随着生态空间日益萎缩，生态环境不断恶化，协调经济发展与生态保护矛盾成为实现可持续发展战略的关键^{[1, 2, 3, 4, 5]}。由于同一地区土地所发挥的生态效益与潜在经济效益的大小不同，生态保护与经济发展二者之间的比较优势是判断地区土地进行保护或建设用地开发的重要依据。如何衡量地区土地建设开发的比较优势，并根据不同地区土地在生态保护与经济发展中比较优势的大小，对建设用地进行配置是协调经济发展对土地的需求与生态保护之间矛盾的重要途径。

我国主体功能区划的提出与践行在宏观层面上为协调生态保护与经济发展的建设用地配置提供了方向性指导；十八届三中全会报告中明确指出要划定生态保护红线以解决建设用地扩张与生态保护之间矛盾。在建设用地总量控制约束下，如何通过建设用地空间优化配置来实现生态保护与经济协调发展具有重要的现实意义^{[6, 7, 8, 9, 10]}。按效率大小进行建设用地配置是资源配置的一般性准则，以往多数研究与实践中仅从建设用地利用效率角度对建设用地进行配置^{[11, 12]}，对生态效益的忽视可能导致经济发达地区建设用地开发强度过高，生态环境恶化，影响社会经济的可持续发展。为了协调经济发展与生态保护，有学者综合地理学与经济学的方法提出基于“生态-经济”导向的建设用地优化配置思路^{[13, 14, 15]}，然而其在生态重要性与经济重要性评价过程中忽视了生态与经济因子在空间上的连续性与非均衡性^[16]，评价过程处理较为简单。本文借鉴其理念基础上，从“生态-经济”比较优势视角提出建设用地空间优化配置的新思路，首先以栅格图斑为研究最小粒度计算不同空间单元的生态重要性指数与开发适宜度指数；其次用蒙特卡洛(Monte Carol)法求解本文构建的配置模型，以得出不同空间单元的配置数量；最后以扬州市为例进行实证研究，一是检验基于“生态-经济”比较优势视角的建设用地空间配置方法，二是为扬州市土地利用规划及生态保护规划编制提供参考借鉴。

按照经济效率高低进行资源配置是实现资源优化配置的一般性标准。然而依据经济效率高低对建设用地进行配置，并不能反映建设用地开发带来的自然环境代价；而单纯从土地自然生态属性考虑建设用地适宜性，对建设用地开发的经济效益重视程度又不够，不能取得理想的经济效益。因此，在土地资源的有限性与开发的复杂性条件下，对建设用地空间优化配置必须综合考虑建设用地开发效率与土地自然生态属性两方面因素。为此，本文运用景观生态学方法与经济学的研究思路研究土地生态保护重要性与建设用地开发经济适宜性，分析建设用地开发的生态-经济比较优势，按照比较优势原理进行建设用地配置，具体技术流程见图 1。

图 1 建设用地空间优化配置的技术流程图 Fig. 1 The Technical route of Spatial Optimal Allocation of Construction Land

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区域生态安全格局是针对区域生态环境问题，在干扰排除的基础上，能够保护和修复生物多样性、维持生态系统结构和过程的完整性、实现对区域生态环境问题有效控制和持续改善的区域性空间格局^{[17, 18, 19]}。它强调生态环境问题的发生与作用机制，强调集中解决生物保护、生态系统恢复以及景观稳定等问题^[20]。景观安全格局法是通过对生态过程的分析和模拟，来判别维持这些过程的健康与安全具有关键意义的景观单元^[21]。本文景观安全格局构建的目标是缓解区域建设用地开发带来的生态环境问题，维护区域生态安全。在生态环境问题诊断的基础上，选择构建水源涵养安全格局、洪水调蓄安全格局、生物保护安全格局和游憩安全格局，并综合各安全格局形成整体景观安全格局(图 2)。具体步骤如下：

(1) 确定“源”

“源”是生态保护的对象，如生物栖息地。具体“源”的确定依据是安全格局构建所针对的生态环境问题，本文中选择“源”的依据是建设用地开发可能带来或应避免生态环境问题发生地。

(2)构建阻力面

采用最小累积阻力模型构建阻力面，其实现采用Arcgis中的费用距离功能:

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式中，f是一个未知的正函数，反映了空间中任一点的最小阻力与其到所有“源”的距离和景观介面特征的正相关关系；D_ij是某生态过程从“源”j到空间某一点所穿越的某景观基面i空间距离；R_i是景观i对某生态过程的阻力。虽然函数f大多数情况下是未知的，但(D_ij×R_i)的累积值可以被当作是某种生态过程从“源”到空间内某一点的某一路径的相对易达程度的衡量。

(3)根据阻力面划分景观安全格局

累积阻力值的大小反映了生态过程发生的难易程度，累积阻力值越大，越不利于生态过程的发生，而阻力值越小，越有助于生态过程的实现。在阻力面分析的基础上，依据累积阻力值的大小，采用Arcgis中自然断点分类法，将研究区按照安全性水平划分为极低、低、中、高4个等级的景观安全格局，安全水平越低，生态保护重要性约强。

景观安全格局划定是以30m×30m网格为空间单元，而本文以乡镇为单元进行建设用地空间配置，因此，为考察以乡镇为评价单元的生态重要性程度，此处将不同生态重要性等级的栅格数据转化为多边形区域，根据各等级多边形面积占评价单元土地总面积比重，采用专家打分法确定各等级权重，综合判定各乡镇单元生态重要性指数:

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式中,ELG_i表示评价单元i的生态重要性指数，ELG_ij表示评价单元i内第j等级面积，A_i表示评价单元i土地总面积，N_j表示第j等级的权重，各等级权重按照重要性程度，采用专家打分法分别确定为：0.5、0.3、0.15、0.05。

图 2 景观安全格局研究框架 Fig. 2 Research Framework of Landscape Security Pattern

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建设用地开发经济适宜性评价主要从两方面考虑，一方面是土地的自然条件，另一方面是社会经济条件。土地的自然条件决定了能否开发为建设用地，社会经济条件决定了土地开发为建设用地的经济适宜性程度。建设用地扩张可以视为二、三产业经济活动由内向外扩张的水平运动过程，自然条件是二、三产业空间扩张的基底，对建设用地扩张构成阻力，而社会经济条件则反映了二、三产业空间扩张过程中克服阻力的能力，基于此种考虑，本文运用最小累积阻力模型来评价地区建设用地开发的经济适宜性。

具体步骤如下：

(1) 确定建设用地扩张的发起“源”

二、三产业的发源地或空间扩张的起点通常位于交通通达度良好或城镇吸引力较大的地区，因此，选择交通通达度良好的点与城镇建成区作为建设用地扩张的“源”。

(2)构建建设用地扩张的阻力面

在构建建设用地扩张阻力面时，首先需要确定扩张基底的阻力值大小。为此，本文主要考虑地质灾害、地形条件与土地利用类型等三方面，采用专家打分法确定扩张区域自然条件下阻力值及各影响因子的权重(表 1)。由于不同扩张“源”克服阻力的能力大小存在较大差异，因此，针对不同扩张“源”分别构建阻力面，然后根据不同扩张“源”克服阻力的差异综合得到最终建设用地扩张的综合阻力面。

把影响建设用地扩张主要社会经济因子分为交通区位因子与城镇吸引力因子两大类。在交通区位分析中，分别选择港口、机场、火车站、高速路出口和一般公路作为扩张“源”来分别构建阻力面，并根据各扩张“源”在交通区位因子中影响力的大小进行赋权；在此基础上，进行叠加分析，对各加权阻力面进行逐个栅格统计，按照每个栅格单元的最小值输出交通区位分析结果。在城镇吸引力分析中，选取建成区规模、二、三产业就业人数(总劳动人口数减去农林牧渔人口数)、建设用地地均财政收入以及行政级别来综合反映城镇吸引力大小，并根据城镇吸引力大小将城镇划分为4个等级，以不同等级城镇的建设用地作为“源”来分别构建阻力面，并赋予不同等级阻力面权重以进行叠加分析，对各加权阻力面进行逐个栅格统计，按照每个栅格单元的最小值输出城镇吸引力分析结果。在交通区位与城镇吸引力分析基础上，分别取交通区位0.45与城镇吸引力0.55的权重对交通区位阻力面与城镇吸引力阻力面进行叠加分析得到建设用地扩张的综合阻力面。

(3) 据阻力面判断建设用地扩张的经济适宜性格局

在建设用地扩张的综合阻力面分析基础上，根据各栅格累积阻力值的大小，采用Arcgis中自然断点分类方法，将区域范围内土地划分极高、高、中、低适宜四个等级，得到建设用地开发经济适宜性格局。同样，以上操作也是以栅格为基本空间单元，为了测算不同乡镇建设用地扩张的经济适宜性指数，论文采用土地生态重要性评价方法中的思路计算不同乡镇建设用地扩张的经济适宜性指数。

本文研究的建设用地空间优化配置目标是在一定建设用地规模约束下实现生态与经济综合效益的最大化，在这种目标导向下，建设用地配置应向经济发展适宜度高的地区集中，尽量减少在生态重要性高的地区配置。建设用地扩张的“生态-经济”比较优势度反映了地区经济发展适宜性与生态重要性的相对关系，“生态-经济”比较优势度越大，地区经济发展适宜度越高，反之亦然。在此，构建满足建设用地扩张“生态-经济”比较优势度水平的函数，以反映建设用地配置的生态与经济综合效益最大化目标。由于生态环境的本地属性，即难以通过外部输入方式满足一个地区本身所必须的生态需求，因此在按照比较优势进行建设用地配置时，必须保留一定的生态空间。由于综合生态安全格局中极低安全水平的范围为各生态过程的生态保护“源”、“源”间联接、辐射道、与战略点，对维护区域生态安全具有不可替代的作用，故此处必须保留的生态空间用综合生态安全格局中极低安全水平的范围表示。此外，基本农田保护空间也是建设用地扩张的重要约束。由于综合安全格局中极低安全水平的空间范围与基本农田保护空间范围存在交集，因此取二者的并集作为配置空间单元建设用地规模的约束。同时，为使优化方案具有可行性，评价单元的最小开发强度必须大于空间单元现状建设用地面积所占比重。构建模型如下：

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式中,E表示建设用地配置对比较优势约束性满足程度的目标函数；K_i表示地区i建设用地开发强度；A_i表示地区i土地总面积；D_i表示地区i建设用地开发比较优势度；ELG_i极低表示地区i综合安全格局中极低安全水平的范围；JBNT表示地区i基本农田范围；area(ELG_i极高∪JBNT)表示极低安全水平范围与基本农田保护范围的并集；R_i表示地区i现状建设用地面积，T表示规划期内建设用地总面积，以2020年土地利用规划确定的建设用地总规模表示；n表示区域的评价单元总数。其中建设用地开发比较优势度计算公式为：

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式中,D_i表示地区i建设用地开发比较优势度，D_i越大表示该地区越有利于建设用地扩张；ENM_i表示地区i建设用地开发经济适宜性指数，ELG_i表示地区i生态保护重要性指数。模型求解采用Monte Carol法，通过随机抽样技术产生建设用地配置方案，利用目标函数评价建设用地扩张比较优势度满足约束要求大小，通过离散化求解过程，使建设用地配置方案对比较优势度满足程度的目标函数值趋于最大化，当达到一定模拟次数时，产生的配置方案则认为是理想方案。

扬州市地垮长江流域与淮河流域，京杭大运河南北贯通，将扬州市从中部一分为二，其介于东经119°01′—119°54′与北纬31°56′—32°25′之间，位于江苏省中部，长三角北部，南临长江，与镇江隔江相望，北接淮安、盐城，东与盐城、泰州毗邻，西与天长、南京相连。下辖市区和仪征、高邮、江都、宝应4个县(市)，总面积6634km²。有长江岸线80.5km，沿岸有仪征、邗江、江都等港口；京杭大运河纵贯腹地，全长143.3km，由北向南沟通白马、宝应、高邮、邵伯4湖，汇入长江。近年来伴随扬州市工业化、城镇化的快速发展，建设用地迅速扩张，大量农业用地、生态空间被挤占，协调经济发展与耕地保护、生态建设之间矛盾的压力日益加剧。

本研究所采用的图形图像数据有2011年1 ∶ 5000土地利用现状图、基本农田保护规划图(2006—2020年)、扬州市交通规划图、2011年空间分辨率30m的 Landsat TM遥感影像，扬州市DEM数据，空间分辨率为30m。土地利用现状图、基本农田保护规划图、交通规划图来自于扬州市国土资源局，遥感影像与DEM数据来自国际科技数据库。

社会经济统计数据有2011年扬州市各乡镇建成区规模、二三产业就业人数(总劳动人口数减去农林牧渔人口数)、财政收入，数据来源于扬州市统计年鉴。图形图像数据处理主要采用ArcGIS9.3与ENVI4.8软件，研究中最小栅格单元均为30m×30m。

(1)水源涵养安全格局

首先根据地形图与土地利用现状图，选取扬州市重要水源涵养区域，包括扬州市饮用水水源地、大型河流湖泊及其1km缓冲区的范围；其次利用2011年逐月30m×30m分辨率的Landsat TM遥感影像，采用最大值处理方法^[22]，计算得到2011年全年最大植被覆盖度图，并利用水源涵养区的范围提取水源涵养区植被覆盖度；最后根据水源涵养区内植被覆盖度的高低按照自然断点法将涵养划分四个等级，得到水源涵养安全格局(图 3)。

图 3 水源涵养安全格局 Fig. 3 Ecological security pattern for headwater conservation

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(2)洪水调蓄安全格局

洪水调蓄安全格局构建的目标是形成一个自然连续的洪水调蓄系统，当洪水发生时保有一定的自然宣泄空间，是实现防洪减灾的一种路径。其构建首先是根据扬州市2011年土地利用现状图提取主要行洪河流、大型湖泊水面、水库水面及滩涂作为防洪源，根据不同风险级别的洪水对缓冲区的要求，对防洪源分别建立0—50m、50—80m、80—150m的缓冲区；其次根据扬州市历年 洪水资料与DEM数据，采用“无源淹没”的方式对研究区进行分析，建立50年一遇、20年一遇和10年一遇3种风险频率的洪水淹没区；最后将缓冲区与淹没区叠加分析得到高中低三级洪水调蓄安全格局(图 4)。

图 4 洪水调蓄安全格局 Fig. 4 Ecological security pattern for flood control

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(3)生物保护安全格局

此处选取指示物种方法构建生物保护安全格局。选取白鹭与灰喜鹊作为候鸟与留鸟的指示物种，在分析其生活习性的基础上，采用栖息地适宜性评价与阻力面分析两种方法分别对候鸟与留鸟生境适宜性进行评价，最后综合二者评价结果得到生物保护安全格局。①候鸟生境适宜性评价，选取土地覆盖类型、距居民点距离、地形条件作为评价因子，并赋予权重与分值进行评价得到综合分值，最后根据自然断点法将其分为四个安全等级(图 5)。②留鸟生境适宜性评价，首先，提取面积大于1hm²的林地作为留鸟的栖息地保护源；其次为不同土地覆盖类型设置不同阻力值，并进行留鸟在源地之间运动的最小累积阻力分析；由于灰喜鹊的活动范围在2km以内^[23]，因此仅提取距离保护源2km以内最小累积阻力分析结果作为评价的结果；最采用自然断点法将源地周围2km以内的累积阻力值划分为4个等级(图 6)。③生物多样性保护安全格局，将候鸟生境适宜性评价结果与留鸟生境适宜性评价结果进行比较分析，以“综合取高”的方法得到最终安全格局(图 7)。

图 5 候鸟生境适宜性评价 Fig. 5 Evaluation on the suitability of migratory bird habitat

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图 6 留鸟生境适宜性评价 Fig. 6 Evaluation on the suitability of resident bird habitat

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图 7 生物多样性保护安全格局 Fig. 7 Ecological security pattern for biodiversity protection

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(4)游憩安全格局

游憩安全格局是为满足人们对生活休闲空间的需求而构建的一种景观格局。游憩活动可以视为人们到游憩地点的一种水平运动过程，游憩地点可以视为活动的“源”，而到达“源”的途径可以视为“廊道”。游憩空间的保护就是对游憩“源”与“廊道”的保护。游憩安全格局构建采用最小累积阻力模型法。首先，选择扬州市境内的大面积水域、滩涂、海拔高于20m的丘陵以及部分林地作为游憩“源”；其次，由于游憩活动主要受土地覆盖类型与地形条件的影响，根据实际调查确定其影响因子及其相对阻力值的大小，构建阻力面，并进行最小累积阻力分析得到游憩安全最小累积阻力分析结果；最后运用自然断点法将区域划分由高到低4个等级(图 8)。

图 8 游憩安全格局 Fig. 8 Recreation security pattern

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(5)综合生态安全格局

综合安全格局由各单一生态过程安全格局综合叠加生成。由于以上4个安全格局反映了生态安全的不同方面，其重要性相互之间不可替代，对研究区生态保护具有同等重要的意义，因此在进行综合生态安全格局叠加分析时，采用栅格单元最小值统计方法进行计算，即只要任一生态过程在某一栅格为低安全水平，则栅格的最终安全水平为低安全水平^[24]。在GIS软件中实现过程为：对各单一生态安全格局图层进行逐个栅格统计，按照每个栅格单元的最小值输出最终结果，综合生态安全格局分析结果见图 9。

图 9 综合生态安全格局 Fig. 9 Comprehensive ecological security pattern

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为衡量各乡镇土地生态保护重要性的差异，根据综合生态安全格局分析结果，采用(公式2)计算扬州市各乡镇的生态保护重要性指数，计算结果见图 10。从生态保护重要性指数分析结果看，扬州市总体呈现北高南低的总体格局，北部生态保护重要的区域主要有里下河流域的低洼地地区与大运河以西的白马湖、宝应湖、高邮湖、邵伯湖四大湖区，南部生态重要性较高的地区主要是西部丘陵地区与中部连接几大湖区与长江的河流通道区。

图 10 土地生态重要性指数 Fig. 10 Ecological importance index of land

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综合距港口码头、铁路站点、机场、高速公路站点以及一般公路的费用距离分析结果看(图 11)，南部扬州市区、仪征以及江都的交通区位明显优于北部高邮与宝应两地。从城镇综合吸引力评价结果(图 12)可知南部地区城镇吸引力较高，而北部城镇吸引力较低。综合交通区位评价与城镇综合吸引力评价结果得到全市建设用地开发适宜性评价结果(图 13)，总体呈南高北趋势，表明在南部进行建设用地开发优于在北部开发。扬州市建设用地开发经济适宜性评价结果与经济发展格局相符，南部是扬州市经济发展水平较高的地区，北部是经济发展相对落后地区，在南部进行建设用地开发会带来相对较大的经济利益。在建设用地开发适宜性评价基础上，根据建设用地开发适宜性的不同等级面积占各乡镇面积的比例，按照公式2可计算得到各乡镇建设用地开发经济适宜性指数(图 14)。

图 11 交通区位评价 Fig. 11 Evaluation on traffic location

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图 12 城镇综合吸引力评价 Fig. 12 Evaluation on comprehensive attractive of cities

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图 13 建设用地开发适宜性评价 Fig. 13 Evaluation on the suitability of construction land development of cities

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图 14 建设用地开发经济适宜性指数 Fig. 14 Economical suitability index of construction land development

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根据各乡镇生态保护重要性指数与建设用地开发经济适宜性指数，运用公式4计算得到扬州市各乡镇建设用地开发“生态-经济”比较优势度(图 15)。对比三指数，发现生态重要性指数呈北高南低，建设用地开发经济适宜性指数南高北低，建设用地开发比较优势度呈南高北低的趋势：北部地区具有较大的生态保护重要性，同时北部地区经济发展水平不高、城镇吸引力小，建设用地开发的经济适宜性较差，因此，扬州北部地区相对不宜于建设用地开发，其“生态-经济”比较优势较小；南部地区生态保护重要性指数小，相对北部地区其生态敏感性较低，而交通区位及城镇吸引力较大，建设用地开发可带来更大的经济效益，可见南部地区建设用地开发的“生态-经济”比较优势大，宜于建设用地扩张。扬州市潜在经济发展与生态保护整体上呈现错位的格局，此种格局有利于协调经济发展与生态保护、实现可持续发展目标。

图 15 建设用地开发比较优势度指数 Fig. 15 Comparative advantage index of construction land development

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以扬州市2020年土地利用总体规划确定的建设用地总规模为建设用地配置的总约束条件，根据综合生态安全格局中极低安全水平范围与基本农田保护范围的并集计算空间单元建设用地可开发的最大规模，作为各空间单元的建设用地规模控制总量，将建设用地开发比较优势度测算结果代入模型，利用matlab7.0软件对扬州市各乡镇建设用地开发强度的分配进行模拟优化，优选出对建设用地开发比较优势度约束性满足程度较高的3个模拟方案。从表 2可以看出，3个模拟结果的建设用地开发强度总体上与生态重要性指数呈反向关 系，与经济适宜性指数、比较优势度指数呈正向关系。但模拟结果2中，开发强度为0—15%、15%—20%的行政单元的经济适宜性平均值、比较优势度平均值小于模拟结果1与结果3，生态重要性平均值大于模拟结果1和结果3；而开发强度为40%—70%、70%—100%的行政单元经济适宜性平均值、比较优势度平均值大于模拟结果1和结果3，生态重要性平均值小于模拟结果1和结果3。相对于模拟结果1与结果3，模拟结果2更有利于发挥开发强度较高空间的经济潜力，促进建设用地集聚集约利用，保障建设用地有序开发，因此选择模拟结果2作为建设用地空间配置的优选方案。模拟结果2(图 16)可知，建设用地配置结果与建设用地开发经济适宜性格局一直，与土地生态重要性格局相反，这种错位格局有助于发挥区域生态与经济的比较优势，实现生态保护与经济发展二者的协调。

图 16 建设用地开发强度优化配置优选方案 Fig. 16 An ideal solution of the construction land distribution based on the Monte Carol model

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(1)本文提出的基于“生态-经济”比较优势视角的建设用地空间优化配置方法有助于协调经济发展与生态保护二者之间的矛盾。扬州市建设用地优化配置理想方案中，未来建设用地向南部市区、江都、仪征沿江一带集中，因为该区域区位条件、经济基础优于北部地区，在该区域进行建设用地开发可以最大限度的发挥地区经济潜能；而北部地区土地生态重要性地位明显，较低的建设用地开发强度有助于确保地区的生态安全。这种按“生态-经济”比较优势理念进行的建设用地配置方案有效的协调了扬州市经济发展与生态保护之间的矛盾。

(2)本文从“生态-经济”比较优势视角提出的建设用地空间优化配置方法为国土开发强度大小的合理确定提供了科学根据。全国主体功能区划提出了国土开发强度概念，土地管理实践中也在不断探寻区域建设用地数量上限，以防止建设用地过度扩张超过资源环境承载阈值，本文提出的建设用地空间优化配置方法兼顾了基本农田保护、现状土地资源禀赋等因素，从“生态-经济”比较优势视角测算了各单元规划期末土地开发强度大小，为国土开发强度大小确定提供了科学方法与理论依据。

(3)以栅格为最小操作单元评价行政单元的土地生态保护重要性与建设用地开发经济适宜性，能更好的反映自然生态与经济要素在空间上的连续性与非均衡性，对建设用地规模在空间布局上具有很强的指导意义。由于生态环境的本地性，进行建设用地配置时，各空间单元必须保留一定的生态空间，以保证空间单元对生态环境的基本需求。运用景观安全格局分析方法对地区土地生态重要性进行评价，明确了区域范围内连续空间的土地生态保护重要性程度，进而为区域基本生态空间的划定提供了依据。与此同时，以栅格为最小单元的建设用地开发经济适宜性评价，明确了在连续空间上的建设用地开发优先顺序，为建设用地空间布局提供了依据。

由于本文的研究将扬州市视为一个封闭的区域，在进行综合生态安全格局构建与建设用地开发经济适宜性评价过程中，未考虑研究区外的生态环境因子与经济因素对研究区生态保护与经济发展的作用，对区域土地开发的生态适宜性与经济发展适宜性的评价结果存在一定的影响。将研究区外作用于研究区的生态环境因子与经济因子纳入评价研究中，有待进一步考察。