邵大偉 吳殿鳴

蘇州科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 江蘇蘇州 215011

規(guī)劃的要意不僅在規(guī)劃建造的部分, 更要千方百計保護(hù)好留空的非建設(shè)用地[1-2]。 當(dāng)前,針對建設(shè)用地的界定較為明確[3], 然而因不同學(xué)科領(lǐng)域所關(guān)注視角的差異, 對于非建設(shè)用地一直存在較多的理解, 一種強(qiáng)調(diào)城市非建設(shè)用地, 突出城市規(guī)劃的范圍, 將非建設(shè)用地定位為區(qū)域或市域范圍內(nèi)的非建設(shè)用地( 《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》 (GB50137-2011) ); 另外, 又有非城市建設(shè)用地和非建設(shè)用地區(qū)分,前者重在城市范圍之外的非建設(shè)用地, 包括了鄉(xiāng)村建設(shè)用地, 而后者則不包括[4-7]。 本研究重點(diǎn)關(guān)注非建設(shè)用地景觀空間的縮減和破碎化問題, 內(nèi)部類型的劃分也主要參考了新的《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》 (GB50137-2016),著眼于城鄉(xiāng)統(tǒng)籌的視角, 包括了建設(shè)用地之外的城鄉(xiāng)非建設(shè)用地, 不包括鄉(xiāng)村建設(shè)用地。

城市規(guī)模的急劇擴(kuò)張是我國城市高速發(fā)展的主要表現(xiàn), 大量相關(guān)研究關(guān)注了建設(shè)用地的擴(kuò)張、 格局演變、 利用評價、 景觀特征、 生態(tài)效應(yīng)等問題[8-11]。 然而, 與建設(shè)用地相對應(yīng)的非建設(shè)用地的受關(guān)注程度依然相對較低, 現(xiàn)有研究主要集中在非建設(shè)用地的政策研究、 規(guī)劃理念、 保護(hù)對策, 諸如非建設(shè)用地的“控用結(jié)合” 規(guī)劃思路, 綠色基礎(chǔ)設(shè)施、 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)視角下的規(guī)劃策略[12-15]。 破碎化現(xiàn)象是城鎮(zhèn)化進(jìn)程中城鄉(xiāng)景觀格局演變的突出問題, 制約著非建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮, 也是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提升、 生物多樣性保護(hù)的重要限制性因素。破碎化研究主要集中在森林、 耕地、 草地等自然資源方面, 近年來人類活動程度較高的城市空間或城市綠地的相關(guān)研究逐漸增多[16-19]。 空間破碎化改變了城鄉(xiāng)土地利用結(jié)構(gòu)特征, 并對人的經(jīng)濟(jì)與社會活動在空間上的表現(xiàn)產(chǎn)生影響,成為阻礙城鄉(xiāng)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。 快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程中, 尤其是在我國綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展、 深入貫徹實(shí)踐“兩山理念” 的背景下, 以“山水林田湖草” 為主體的城鄉(xiāng)非建設(shè)用地作為一個生命共同體, 具有何種演化趨勢、 破碎化程度如何、 呈現(xiàn)怎樣的空間特征、 在空間的重點(diǎn)區(qū)域如何識別并加以控制或修復(fù), 成為亟待揭示或解決的問題。

1 研究地概況及研究方法

蘇州地處東經(jīng)119°55′～121°20′、 北緯30°47′～32°02′, 總面積8 657.32 km2。 全市地勢低平, 境內(nèi)河流縱橫、 湖泊眾多, 是著名的江南水鄉(xiāng), 自然生態(tài)環(huán)境優(yōu)良。 蘇州地處我國東部發(fā)達(dá)地區(qū)、 城鎮(zhèn)密集區(qū), 社會經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá), 城鎮(zhèn)化水平高, 截至2017 年, 蘇州市人均GDP 達(dá)到14.56 萬元, 城市化率78%, 遠(yuǎn)高于58.5%的全國平均水平(源自《中華人民共和國2017 年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》 )。 蘇州社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和高度快速的城鎮(zhèn)化, 促使城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)模和速度一直處于較高的水平, 建設(shè)用地擴(kuò)張對非建設(shè)用地空間的蠶食和侵占問題較為突出, 具有較強(qiáng)的代表性和研究價值。

1.1 數(shù)據(jù)來源及處理

選用多時相Landsat TM ＼ ETM 遙感影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源, 分辨率30 m。 結(jié)合蘇州城鎮(zhèn)化進(jìn)程及城市建設(shè)用地的擴(kuò)張?zhí)卣? 并充分考慮時間跨度的均衡性, 確定時間節(jié)點(diǎn)為1995、2000、 2005、 2010、 2015 年5 個年份。 以2016年55 個鎮(zhèn)和41 個街道為研究單元(源自《蘇州統(tǒng)計年鑒-2017》 ), 同時將平江城區(qū)、 金閶區(qū)城區(qū)、 平江區(qū)城區(qū)的街道進(jìn)行合并, 把太湖、長江作為單獨(dú)的一個自然空間單元進(jìn)行觀測,研究單元共計89 個。

采用ArcGIS 與易康(eCognition) 結(jié)合分析地物光譜特征和其他圖像特征, 針對地形破碎、地物分布復(fù)雜的特點(diǎn), 充分利用高程、 坡度等地理輔助信息以有效提高分類精度。 參考國內(nèi)外現(xiàn)有的土地利用、 土地覆蓋分類體系, 以及遙感信息源的實(shí)際情況進(jìn)行遙感影像的解譯和驗(yàn)證, 將城鄉(xiāng)非建設(shè)用地數(shù)據(jù)類型劃分為耕地、林地、 草地、 水域、 未利用土地。

1.2 主要研究方法

景觀格局指數(shù)和空間自相關(guān)分析是當(dāng)前景觀格局研究中最為廣泛和有效的手段。 借助斑塊密度 (PD)、 最大斑塊占景觀面積的比例(LPI)、 景觀形狀指數(shù) (LSI)、 分離度指數(shù)(DIVISION)、 聚合度指數(shù)(AI) 考察破碎化景觀格局的整體演變特征[20], 并利用主成分降維分析去除共線性等問題[21], 進(jìn)一步利用空間自相關(guān)揭示非建設(shè)用地破碎化演變的區(qū)域特征[22]。

2 非建設(shè)用地的破碎化趨勢及特征

2.1 非建設(shè)用地的整體破碎化趨勢及特征

蘇州城鄉(xiāng)非建設(shè)用地呈現(xiàn)出快速縮減的趨勢, 1995—2015 年 由 7 708.49 km2減 少 到6 243.70 km2, 減少為1995 年的81.0%。 20 年共減少1 464.79 km2, 年均減少73.24 km2。 減少最多的時段為2000—2005 年, 減少810.38 km2,占減少總量的55.3%。

蘇州城鄉(xiāng)非建設(shè)用地的快速減少, 其破碎化趨勢明顯。 PD、 LSI 指標(biāo)增加明顯, 分別由1995 年的0.174 7、 41.888 5 增長到2015 年的0.297 3、 51.915 1, 斑塊減小, 密集程度直線上升, 形狀邊緣復(fù)雜程度在逐漸提高, 土地利用程度更加豐富, 其不定性的信息含量也越大。與此同時, LPI 和AI 指數(shù)逐漸下降, 由1995 年的42.080 1、 98.110 1 減小到2015 年的29.064 0、97.459 2, LPI 反映出最大斑塊的優(yōu)勢在減小,大型自然生態(tài)型斑塊受到持續(xù)的蠶食; AI 的減小則表明非建設(shè)用地斑塊的離散化程度在增加,愈加分散。

2.2 不同類型非建設(shè)用地的破碎化趨勢及特征

2.2.1 不同類型非建設(shè)用地破碎化指數(shù)的演化特征(表1)

1995—2015 年, 蘇州市域非建設(shè)用地的主體均為耕地和水域, 但內(nèi)部類型空間發(fā)生較大改變,1995 年耕地、 水域分別占非建設(shè)用地總面積的58.7%和38.4%, 2015 年兩者分別為45.7%和51.0%, 耕地占比減少13 個百分點(diǎn)、 水域占比增長13 個百分點(diǎn)。 耕地面積減少1 671.11 km2、 水域面積則增加218.30 km2, 草地、 林地、 未利用土地面積總體較少, 整體幅度變化不大。

表1 不同類型非建設(shè)用地破碎化指數(shù)及其變化

1) 耕地銳減, 破碎化強(qiáng)烈。 1995—2015年, 耕地PD、 LPI 和DIVISION 指數(shù)快速增加,PD 指數(shù)增長5.2 倍, LPI 指數(shù)增長1.3 倍, DIVISION 指數(shù)增長1.2 倍, 斑塊密度大幅增加,形狀曲折化程度和被蠶食程度顯著加深, 相互之間的聯(lián)系和聚集程度也明顯減弱。 與此同時,LPI 指數(shù)減小為1995 年的1/3, 最大斑塊對整體的控制和影響銳減; AI 整體減小, 耕地斑塊的分散化程度在逐步加深, 但強(qiáng)度不大, 表明耕地的減少以邊緣蠶食為主。 景觀破碎化程度最為明顯的時段與面積減少同步。

2) 水域整體性較好, 規(guī)模穩(wěn)中有升。 研究周期內(nèi)水域表現(xiàn)出一定的破碎化趨向, PD 指數(shù)由0.126 5 增加到0.161 6、 LSI 指數(shù)由24.951 8增加到29.119 9, 密度增加較為顯著, 形狀指數(shù)更加復(fù)雜。 相反, 太湖、 長江等大型自然水體未受到明顯影響, 而一些小型水系數(shù)量逐漸增加, LPI 指數(shù)略有增加, 由23.146 9 增加到29.064 0, 最大斑塊的權(quán)重和影響力在增加;DIVISION 指數(shù)逐漸減小, 由0.942 2 減小到0.908 5, 斑塊之間有進(jìn)一步集聚、 聯(lián)系加強(qiáng)的趨勢, AI 指數(shù)基本未發(fā)生明顯變動。

3) 草地、 林地、 未利用土地略有破碎化。草地、 林地、 未利用土地PD 指數(shù)均有不同程度增加, 耕地、 草地增長1.2 倍, 未利用土地增長2.1 倍; 形狀指數(shù)LSI 存在增減差異, 未利用土地明顯增加, 林地整體在增大, 但不穩(wěn)定,先增大后有減小趨勢, 形狀更加細(xì)碎, 而草地則在波動中下降, 整體化趨勢有所加強(qiáng); LPI 值變動不穩(wěn)定, 草地先增大后減小、 林地持續(xù)增大、 未利用土地先增大后減小, 表明草地、 林地大斑塊對整體景觀的控制影響具有增大的趨勢, 未利用土地在經(jīng)歷大斑塊增加后又有破碎加劇的特點(diǎn); 草地、 林地、 未利用土地的DIVISION 和AI 指數(shù)基本未表現(xiàn)出變化, 僅有未利用土地AI 減小, 分散化加劇、 聯(lián)系度降低。

2.2.2 不同類型非建設(shè)用地破碎化指數(shù)演化的綜合特征

根據(jù)景觀指數(shù)主成分因子載荷和成分矩陣,提取1995 年2 個主成分, 其余4 個時間節(jié)點(diǎn)各為1 個, 其中, 1995 年2 個主成分分別為優(yōu)勢性和集聚性因子; 2000 年和2005 年為優(yōu)勢性因子; 2010 年和2015 年為集聚性因子。 主成分因子數(shù)量和類型的變化表明: 1995 年前后非建設(shè)用地未有明顯破碎化問題, 優(yōu)勢性和集聚性斑塊分布特征均較好; 2000 年后大型斑塊對整體空間格局保有優(yōu)勢和控制, 但斑塊的密度和集聚程度顯著下降; 2010 年后優(yōu)勢性因子大大減弱, 聚集性特征具有相對較強(qiáng)的解釋力。 進(jìn)一步計算各時間節(jié)點(diǎn)、 各類型非建設(shè)用地的主成分因子得分情況, 結(jié)果表明: 5 個時間段不同類型非建設(shè)用地得分情況均為耕地＞水域＞林地＞草地＞未利用土地; 除水域外, 其他類型破碎化水平快速下降, 耕地對其他景觀類型的優(yōu)勢和控制力在逐漸降低, 尤其是2010 年后耕地破碎化形勢較為嚴(yán)峻。

3 破碎化的空間相關(guān)性特征及其演變規(guī)律

3.1 破碎化的全局自相關(guān)演變特征

研究周期內(nèi)非建設(shè)用地破碎化在市域空間呈現(xiàn)了較為顯著的空間集聚特征, 但呈現(xiàn)出集聚度逐漸降低、 不顯著的變化趨勢。 1995、2000、 2005、 2010 全局自相關(guān)Moran 指數(shù)分別為0.473 0、 0.537 7、 0.356 6、 0.248 7, 而2015年的全局空間自相關(guān)指數(shù)僅為0.070 4, 未達(dá)到顯著水平, 表現(xiàn)為隨機(jī)分布特征。 非建設(shè)用地破碎化水平不斷提高, 空間分布整體呈現(xiàn)出集中開發(fā)建設(shè)到散點(diǎn)化建設(shè)的趨勢, 碎片化程度不斷加深。

3.2 破碎化的局域自相關(guān)演變特征

為深入揭示非建設(shè)用地破碎化的局域空間特征和關(guān)系, 對89 個鎮(zhèn)域單元破碎化水平局域自相關(guān)指數(shù)的空間分布狀態(tài)進(jìn)行測算。 如果指數(shù)值為正、 且顯著的, 表明該單元周圍的值相對較高(高于均值), 屬高值空間集聚(熱點(diǎn)區(qū)); 反之, 如果指數(shù)值為負(fù)、 且顯著的, 則表明該單元周圍的值相對較低(低于均值), 屬低值空間集聚(冷點(diǎn)區(qū))。 進(jìn)一步采用Jenks 的Natural Break 方法分成熱點(diǎn)區(qū)、 次熱區(qū)、 次冷區(qū)、 冷點(diǎn)區(qū)4 類(圖1)。

1) 沿長江、 太湖區(qū)域破碎化水平整體較低,但熱點(diǎn)區(qū)域逐漸消退。 1995 年破碎化程度較低的區(qū)域集中在沿江熱點(diǎn)區(qū)域和沿太湖的次冷點(diǎn)區(qū)域, 分別包括長江、 金港、 碧溪、 城廂等14 個單元和太湖、 楓橋、 長橋3 個單元; 2000 年后太湖區(qū)域的次冷點(diǎn)區(qū)域消失, 2000—2010 年沿長江區(qū)域約14 個鎮(zhèn)域單元的景觀穩(wěn)定性相對較好, 持續(xù)表現(xiàn)為熱點(diǎn), 次冷點(diǎn)僅有2000 年的楓橋和長橋、 2005 年的長橋和陸家單元; 2015 年沿長江熱點(diǎn)區(qū)域快速消退, 僅有錦豐、 南豐、梅李、 支塘、 沙溪等10 個單元為熱點(diǎn), 且分割為不連續(xù)的3 個小組團(tuán), 次冷點(diǎn)則有不連續(xù)的婁葑和金閶區(qū)城區(qū)2 個單元。

2) 蘇州中心城區(qū)破碎化壓力較大, 冷點(diǎn)由東西橫向蔓延式發(fā)展為南北縱向跳躍式演化。1995、 2000 年非建設(shè)用地的破碎化主要集中在平江、 獅山、 金閶、 滄浪、 東部工業(yè)園區(qū)等蘇州中心城區(qū)內(nèi), 以及吳江的汾湖鎮(zhèn), 均表現(xiàn)為冷點(diǎn)區(qū)域; 次冷點(diǎn)則主要涉及松陵和金庭2 個單元, 破碎化沿中心城區(qū)東西橫向加劇蔓延的趨勢較為明顯。 2005 年后, 隨著中心城區(qū)建設(shè)趨于穩(wěn)定, 中心城區(qū)破碎化冷點(diǎn)區(qū)域趨于消退,而工業(yè)園區(qū)、 相城區(qū)、 滸墅關(guān)、 汾湖等相關(guān)單元呈現(xiàn)出較為強(qiáng)烈的破碎化特征, 表現(xiàn)為冷點(diǎn)區(qū)域; 次冷點(diǎn)則不太穩(wěn)定, 松陵、 金庭、 瀏河3個單元間斷出現(xiàn), 整體破碎化也較為突出; 該時段冷點(diǎn)、 次冷點(diǎn)區(qū)域主要沿工業(yè)園區(qū)南北向跳躍式發(fā)展, 趨于分散化。

圖1 1995—2015 年非建設(shè)用地破碎化局域自相關(guān)的冷熱點(diǎn)分布狀況

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

1) 非建設(shè)用地減少強(qiáng)度大、 破碎化加劇趨勢有所放緩。 蘇州城市建設(shè)用地擴(kuò)張強(qiáng)度相對較大, 導(dǎo)致了耕地、 林地、 草地等非建設(shè)用地破碎化趨勢尤為突出, 城市、 區(qū)域發(fā)展的生態(tài)本底受到較大破壞, 但近年來趨勢有所減緩,勢頭得到明顯控制。

2) 耕地減少是非建設(shè)用地破碎化的根源。耕地減少總面積超過了非建設(shè)用地減少的總量(水域等非建設(shè)用地略有增加), 是非建設(shè)用地銳減和破碎化的根本原因。

3) 破碎化空間集聚化程度在逐漸降低, 分散化加劇。 蘇州市域非建設(shè)用地破碎化整體自相關(guān)指數(shù)逐漸下降, 分散化逐漸加劇, 非建設(shè)用地景觀的同質(zhì)化、 均質(zhì)化問題較為突出。

4) 破碎化呈現(xiàn)中心城區(qū)—東西橫向蔓延式—南北縱向跳躍式的發(fā)展規(guī)律。 受到建設(shè)用地指標(biāo)供給優(yōu)先保障中心城區(qū)的影響, 蘇州中心城區(qū)及周邊破碎化問題尤為突出, 其空間差異較為顯著, 主要表現(xiàn)為集中建設(shè)、 擴(kuò)展建設(shè)和跳躍式建設(shè)的發(fā)展變化。

4.2 討論

中國大部分城市尤其東部大城市均會存在較為突出的非建設(shè)用地破碎化問題, 制約了土地生態(tài)服務(wù)價值和利用效率。 近年來蘇州嚴(yán)格控制建設(shè)用地蔓延, 借助生態(tài)修復(fù)、 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建有效抑制并進(jìn)一步緩解了破碎化趨勢。

在國土空間規(guī)劃、 統(tǒng)籌“山水林田湖草系統(tǒng)治理” 等背景下, 非建設(shè)用地保護(hù)還需要繼續(xù)強(qiáng)化政策配套和系統(tǒng)修復(fù)理念。 積極對接國土空間規(guī)劃, 通過“資源環(huán)境承載力評價” 和“國土空間開發(fā)適宜性評價” 對非建設(shè)用地資源分區(qū)、 分類開展保護(hù)和治理, 形成科學(xué)利用和嚴(yán)格管控的格局, 劃定并嚴(yán)格落實(shí)生態(tài)紅線,形成政策強(qiáng)約束。 針對已破碎化區(qū)域, 尤其是城市邊緣區(qū)和大型生態(tài)斑塊、 廊道周邊區(qū)域,系統(tǒng)開展低效建設(shè)用地治理工作, 強(qiáng)化非建設(shè)用地的網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè), 逐步推動“建設(shè)用地”向“非建設(shè)用地” 的逆向擴(kuò)張, 從根本上治理破碎化, 優(yōu)化生態(tài)環(huán)境。 本研究僅關(guān)注了單一城市非建設(shè)用地破碎化的時空格局, 不同類型城市以及破碎化的空間效應(yīng)、 治理等問題均還有待進(jìn)一步探索。