基于GIS的南宁市建设用地生态适宜性评价

土地生态适宜性评价是融合了生态学、经济学、地学及其他相关学科的原理和方法的一种综合研究过程[1],主要是根据土地系统固有的生态条件分析并结合考虑社会经济因素,评价其对某类用途的适宜程度和限制性大小,划分其适宜程度等级。

自1969年McHarg在《DesignwithNature》一书中将后来被称为“千层饼”模式的方法应用于里士满林园大路的选线方案之后,生态适宜性分析被越来越广泛地应用于城市规划工作中,“千层饼”模式也不断被改进和完善。在具体的规划实践中,文[3]对意大利ParcodelSerio区域的土地可持续利用类型进行了研究;文[4]对位于纽约西北的SterlingForest的土地做了环境敏感性分析;文[5]对流经亚利桑那州和新墨西哥州的Gila河流域分游憩地、工业用地、商业用地和低密度住宅用地4种类型分别进行评价。文[6]对评价因子的定量化计算做了改进;文[7]提出生态位适宜度模型,应用于农业用地的评价;文[8]评价厦门地区的主要用地,考虑了一些环境质量指标。

本文以南宁市为例,在地图重叠法的基础上考虑了不同评价因子的权重,并应用Arcgis软件对不同图层进行缓冲分析和加权叠加,评价了南宁市城市建设用地的生态适宜性,从保护城市生态环境的角度为城市总体规划提供了用地布局方面的建议。

1 评价过程

研究区域包括南宁市所辖的6个区,兴宁区、青秀区、江南区、西乡塘区、良庆区和邕宁区,面积约6467.09km2。

1.1 确定规划目标及所涉及的因子

综合考虑南宁市的城市发展目标、城市用地现状以及当前城市建设中出现的问题,选取了水域、土地利用现状、坡度、地质、地貌、保护区等因素[9,10]。

1)水域 包括河流、湖泊和水库。地表水域在提高城市景观质量、改善城市空间环境、调节城市温度湿度、维持正常的水循环等方面起着重要作用,同时也是引起城市水灾、易被污染的环境因子。土地的建设和开发对附近的水域的生态环境有很大影响。原则上,开发用地应尽可能远离水域,以免造成对水域生态系统的破坏和水体的污染。

2)土地利用现状 现有土地利用方式直接决定土地开发的生态适宜性。按南宁市1:10万土地利用图的分类,分为旱地、草地、林地、水田、水域以及城乡、工矿、居民用地等6类用地类型。

3)坡度 地形是影响土地开发建设的限制因子之一。过于陡峭的坡度容易造成各种地质灾害,一般不适合用于建设。

4)断层 在大多数情况下,断层面两侧一定宽度范围内稳定性差,并且断层常与地下水紧密相连,均会对建筑物产生极大的破坏,因此建设用地和断层之间应有一定的避让距离。

5)地貌 一般说来,山区的建设的难度和成本要大于平原,在山区进行建设活动对生态环境的影响也要大于平原。

6)工程地质 工程地质性质的好坏,直接影响到建筑工程的成本和安全性。

7)自然保护区、风景区、森林公园 南宁市自然条件优越,拥有丰富的生物多样性体系,动植物类型众多。自然保护区、风景区和森林公园都应受到保护,禁止开发建设。

1.2 调查各因子在规划区域的分布状况,形成各因子的分布图层从南宁市2000年1:10万土地利用现状图中提取水体(包括河流、湖泊和水库)分布图和土地利用现状图。从1:25万数字高程(digitalelevationmodel,DEM)生成坡度图和地貌图。从《中华人民共和国综合水文地质图(南宁幅)》得到断层图和工程地质图。保护区分布图由南宁市规划局提供。为了方便计算,所有图层都转成GRID格式。由于DEM数据比例尺为1:25万,并且考虑到研究区域的面积,格网大小取为50m×50m。

1.3 制定评价标准,将各因素数量化、等级化,形成单因素生态适宜性评价图按照各评价因子对区域生态环境的影响,将评价因子划分为多个生态适宜性等级。规划范围内的土地生态适宜性评价因子的等级划分如表1所示。其中各评价因子的权重通过专家打分和层次分析法确定[11]。

1.4 根据权重加和各因素的适宜性得分,计算适宜性综合得分以上述各单项因子的分析为基础,形成针对城镇建设的各单项因子的生态适宜性程度分级图,然后将这些图件进行叠加。综合的生态适宜性评价公式为[12]

其中:Sij为第ij个格网的综合生态适宜性;k=1,2,…,n表示第k个生态因子;W(k)表示第k个生态因子的权重;Cij(k)表示第k个生态因子在第ij个格网的适宜性等级。

水域、基本农田、保护区和地质断层等不适宜作建设用地的区域,虽然在评分时赋予了零分,但经过加权求和后分值非零。因此叠加后的图中做了进一步的处理,将这些区域的适宜性等级设为很不适宜。

1.5 分析评价结果,确定城市建设用地的生态适宜性等级

根据综合评价图的分值将南宁市城市土地分为5个等级:很适宜、较适宜、基本适宜、不适宜、很不适宜,生成最后的建设生态适宜性分布图。图中适宜性程度随颜色由浅至深降低,可建设的程度及容纳的人口规模从上往下递减,而保护的级别递增。

2 评价结果

评价结果显示,规划区范围内很适宜建设的地段主要分布在南宁市区及邕宁县城、良庆镇及其周边地区;在蒲庙至那马、那马至那楼一线,吴圩镇东南以及左、右江汇合处邕江上游沿岸等地区有带状分布。较适宜建设的地段主要分布在南宁市现状建成区的周边地区,四塘至五塘一线以及长塘镇以西、金陵镇以东地区;在那马镇及其周边地区、那楼镇以北、吴圩镇以南地区零散分布。基本适宜建设的地段主要分布在甘圩镇以南、心圩以及石埠、三塘、那马以西、吴圩镇以东、良庆镇以东的邕江两岸地区;在较适宜建设的用地周边有环状分布。不适宜和很不适宜的用地在北部、东南部的山地、水源保护地区形成连续分布;在大王滩、英雄、良凤江、天雹、金沙湖、罗文等水库周边亦有分布。

南宁市的城市建设用地的布局应顺应生态系统的自然规律,才能保证城市优良的自然生态环境。在土地利用规划的用地选择上要合理安排土地开发顺序,首先控制生态敏感地段,确定不宜建设区域和适宜用地,建设用地尽量安排在适宜或较适宜建设的区域,避免开发活动对生态系统的严重干扰和破坏。

3 讨论

土地建设生态适宜性评价从保护城市生态环境的角度为城市的土地利用提出建议,是城市规划方法的有益尝试和补充。但是目前这种方法在我国还处于摸索阶段,还没有建立起一套可供遵循的标准,特别是没有完善的可依据的评价指标体系。另外地理、水文、生态、农林、生物等学科人员与规划设计人员还未能很好地协调,相关学科的综合研究尚未开展,规划设计人员可利用生态因子的信息相对匮乏[13]。如果从更加科学、全面的角度研究,分析评价不仅应该考虑自然的,而且还要考虑社会、文化和经济因素,这需要多学科和不同专业人员的密切配合以及完善的城市信息系统来支持。

同时这种方法本身受到了景观生态学界的学者的质疑。McHarg建立的“千层饼”方法非常强调同一景观单元内的垂直生态过程,它极力强调某一景观单元内地质、土壤、水文、植被、动物与人类活动及土地利用之间的垂直过程和联系。实际上,景观结构除了垂直方面的生态过程以外,还包括水平过程,比如物种和人的空间运动、物质(水土营养)和能量的流动、干扰过程(如风灾、虫害等)的空间扩散等,而它们的空间动态很难通过“千层饼”模式来表达[14]。如何结合景观生态学考虑水平生态过程,将是生态适宜性评价发展和完善的一个方向。