基于生态承载力的国土空间开发布局方法研究

叶 菁，谢巧巧，谭宁焱

（中国地质大学（武汉）公共管理学院，武汉 430074）

·土地整理工程·

基于生态承载力的国土空间开发布局方法研究

叶 菁，谢巧巧，谭宁焱

（中国地质大学（武汉）公共管理学院，武汉 430074）

为揭示城市生态承载力空间特征，探讨国土空间开发格局优化方法，该文以湖北省鄂州市为例，构建“资源环境承载力-生态弹性力-社会经济协调力”生态承载力综合评价模型，采用状态空间法在市域范围进行生态承载力综合评价，利用三维魔方法设计生态承载力综合评价与国土空间开发格局的关联模型，结合生态承载力的空间分异特征与评价单元主体功能分区结果进行国土空间开发布局分析。结果表明：1）生态承载力综合评价指数最大值为0.233 8，位于梁子镇，最小值为0.050 9，位于临江乡。受到资源环境本底和社会经济投入条件影响，研究区生态承载力较高地区主要分布在西南沿湖一带，北部相对较低，总体呈现南高北低的空间分异格局。2）国土空间格局划为城市经济核心区、城市经济拓展区、农业生产区、生态功能涵养区四大功能区域和一类禁止开发区域，能够较好地反映生态承载力综合指数的空间分异特征。结果能够为国土空间开发格局优化理论与实践提供科学依据和实证基础。

土地利用；优化；生态承载力；国土空间开发布局；状态空间法；三维魔方法；鄂州市

0 引 言

生态承载力作为衡量一定区域社会经济活动、资源环境本底与生态系统弹性之间相互关系的科学概念与基础工具，是优化国土空间开发格局、推进生态文明建设的重要基础与可靠依据。一般认为生态承载力是在一定时期内，资源、环境子系统对于社会经济活动的承载与支撑能力[1-2]，可以结合生态足迹[3]、系统动力学[4]等理论、采用层析分析法[5]、灰色关联法[6]、状态空间法[7]等方法，从城市群[8]、省域[9]、市域[10]不同层面，构建承载力评价的指标体系[11]，探讨区域生态承载力，资源承载力与资源负荷间关系[12]。国土空间开发格局则是基于资源环境格局、经济社会发展格局、生态安全格局在国土空间上形成的空间配置形态和特定秩序[13]，研究主要集中在国土空间规划体制理论研究[14-16]，区域国土空间布局[17-18]，区域土地利用分区与主体功能分区[19-21]，国土空间开发格局模型与方法[22-24]研究等方面。目前，以区域生态承载力为基础开展的国土空间开发布局研究，多以理论探讨为主，从宏观层面论证在国土空间布局中必须充分考虑生态环境影响因素。有学者尝试从自然资源、生态环境等方面分析中国生态承载力的基本状况[25]，基于经济-生态-社会综合效益和生产-分配-消费立体系统的区域发展均衡模型，阐释人地系统相互作用、自然对人文作用的资源环境承载力评价[26]，依据城市生态承载力、生产承载力和生活承载力，从三生安全角度提出优化城市三生空间的国土开发布局方案[27]，为优化国土空间开发格局研究提供了科学基础与科技支撑。

总体来讲，目前研究多着重在根据承载力结果进行区域承载力分区，或是运用不同模型与技术方法对国土空间开发布局进行探讨，较少将生态承载力研究与国土空间布局直接联系起来展开论证，对以区域生态承载力的空间分异性为基础和依据进行国土空间开发格局优化布局的研究尚不多见，缺乏充分的区域实证探讨。鉴于此，本文以湖北省鄂州市为例，建立“资源环境承载力-生态弹性力-社会经济协调力”的生态承载综合评价模型，对鄂州市所辖25个乡（镇/街道）进行生态承载力综合评价，明确生态承载力综合评价各要素层与区域主体功能类型的关系，构建生态承载力与国土空间开发格局的关联模型，提出国土空间开发布局方案，以期为国土空间开发格局研究理论和实践提供参考和借鉴。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

鄂州市地处湖北省东南部，总面积1 596 km2，是长江经济带中下游开放型港口城市，并充分享有武汉大都市经济辐射。作为国土资源部“多规合一”试点城市之一、湖北省生态文明创建示范区城市以及武汉城市圈中具有“百湖之市”之称的沿江滨湖度假城市，鄂州市城市生态文明建设尤为重要和迫切。在生态文明建设的机遇背景下，对鄂州市进行生态承载力综合评价，积极探索区域差异化的生态承载力提高方式与管理政策，提出国土空间开发布局方案，能够对鄂州市各功能区域提供发展路径指引，有助于城市生态文明构建与“两型社会”的实现。

1.2 数据来源

本文研究基础数据主要包括：鄂州市土地利用数据、资源环境利用与现状数据、土地利用规划数据、统计年鉴与历史文献资料。其中，土地利用数据来源于第二次土地调查年度变更数据，水资源利用数据主要来源于《鄂州市水资源公报2014》，环境数据（可吸入颗粒、二氧化硫、二氧化氮年均值等指标数据）来源于《鄂州市环境状况公报》以及市环保局提供的2014年全市各企业污染物排放资料，生态环境指数指标数值根据生态环境状况评价技术规范（HJ 192-2015）明确的计算方法进行计算求得。社会经济数据来源于中国城市统计年鉴和鄂州年鉴。对于个别缺失当年相关指标数据的乡镇，根据该指标往年的平均增长率求取。

2 生态承载力综合评价方法

2.1 生态承载力综合评价方法

生态承载力是对生态承载媒体客观承载能力与承载对象压力的综合反映，其研究对象是由“自然资源-社会经济-生态环境”组成的复合生态系统。本文在借鉴前人研究成果基础上，结合鄂州市特定的生态、经济、社会、资源背景，采用状态空间法[7,28-29]描述生态承载力状态。

状态空间法（state-space technique）的基本思想是将欧氏几何空间用于定量描述系统状态，通常由表示系统各要素状态向量的三维状态空间轴组成[29]。在生态承载力研究中，三维轴分别代表生态承载力的各影响要素向量，三维空间中的每一个点代表着某一时刻自然生态与人类活动状态的空间组合，用各方向上的承载要素特定组合定量描述区域综合承载力和承载状态。基于生态承载力的内涵，本文从资源环境承载力、生态弹性力与社会经济协调力3个维度进行承载力评价，在此基础上进行综合生态承载力评价。具体计算模型如下：

1）资源环境承载力评价模型

式中REC表示资源环境承载力指数；Mr为资源环境承载力空间向量的模；R1j为资源环境承载力的第j个指标在空间坐标轴上的投影；W1j为第j个资源环境承载力指标对应的权重。

2）生态弹性力评价模型

式中EEC表示生态弹性力指数；Me为生态弹性力空间向量的模；E2j为生态弹性力第j个指标在空间坐标轴上的

投影；W2j为第j个生态弹性力指标对应的权重。

3）社会经济协调力模型

式中SEC表示社会经济协调力指数；Ms为社会经济协调力空间向量的模；S3j为社会经济协调力第j个指标在空间坐标轴上的投影；W3j为第j个社会经济协调力指标对应的权重。

4）生态承载力综合评价模型

式中ECC表示生态承载力综合指数；Mg为生态承载力空间向量的模。

2.2 生态承载力评价指标体系构建

有关学者对生态承载力的内涵与评价方法展开讨论，指出其是在一定时间周期内，承载媒体对承载对象的支持能力[1]，但到目前为止对生态承载力的研究还没有统一的模型和指标体系。已有研究基于能值分析法、生态足迹法等方法进行了探讨，为本文评价方法提供了很好的参考依据和框架思路。本文认为生态承载力评价，是对生态支撑力和生态压力的综合衡量，不仅要对资源要素与环境要素的本底状况、区域生态系统自我协调能力进行研究，还要客观描述各类经济活动下社会-资源-生态的协调发展程度，因此，需从资源、环境、人口、经济等多因素多层次进行指标选取与模型构建。

基于自然资源-社会经济-生态环境的城市生态复合系统框架，在《生态环境状况评价技术规范（发布稿）》（HJ 192-2015）等相关行业标准要求下，参考地区生态文明示范区建设实施方案等已有建设标准，结合研究区生态承载力空间差异特征及评价单元资源环境与社会经济发展特质，选取既易于收集，又能表征空间异质性的评价指标。据此构建包括资源环境承载力、生态弹性力与社会经济协调力在内的3层指标体系，各层次下设置支撑力指标与压力指标，支撑力指标15项，压力指标10项，共计25项。

1）资源环境承载力指标：反映资源要素与环境要素的本底状况以及人类社会活动对资源环境的利用情况。自然资源是人类活动的基础要素，对资源环境承载力起着尤为重要的支撑作用，这种支撑作用既表现为其自身是人类生产生活的直接物质承担者，又表现为是丰富人类物质生活资料的重要来源，因此支撑指标选取人均水资源量、人均水产品产量，人均耕地面积等7项指标。压力指标选取建设用地比重、化学需氧量（COD）排放量、工业二氧化硫排放量等4项指标，反映社会经济活动对建设用地的需求水平及生产生活活动对环境的破坏程度。

2）生态弹性力指标：反映区域生态系统自我协调能力。结合评价对象生态文明创建示范区特点，选取生物丰度指数、水网密度指数、植被覆盖指数及生态环境状况指数为支撑指标，反映区域内水、生物、植被等生态环境整体质量状况。压力指标包括污染负荷指数与土地胁迫指数，用以描述区域内的环境污染压力及水土流失、土地开发等人类活动对土地资源造成的压力。计算方法按《生态环境状况评价技术规范》（HJ192-2015）进行。

3）社会经济协调力指标：体现社会-经济-人口协调发展程度。支撑力指标包含反映经济发展水平的人均农业生产总值与人均固定资产总值指标，也包含反映居民生活水平以及社会保障功能的人均纯收入与养老保险参与率指标。压力指标包括人口密度、农业人口比例、人口流动量与老龄化人口比例指标，用来表征区域人口密度、人口迁移与人口结构对社会经济发展的压力。

2.3 数据处理与权重确定

评价指标权重的确定是直接影响到综合评价结果的关键性步骤。为消除不同指标量纲与量级不同带来的影响，采用极值法对各项指标进行标准化处理，使压力指标与支撑力指标的标准化值位于[0,1]之间。评价指标权重采用专家打分和熵值法综合求取。指标体系、计算方法及权重具体见表1。

表1 鄂州市生态承载力综合评价指标体系Table1 Comprehensive evaluation index system of ecological carrying capacity in Ezhou

1）计算指标标准化值xij

其中支撑力指标标准化方式为：

压力指标标准化方式为：

式中xij表示第i乡镇第j项评价指标标准化后的数值，vij表示第i乡镇第j项指标的原始数值，maxj，minj分别为各评价单元第j项评价指标的最大值与最小值。

2）熵值法确定各指标客观权重值aj；

3）专家打分法确定各指标主观权重值bj；

4）计算综合权重Wj，

3 生态承载力与国土空间开发格局关联模型构建方法

本文采用三维魔方图解法[30]将生态承载力与国土空间布局主体功能类型相关联。三维魔方图解法（magic cube）的基本思想是要素向量在三维空间中形成不同功能组合的空间单元，各要素在三维空间中有确切位置反映，具有较强的可视性与直观性，常用于土地利用地域单元的功能分区研究。本文借助这一思想，将三维魔方图解法应用于生态承载力与国土空间开发格局关联模型的构建，通过构建三维空间，将各类要素指数进行分级，根据分级数量设定维度节点、分级等别，明确节点属性值，将各要素体现的主体功能进行组合归类，最终形成三维魔方。

3.1 构建三维空间

根据前述生态承载力综合评价模型，生态承载力综合评价指数由资源环境承载力、生态弹性力与社会经济协调力3大要素组成，将其分别设为三维魔方中的X轴、Y轴与Z轴。依据“三生空间”涵义[31-32]将国土空间布局的主体功能设计为农业生产、生态保护与城市经济发展3大功能类型。根据生态承载力综合评价模型下3大要素分别表征的城市特征，将资源环境承载力指数、生态弹性指数与社会经济协调指数依次对应农业生产主体功能、生态保护主体功能与城市经济发展主体功能，形成生态承载力与国土空间主体功能相对应的三维空间模型。如图1所示。

图1 基于生态承载力的主体功能分区三维魔方图Fig.1 Magic cube of main function zone based on ecological carrying capacity

参考龙华楼[27]研究，根据生态承载力各要素指数值的均值与其标准差的函数关系，确定三维空间不同维度节点数目为4个，既划分为4个级别区间（见表2）。按照节点距离三维空间原点的远近确定各节点的属性值为1、2、3、4，要素指数值越大，距离原点越远，级别越高，越能代表该要素所对应的主体功能类型。反之，要素指数值越小，距离原点越近，级别越低，越不能代表该要素所对应的主体功能类型。

3.3 国土空间主体功能分区准则

根据表2所确定的生态承载力各要素指数等别划分准则，形成一个4×4×4的三维四阶魔方，得到64种不同的国土空间主体功能类型组合。每一个三维空间单元都是对国土空间单元主体功能类型优势度的反映，最终形成研究区不同的主体功能组合表达式，组合表达式由魔方单元坐标（a,b,c）来表现，其中a、b、c、分别代表农业生产主体功能区、生态保护主体功能区与城市经济发展主体功能区的级别。

表2 生态承载力各要素指数等别划分准则Table 2 Classification standards of each ecological index

按照绝对优势，相对优势的顺序确定主体功能分区准则，分为第一层次、第二层次与第三层次（见表3）。当空间单元坐标（a,b,c）中有且仅有某一个类别的主体功能区级别为4时，称该类别的主体功能区具有绝对优势，此为第一层次划分；当空间单元坐标（a,b,c）中有且仅有某一个类别的主体功能区级别为3，且其他类别主体功能区级别均小于3时，称该类别的主体功能区具有相对优势，此为第二层次划分；当空间单元坐标（a,b,c）中任何一个功能区级别都不超过2时，此为第三层次。其中，若空间单元坐标（a,b,c）中有2个或者3个主体功能区级别相同时，参考对应生态承载力要素指标的数值，根据最大值确定其主体功能类型，并通过查阅该乡（镇/街道）的相关资料，根据实际情况对其主体功能类型予以修正与调整。

4 基于生态承载力的国土空间开发布局方法应用

4.1 鄂州市生态承载力综合评价

利用状态空间法，依据公式（1）～（7），计算得到各评价单元的资源环境承载力、生态弹性力与社会经济协调力要素指数以及生态承载力综合指数。采用自然裂点法将资源环境承载力、生态弹性力与社会经济协调力与生态承载力划分高、中、较低与低4个等级，见图2。取值越大，等级越高，表明资源环境条件越好、生态系统越稳定、社会经济协调性越好。

4.1.1 资源环境承载力评价

图2a反映市域范围内各乡镇资源环境承载力状况的空间差异性。从评价结果来看，市域范围内各乡镇资源环境承载力指数低值区主要分布在鼓楼街办、凤凰街办、西山街办与樊口街办4个街道办，其中鼓楼街办的资源环境承载力指数最小，几乎接近于0。资源环境承载力指数值高值区仅梁子镇一个乡镇，为0.208 3，这是由于梁子镇行政区域范围内水资源丰富，水域面积占乡镇总面积的80%以上，环境条件较好，工业污染物排放少。其他大部分乡镇的资源环境承载力处于中等与较低水平，

虽然很多互联网企业建立了员工绩效考核体系，但并没有一贯地坚持下去，这主要是由于公司高层对其不够重视。很多互联网企业的大多数部门负责人表面上很重视、支持考核，但实际上，他们总是借故工作繁忙而没有把绩效考评放在心上。很多时候，直到考核周期快结束时，部门负责人才匆忙地根据一些主观印象给员工打分。

分别介于0.019 0～0.056 1与0.056 2～0.100 8之间。

4.1.2 生态弹性力评价

图2b反映市域范围各乡镇生态弹性力状况的空间差异性。从评价结果来看，梁子镇的生态弹性力指数最大，为0.059 9；其次为花湖镇、凤凰街办、泽林镇、沙窝乡、庙岭镇、华容镇、涂家垴镇、段店镇、沼山镇与碧石渡镇，这些地区生态弹性力指数位于0.025 3～0.034 2之间。低值区与较低值区的生态弹性力指数区间为0.013 5～0.025 2，主要位于杨叶镇、东沟镇、蒲团乡、汀祖镇、临江乡等乡镇。

4.1.3 社会经济协调力评价

图2c反映市域范围各乡镇社会经济协调力的空间差异性。从评价结果看，西山街办、凤凰街办、鼓楼街办、葛店镇、梁子镇、长港镇、樊口街办与杜山镇的社会经济协调力指数位于高值区。中低值区主要位于鄂州市中部地区，包括蒲团乡、杨叶镇、碧石渡镇等在内的10个乡镇。低值区则是分布在鄂州市偏北的段店镇、华容镇、临江乡与偏南地区的沼山镇、太和镇、涂家垴镇以及偏西地区的沙窝乡。

图2 鄂州市生态承载力评价Fig.2 Evaluation of ecological carrying capacity in Ezhou City

4.1.4 生态承载力综合评价

生态承载力评价是对资源环境承载力、生态弹性力与社会经济协调力3大要素的综合评价，是对区域自然资源-社会经济-生态环境复合系统是否正常运行的整体考虑。通过状态空间法评价得出评价单元的生态承载力综合评价指数，绘制等级分布图（见图2d），综合反映市域范围各乡镇生态承载力的空间差异性。

生态承载力指数最大值为0.233 8，位于梁子镇；最小值为0.050 9，位于临江乡。梁子镇是鄂州市生态承载力综合指数最高的乡镇，资源环境禀赋条件很好，社会经济发展对生态环境的破坏较小。

生态承载力综合指数位于0.076 8～0.112 8中等水平的乡镇单元表现为两大不同特征类型，一是社会经济发展水平较高，但是资源环境承载状况与生态弹性力指数水平一般甚至较低，以鼓楼街办、凤凰街办、樊口街办、葛店镇与长港镇表现最为明显。这些乡镇、街道承担了全市固定资产投资近40%的贡献率，是社会经济活动最为活跃的地区与乡镇，与此同时受人类生产生活的影响较大，且经济增长以依靠传统型工业发展居多，对资源的消耗、大气与水体环境的污染均较为严重，资源环境承载力与生态弹性力指数数值居于全市偏低水平。二是资源环境承载力与生态弹性力指数水平相对较好，但是当前社会经济发展协调力不佳，以涂家垴镇、沙窝乡2个乡镇表现较为明显。这些地区境内丘陵众多，植被繁茂，生态环境状况良好，但其经济发展较为缓慢。

生态承载力综合指数低值区位于0.050 9～0.074 3之间，涉及的乡镇较多，包括太和镇、碧石渡镇、沼山镇、泽林镇、汀祖镇、东沟镇、花湖镇、新庙镇、杨叶镇、段店镇、华容镇、燕叽镇与临江乡等乡镇。这些地区大部分地理位置相对较为偏僻，社会经济条件较其他乡镇差距较大，资源环境本底状况也不及涂家垴镇与沙窝乡等同样社会经济协调指数偏低的乡镇。

总之，从隶属各承载力等级的乡镇数量上看，11个乡镇处于生态承载中等水平；处于较低水平的有13个乡镇，约占全市乡镇单元的一半。从空间分布上看，研究区生态承载力较高地区主要分布在西南资源条件较好、社会经济投入较大的沿湖一带，北部相对较低，总体呈现南高北低的空间分异格局。

4.2 鄂州市国土空间开发布局方案

根据表2中明确的生态承载力各要素指数等别划分准则、以及生态承载力指标要素与主体空间主体功能类型的对应关系，结合表3确定的主体功能分区准则，明确评价单元所属主体功能类型。参考实际情况，对主体功能进行细化，形成鄂州市国土空间开发格局（见图3）。其中，将城市经济发展主体功能区细分为城市经济核心区与城市经济拓展区，划分依据根据社会经济协调力数值大小确定，并统一视为重点开发区；农产品主产区与生态功能区视为限制开发区；禁止开发区则打破行政界线，包含成片状或点状分布在全市的全国、湖北省明确禁止开发的风景名胜区、自然保护区、森林公园与重要水源区。

图3 鄂州市国土空间开发布局Fig.3 Nation spatial development arrangement in Ezhou city

1）城市经济发展主体功能区：城市经济核心区包括凤凰街办，西山街办，鼓楼街办3个街道；城市经济拓展区包括葛店镇（葛店经济开发区）、樊口街办，长港镇，花湖镇，杨叶镇与燕叽镇，共计1个街道，5个乡镇单元。

2）限制开发区：农产品主产区包括涂家垴镇，太和镇，沼山镇等9个乡镇单元；生态功能涵养区包含梁子镇，沼山镇、庙岭镇等7个乡镇。

3）禁止开发区：禁止开发区包含自然保护区（梁子湖自然保护区核心区、白雉山自然保护区）、风景名胜区（莲花山风景区及西山风景区）、森林公园（莲花山风景区及西山风景区）、湿地公园（洋澜湖湿地公园）引用水源（长江雨台山饮用水水源地、长江凤凰台饮用水水源地、长江华容泥矶饮用水水源地、梁子湖区马龙狮子口水库、南迹湖各用水源地以及梁子湖备用水源地取水口保护区）、重要水域与生态公益林。

4.3 主体功能分区特征分析与发展建议

根据鄂州市资源环境本底条件、生态弹性与社会经济协调状况的空间分异特征，统筹资源、环境、人口、社会、经济、生态等多方面的因素，分析全市国土空间开发格局特征与发展。

1）城市经济核心区

城市经济核心区主要为鄂州市主城区，其人口最为集聚，经济活动最为活跃，起着辐射带动其他乡镇发展的核心作用，包括凤凰街办，西山街办与鼓楼街办3个街办。凤凰街道是全市的政治、经济与文化中心，城市的形象窗口，但该区域资源环境承载本底条件较差，后备利用土地资源匮乏，环境污染较为严重；鼓楼街道的大气与水体污染物排放量已远远超过本区域的环境容量值，严重影响了城市居民的生活质量。城市经济核心区未来发展亟待从源头解决大气与水环境的污染问题，通过加大环境治理力度，优化产业结构调整，加快推进主城区升级改造，加强城郊结合部基础设施与公共服务设施，扩大绿化城市公共空间，打造形成一个经济快速发展，环境优美宜人的主城区。

2）城市经济拓展区

城市经济拓展区主要围绕三大经济开发区与一个新区集聚展开。这些地区是在城市经济核心区辐射带动的基础上，凭借经济技术开发区的平台，依托城际铁路、专线铁路、高速公路以及沿江港口等“点—线”综合交通枢纽得以逐渐发展，成为城市副中心与经济拓展区,能够成为未来城市人口与经济转移的承接区。这些地区资源环境承载力相比城市经济核心区相对较好，但是土地利用效益相对较低。未来这四大集聚区域应结合其自身资源、区位优势，以及与周边城市的产业关联度，以不破坏生态环境为前提，以推进特色产业发展为契机，加强土地节约集约利用，提高单位产出效益，发展建设成为生态承载力综合水平较高的城市经济副中心。

3）农产品主产区

农产品主产区主要分布在鄂州市的南部滨湖洼地地区，北部垅岗平原，中部沿港平原地区。这些乡镇水土资源较丰富，地势较为平坦，耕地面积大，尤其是基本农田面积较大，资源环境承载力强，农业利用条件优越，适合现代化的农业开发，发展形成农副产品供应与加工基地。从优化国土空间布局的角度来看，一方面，这些乡镇应加强农田整治，促进耕地与基本农田集中连片，借助现代农业生产技术与管理技术，提高水土资源与劳动资源的利用效率与效益。另一方面，作为农产品主产区，应当合理规划整理农村建设，优化农村居民点布局，推进新农村建设。

4）生态功能涵养区

生态功能涵养区地形地貌以湖泊、丘陵等为主，国土空间以生态涵养为主导功能，是市域重要水源（湖泊）、生态公益林等生态屏障管控区。生态功能涵养区作为限制开发区，应以保护生物资源多样性和生物栖息地为主，以提高生态产品与服务价值为核心，将保护生态环境作为发展的前提，打造“城在山水中，人在景画中”的滨湖依山特色生态人居样板，实现生态旅游、文化创意、健康运动与养生休闲的核心生态产业体系。

4.4 讨 论

生态承载力是“自然-经济-社会”的复杂动态系统，已有研究从传统的“资源承载-生态弹性-环境承载”分析，逐步向采用多种方法从资源、环境、社会和经济等多方面展开。由于对概念和内涵理解的差异性，评价方法主要结合实际研究区域的差异性，采用不同的指标筛选方法和标准，在指标的代表性、可获取性和评价结果的可靠性之间取得一定平衡。此外，已有方法着重于表示区域相对承载状况指数，忽略了各变量的空间位置特征。因此，借鉴前人成果，本研究从生态承载支撑力和压力两方面，建立“资源环境承载力-生态弹性力-社会经济协调力”综合评价模型，采用状态空间法，描述了市域生态复合系统中资源环境、生态条件及社会经济的空间差异性，在一定程度上弥补了以往研究中生态系统各要素的空间耦合关系和区域整体效应表征不显著的问题。依据前文分析，结果显示生态承载力呈现明显的空间差异。生态承载力综合指数处于中等水平的乡镇有11个，表现为两大不同特征类型：一类表现为社会经济发展水平远高于资源环境承载状况与生态弹性力指数水平，对于提升这些地区的生态承载力综合指数可以考虑从优化产业结构，逐步实现传统型产业向新型产业转型与加大环境治理力度等方面着手；另一类表现为资源环境承载力与生态弹性力指数水平相对较好，但当前社会经济发展协调力不佳，提升生态承载力综合水平应当着力转变发展方式，充分发挥其优越的自然条件，力争创建省生态镇、文明镇，发展特色农业带动经济增长，促进人民增收。生态承载力综合指数低值区盖的乡镇单元数目较多有13个，探讨如何在少破坏少污染的条件下带动这些乡镇的经济发展，是解决当前生态承载力综合指数偏低问题理应思考与努力的方向。

已有研究表明，生态承载力是优化国土空间开发格局不可或缺的重要依据，且以生态承载力研究国土空间开发布局理论上是可行的[25]。借助“土地综合承载力作为土地利用功能分区的依据”这一基本思想，本研究将生态承载力与国土空间开发布局相关联，从生态承载力视角探讨国土空间布局方法。在解析生态承载力各要素层与城市功能类型的关系基础上，采用三维魔方图解法关联承载力评价与国土空间布局，在三维空间内将资源环境承载力指数、生态弹性指数与社会经济协调指数映射成农业生产主体功能、生态保护主体功能与城市经济发展主体功能，以生态承载力评价结果作为依据，实证城市理性发展空间布局。分区结果充分体现了区域生态承载状况，与相关规划对比，符合研究区实际，从而为作为基础研究的生态承载力综合评价应用到区域国土空间开发格局优化研究提供了方法参考与实例论证。

与已有同类研究相比，本文以乡镇为评价单元将市域生态承载力与国土空间格局关联进行分析，较为系统、客观的描述了鄂州市生态承载力和国土空间分区特征。但由于篇幅所限，以下问题有待进一步深化研究：1）指标体系以市域尺度为依据进行构建，但随着研究尺度的变化，影响生态承载力和国土空间分区的驱动因素必然不同，准确识别不同尺度下生态承载力差异性特征及影响因素的定量化分析将是今后研究的重要方向之一。2）在模型分析方面，可以尝试采用智能体方法参与进行城市空间主体功能类型的划分判别，减少主观意识对分区结果的影响。

5 结 论

优化国土空间布局是促进生态文明建设的重要举措，而生态承载力则是优化国土空间开发格局的重要基础。本文以湖北省鄂州市为例，开展基于生态承载力的国土空间开发布局研究，以乡镇为评价单元进行生态承载力综合评价，通过构建生态承载力与国土空间开发格局的关联模型，提出国土空间开发布局方案。主要结论如下：

1）各乡镇生态承载力水平差异显著。梁子镇为鄂州市生态承载力最优的乡镇。有11个乡镇（街道）处于生态承载力中值区，其特点为社会经济发展水平较高、但资源环境承载状况与生态弹性力指数水平一般甚至较低；或者资源环境承载力、生态弹性力指数水平相对较好，但当前社会经济发展协调力不佳。约有一半的乡镇处于生态承载力低值区。受到资源环境基础和社会经济投入条件影响，研究区生态承载力较高地区主要分布在西南沿湖一带，北部相对较低，总体呈现南高北低的空间分异格局。

2）国土空间开发格局可划分为城市经济核心区、城市经济拓展区、农业生产区、生态功能涵养区四大功能区域和一类禁止开发区域。其中城市经济核心区包括凤凰街办，西山街办，鼓楼街办3个街道，城市经济拓展区包括葛店镇、樊口街办，长港镇等6个乡镇（街道），农产品主产区包括涂家垴镇，太和镇，沼山镇等9个乡镇单元。生态功能涵养区包括梁子镇，沼山镇、庙岭镇等7个乡镇。

[1] 高吉喜. 可持续发展理论探索—生态承载力理论、方法与应用[M]. 北京：中国环境科学出版社，2001.

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National land spatial pattern distribution method based on ecological carrying capacity

Ye Jing, Xie Qiaoqiao, Tan Ningyan
(School of Public Administration, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)

National land spatial pattern optimization is an important step for the ecological civilization construction, and ecological carrying capacity study plays an indispensable role on spatial pattern optimization. Taking Ezhou City, Hubei Province as a demonstration area, based on the analysis of the characteristics of the resource, environment and socioeconomic state, this research used township as a unit, carried out a comprehensive evaluation and ecological capacity divisions, discussed the city’s spatial pattern optimization plan, and put forward the guidelines for each main function zone. Firstly, the ecological capacity comprehensive evaluation model was built. Based on the cognition and analysis on compound ecosystem, this research built the hierarchical index model for the ecological capacity comprehensive evaluation on “capacity on resource environment, ecology elasticity and socioeconomic coordination”. A total of 15 support indices and 10 pressure indices were set to reflect the level of each criterion layer, and the space state method was used to show each element state, which were prepared for the interconnection of the 3 criterion layers. Secondly, an empirical research on ecological capacity comprehensive evaluation was made. According to the ecological capacity comprehensive evaluation model, the entropy method and expert scoring method were used to determine the weight of every index. And the space state method counted the number of hierarchical indices and the number of capacity comprehensive indices for each evaluation unit. The results show: From the resource and environment capacity aspect, the low values are distributed in the main urban zone, including 4 administration communities i.e. Gulou, Fenghuang, Xishan, and Fankou, and the maximum value is located in Liangzi Town; from the ecological elasticity aspect, the maximum value is located in 11 towns such as Liangzi, Huahu, and Fenghuang; from the social-economic coordination aspect, the high value is distributed in the towns of Xisan, Fenghuang, Gulou, and so on, and the low value is mainly distributed in the northern Duandian, Huarong, Linjiang, and so on; from the ecological capacity comprehensive index value, the maximum value occurs in Liangzi, and the medium value zone is located in Gulou, Fenghuang, Fankou, and so on. Those areas either have high value in social-economic coordination but medium or low value in source and environment capacity and ecology elasticity, or have high value in source and environment capacity and ecology elasticity but low value in social-economic coordination ability. Thirdly, the relationships framework between ecological capacity comprehensive model and national land spatial pattern distribution optimization was built. According to the ecological capacity, a correlation analysis was made between criterion layers of ecological capacity and main function types, and the results were showed in magic cube: The resource and environment capacity, ecological elasticity, social-economic coordination corresponded to agriculture production zone, ecological protection zone and economic development zone, respectively. Fourthly, a scheme for the national land spatial pattern distribution optimization was put forward. Taking account of the differentiation characteristics of resource and environment capacity, ecology elasticity and social-economics coordinating ability, combining the current situation and development potential of the empirical city, this research finally divided the spatial pattern into 5 parts, including city economic core zone, city economic development zone, agriculture producing zone, ecology conservation zone and forbidden development zone. The conclusions included: The maximum value of comprehensive ecological capacity index was 0.233 8, located in Liangzi Town, and the minimum value was 0.050 9, located in Linjiang Town; the medium value of ecological capacity comprehensive index was from 0.076 8 to 0.112 8. This method provides a new feasible thought and effective measure for theory study on the national land spatial development pattern optimization.

land use; optimization; ecological carrying capacity; national land spatial pattern distribution; state-space method; magic-cube design; Ezhou city

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.11.034

F311

A

1002-6819(2017)-11-0262-10

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10.11975/j.issn.1002-6819.2017.11.034 http://www.tcsae.org

Ye Jing, Xie Qiaoqiao, Tan Ningyan. National land spatial pattern distribution method based on ecological carrying capacity[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(11): 262－271. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.11.034 http://www.tcsae.org

2016-09-18

2017-05-05

国土资源部法律评价工程重点实验室开放基金（GUGFP-1606）；国家社科基金项目（14BJY057）

叶 菁，女，湖北省武汉人，博士，讲师，研究方向为土地利用规划，土地利用变化研究。武汉 中国地质大学（武汉）公共管理学院，430074。Email：yejingcug@cug.edu.cn