国土空间开发适宜性评价的理论、方法与技术应用

所属分类：农业论文阅读571次时间：2021-07-08 10:52

本文摘要：摘要：国土空间开发适宜性评价既是长期人地关系优化调控研究领域的重要研究内容，也是当前各层级国土空间规划编制的重要基础工作。该文运用文献调研、总结、对比分析等方法，围绕国土空间开发适宜性评价的概念内涵、演进历程、评价方法以及技术手段等方面进

　　摘要：国土空间开发适宜性评价既是长期人地关系优化调控研究领域的重要研究内容，也是当前各层级国土空间规划编制的重要基础工作。该文运用文献调研、总结、对比分析等方法，围绕国土空间开发适宜性评价的概念内涵、演进历程、评价方法以及技术手段等方面进行综述，指出现有研究存在的不足与仍需深入研究的领域和方向。主要结论如下：①当前国土空间开发适宜性评价已具有较为丰富的研究案例，但对国土空间开发的多目标协同评价关注不够，评价指标体系的精细化程度不足，多尺度综合研究存在短板;基础信息数据尚难满足全域、全要素、全时相的评价要求;地球信息技术支撑“智慧评价”的能力不足;②未来应进一步加强国土空间开发适宜性评价基础理论研究，深化对评价内涵的理论认知，构建指标独立、系统高效的评价体系;丰富多尺度适宜性评价案例，重视区域发展定位，关注区域发展的特殊需求和产业优势，提升评价指标体系的精细化水平;紧跟“智慧社会”建设步伐，加强地球信息技术与物联网、大数据、云计算等新兴技术的融合应用，促进国土空间多源大数据的制定与适宜性评价体系的有效衔接，为实现“智慧评价”提供有力的技术支撑。

　　关键词：国土空间;人地关系;地域功能;适宜性评价;演进历程;评价方法;指标体系;地球信息技术

国土空间开发

　　1引言

　　无序、过度、分散的国土空间开发与利用方式，引发了自然资源浪费、生态系统退化、环境承载过度等链式反应[1]，成为高质量发展的严重阻碍。国内外诸多国土开发案例实践证明，高品质国土空间是人民群众美好生活需要的必备人居环境，更是国家经济高质量发展的有力支撑[2-3]，通过塑造高品质国土空间，能够实现开发与保护、竞争与持续、保障与发展的良性耦合[4-5]。

　　具有前瞻性、科学性、系统性的国土空间规划是塑造高品质国土空间的关键[6]，而科学、准确的国土空间开发适宜性评价则是实现这一关键的前提和基础。作为国土空间格局优化的基础工作，国土空间开发适宜性评价理所应当地成为实施生态文明建设国家战略的“先手棋”。在此背景下，国土空间开发适宜性评价同时受到政府部门和科研学者的双重关注，地理学、土地科学、管理学、规划学等多个学科领域的相关学者就评价理论、评价指标、评价方法等开展了广泛研究，积累了丰富的研究案例。

　　2017年，《省级空间规划试点方案》[7]明确了国土空间开发网格化适宜性评价的要求;2020年，自然资源部印发《资源环境承载力和国土空间开发适宜性评价指南(试行)》[8](简称《指南》)，指导各地开展资源环境承载力和国土空间开发适宜性评价(简称“双评价”)工作，将国土空间开发适宜性评价明确为政府行为。评价理论与方法的科学性及应用的开放性，是决定国土空间开发适宜性评价工作的核心内容。目前，在评价的基础理论[9]、评价指标[10]、评价方法[11]等方面均有较为丰硕的成果产出。然而，如何选用并集成科学评价方法，进一步提升评价的精确性与针对性?“双评价”如何高效关联融合，从而更好地发挥在国土空间规划中的基础价值?

　　地球信息科学技术如何有力支撑评价的智慧化进程?这些现实需求仍是当前国土空间开发适宜性评价研究面临的重要课题。基于此，本文梳理国内外相关文献，综述国土空间开发适宜性评价的基础内涵、演进历程、评价方法、技术手段等内容，分析研究现状及存在问题，探讨未来研究重点与解决思路，以期进一步丰富国土空间开发的理论、方法与技术体系，为完善国土空间开发适宜性评价方案，塑造高品质国土空间提供参考和借鉴。

　　2适宜性评价的理论内涵及演进历程

　　2.1理论内涵

　　随着人们对空间概念的认知深化，国土的结构由平面上升为三维空间，从而衍生出国土空间的基本内涵，进一步凸显空间结构和尺度特征。总的来说，国土空间的内涵应包括3个方面：①要素特征，是资源、环境、人口、经济的集成复合系统;②政治内涵，强调国家的管辖和治理;③地域空间属性，强调区域特征和空间结构。

　　党的十八大将“优化国土空间开发格局”作为生态文明建设的首要任务[12]，土地资源的概念应国家和区域发展需求，在叠加主权管辖、战略导向、生态保护、资产增值等功能后，向国土空间内涵转变[13]。最早的土地评价仅针对农业用途，同时期的承载力评价主要关注资源的供应能力。随着城镇化进程的加快，评价范围逐渐向城镇建设扩展，区域的资源、环境、生态、灾害等相关内容越来越受到关注[14]，这些内容与资源环境承载力评价的核心内容体系、用途基本相似，是广义国土空间开发适宜性评价内涵的组成部分。

　　与此同时，资源环境承载力评价逐渐成为独立的研究领域，核心内容是如何支撑国土空间规划编制及提供规划实施的监测预警手段，即资源环境承载能力监测预警[15-17]。新时期，围绕“生态文明”与“高质量发展”目标，国家积极推动国土空间规划体系重构[18-19]，厘清适宜性评价与资源环境承载力评价的关系，并明确通过承载力与适宜性一体化评价支撑国土空间规划编制[20-21]，由此便形成了“双评价”内涵与机制。在《指南》[8]中，资源环境承载力评价被认为是对特定时期一定地域范围内生态环境与自然资源要素条件的综合评价，反映资源环境要素支撑农业生产、城镇建设等人类活动的最大合理规模，而国土空间开发适宜性评价则是在综合考虑资源环境要素条件的基础上，对特定国土空间进行农业生产、城镇建设等人类活动的适宜性程度的评价。

　　由此可见，“双评价”并非2个评价之间的简单相加，资源环境承载力评价是国土空间开发适宜性评价的基础，无论是理论逻辑还是实践探索，二者之间都存在“承载力定规模，适宜性定空间”的关联逻辑与系统耦合关系。综上，《指南》[8]中的国土空间适宜性评价是指在考虑资源环境等要素的前提下，特定国土空间用途的适宜程度，是剥离资源环境因素后形成的狭义内涵。为便于全文整理与论述，本文使用广义的国土空间开发适宜性评价含义(包括资源环境评价与开发适宜性评价)，阐述其研究进程及方法应用。

　　2.2研究演进历程

　　伴随人类悠久的农业发源历史，土地适宜性评价思想及实践由来已久。近代以来，土地适宜性评价经历了由理论向制度、由行业向系统、由人工向智能的转变。按照理论发展、评价内容与地球信息技术应用的演进历程，具体可分为以下几个阶段：

　　(1)初始评价时期。“国土空间”(TerritorialSpace)一词在国外一直很少用于适宜性评价工作中，而土地评价(LandEvaluation)则使用广泛。上世纪初，McHarg[22]采用分级手工绘图并叠加图像的方式，获取适宜性分级图，开启了现代土地适宜性评价研究的序幕。20世纪30—60年代，以农业用地的分类定级和潜力测算为核心内容的土地评价工作陆续在英国、美国、德国、荷兰等西方国家开展。同时期国内土地评价主要目的是为农林业发展服务，荒地调查是土地评价的主要内容[23]，人工测量与定级是主要技术手段。

　　(2)体系形成时期。

　　1976年，联合国粮农组织(FAO)公布的《土地评价纲要》[24]，为各国开展土地评价搭建了基本参考框架[25]。此后，各国参照纲要建立起本国的评价体系。该时期，GIS作为一种新的技术手段，以存储和辅助制图的方式开始被应用于土地适宜性评价[26]。该技术以数字矩阵模式将评价模型存储于计算机，突破了手工操作的局限，能够处理海量数据，并能合成各独立区域的评价结果，特别是哈佛实验室在其研发的GRID和SYMAP系统中定制了系列土地评价及分析模块，为提升土地评价的科学性和广泛性奠定了技术基础[27-29]。

　　1981年，美国农业部土壤保持局成功开发“土地评价和立地评价系统”(LESA)，融合农业生产能力、土壤质量、公共价值、发展压力等因素综合评定农用地重要性，开启了土地适宜性综合评价的新模式[30]。我国参照纲要内容，陆续开展土地评价工作，《中国1:100万土地资源图》[31]编制完成，逐步建立起符合我国国情的土地评价体系。(3)系统发展时期。20世纪90年代，全球土地退化不断加剧，国外学者对土地适宜性评价的研究更多侧重于重新构建指标体系，其中以1995年FAO、世界银行和UNDP共同发起建立的土地质量指标体系(LandQualityIndicators,LQI)影响最大[32-33]。

　　国内大尺度土地评价、区域土地评价、地方性土地评价进入探索阶段，研究领域从综合的大农业评价向农、林甚至单作物的土地评价拓宽，土地评价的行业化趋势明显，旅游用地评价[34]和城市土地经济评价[35]2个领域最为突出。技术应用方面，“适宜性”概念和数学计量、遥感数据产品开始用于评价工作中[36]，尤其是多指标决策(MCDM)与GIS的集成应用[37-38]，借助GIS的空间分析模块，使得空间与非空间数据得到整合并进行多指标综合判定，极大地提高了传统叠加制图技术在土地适宜性评价领域应用的深度和广度。

　　同时，随着组件式软件技术与互联网技术高速发展，诞生了WebGIS并被用于开发针对特定目标的土地适宜性评价的软件模块[39]，提高了土地适宜性评价针对性。此外，随着地理空间数据与评价要素愈加丰富，单文件方式已不能满足评价需求，空间数据库应运而生[40]，为适宜性评价提供了便捷的数据存储与管理方式。

　　3适宜性评价的方法

　　评价方法的选择与使用直接影响评价结果的科学性。国外评价方法的改进追求严谨性、实用性和便捷性，强调评价中公众参与的过程。国内评价方法的研究一方面重视评价尺度的合理选择，提升尺度传导的通畅性，从而便于行政层级管理与横向比较。另一方面，以提升评价科学性为目标，关注不同目标、用途、区域限制下评价指标体系的构建，以充分反映区域开发承载能力及适宜性结果。

　　3.1适宜性评价的尺度选择

　　自然单元与行政边界在空间上的错位，导致评价结果支撑规划应用难度较大，以自然单元作为评价区域的研究相对较少。受国家行政管理模式的影响，非自然的评价单元可分为行政单元和经济单元2类。

　　①基于行政单元的适宜性评价尺度可分为国家级、省级、市(州)级和县级，其中县域尺度最为常见，乡镇和行政村级别的微观尺度评价因项目投放和典型意义不足，鲜有单独涉及。宏观尺度的评价(国家级)主要涉及主体功能区划的编制，关注的核心是粮食安全、生态安全等宏观战略问题，资源环境承载力评价结果对宏观决策更具支撑性[48]。中观尺度(省市级)的评价主要考虑上下级的衔接，同时需要反映区域自然本底特征，重点关注交通、GDP、人口等社会经济及政策。如车冰清等基于经济社会发展、交通可达性和生态约束3方面，评价江苏省空间开发适宜性[49];迪力沙提·亚库甫等[50]从粮食安全、生态安全、地质安全和建设保障4个维度识别显著影响约束因素，对青海省国土开发适宜性进行评价。

　　微观尺度(县乡级)的评价涉及单元范围不大，核心目标是保障高层次战略和“蓝图”的落地，关键是体现区域开发的独特性[51]。值得关注的是，受当前生态文明建设举国战略的影响，在各级行政单元的适宜性评价中，水源涵养、水土保持、生态景观等测度生态环境保护的要素愈受重视，部分地区甚至被作为限制性条件。②基于经济单元的适宜性评价尺度。经济带、经济区、城市群作为特殊的地域单元，是国家或区域重点优先发展的区域，国土空间开发的主要目的是支撑区域最大程度地释放经济增长潜力。经济带和城市群一般地域面积较大，属中宏观尺度的研究。适宜性评价侧重于考察区内资源禀赋、产业结构、政策优势等社会经济因素与国土空间开发的匹配关系[52]。

　　经济区相对经济带地域面积更小，大多位于同一省级行政单位内，属微观尺度的评价，同一经济区内资源环境条件相似，评价侧重反映开发潜力[53]。

　　3.2适宜性评价的指标设置

　　评价指标是适宜性影响因素的具体表达，指标体系的合理构建，是适宜性评价应用的关键步骤，直接影响适宜性评价结果的准确程度。评价指标的选取既要尽可能全面地反映评价地域单元的本底特征，还应考虑各影响因素的相对独立性与不可替代性。根据《指南》[8]要求，对国土空间按照生态、农业及城镇3类功能指向开展评价。为此，基于国土空间的“三生”功能视角，对评价指标体系进行归纳总结。

　　4地球信息科学技术在适宜性评价中的应用

　　地球信息科学在适宜性评价中的应用，主要依赖其快速和大范围的获取、存储和分析空间信息的能力。在物联网、人工智能、大数据及云计算等新兴信息技术的推动下，以“3S”技术为核心的地球信息科学技术在支撑服务适宜性评价方面呈现出智能化、全域化、实时化的特点，主要表现在基础信息供给、GIS及平台技术应用、智慧评价技术开发等方面。

　　4.1适宜性评价的基础信息供给

　　遥感影像产品及GIS基础地理数据库为国土空间开发适宜性评价及规划提供了基础地类及要素矢量信息，有力地支撑了适宜性评价高效化、信息化和现代化进程。①遥感数据产品供给。卫星遥感革命性地改变了人类对地观测的方式，能够高时效、全方位地提供国土空间动态监测的海量观测数据[60-62]，尤其是对土地利用/土地覆被数据的监测获取，技术路线成熟，算法丰富，精度日渐提升。

　　同时，对遥感影像数据的定性与定量分析，能够为区域适宜性评价提供环境监测评估、生态安全评价、自然灾害监测预警、土地变化模拟等多维度的数据产品，成为评价过程的重要数据来源。②GIS基础地理数据库构建。地类、地形、交通、地名等基础地理数据集产品是适宜性评价的重要信息基础。通过GIS平台构建的地理信息数据库可以存储与处理海量的空间与属性数据，能够克服传统土地普查几何粒度粗，更新周期长，调查成本高等问题[63]，在反映位置坐落、空间关系、权属属性等方面的优势给予了评价人员清晰的信息表达结果。

　　同时，GIS强大的数据处理与数据分析功能，为从海量数据中提取关键有效信息提供了技术支撑。然而，国土空间基础信息要素多元、来源复杂、尺度多样，造成部分信息权属不清、边界重叠、更新缓慢[64]，区域土地利用、地理空间数据往往只能满足单个部门、某种专题的评价需求。加之数据量大，分类语义存在差异，尺度传递不畅等问题，导致多源数据融合难度大，跨区域、跨部门、跨行业的评价应用难度较大[65]。面对新时代全域、全要素、实时动态的评价要求，集成跨领域、多尺度、全时相的多源国土空间数据库，攻克数据融合、尺度转化、影像互补等技术难题，形成国土空间评价与规划“一张图”，是当前国土空间开发适宜性评价基础信息建设的当务之急。

　　国土规划论文投稿期刊：《中国土地科学》是由中国科协主管、中国土地学会和中国土地勘测规划院共同主办的中国土地科学领域惟一全国性学术期刊，也是中国土地学会会刊。

　　5评述与展望

　　5.1研究评述

　　综观已有研究，不同学科领域的学者针对不同地域类型、不同空间尺度、不同开发目标开展了大量的评价案例研究，指标体系呈现系统化、多样化、精细化趋势，评价技术手段智能化、科学化特征明显。这些研究对于揭示不同尺度的空间地理过程、推进国土空间开发有序性和可持续性具有启发和指导意义。然而，随着国土空间开发适宜性评价实践需求的改变，也反映出了一些新的缺陷和不足。

　　(1)对国土空间开发的多目标协同评价关注不够。多功能性是土地的本质属性，这在根源上决定了其开发利用的多目标性，加之国土空间系统内部的复杂性和独特性，使单目标评价方法难以全面地反映国土空间的功能适宜类型和程度，这无疑影响了评价结果的整体性、系统性和针对性。已有研究对国土空间地域功能理论的基础作用认知不够深入，多针对国土空间的单一开发目标(如生态保护、农业开发、城镇建设等)评价其适宜程度，缺乏多目标协同评价案例，基于国土空间多目标协同的综合评价方法还有待进一步丰富和完善。

　　(2)多尺度综合评价方法亟待加强。跨尺度的国土空间开发对于促进区域均衡发展、物质信息流通具有重要意义。同时，跨尺度的国土空间地域功能识别是主体功能实现层级传递，保持功能完整性的客观要求。已有研究中以微观尺度评价居多，宏观尺度评价较少。实践中，“双评价”结果在不同层级规划中尺度性考虑不足，存在一种评价单元对应多个尺度评价需求的问题，导致传导机制存在障碍。今后应更加关注不同尺度空间的评价方法及应用研究，厘清“双评价”之间的内在关系，明确二者之间的逻辑关联，构建不同层级评价的有效传导及反馈机制，实现主体功能传导和有序性控制，保持国土空间战略布局的导向性与方向性。

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　　作者：刘小波1,2,3，王玉宽1*，李明1

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