制因子; 而与平原城市相比,云南省喀斯特山区的常住人口较少、社会发展较滞后,空气和水污染等环境问题并不明显,且河流等重要水域及周边区域也已作为生态保护区限制开发,所以并非影响区域内城乡建设发展的突出因子; 同时,我国以地面沉降为主的自然灾害区主要集中于东部沿海,西南山区反而影响较小。所以,与平原地区相比,喀斯特山区城乡建设用地适宜性评价需主要考虑地理环境、地质灾害、资源条件、生态安全、粮食安全和基础设施等方面的立地基础,环境污染等指标的重要性则较平原地区弱。

在城乡建设用地适宜性评价方面,吴海燕^[38]、杨子生^[39]等运用不同的方法对建设用地适宜性进行评价,均指出由于坡度、土地利用及地质灾害等因子的限制,山区大部分空间都不适宜建设开发,本研究这方面的结论与其基本一致,喀斯特山区建设开发时限制条件较多,应在正确认识区域本底条件的基础上进行合理的建设发展。但韩会庆等^[11]将喀斯特地区怀仁市的建设用地适宜性分为适宜、比较适宜、有条件限制和不适宜4个等级,其中有条件限制建设区面积最大,不适宜区和比较适宜区次之,适宜区面积最小; 张雁^[32]将喀斯特地区贵阳市花溪区建设用地适宜性分为高度、中度、勉强和不适宜4个等级,并得出高度适宜类面积最大,中度和勉强适宜类次之,不适宜类面积最小的结论。这些结论与本研究不同,一方面,是由于所选评价指标存在差别,其指标体系或是没有关注喀斯特地区比较突出的岩溶塌陷状况,或是忽略了山区地质灾害频发的情况,亦或是忽略了生态保护与粮食保障对建设开发的限制,因此低适宜等级的面积都较小; 另一方面,是因为研究方法不同,本研究直接采用“木桶原理”的极限条件限制,约束力度更强,因此低适宜等级的面积较小。总之考虑突出的影响因子来建立评价指标体系,以及采用一票否决制的评价方法,能更科学、直观地分析喀斯特山区城乡建设开发的适宜性程度,为建设开发提供更实际、更合理的支撑。

在主要影响因子分析中,本研究结论基本与其他喀斯特山区城乡建设用地研究^[11]相似,地形条件是决定山区城乡建设开发的基础条件,其次土地利用现状、地质灾害都对建设开发有限制作用; 同时交通条件及已有建成区能为建设开发带来良好的优势。也有部分研究^[11]指出城镇区位对建设开发的支撑作用比交通条件强,与本研究结论不一致,这与研究区实际情况有关,如交通干线沿水域修建等情况会减少其辐射面积,从而降低支撑作用。

(1)云南喀斯特山区地质灾害频发、生态环境脆弱、农业生产条件苛刻、社会经济发展滞后,多方面限制了该区域的建设开发。坡度、地质灾害、活动断层、岩溶塌陷、矿山占用地、生态红线、基本农田、现状地类、地理和交通区位等因子可以反映喀斯特山区自然地理、生命安全、生态安全、粮食安全和区位资源等状况,是决定区域城乡建设用地开发适宜性的重要因子; 其中,林地和园地等现状地类、坡度、岩溶塌陷、生态红线和基本农田是限制喀斯特山区建设开发的关键因子,而交通条件则是提高城乡建设用地开发适宜度的关键因子。建设开发时应综合考虑这些关键因子的情况,合理地开发农用地及其他土地。

(2)喀斯特山区的建设条件苛刻,大部分区域不适宜建设开发。滇东南典型喀斯特山区广南县的不适宜区面积最大,占全县土地总面积的63.37%,其次潜在适宜区和适宜区占21.33%和10.38%,最适宜区面积最小,仅占4.91%; 其中,莲城镇、坝美镇和者兔乡的城乡建设开发条件较好,应着重发挥这3个乡镇在区域发展中的核心和先导能力,其余乡镇则应注重生态环境保护、粮食安全保障等问题。空间上,广南县最适宜区和适宜区主要分布在交通沿线以及城镇附近,其他区域则零星分布,建设开发时应把握区域的交通及建成区优势; 潜在适宜区主要分布在广南县的北部、中北部和西南部,通过社会经济发展、基础设施建设可以促进这一区域土地资源的有效开发利用; 不适宜区面积较大,除北部和中北部地区分布较少外,其他区域都大面积分布,这些区域应多考虑土地资源的生态及农业生产功能。

(3)在适宜性评价的基础上综合考虑城乡建设开发潜力、区域连片度及现状建设用地合理性等条件,将喀斯特山区分为城乡建设用地重点开发区、优化开发区、腾退整治区以及生态保护和农业保障区,能进一步有效引导区域的城乡建设开发,为喀斯特山区土地资源利用、生态环境保护、粮食安全保障及区域可持续发展提供科学依据。