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Assessment on the ecological suitability in Zhuhai City, Guangdong, China, based on minimum cumulative resistance model.

基于最小累积阻力模型的珠海市生态适宜性评价


城市景观具有空间异质性特点,城市建设用地或生态需求用地向周围扩张的过程中受到的阻力值不同,土地单元刺激和推进生态需求用地的扩张强度不同.为比较同一土地单元推进和阻碍作用的大小,可以在相同标准下,通过最小累积阻力值来比较两者大小,找出2种景观过程的平衡点,根据生态学最小限制因子原理,并以2个扩张过程的最小累积阻力差值作为评价城市土地生态适宜性的方法.本文选取珠海市为研究对象,以遥感影像、野外调查和统计资料为数据源,采用相对评价法对珠海城市的生态适宜性进行评价,在ArcGIS支持下,选取景观类型、生态价值、土壤侵蚀敏感性、地质灾害敏感性以及生态功能5类指标,采用最小累积阻力模型对珠海市进行生态适宜性评价.结果表明: 珠海市土地生态适宜程度的5个区域分别为禁止建设区、限制建设区、适宜建设区、重点建设区以及基本农田,分别占总面积的10.1%、32.9%、36.3%、2.3%和18.4%;中心城区土地生态适宜程度的4个等级分别为禁止建设区、限制建设区、适宜建设区和重点建设区,分别占中心城区面积的11.6%、25.6%、52.4%和10.4%.研究提出了珠海城市可持续发展框架,一方面要严格控制中心城区规模,另一方面要大力发展金湾、斗门次级中心城,完善公共基础设施以缓解珠海东西部发展极不平衡的现状.

Urban landscape has the characteristics of spatial heterogeneity. Because the expansion process of urban constructive or ecological land has different resistance values, the land unit stimulates and promotes the expansion of ecological land with different intensity. To compare the effect of promoting and hindering functions in the same land unit, we firstly compared the minimum cumulative resistance value of promoting and hindering functions, and then looked for the balance of two landscape processes under the same standard. According to the ecology principle of minimum limit factor, taking the minimum cumulative resistance analysis method under two expansion processes as the evaluation method of urban land ecological suitability, this research took Zhuhai City as the study area to estimate urban ecological suitability by relative evaluation method with remote sensing image, field survey, and statistics data. With the support of ArcGIS, five types of indicators on landscape types, ecological value, soil erosion sensitivity, sensitivity of geological disasters, and ecological function were selected as input parameters in the minimum cumulative resistance model to compute urban ecological suitability. The results showed that the ecological suitability of the whole Zhuhai City was divided into five levels: constructive expansion prohibited zone (10.1%), constructive expansion restricted zone (32.9%), key construction zone (36.3%), priority development zone (2.3%), and basic cropland (18.4%). Ecological suitability of the central area of Zhuhai City was divided into four levels: constructive expansion prohibited zone (11.6%), constructive expansion restricted zone (25.6%), key construction zone (52.4%), priority development zone (10.4%). Finally, we put forward the sustainable development framework of Zhuhai City according to the research conclusion. On one hand, the government should strictly control the development of the urban center area. On the other hand, the secondary urban center area such as Junchang and Doumen need improve the public infrastructure to relieve the imbalance between eastern and western development in Zhuhai City.


全 文 :基于最小累积阻力模型的珠海市生态适宜性评价
李健飞1  李  林1  郭  泺1∗  杜世宏2
( 1中央民族大学生命与环境科学学院, 北京 100081; 2北京大学遥感与地理信息系统研究所, 北京 100871)
摘  要  城市景观具有空间异质性特点,城市建设用地或生态需求用地向周围扩张的过程中
受到的阻力值不同,土地单元刺激和推进生态需求用地的扩张强度不同.为比较同一土地单
元推进和阻碍作用的大小,可以在相同标准下,通过最小累积阻力值来比较两者大小,找出 2
种景观过程的平衡点,根据生态学最小限制因子原理,并以 2 个扩张过程的最小累积阻力差
值作为评价城市土地生态适宜性的方法.本文选取珠海市为研究对象,以遥感影像、野外调查
和统计资料为数据源,采用相对评价法对珠海城市的生态适宜性进行评价,在 ArcGIS 支持
下,选取景观类型、生态价值、土壤侵蚀敏感性、地质灾害敏感性以及生态功能 5 类指标,采用
最小累积阻力模型对珠海市进行生态适宜性评价.结果表明: 珠海市土地生态适宜程度的 5
个区域分别为禁止建设区、限制建设区、适宜建设区、重点建设区以及基本农田,分别占总面
积的 10.1%、32.9%、36.3%、2.3%和 18.4%;中心城区土地生态适宜程度的 4 个等级分别为禁
止建设区、限制建设区、适宜建设区和重点建设区,分别占中心城区面积的 11.6%、25.6%、
52.4%和 10.4%.研究提出了珠海城市可持续发展框架,一方面要严格控制中心城区规模,另
一方面要大力发展金湾、斗门次级中心城,完善公共基础设施以缓解珠海东西部发展极不平
衡的现状.
关键词  城市景观; 生态适宜性; 最小阻力模型; 珠海市
国家自然科学基金项目(31370480)和高等学校学科创新引智计划项目(B08044)资助 This work was supported by the National Natural Science
Foundation of China (31370480) and 111 Project (B08044).
2015⁃03⁃19 Received, 2015⁃10⁃09 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: guoluo@ muc.edu.cn
Assessment on the ecological suitability in Zhuhai City, Guangdong, China, based on mini⁃
mum cumulative resistance model. LI Jian⁃fei1, LI Lin1, GUO Luo1∗, DU Shi⁃hong2 ( 1College
of Life and Environmental Sciences, Minzu University of China, Beijing 100081, China; 2Institute of
Remote Sensing and GIS, Peking University, Beijing 100871, China) .
Abstract: Urban landscape has the characteristics of spatial heterogeneity. Because the expansion
process of urban constructive or ecological land has different resistance values, the land unit stimu⁃
lates and promotes the expansion of ecological land with different intensity. To compare the effect of
promoting and hindering functions in the same land unit, we firstly compared the minimum cumula⁃
tive resistance value of promoting and hindering functions, and then looked for the balance of two
landscape processes under the same standard. According to the ecology principle of minimum limit
factor, taking the minimum cumulative resistance analysis method under two expansion processes as
the evaluation method of urban land ecological suitability, this research took Zhuhai City as the
study area to estimate urban ecological suitability by relative evaluation method with remote sensing
image, field survey, and statistics data. With the support of ArcGIS, five types of indicators on
landscape types, ecological value, soil erosion sensitivity, sensitivity of geological disasters, and
ecological function were selected as input parameters in the minimum cumulative resistance model to
compute urban ecological suitability. The results showed that the ecological suitability of the whole
Zhuhai City was divided into five levels: constructive expansion prohibited zone (10.1%), con⁃
structive expansion restricted zone (32.9%), key construction zone (36.3%), priority development
zone (2.3%), and basic cropland (18.4%). Ecological suitability of the central area of Zhuhai City
was divided into four levels: constructive expansion prohibited zone (11.6%), constructive expan⁃
sion restricted zone ( 25. 6%), key construction zone ( 52. 4%), priority development zone
应 用 生 态 学 报  2016年 1月  第 27卷  第 1期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Jan. 2016, 27(1): 225-232                    DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201601.008
(10.4%). Finally, we put forward the sustainable development framework of Zhuhai City according
to the research conclusion. On one hand, the government should strictly control the development of
the urban center area. On the other hand, the secondary urban center area such as Junchang and
Doumen need improve the public infrastructure to relieve the imbalance between eastern and western
development in Zhuhai City.
Key words: urban landscape; ecological suitability; minimum cumulative resistance model; Zhu⁃
hai City.
    中国的城市正处在从单纯关注经济增长到关注
社会、环境的可持续发展的重要转型期,分析城市化
过程对社会的影响,寻求具有中国特色的社会、人
口、资源与生态环境相协调的发展模式,建设“生态
文明”、“精明增长”的城市,是关系到人类社会健康
发展的关键问题.城市是受人类活动干扰最为剧烈
的生态系统,它的建设发展是人类社会发展的必然
趋势[1-2] .区域城市化是城市扩展的影响过程,其实
质是区域自然生态系统和农业生态系统向城市生态
系统不断转化的过程,这一过程在快速城市化条件
下导致城市景观结构剧烈变化、地表生态环境容量
下降、城市景观组分在不同水平下发生剧烈变化.不
同景观组分之间复杂的相互作用除受城市建设用地
扩张的影响外,还受自然资源环境条件、区域生产经
营、生态保护和生态环境容纳量等因素的综合制
约[3-5] .合理的生态规划在可持续发展以及资源合理
配置中显得尤为重要[6-7] .然而,传统的景观格局指
数并不能运用到所有的研究区域和研究目的,很多
学者也在尝试运用新的景观分析指数和模型进行城
市生态评价的研究[8-9] .在新模型的构建中,尺度问
题、优先限制条件、实际相互作用以及主要的生态
过程等都是必须考虑的因素[10-11] .最小累积模型
(minimum cumulative resistance, MCR) 指物种从
“源”到“汇”这一运动过程中所耗费的代价,用于保
护性物种的栖息地规划,后来结合 ArcGIS 中的费用
距离,用作景观生态安全格局研究[12-13] .近年来,诸
多学者应用 MCR 模拟城镇空间拓展与划分用地格
局,其理论思维体现在生态用地空间保护、建设用地
空间需求两者博弈关系的日益多元方面[14-15] .
当前,珠海城市的发展不可避免地伴随着土地
利用结构和边界及相应的景观斑块的变化.本文借
助遥感、地理信息系统的技术手段,利用最小累积阻
力模型分别对珠海市全市和中心城区进行生态适宜
性评价,以期更科学地把握城市景观格局变化与生
态系统功能之间的关系,为土地资源保护和利用规
划提供数据支持,避免低效的、不合理的土地开发,
实现土地资源的可持续发展.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
珠海市位于广东省南部、珠江口西岸(21°48′—
22°27′ N,113°03′—114°19′ E),下辖香洲、斗门、金
湾 3个行政区,共 15个镇和 8 个街道,总面积 7653
km2,其中陆地面积 1687 km2 .濒临南海,东与香港水
路相通,南与澳门陆地相连,西邻新会市、江门市,北
与中山市接壤,有大小近海与远海岛屿 144 个,有
“百岛之城”的美称.珠海属亚热带海洋气候,温暖湿
润,森林以常绿季雨林和季风性常绿阔叶林为主,地
势自西北向东南倾斜,地貌主要为低山丘陵,是降水
资源和热量资源都较丰富的区域.珠海市的中心城
区位于香洲区,总面积 252 km2,辖狮山街、梅华街、
翠香街、吉大街、前山街、拱北街、香湾街、湾仔街、唐
家湾镇和南屏镇等 10个镇级行政单位,狮山街是珠
海市政府驻地,梅华街是香洲区行政中心,其周围区
域构成的中心城区是珠海市的经济、文化和政治
中心.
1􀆰 2  数据来源
本研究资料主要包括: 珠海市历年统计年鉴,
数字地形图,基本农田规划图,土壤类型分布图,地
形、地貌分布图,年降水量等值线图,地质灾害图,
1999、2005、2009年 Landsat⁃TM / ETM影像以及 2012
年 QuickBird 高分辨率遥感影像.为了获得准确的遥
感解译训练区信息,于 2009年 10月和 2011年 3—4
月结合实地 GPS 定位,进行 2 次野外调查.利用
Envi 5.0进行图像预处理,为增加反映城市化进程的
元素,减少划分过细带来的数据冗余和细节干扰,以
自然属性的相似性和人为利用方式下的趋同性为原
则,把全市以及中心城区的土地利用划分为以下 7
种景观类型:耕地、林地、草地、建设用地、水域、滩
涂、裸地,精度验证 Kappa 系数都达到 0.8 以上.对
珠海中心城区 QuickBird高分遥感影像进行分类,共
3级 14类,一级 6类(植被、水体、裸地、建筑、道路、
农田),二级是把植被细分为林地、草地、灌丛、城区
绿地 4类,水体进一步分为河流、沟渠、湖泊、池塘 4
622 应  用  生  态  学  报                                      27卷
类;分类精度验证 Kappa系数达 0.87.
1􀆰 3  评价方法
最小阻力模型(MCR)最早由 Knaapen 等[11]于
1992年提出.MCR可以通过对比不同方向的阻力分
区分析城镇适宜发展的大概方向,目前,模型的应用
主要集中在最小累积阻力面和功能分区.公式为:
MCR = fmin∑
i = m
j = n
Dij × R i
式中:MCR为最小累积阻力值;f 为一个未知的正函
数,它表示生态适宜性与最小累积阻力的正相关关
系;min为某景观单元对不同的源取累积阻力最小
值;Dij为源到景观单元 i的空间距离;R i为景观单元
i对运动过程的阻力系数.
从用途来说,城市土地可以分为两大类,即生态
需求用地和城市建设用地,生态需求用地是最适合
生态系统发展的用地,城市建设用地是最适宜城市
开发的建设用地.为比较同一土地单元推进和阻碍
作用的大小,可以在相同标准下,通过最小累积阻力
值来比较两者[16] .本研究以 2 个扩张过程的最小累
积阻力差值作为评价城市土地生态适宜性的方法,
公式如下:
MCRp =MCRex-MCRux
式中:MCRp为 2 个扩张过程的最小累积阻力差值;
MCRex为生态需求用地扩张的最小累积阻力;MCRux
为城市建设用地扩张的最小累积阻力.像元值的
MCRp<0,适宜用作生态用地;MCRp>0 时,适宜作为
城市建设用地;MCRp = 0 为划分适宜生态用地和建
设用地的分界点.
2  珠海市生态适宜性评价
2􀆰 1  评价模型
2􀆰 1􀆰 1过程源的确定  珠海市的“源”区指红树林自
然湿地、饮用水源涵养地、自然保护区、森林公园、风
景名胜区.具体包括斗门区的黄杨山自然保护区、香
洲区的凤凰山自然保护区、淇澳岛红树林生态保护
区、珠海渔女、白莲洞、石景山、圆明新园、共乐园、白
藤湖、尖峰山森林公园、南屏镇的竹仙洞、横琴岛的
三叠泉风景区、石博园,以及分布在各个区的河水饮
用水源一级保护区、水库饮用水源一级保护区等.生
态需求“源”的总面积 336. 45 km2,占珠海总面积
21􀆰 3%.城市建设用地的扩张源为现有的城市建设
用地,面积为 198.38 km2,占总面积 12.6%.
2􀆰 1􀆰 2阻力面的确定   从生态扩张的角度来讲,阻
力值反映的是不同景观单元对于生态空间扩张的阻
力或适宜程度,国外学者做了很多有关阻力值界定
的研究,其中 Knaapen 等[11]认为,阻力值的确定是
在对物种行为特征方面综合调查研究的基础上给出
的一个较为合理的相对值,以此反映不同阻力因子
间的差异.本研究分别从景观类型、生态价值、地质
灾害敏感性、土壤侵蚀敏感性、生态功能 5个方面建
立阻力评价体系.在确定单因素的阻力时,分别用 1、
2、3、4、5 来表示阻力的 5 个等级,这些阻力的分值
可按照专家打分的方式设定[16-19] .生态功能区主要
选择对城市建设用地发展严格限制的区域,如自然
保护区、饮用水源保护区、基本农田保护区等.评价
生态价值时,采用分类矩阵法,即以空间各斑块距离
最邻近水体的距离与标准化植被指数 NDVI 为基
准[20-21] .这 2个景观过程阻力值的设置如表 1.本研
究主要是为了找出 2 种景观过程的平衡点,采用相
对评价法,取极值以确定景观阻力.城市建设用地扩
张阻力为景观类型、土壤侵蚀敏感性、地质灾害敏感
性、生态功能、生态价值的最大阻力值(max);而生
态需求保护用地扩张阻力为景观类型、土壤侵蚀敏
感性、地质灾害敏感性、生态功能、生态价值的最小
阻力值(min).
2􀆰 2  模型分析结果
2􀆰 2􀆰 1计算阻力差值  通过计算得出珠海市城市建
设用地扩张和生态需求用地扩张 2个过程的最小累
积阻力(图 1).城市建设用地扩张的阻力主要受自
然保护区、森林公园、基本农田、河流、水体、红树林
湿地等影响,距离越近阻力越大,生态需求用地阻力
则相反.城市建设用地扩张主要分布于高栏港、高栏
岛、斗门区与金湾区交界的农田地带、香洲区北部的
唐家湾镇一带,而生态需求用地扩张主要分布在斗
门区的竹篙岭、黄杨山自然保护区、锅盖栋、金湾区
西江临近前山水道至入海口段、香洲区凤凰山自然
图 1  珠海市城市建设用地( a)和生态需求用地扩张( b)
阻力
Fig.1  Resistance of urban construction expansion (a) and eco⁃
logical requirement land expansion (b) of Zhuhai City.
7221期                          李健飞等: 基于最小累积阻力模型的珠海市生态适宜性评价         
表 1  珠海市景观过程阻力值设定
Table 1  Landscape process resistance assignment of Zhuhai City
生态需求
用地扩张
阻力值
Resistance
value of
ecological
requirement
land
expansion
城市建设
用地扩张
阻力值
Resistance
value of
urban
construction
expansion
景观类型
Landscape
type
土壤侵蚀敏感性
Soil erosion sensitivity
坡度
Slope
(°)
植被
覆盖度
Vegetation
fraction
(%)
土壤类型
Soil
type
海岸距离
Distance
to the
coast
(m)
降水
Precipita⁃
tion
(mm)
地质灾害敏感性
Sensitivity of
geological disaster
地貌
Landscape
断裂
带距离
Fault
distance
(m)
生态功能
Ecological
function
生态价值
Ecological value
距最邻近
水域距离
Distance to
adjacent
water (m)
NDVI
1 5 林地、水域 >35 0~20 滨海沙土 <200 >2300 低山 0~200 自然保护区、
名胜区、
森林公园
  0~50 0.8~1.0
2 4 滩涂、草地 25~35 20~40 ~ 200~500 2000~2300 高丘陵 200~400 红树林、
基本农田
50~100 0.6~0.8
3 3 耕地 15~25 40~60 红壤 500~1000 1700~2000 低丘陵 400~600 - 100~150 0.4~0.6
4 2 裸地 8~15 60~80 - - - 台地 600~800 - 150~200 0.2~0.4
5 1 建设用地 0~8 80~100 水稻土 >1000 - 平原 >800 其他区域 >200   0~0.2
保护区等地.将生态需求用地扩张的最小累积阻力
与城市建设用地扩张的最小累积阻力相减得出 2 种
阻力的差值(图 2).
2􀆰 2􀆰 2确定分区阈值  根据最小累积阻力差值的正
负关系划分为两大类,>0 的区域适宜城市建设用
地;<0的区域适宜生态系统发展.从图 3 可以看出,
最小累积阻力差值为-6480(A 点)时发生突变;最
小累积阻力差值为 0(B 点),突变最为明显,达到峰
值;在最小累积阻力差值为 6480(C 点)时也有一个
突变过程.按照 A、B、C 3点划分分区阈值,评价结果
划分为重点建设区、适宜建设区、限制建设区和禁止
建设区 4个等级.其中,重点建设区和适宜建设区属
于适宜城市建设的用地,限制建设区和禁止建设区
属于适宜生态的用地.根据基本农田保护条例,基本
农田保护区依法划定后,任何单位和个人不得改变
或者占用,因此单独将其分为一类.珠海市城市生态
适宜性分区区间见表 2.
图 2  珠海市最小累积阻力差值
Fig.2  Difference of minimum accumulated resistances of Zhu⁃
hai City.
2􀆰 2􀆰 3生态适宜性分区结果  根据表 2 中的分区区
间,对最小累积阻力差值表面进行重分类,得到珠海
市生态适宜性分区结果(图4) .生态需求用地占总
图 3  珠海市最小累积阻力差值与栅格数目的关系
Fig.3  Relationships of grid numbers and difference of minimum
accumulated resistance of Zhuhai City.
图 4  珠海市生态适宜性分区
Fig.4  Ecological suitability zone of Zhuhai City.
Ⅰ: 禁止建设区 Constructive expansion prohibited zone; Ⅱ: 限制建设
区 Constructive expansion restricted zone; Ⅲ: 重点建设区 Key con⁃
struction zone; Ⅳ: 优先开发区 Priority development zone. 下同 The
same below.
822 应  用  生  态  学  报                                      27卷
表 2  珠海市生态适宜性分区阈值区间
Table 2  Threshold range for ecological sustainability zones of Zhuhai City
生态适宜性分区
Ecological suitability classification
像素值区间
Pixel value range
面积
Area (km2)
百分比
Percentage
生态用地 禁止建设区 Construction expansion prohibited zone -30445~ -6480 159.75 10.1
Ecological land 限制建设区 Construction expansion restricted zone -6480~0 519.91 32.9
城市建设用地 适宜建设区 Construction suitable zone 0~6480 572.89 36.3
Construction land 重点建设区 Key construction zone 6480~12815 36.97 2.3
基本农田 Basic cropland - 289.84 18.4
面积的 43.0%,适宜城市建设的用地占全市总面积
的 38.6%,多分散在地势平坦的平原和台地区域,基
本农田占总面积的 18.4%.在开发过程中,一定要从
科学的角度来规划,不能忽视生态环境的保护.
1)禁止建设区.该区面积 159.75 km2,占珠海市
总面积的 10.1%,主要分布在斗门区六乡镇的竹蒿
岭、斗门镇的黄杨山自然保护区、乾务镇的锅盖栋、
金湾区的文楼山公园、拦浪山、香洲区横琴岛的三叠
泉风景区、南屏镇的白面将军山、烧猪石山、中心城
区的观音山、凤凰山、唐家湾的南山、白鹤顶、淇澳岛
的红树林湿地自然保护区以及西江临近前山水道至
入海口段.该区地形复杂,植被覆盖度高,土壤侵蚀
敏感性较高,水体覆盖区域系统稳定性差,生态价值
高,容易受到外来干扰的影响,是珠海市生态敏感性
最高的区域.它提供了包括水土保持、洪涝调蓄、生
物多样性保护等生态系统服务,维护珠海市的生态
安全,是生态城市可持续发展的基础,也是珠海市城
镇建设用地扩展的刚性界限.
2)限制建设区.该区面积 519.91 km2,占珠海市
总面积的 32.9%,主要分布在禁止开发区外缘地带、
金湾区的宝镜湾、红旗镇的水产养殖区以及饮用水
源保护区等地.该区系统稳定性差,对外来干扰的抵
抗力较弱,生态敏感性较高,是中心城区生态保护的
缓冲区域,是城镇建设与底线生态基础设施的隔离
带,应以生态恢复、生态保护为主,这对于维护中心
城区生态格局的整体性具有重要意义.由于该区植
被覆盖度高于建设用地,以及邻近水体的特性,它是
城市中最适宜塑造风景的地区,部分地区可以合理
引导,适量开展生态旅游活动,但要严格控制发展规
模,以保护生态环境.
3)适宜建设区.该区面积 572.89 km2,占珠海市
总面积的 36.3%,处于重点建设区与限制建设区之
间.该区地貌多为平原或台地,外界的建设活动对它
影响小,系统稳定性较强,是城镇建设的缓冲区域.
一些地段处于地质灾害敏感区,土壤侵蚀敏感度较
重点建设区高,可以作为城市扩展用地.要合理引导
该区域的开发利用,建设新区的同时也要注意生态
文明建设,生态补偿与生态破坏相符合,城市内部绿
地建设要形成点、线、面等不同形态并与城市林业生
态圈融为一体.
4)重点建设区.该区面积 36.97 km2,占珠海市
总面积的 2.3%,位于斗门区北部莲州镇、南部井岸
镇、金湾区西南部高栏港、中部红旗镇以及香洲区唐
家湾镇的部分地区.该区地貌多为平原或台地,地质
灾害敏感性低,土壤侵蚀敏感性低,生态系统服务功
能低,对生态环境的负面影响较小,从生态环境保护
的角度出发,最适宜作为建设用地.
5)基本农田.该区面积 289.84 km2,占珠海市总
面积的 18.4%,位于斗门区北部的莲州镇、斗门镇、
白蕉镇、南部的乾务镇、东部的白蕉镇以及金湾区西
部的平沙镇、中部的红旗镇和东部鹤洲镇的农田集
中区.为保障一定时期内珠海市人口和社会经济发
展对农产品的需求,必须对基本农田进行严格保护,
在城市发展建设中避免“摊大饼式”的空间蔓延.
分区对于快速城市化地区的土地资源保护非常
重要.珠海的建设用地扩展一般以行政区为单位,传
统的用地保护很难在空间上体现差异性.本文采用
最小累积阻力模型进行分区,充分考虑了城市扩张
与生态保护两方面影响因素,由生态功能较差的台
地向适宜建设区扩张,相应保护力度由弱至强,体现
了城市格局的分区域分层次保护理念.
3  中心城区生态适宜性评价
3􀆰 1  评价模型
3􀆰 1􀆰 1过程源的确定  “源”是向外扩张的起始点,
生态需求用地的扩张源一般为需要保护的对象,主
要是较大的生态保护区域,它的生态功能较强、生物
多样性较为丰富.对于中心城区来说,指的是饮用水
源涵养地、自然保护区、森林公园、风景名胜区.具体
包括香洲区的凤凰山自然保护区、石溪山风景区、珠
9221期                          李健飞等: 基于最小累积阻力模型的珠海市生态适宜性评价         
海渔女、白莲洞、石景山、板障山森林公园、圆明新
园、共乐园、河水饮用水源一级保护区、水库饮用水
源一级保护区等.生态需求“源”的总面积为 21.85
km2,占中心城区总面积 31.1%.城市建设用地的扩
张源为现有的城市建设用地,面积为 27.06 km2,占
中心城区总面积 38.6%.
3􀆰 1􀆰 2阻力面的确定  中心城区生态适宜性评价阻
力面的设置与全市的设置类似,从景观类型、生态价
值、地质灾害敏感性、土壤侵蚀敏感性、生态功能 5
个方面建立阻力评价体系.主要区别在于景观类型,
这是由于遥感影像分类体系不同,中心城区的分类
更详细.
3􀆰 2  模拟分析结果
3􀆰 2􀆰 1计算阻力差值   借助 ArcGIS 软件分别计算
出城市建设用地扩张和生态需求用地扩张 2个过程
的最小累积阻力(图 5).城市建设用地扩张的阻力
主要受板障山森林公园、景山公园、石溪山风景区、
将军山公园的影响,距离越近阻力越大,生态需求用
地的阻力则与之相反.城市建设用地扩张主要位于
北部和中部山体之间,以及南部靠近海岸、澳门一
带,而生态需求用地扩张围绕中部的板障山森林公
图 5  珠海中心城区城镇建设用地(a)和生态需求用地扩张
(b)阻力
Fig.5  Resistance of urban construction expansion (a) and eco⁃
logical requirement land expansion (b) of Zhuhai downtown.
园、景山公园以及北部的石溪山风景区.将生态需求
用地扩张的最小累积阻力与城市建设用地扩张的最
小累积阻力相减得出两种阻力的差值(图 6).
3􀆰 2􀆰 2确定分区阈值  珠海城市中心的土地可以按
照之前所述,根据最小累积阻力差值的正负关系划
分为两大类,>0的区域适宜城市建设用地;<0 的区
域适宜生态系统发展.从图 7 可以看出,在最小累积
阻力差值为-1562(A 点)时发生突变;在最小累积
阻力差值为 2343(C 点)时也有一个突变过程.按照
A、B、C 3点划分分区阈值,并划分为重点建设区、适
宜建设区、限制建设区和禁止建设区 4 个等级.其
中,重点建设区和适宜建设区属于适宜城市建设的
用地,限制建设区和禁止建设区属于适宜生态的用
地.珠海市城市生态适宜性分区区间见表 3.
3􀆰 2􀆰 3生态适宜性分区结果  根据表 4 中的分区区
间,对最小累积阻力差值进行重分类,得到珠海城市
中心生态适宜性分区结果(图 8).适宜建设的用地
占中心城区总面积 62.8%,适宜生态的用地占总面积
的37.2%.1)中心城区禁止建设区面积为8.09 km2,
图 6  最小累积阻力差值
Fig.6  Difference of minimum accumulated resistance.
图 7  珠海中心城区最小累积阻力差值与栅格数目的关系
Fig.7  Relationships of grid numbers and difference of minimum
accumulated resistance of Zhuhai downtown.
032 应  用  生  态  学  报                                      27卷
表 3  珠海中心城区生态适宜性分区阈值区间
Table 3  Threshold range for ecological sustainability zones of Zhuhai downtown
生态适宜性分区
Ecological suitability classification
像素值区间
Pixel value range
面积
Area (km2)
百分比
Percentage
生态用地 禁止建设区 Construction expansion prohibited zone -9439~ -1526 8.09 11.6
Ecological land 限制建设区 Construction expansion restricted zone -1526~0 17.93 25.6
城市建设用地 适宜建设区 Construction suitable zone 0~2343 36.73 52.4
Construction land 重点建设区 Key construction zone 2343~6180 7.28 10.4
图 8  珠海市中心城区生态适宜性分区
Fig.8  Ecological suitability zoning of Zhuhai downtown.
占中心城区总面积的 11.6%,一般为坡度>25°、植被
景观优良和临近水体的区域,主要分布在中心城区
的北部石溪风景区、大镜山水库、中部板障山森林公
园以及南部将军山公园的核心位置.该区地形复杂,
植被覆盖度高,生态价值高,土壤侵蚀敏感性较高,
系统稳定性差,是中心城区中生态敏感性最高的区
域.它提供了包括水土保持、洪涝调蓄、生物多样性
保护等生态系统服务,维护中心城区的生态安全,是
生态城市可持续发展的基础.2)中心城区限制建设
区面积为 17.93 km2,占中心城区总面积的 25.6%,
一般坡度>15°,主要分布在东部海滨公园、石花山
公园、西南部前山水道、炮台山公园以及禁止建设区
的外缘地带,该区系统稳定性差,具有一定的生态敏
感性,容易受到外来人为干扰,是中心城区生态保护
的缓冲区域,是城镇建设与底线生态基础设施的隔
离带,对于维护中心城区生态格局的整体性具有重
要意义.3)中心城区适宜建设区面积为 36􀆰 73 km2,
占中心城区总面积的 52.4%,为城市居民点分布区.
它的分布范围较广,包含中心城区各街道的若干区
域.该区地貌多为平原或台地,但一些地段处于地质
灾害敏感区,土壤侵蚀敏感度较重点建设区高.4)中
心城区重点建设区面积为 7.28 km2,占中心城区总
面积的 10.4%,主要为城市居民点分布区,包括西部
前山街道、中部梅华街道、吉大街道以及南部拱北街
道的部分区域.该区地貌多为平原或台地,地质灾害
敏感性低,生态系统服务功能价值低,土壤侵蚀敏感
性也低,对生态环境的负面影响较小,从生态环境保
护的角度来看最适宜作为建设用地.
4  结    论
通过基于最小阻力模型的生态适宜性评价,对
城市扩展用地进行合理分区,可以避免因决策失误
而产生对生态环境的破坏.城市扩张的禁止建设区
就是为了保护研究区地质条件敏感的区域以及水
体,以保证城市拓展的安全性、维持区域生态环境的
稳定性.珠海适宜城市建设用地呈现东高西低的状
态,重点建设区大部分集中在高栏港国家经济技术
开发区附近,这与国家当前政策相一致.适宜建设区
东西部连通性差,受到禁止建设区、限制建设区以及
基本农田区的阻隔.在做总体规划时,应权衡之间利
弊,加强东西部的连通性,并加强东部建设,改善东
西部发展极不平衡的现状.城区内自然保护区的地
位对于城市的可持续发展、生态城市的建设尤为重
要.经过该体系评价得出的分区结果与珠海市中心
城区发展现状基本一致,同时适宜生态的用地、适宜
建设的用地均与《珠海市城市总体规划》 (2006—
2020年) [22]中自然与文化遗产保护区一致,控制要
点相符合.在理论上也验证《珠海市城市总体规划》
(2006—2020年) [22]中心城区部分发展用地、制定
保护区的科学性.
基于最小累积阻力模型,结合遥感和 GIS 空间
分析,可以将城市土地演变过程中的阻力量化,从而
模拟城市土地适宜性的水平动态,但运用该模型很
难体现以建设用地作为源,以及侵占生态用地对生
态功能产生胁迫效应的城镇建设空间运动过程,而
阻力系数的赋值参考了国内外的相关研究成果,随
着技术的进步,今后的研究中应采取更为精确的赋
值方式.
1321期                          李健飞等: 基于最小累积阻力模型的珠海市生态适宜性评价         
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作者简介  李健飞,男,1989年生,博士研究生. 主要从事景
观生态学研究. E⁃mail: 973319246@ qq.com
责任编辑  杨  弘
李健飞, 李林, 郭泺, 等. 基于最小累积阻力模型的珠海市生态适宜性评价. 应用生态学报, 2016, 27(1): 225-232
Li J⁃F, Li L, Guo L, et al. Assessment on the ecological suitability in Zhuhai City, Guangdong, China, based on minimum cumulative
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232 应  用  生  态  学  报                                      27卷