李建华 陈哲夫 陈端吕

[摘 要] 区域土地利用结构优化是区域经济与生态环境协调的关键，通过“生产—生活—生态”土地空间利用现状，进行“三生”用地功能评价与空间布局优化配置，可为区域空间可持续利用提供参考。基于主导功能的“三生”用地分类体系，探讨了2005-2016年三生用地特征，采用“三生”空间功能测度模型与层次分析法进行“三生”用地评价，利用线性规划模型进行“三生”用地结构优化。结果表明：农业生产用地与林地生态用地在区域中占主体，基本维持了区域的生态安全与粮食安全。农业生产用地“三生”功能相对均衡，而工矿生产用地、城镇生活用地、农村生活用地的主导功能比较明显。从土地利用程度、经济效益和生态效益方面，将优化结果与现状和优化预测土地利用结构进行对比分析，未来土地利用能保持较稳定的局势。分类中突出了不同土地的生产、生活和生态主导功能，但区域用地评价需要包含其它次要功能的綜合效益。土地利用结构优化是保障粮食安全、生态安全的有效途径，在有限的资源上获得最大的效益，又不能损害生态系统。

[关键词] “三生”用地;线性规划;土地利用;优化配置;环洞庭湖区

[中图分类号] F470[文献标识码] A[文章编号] 1009-6043（2019）11-0021-04

土地资源按主导功能分为生态用地、生产用地与生活用地，称为“三生”用地，但土地利用过程复杂，体现了自然与人类活动的特点，是综合生产、生活与生态三大功能的复杂系统[1]，表现出多功能性[2-3]，需要协调土地不同功能用地的矛盾，追求土地利用效益最大化，充分考虑其多功能性[4]。对于传统的土地利用结构优化，在过去历年的研究中，土地适宜性与多效益化成为关键，包括专项用地优化配置[5-6]、土地政策效果、特殊地段的适用性[7]、土地利用组合类型[8]、时空变化[9]。地理信息系统等方面的土地利用调查规划技术手段正在不断应用与发展[10]，土地利用功能分类、评价以及生态经济关系方面也进行了多层次、多角度探索[11]。目前，我国“三生”用地研究处于起步阶段，国内学者更多的是对生态用地展开的相关探讨[12-13]，并涉及到区域的生态用地分类研究[14-15]。通过功能空间分类方法将土地利用分类与“三生”用地分类相衔接，构建了不同空间尺度的“三生”用地分类体系[16]，较多地考虑了土地的主导功能及利用主体的利益协调，同时，基于土地利用的多功能性理论，构建“三生”用地效益的三级评价体系，进行了“三生”用地效益的动态变化分析与协调评价[17-18]。本文基于“三生”土地利用主导功能分类，探讨洞庭湖区土地利用的生产、生活和生态功能特征及动态变化，通过土地利用结构优化配置，实现生态、经济与社会效益最大化，推进区域土地可持续利用。

一、研究区概况与研究方法

（一）研究区概况

环洞庭湖一体化与生态经济区建设已成为国家战略，范围包括湖南省岳阳市、常德市、益阳市，长沙市望城区和湖北省荆州市，共33个县（市、区），面积6.05万平方公里。环洞庭湖区地势平坦，资源丰富，土地肥沃，是全国重要的粮食生产基地，气候宜人，降水量偏多，具有独特的地理区位优势，但洪涝灾害严重，生态环境和人口承载压力越来越大，土地开发利用与保护、经济发展与生态环境有限承载力之间的矛盾越来越突显，寻求土地用地结构优化方案成为区域土地集约利用与可持续发展的途径。

（二）数据来源与研究方法

1.数据来源与处理

社会经济数据来自2005-2016年常德、益阳、岳阳、荆州等地市的统计年鉴及土地利用总体规划文件。土地利用数据为ArcGIS9.2支持的环洞庭湖区土地利用类型矢量化图斑数据。对全国过渡时期土地分类体系的土地类型综合为“三生用地”三大类，即有林地、灌木林地、疏林地、其他林地、高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地、湖泊、滩地、河渠、水库和坑塘归并为生态用地，水田、旱地、工矿生产用地归并为生产用地，城镇生活用地、农村生活用地归并为生活用地。

2.研究方法

（1）层次分析法

土地利用的总目标是发挥综合效益，达到生产高效、生态宜居、生活舒适的目标[19]，提升区域土地资源生态、生产和生活功能的协调性。在功能层上，既强调用地的主导功能，又不能忽略其所具有的次要功能[20]。按照上述原则，结合环洞庭湖区土地利用现状及土地、农业、地理等学科领域专家的意见，根据金星星等[21]进行“三生”土地利用主导功能评分，并按其“三生空间功能指数”（PLESI）模型方法初步确定功能层（“生产、生活、生态”土地利用主导功能）的初步权重，再通过AHP法[22]建立层次结构模型、构建判断矩阵、层次单排序及一致性检验、层次总排序及一致性检验和群决策。得到各指标的综合权重（表1）。

（2）线性规划法

线性规划主要是实现最大效益而制定最优化规划方案[23]。建立线性规划模型过程中，主要是在广泛收集、整理相关文献及定性分析环洞庭湖区土地利用现状的基础上，根据环洞庭湖区实际情况设定约束条件，确定土地利用结构优化的决策变量、约束条件和目标函数，在拟定的约束条件下，使土地利用结构优化的目标函数中的“三生”综合效益达到最大，得出土地利用结构优化方案。

（3）土地利用类型动态度

对于“三生”土地类型的变化，采用单一土地利用类型动态度计算公式

式中，K为动态度，Ub、Ua分别为期末、期初的土地类型面积，T为变化期间的年度。

二、环洞庭湖区“三生”用地分析与评价

（一）土地利用类型结构

2016年末，区域内生产用地面积为2692799.12公顷，占土地总面积的44.30%;区域内生态用地面积3203567.98公顷，占土地总面积的52.71%;区域内生活用地面积181684.39公顷，占土地总面积的2.99%（见表2），“三生”用地空间分布见图1。

（二）“三生”用地数量变化

由表3可见，洞庭湖区的农业生产面积总体呈下降趋势;水域生态用地在三个时间段内变化有小幅度上升，2005年至2016年增加了4259.15公顷;牧草生态用地在2005-2016年间下降趋势最明显，期间变化达到-5688.98公顷;林地生态用地面积期间均存在减少的趋势，减少6907.28公顷;城镇生活用地均呈上升，期间增加面积为18314.14公顷。

由图2可知，2005-2011年间减少速度最快的为其它生态用地与农业生产用地，增长速度最快的为城镇生活用地与水域生态用地;2011-2016年期间减少速度最快的为牧草生态用地，减少速度最快的为建设用地与其它用地;2011-2016年期间减少速度最快的为耕地与牧草地，减少速度最快的为农村生活用地;城镇生活用地一直呈现增长趋势，水域生态用地呈增长趋势，但变化速度缓慢。2005-2016年土地利用類型动态度表明，工矿生产用地>城镇生活用地>其他生态用地>牧草生态用地>农业生产用地>农村生活用地>水域生态用地>林地生态用地。农业生产用地与林地生态用地的持续下降变化先迅速、后平稳、再迅速;土地类型中变化速率最快的为工矿生产用地，而且城镇生活用地在2005-2016年期间是持续增加的;其它生态用地面积的变化开始呈现下降趋势，但转而上升。

（三）“三生”用地效益评价

从“三生”用地分类体系来看，3种功能有主次和高低之分，土地利用类型不同，体现多元利益攸关主体发展需求的满足程度不同[23]，存在用地的主导功能。但任何类型的土地资源都或大或小的发挥着经济、生态与社会效益。从图3可以看出，每个类型都体现了各有偏重的多功能性，其中农业生产用地“三生”功能相对均衡，生产、生活和生态功能指数分别为0.438793496、0.338058073与0.223148432，说明了生产用地在为人类提供产品和供给功能的同时，发挥着生态功能，也为人类生活空间提供一定的基础。而工矿生产用地、城镇生活用地、农村生活用地的主导功能比较明显，城镇生活用地、农村生活用地的生活功能指数为0.782878811，而生产生态功能指数为0.185729364，生态功能指数只为0.031391825。因此，统筹生产、生活和生态用地空间，考虑生态脆弱、生态环境恶劣或者生态保护意义重要的地区，又要反映保障人类生活、生产活动的区域，同时，而对于所有土地类型来说，生态功能是生产功能与生活功能实现的前提与基础。

三、环洞庭湖区土地利用结构优化

（一）线性规划模型描述

1.变量设置

以土地利用现状分类为基础，根据环洞庭湖区土地资源的特点以及“三生”用地功能类型的二级地类，共设置8个变量，根据环洞庭湖区未来发展的要求和土地利用的实际情况和发展规律等，同时为了保证环洞庭湖区土地资源利用可持续性，参考环洞庭湖区土地发展利用总体目标和规划，最终建立了11组约束方程，约束系数和约束常数具体设置如表4。

2.目标函数与约束方程

依据上述总体要求和约束系数设置目标函数：

“三生”效益最大化目标函数：

Max（Z）=370372152X1+370372152X2+320000000X3

+330000000X4+305787108X5+304552632X6

+257847956X7+257847956X8

约束条件：

总面积约束X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8=6078050.38

城市开发约束X7+X8≤181674.28

交通需求约束X6=51476.05

生态安全约束X1+X2+X3+X4≥3203567.98

粮食安全约束X5≥2641323.07

农村建设集约化约束X8≤115917.72;X8≥90415.82

城市开约束X7≥65765.56

区域畜牧业发展约束X2≤8433.57

保证未利用地开发利用约束X4=112881.00

湖泊生态系统约束X3≥774945.94

（二）基于线性规划模型的土地利用结构优化

通过构建的“三生”用地结构优化的线性规划模型，在变量设置及约束条件下使“三生”综合效益的目标函数值达到最大，根据8个未知变量的取值，得到基于“三生”功能的线性规划优模型化方案为：林地生态用地2230644.00公顷，牧草生态用地638541.20公顷，水域生态用地247004.10公顷，其他生态用地112881.00公顷，农业生产用地2641323.00公顷，工矿生产用地51476.05公顷，城镇生活用地65765.56公顷，农村生活用地90415.82公顷。

在分析环洞庭湖区土地利用现状及变化的基础上，基于线性规划的土地利用优化方案与现行土地结构进行比较，从表5可看出，生态用地中除了牧草生态用地不适宜发展，优化值为0，总面积比当前面积增加25501.52公顷，在原基础上增加0.42%，特别是林地生态用地增加了1.82%，为区域生态安全提供了保障。农村生活用地和工矿生产用地近年来增长迅速，基础设施建设加快，从生态安全角度，不宜再大面积扩张建设用地。农村建设用地有一定程度的缩减，通过新农村建设，实现集约化建设，提升乡村宜居水平。其他生态用地优化值比当前减少，主要是对原有的裸土地与裸岩石砾地进行开发利用，解决土地稀缺的人地关系矛盾，提高环洞庭湖区土地利用率。

四、结论与建议

土地是一种珍贵的、数量有限的、不可再生和不可替代的稀缺性资源。农业生产用地与林地生态用地在区域中占主体，占80.16%，总体现状还是基本维持了区域的生态安全与粮食安全。城镇生活用地持续增加，工矿生产用地在2011年至2016年间增加速度加快，农业生产用地显著减少，生态用地相对保持稳定。

土地系统是一个生产功能、生活功能和生态功能相互联系和相互统一的综合性功能整体，其中生产功能是基础，生态功能是支撑，生活功能是目的，不同性质的空间主要发挥不同的主导功能，兼顾发挥非主导功能。其中农业生产用地“三生”功能相对均衡，而工矿生产用地、城镇生活用地、农村生活用地的主导功能比较明显。在“三生”用地资源配置中，在考虑用地类型中多元利益攸关主体需求的同时，也要解决好主导功能与综合效益之间的矛盾。

合理利用土地资源，调整土地利用结构，既是实现环洞庭湖区可持续发展的需要，也是整治国土、保护和改善环境的首要问题。利用多元线性规划方法进行土地利用结构优化，研究环洞庭湖区“三生”土地利用结构调整，合理安排区域内土地分配结构，既能够在有限的资源上获得最大的效益，又不能损害生态系统，在保持区域宜居环境与生态安全的条件下，不断提高土地利用率、产出率和综合效益，可最终实现区域可持续发展。

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[责任编辑：潘洪志]