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  浙江大学学报(工学版)  2017, Vol. 51 Issue (5): 879-886  DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2017.05.006
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黄杉, 董越, 华晨. 浙江省舟山群岛新区海岛型低丘缓坡土地开发利用的方法与应用[J]. 浙江大学学报(工学版), 2017, 51(5): 879-886.
dx.doi.org/10.3785/j.issn.1008-973X.2017.05.006
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HUANG Shan, DONG Yue, HUA Chen. Methods and applications of developing insular low-slope hilly land: case of Zhoushan Archipelago New Area in Zhejiang Province[J]. Journal of Zhejiang University(Engineering Science), 2017, 51(5): 879-886.
dx.doi.org/10.3785/j.issn.1008-973X.2017.05.006
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基金项目

教育部高校博士点基金资助项目(20130101110029)

作者简介

郑凌逶(1989—),黄杉(1981—), 男, 高级规划师, 硕导, 从事区域发展与城市规划等研究.
orcid.org/0000-0002-8081-974x.
E-mail: archer58@zju.de.cn

通信联系人

华晨, 男, 教授, 博导.
orcid.org/0000-0003-1673-6103.
E-mail: huachen1212@zju.edu.cn

文章历史

收稿日期:2016-03-08
浙江省舟山群岛新区海岛型低丘缓坡土地开发利用的方法与应用
黄杉1,2 , 董越2 , 华晨1,2     
1. 浙江大学 建筑设计研究院有限公司, 浙江 杭州 310024;
2. 浙江大学 城市规划与设计研究所, 浙江 杭州 310058
摘要: 针对海岛生态结构单一脆弱, 低丘缓坡是海岛最主要的土地资源的特征, 以浙江省舟山群岛新区为例, 提出适用于海岛型低丘缓坡开发利用的方法.运用主成分分析法(PCA)、层次分析法, 结合地理信息系统技术, 以定性定量结合的方式进行数理统计和空间测度研究, 从宏观视角分析资源总量与分布, 提出生态、状态、形态的三态适宜性分析;从微观视角分析水土安全格局, 调查分析岙间地规划管理单元的坡地、土壤、水文.结果表明, 低丘缓坡土地利用需要综合考虑宏微观2个层面的分析, 得到海岛型低丘缓坡建设适宜性, 并基于用地适宜性分布, 从宏观与微观上分别编制规划管理指引, 以保证海岛低丘缓坡开发利用的准确性、生态性和安全性.
关键词: 低丘缓坡    海岛    用地适宜性    宏观总量    微观水土格局    
Methods and applications of developing insular low-slope hilly land: case of Zhoushan Archipelago New Area in Zhejiang Province
HUANG Shan1,2 , DONG Yue2 , HUA Chen1,2     
1. Architecture Design and Research Institute of Zhejiang University, Hangzhou 310024, China;
2. Urban Planning and Design Institute, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
Abstract: The development and utilization of low-slope hilly land needs to be quite cautious based on former research on low-slope hilly land suitability assessment. aiming at the characteristic that the ecological structure of insular is simple and fragile, as the main land resource of insular. The method of developing and utilizing insular low-slope hilly land was explored, taking Zhoushan Archipelago New Area in Zhejiang Province as a case. The principal component analysis (PCA), analytic hierarchy process (AHP) and geographic information system were used to carry on the statistics and space by way of combining qualitative and quantitative analysis. The quantity of the land resource was analyzed from macro perspective. The three stations-suitability analysis of ecology, state, form were proposed to pay more attention to the city's development and its spatial form. The situation of water-soil safety was analyzed from micro perspective. The sloping land, soil and hydrology of the planning management unit were researched and analyzed. Results show that developing insular low-slope hilly land requires the consideration of both macro and micro analysis. The land suitability of insular low-slope hilly was achieved. The method shows full respect to the particularity of insular low-slope hilly land. The planning management guidance is made from macro and micro perspective corresponding to the distribution of the land suitability, so that it's precise, ecological and secure to develop and utilize the insular low-slope hilly land.
Key words: low-slope hilly land    insular    land suitability    macro quantity    micro water-soil safety    

海岛是独立于大陆之外的地域综合体, 面积较小[1].由于海岛相对的独立性, 海岛生态系统具有一定的自我维持功能.海岛生态系统极其脆弱, 往往容易快速退化.随着人类海洋开发的急剧升温, 海岛作为人类开发海洋的天然平台, 生态系统不可避免的受到人类活动的干扰[2].鉴于海岛生态环境脆弱, 低丘缓坡分布碎片化的特点, 人类建设活动要最大限度降低对海岛生态的干扰.

目前关于低丘缓坡的开发利用, 从研究内容上, 国内的专家学者主要从2个方面进行:1) 针对低丘缓坡地建设开发利用中造成的生态环境问题, 提出解决对策及建议.2) 运用景观生态等理论, 在借鉴国内外低山丘陵地区开发建设经验之上, 结合中国不同地区发展需求和自然条件, 研究低丘缓坡开发利用的适宜性和可持续性.从研究方法上来讲, 土地适宜性评价现在多采用模糊数学、主成分分析法、层次分析法、聚类分析法和人工神经网络等方法, 并结合地理信息系统(GIS)技术手段, 采用定性和定量相结合的方式, 评价不同区域土地开发利用的适宜性程度.近年来, 国内学者对低丘缓坡开发利用的适宜性从多角度进行了探索.周骏[3]以三明市大田县冶铸机械加工城为例, 进行低丘缓坡地区的用地选择评价;吕杰等[4]针对云南特殊自然地理环境下的低丘缓坡, 采用AHP-SWOT方法, 对宜良县低丘缓坡资源开发利用战略进行了定性定量的分析研究;魏海等[5]以乌蒙山连片特殊困难区为例, 采用GRNN模型和邻域算法对研究区的低丘缓坡耕地、建设用地综合开发适宜性进行了评价;李红波等[6]构建了基于元胞生态位适宜度模型的低丘缓坡土地开发建设适宜性评价体系;刘卫东等[7]以浙江省永康市为例, 对低丘缓坡土地资源进行了土地利用适宜性评价及开发可行性分析;黄杉等[8]探索了开化县城关工业区低丘缓坡转化为城镇建设用地的思路与方法体系.

这些研究成果在市、县行政级别的较大范围内进行探讨, 从较宏观的视角分析评价整个范围内的低丘缓坡土地利用适宜性, 更多关注于适宜性用地的总量与分布.但鉴于海岛生态结构单一、脆弱的特点, 宏观视角不足以反映海岛单个地块的内在特征, 更需要从微观视角多方面深入探寻, 才能保证海岛型低丘缓坡利用的准确性、生态性和安全性.本文延续以往对低丘缓坡的研究, 希望从宏观和微观2个视角结合的研究方法中找到海岛型低丘缓坡土地合理利用的答案.

1 研究方法改进 1.1 方法改进思路

由于海岛型低丘缓坡具有海岛型的地域特征, 相对陆地丘陵区的低丘缓坡, 其生态敏感性更强, 生态承载力更低, 并且分布零散.岙是指山间的盆地(属于浙江与福建一带的方言用语), 本研究用以代表山间所有坡度小于10°的平地和缓坡地.宏观视角是在整个岛的视角下看所有的岙间地, 关注因素是所用岙的共同特性, 微观视角是指在单个岙的视角下看该岙的各个地块.各岙间地之间个性差异大, 单个岙间地的内部情况复杂, 难以一次性统一量化评估所有岙间地的内部情况, 所以以往相对简单机械的多因子评价方法仅适用于宏观视角下分析出海岛整体的适宜性低丘缓坡用地总量和总体分布, 但这不足以充分关注单个岙的内部特征即微观视角下地块的特征.1) 由于地块的某些因素无法量化评估在宏观层面上被忽略;2) 由于宏观视角下岙间地各要素取平均值, 无法反映单个岙间地内具体地块的特征.宏观视角下评估适宜建设的岙间地, 不是其所有的地块都适宜建设, 开发建设是以地块为单位进行, 需要在宏观视角下用地适宜性分析后, 以用地适宜性高、面积大而集中的作为可能开发的岙间地, 对其微观层面的地块进行详细研究.此外, 海岛事实上并非都是毫无建设痕迹的原生态空间, 不能仅以生态条件作为制约因素, 要考虑到海岛上已有的城市建设情况和未来发展规划.

因此, 总体的改进技术路线是分别从宏观自上而下、微观自下而上2个方向上研究海岛型低丘缓坡的建设用地适宜性, 宏观层面上除了生态, 增加了城市发展状态和空间形态2个制约因素, 以考虑海岛的城市建设现状和未来规划的影响.微观上分析适宜建设的单个岙间地所有地块的水土安全格局.将宏观与微观2个层面得出的结果相结合, 分析出最终适宜性分布, 并以适宜性分区为基础编制相应的规划管理指引如图 1所示.

图 1 海岛型低丘缓坡建设用地适宜性评价技术路线 Fig. 1 Technical route of evaluating land suitability of insular low-slope hilly land
1.2 宏观资源总量分析

宏观资源总量分析运用GIS空间叠加的方法, 在生态制约因素上由高程、坡度、坡向分析出总量与总体分布, 水文、生态功能区、文化聚落、基本农田、地质灾害区这些政策限制刚性要素划出生态红线, 排除在适应性用地外, 叠加以交通基础设施距离为主的政策限制性弹性要素, 距离主要交通道路越近, 适宜性越高.刚性与弹性限制性要素叠加得到限制性要素的分布, 最后与低丘缓坡总体分布叠加得到用地的生态适宜性分布.在以上生态制约因素的基础上, 增加了对城市发展状态和空间形态的关注, 形成了三态适宜性分析——生态(自然地理, 根据生态功能区规划和开发现状)、状态(城市化阶段、总规定位)、形态(建筑高度与形体、开发体量、用地功能与适应地形的场地布局), 其适应性分析结果与其特征的对应关系如表 1所示.

表 1 海岛型低丘缓坡的三态适宜性分级与其特征的对应关系 Table 1 Classification and characteristics of insular low-slope hilly land's three states

常用的低丘缓坡建设用地适宜性评价方法是建立生态评价因子指标体系, 赋予权重和分值, 依据加权平均结果划分适宜性等级, 模型表达式为

$ {{\mathit{P}}_{j}}=\sum\nolimits_{\mathit{i}\rm{=1}}^{\mathit{n}}{{{\mathit{A}}_{\mathit{ji}}}{{\mathit{W}}_{\mathit{ji}}}^{[8]}}. $ (1)

式中:Pj为第j个评价单元的加权平均结果;n为影响因子的个数;Aji为第i个影响因子的评分值;Wji为第j个评价单元的第i个影响因子的权重.

相对于以往的评价模型, 改进后的方法增加了一级适宜性指标, 得到宏观层面的低丘缓坡建设用地适宜性分布, 其模型表达式为

$ \left. \begin{align} & {{\mathit{A}}_{\mathit{mj}}}=\sum\limits_{\mathit{i}\rm{=1}}{^{\mathit{n}}{{\mathit{A}}_{\mathit{mji}}}{{\mathit{W}}_{\mathit{mji}}}}, \\ & {{\mathit{A}}_{\mathit{m}}}=\sum\nolimits_{\mathit{j}\rm{=1}}^{\mathit{n}}{{{\mathit{A}}_{\mathit{mj}}}{{\mathit{W}}_{\mathit{mj}}},} \\ & P=\sum\nolimits_{\mathit{m}\rm{=1}}^{\mathit{n}}{{{\mathit{A}}_{\mathit{m}}}{{\mathit{W}}_{\mathit{m}}}\ \ \ (\mathit{m}\in \mathit{M,M=}\left\{ \mathit{s}\rm{,}\mathit{z}\rm{,} \right.\left. \mathit{x} \right\})} \\ \end{align} \right\}. $ (2)

式中:Amji为第m个三态特征的第j个要素的第i个影响因子的评分值, Wmji为其权重, n为因子的个数;P为三态特征评价值的加权结果, 是最终的用地适宜性评价值.在确定了评价因子及其权重后, 利用GIS软件将单因子评价数据进行空间叠加计算, 使用栅格计算器计算评价单元分值, 经3次叠加, 最后划分评价等级、进行评价结果的输出, 包括数据输出与低丘缓坡建设适宜性宏观分布图.

宏观视角下低丘缓坡总量的优化遵循以下原则:适度集中开发优质资源富集区;优先选择基础设施完备地区;重点关注总规确定的城区节点毗邻地区的合理利用与保护;严格保护限制性要素刚性控制区;适时调整限制性要素变量影响区.

1.3 微观水土安全格局分析

岙间地规划管理单元, 可以是较小的单一完整的岙间地单元, 也可以是较大的岙间地中具有完整管理边界(如道路、河道)的地块, 面积从几亩到几百亩不等.在基于宏观层面分析出用地适宜性总体分布的基础上, 适宜性高、面积大而集中单个岙间地规划管理单元开发可能性高, 对其进行微观层面的研究.Thomas等[9-10]对场地调查分析均选取了地形、土壤、水文、植被作为自然条件调查因素.参考其经验, 对岙间地规划管理单元单独进行微观水土安全分析在地形地貌、土地利用现状为基础调查之后, 对坡地、土壤、水文为3个制约要素进行详细的调查研究, 其中坡地包括岙间地单元的高程、坡度、坡向、坡地稳定性分析, 土壤要素综合考虑了土壤种类、土壤成分、土壤地质、植被多样性, 水文要素包括小流域排水态势、排水盆地分析、城市化的水文影响、水文区的限定.由以上因素的分析划分出相应的适宜性分区, 再分别叠加出3个制约要素适宜性分区——坡地稳定性分区、土壤适宜性分区、水文控制性分区(如表 2所示), 并以此提出相应的单元开发利用分区指引(如表 3所示)和控制性街坊的划分(如图 2所示).海岛水文条件复杂敏感, 受地形、土壤条件、城市化水平等多方面的影响, 不确定性较高, 因此涉及较适宜开发的水文控制区Ⅱw也实行限制开发的保护策略.

表 2 单元要素分区指引 Table 2 Partition guidance of unit element
表 3 单元开发利用分区指引 Table 3 Partition guidance of unit's development and utilization
图 2 规划管理单元分区至控制性街坊划分的管理映射 Fig. 2 Mapping management from planning management units to controlled blocks
1.4 宏微观结合的适宜性量化及其分布

宏观资源的建设适宜性评价得出海岛上可开发岙间地的分布与总量, 微观水土安全分析得出在单独的一个可开发的岙间地中, 具体地块的建设适宜性.制定低丘缓坡开发方案时, 在开发与保护2种价值倾向影响下, 一要遵循宏观视角下总量优化的原则选择岙间地, 二要尊重微观视角下用地适宜性的分析结果, 保证对岙间地单元内低丘缓坡资源的保护.

1.5 规划管理指引

根据宏观视角下分析出的建设适宜性总体分布现状, 规划未来开发低丘缓坡的原则、总体布局、功能定位、规模;根据微观视角下分析出的岙间地单元建设适宜性分布现状, 规划其具体街坊的开发强度、功能引导以及保护措施.

2 案例分析研究:浙江省舟山群岛新区 2.1 区域概况

目前我国城镇工矿用地需求急剧攀升, 人口以每年1 500万人的速度增加, 对居住用地特别是环境优良、生态安全的需求也在攀升.而浙江省可利用的耕地资源十分有限, 2014年底浙江省人均耕地仅0.54亩, 为我国人均水平的36%, 也远低于联合国粮农组织确定的人均耕地警戒线[11].推进山地低丘缓坡城镇化建设具有极强的浙江特色和综合带动效益, 有利于提高全省总体城市化水平.浙江省是全国岛屿最多的省份, 海岛地貌属于东部沿海丘陵区的延伸部分, 丘陵土地资源占海岛总面积的62%, 所以海岛型低丘缓坡的开发利用是浙江省城镇化建设、经济社会发展必须逾越的“门槛”.

本文的研究范围舟山群岛新区即舟山本岛, 它是舟山群岛的主岛, 浙江第一大岛, 中国沿海第4大岛.高度一般为海拔100~400 m, 土地总面积为503.68 km2, 属于低丘缓坡的土地资源总量为84.10 km2, 占总面积的17%, 其分散在大大小小的约300个山岙之中.

2.2 宏观资源总量分析

舟山本岛的低丘缓坡资源总体布局是南部较为分散, 多为中小岙, 北部相对集中, 多为大岙(如图 3所示、如表 4所示).结合高度、坡度、坡向, 综合分析得出低丘缓坡总量为84.10 km2.水文限制主要是水源保护区和水系(水库和主要溪流)两方面, 共73.1 km2;依据《舟山生态环境功能区规划》(2013)、《舟山市城市绿地系统规划(2010~2020)》、《舟山本岛生态带保护与控制研究》(2013) 确定生态环境功能保护区53.2 km2、绿地30.6 km2;聚落与文化限制主要为沿山区域村庄, 北部较南部更为密集, 沿山区域村庄用地共计17.8 km2;舟山本岛基本农田为40.8 km2;依据《舟山市地质灾害防治规划(2009~2015)》重点防护区主要位于定海老城西区块和沈家门区块, 共23.9 km2, 剔除这些刚性限制要素内的低丘缓坡, 实际可开发的低丘缓坡为53.1 km2.依据《浙江舟山群岛新区(城市)总体规划(2012~2030)》中规划期末的主要道路、铁路轻轨、电网、天然气网给水排水网、环卫设施布点的服务覆盖区域, 当前基础设施在新区南部基本全覆盖, 中部和北部局部未覆盖, 可开发低丘缓坡的62%处于主要道路的覆盖范围内, 38%需要完善道路交通设施[12].三态特征中处于较适宜建设的岙间地最多, 其次为适宜建设的岙间地, 不适宜建设的岙间地较少.

图 3 新区低丘缓坡资源空间分布 Fig. 3 Spatial distribution of low-slope hilly land in New Area
表 4 新区低丘缓坡规模统计 Table 4 Statistics of low-slope hilly land's scale in New Area
2.3 微观水土安全格局分析

本研究选取了多个岙间地作为微观层面的研究对象进行实证, 其中董家岙、东岙、溪坑头岙、鲍家岭岙最具代表性特征(如图 4所示、如表 5所示), 本文以位于同胜村的董家岙为例作详细说明.董家岙位于新城核心区中轴线东侧;南距新城行政中心直线距离约3.5 km.研究范围总面积49.9 km2, 山岙整体坐北朝南, 南偏西约30°, 岙内黄海高程在9.6~189.2 m之间, 为典型浅山岙间地[12].三门环山, 一面临国道(见图 5).用地紧邻洞岙水库, 现状主要为村镇建设用地及农林地.

图 4 微观案例地理位置分布 Fig. 4 Geographic location of micro perspective cases
表 5 微观案例规模与三态特征 Table 5 Scale and characteristics on three states of micro perspective cases
图 5 董家岙研究范围 Fig. 5 Research scope of Dongjiaao
2.3.1 坡地分析

岙间地内坡度5~25°为缓坡, 共24.3公顷, 占总用地的49.1%.坡向中适宜建设的坡向包括西南、南、东南, 共16.29公顷, 占总用地的32.7%(见图 6)[12].运用GIS模拟三维地形分析得, 董家岙以S型坡地为主, 植被较好, 未见严重侵蚀.董家岙历史上无滑坡记录, 岙内开发较少, 仅存在少量的道路建设切断自然坡地.

图 6 董家岙高程、坡度、坡向、GIS三维地形模拟图 Fig. 6 Elevation, gradient, aspect, GIS 3D simulated diagram of landform of Dongjiaao
2.3.2 土壤分析

土壤PH较高, 高于8.0, 呈碱性;土壤含盐量高;土壤有机质含量偏低, 低于10 g/kg左右, 以沙、砾、紧密黏土、松湿润黏土为主, 表面以稳固的乔木和草本覆盖(见图 7).浅山岙间地区土壤与地形及水系的关系密切, 土壤质地的变化与地表径流的走向相关, 径流沉积物形成的土壤有机质含量较高(见图 8).

图 7 坡地的土壤组成分析 Fig. 7 Analysis of sloping land's composition
图 8 坡地的土壤图 Fig. 8 Distribution of soil type on sloping land
2.3.3 小流域水文分析

董家岙的水文模型是溢流径流来自山谷及河道两侧的地表径流的情况.排水密度会伴随城市化而增加, 汇聚时间缩短, 对于特定降雨量的暴雨会产生更大的高峰流量, 目前董家岙城市化水平低, 雨水汇聚时间约为40 min.小流域排水盆地可以划分为3个区域——供水区、集水区、疏导区, 其土地利用适宜性依次降低.对溪渠系统、径流方式和3种水文区进行限定, 陡峭的山坡、径流汇集区、不稳定且贫瘠的排水土壤都应作为不适宜开发的土地进行控制.通过场地的水文条件来限定最小土地利用单元即控规地块, 影响力强的活动应该设置在具有林地缓冲带和排水良好的土壤条件地块上.

基于以上调查分析, 建立3个要素的适宜性分区——坡地稳定性分区、土壤适宜性分区、水文控制性分区.根据坡地的稳定性由高到低将场地划分为3个区域, 稳定性Ⅰp>Ⅱp>Ⅲp(见图 9);根据绘制的土壤图, 将场地划分为适宜开发、限制开发和重点保护3个区域, 适宜性Ⅰt>Ⅱt>Ⅲt(见图 10);基于小流域水文分析, 将场地划分为可开发区、缓冲区和水管理区3个区域, 适宜性Ⅰw>Ⅱw>Ⅲw(见图 11).

图 9 坡地的稳定性分区 Fig. 9 Partition of sloping land's stability
图 10 土壤适宜性分区 Fig. 10 Partition of soil suitability
图 11 水文控制性分区 Fig. 11 Partition of water controlling

受限于坡度、土壤、水文条件综合制约, 董家岙实际可开发用地约占整个研究范围的25%—30%左右.研究范围内的每个岙间地都应按此方法进行微观水土安全分析, 再以此为基础提出微观的规划管理指引.

2.4 规划管理指引

基于宏观和微观的低丘缓坡适宜性分析, 规划管理指引结合2个方面考虑.宏观上, 基于舟山本岛低丘缓坡资源空间分布和三态特征适宜性的分析, 确定低丘缓坡利用与保护的原则——基础设施成熟的地区:大岙适当建、小岙重点保、中岙保护兼顾发展备用;区域基础设施未成熟地区:大岙保护兼顾发展备用、中小岙重点保.空间布局——“一核两翼”的浅山岙间区域构成适度开发区(见图 12);核心部分的适度开发服务于城镇建设需要, 以居住、游憩、公共服务功能为主;两翼部分的适度开发服务于区域发展需要, 以都市农业、区域次中心和主要组团配套设施布局为其余低丘缓坡资源以严格保护为主.总体开发规模——选择性开发临近城区(建成区)大岙;占可开发低丘缓坡的32%, 总面积17.08 km2;其中, 基础设施较为完备, 适合近期启动的岙间地面积10.50 km2;上述用地面积包含岙间地单元的实际可用地, 以及基于坡度、土壤和水文条件需要适当保留的用地(其比例因山岙条件而异), 但不宜少于40%[12].

图 12 新区低丘缓坡资源保护与利用方向建议 Fig. 12 Proposal of low-slope hilly land protection and utilization's direction

微观上, 基于对董家岙的水土调查分析, 建立的坡地、土壤、水文三要素的适宜性分区, 按照单元开发与保护分区指引和规划管理单元至控制性街坊的管理映射, 制定规划管理单元控制性街坊管理指引(见图 13、见表 6), 按此指引管理岙间地单元的开发.

图 13 控制性街坊划分 Fig. 13 Distribution of planning management units
表 6 规划管理单元控制性街坊管理指引 Table 6 Classification guidance of planning management unit's controlled blocks
3 结语

研究表明, 海岛型低丘缓坡的生态敏感和分布碎片化的特点决定了它的开发利用除了要从宏观视角思考, 更需要从微观研究低丘缓坡的水土安全, 综合2方面衡量建设适宜性, 并以此为依据指导未来低丘缓坡的功能定位与开发强度, 以保证低丘缓坡开发用地的可持续发展.本研究在过去以指标体系为主要思路的评价方法的基础上, 更强调微观因子的深入分析和宏微观双向作用.

我国国土面积广大, 地形地貌复杂, 不同地域的低丘缓坡都有自己的特性, 因此仍需进一步探索, 建立适用于其他特征类型低丘缓坡的建设适宜性评价方法和相应的规划管理指引.针对其他地形环境下分布零散、生态敏感的低丘缓坡, 从宏微观结合, 尤其是关注微观水土条件的评价视角可以提高土地开发利用的准确性、生态性和安全性.

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