全 文 ：城市化过程中北京市人口时空演变对
生态系统质量的影响
王　 坤１，２　 周伟奇１∗　 李伟峰１
（ １中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室， 北京 １０００８５； ２中国科学院大学， 北京 １０００４９）
摘　 要　 应用第五、第六次人口普查和 ＭＯＤＩＳ⁃ＮＤＶＩ 遥感数据，从城市、区 ／县和街道 ／乡镇 ３
个尺度，分析了 ２０００—２０１０年北京市人口时空演变特征及其对区域生态系统质量的影响．结
果表明： 研究期间，北京市总人口增长了 ４３．９％，人口空间分布形成了明显的圈层特征，呈现
向近郊转移聚集的趋势；北京市的年最大归一化植被指数（ＮＤＶＩ）呈增加趋势，在 ５～６环之间
却显著降低．城区和远郊区的 ＮＤＶＩ 变化趋势与人口密度变化率呈显著负相关．城市化带来的
人口数量增加不仅没有导致北京整体生态系统质量下降，反而通过城市功能调整和农民进城
务工人口转移等方式，提高了城区和远郊区的生态系统质量．不同的功能定位和发展机制是
影响北京市人口时空格局变化及其生态影响的主要原因．
关键词　 城市化； 城市周边区域； 人口时空格局； 生态系统质量； 北京
Ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｓｐａｔｉｏ⁃ｔｅｍｐｏｒａｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｎ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｕｒｉｎｇ ｆａｓｔ ｕｒｂａｎｉｚａ⁃
ｔｉｏｎ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ． ＷＡＮＧ Ｋｕｎ１，２， ＺＨＯＵ Ｗｅｉ⁃ｑｉ１∗， ＬＩ Ｗｅｉ⁃ｆｅｎｇ１ （ １Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ
Ｕｒｂａｎ ａｎｄ Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｅｃｏ⁃Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８５， Ｃｈｉｎａ； ２ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９， Ｃｈｉ⁃
ｎａ） ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｓｐａｔｉｏ⁃ｔｅｍｐｏｒａｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ
ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｔ ｃｉｔｙ⁃ｃｏｕｎｔｙ⁃ｔｏｗｎｓｈｉｐ ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｌｅｖｅｌｓ ｄｕｒｉｎｇ ２０００ ｔｏ ２０１０，
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ５ｔｈ ａｎｄ ６ｔｈ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｃｅｎｓｕｓ ｄａｔａ ａｎｄ ＭＯＤＩＳ⁃ＮＤＶＩ ｔｈｅｍａｔｉｃ ｄａｔａ． Ｗｅ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ｒｅｓｉｄｅｎｔ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ４３．９％ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｐｅｒｉｏｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｐｏｐｕｌａ⁃
ｔｉｏｎ ｇａｔｈｅｒｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｕｒｂａｎ ｆｒｉｎｇｅ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ａｎ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｍａｘｉｍｕｍ
ＮＤＶＩ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ ｈａｄ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｅ， ｈｏｗｅｖｅｒ， ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ５ｔｈ Ｒｉｎｇ
ａｎｄ ｔｈｅ ６ｔｈ Ｒｉｎｇ． Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ＮＤＶＩ ｉｎ ｕｒｂａｎ ａｎｄ ｅｘｕｒｂａｎ ａｒｅａｓ ｓｈｏｗｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｎｅｇａ⁃
ｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｒａｔｉｏｓ ｏｆ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｎｓｉｔｙ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｕｒｂａｎ
ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎ ｄｉｄ ｎｏｔ ｓｈｏｗ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｑｕａｌｉｔｙ
ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ． Ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｒｙ， ｔｈｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ ｕｒｂａｎ ｃｏｒｅ ａｎｄ ｅｘｕｒｂａｎ ａｒｅａｓ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ，
ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｏｆ ｃｉｔｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｒｏｍ ｒｕｒａｌ ｔｏ ｕｒｂａｎ ａｒｅａ． Ｔｈｅｒｅ⁃
ｆｏｒｅ， ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｅｖｏｌｕ⁃
ｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｍｐａｃｔｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎ； ｕｒｂａｎ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ； ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｓｐａｔｉｏ⁃ｔｅｍｐｏｒａｌ ｐａｔｔｅｒｎ； ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ
ｑｕａｌｉｔｙ； Ｂｅｉｊｉｎｇ．
本文由国家自然科学基金项目（４１３７１１９７）和全国生态环境十年变化（２０００—２０１０ 年）遥感调查与评估项目（ ＳＴＳＮ⁃１２⁃０１）资助 Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｗａｓ
ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （４１３７１１９７） ａｎｄ ｔｈｅ Ｃｈｉｎａ Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｆｒｏｍ ２０００－２０１０ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎ⁃
ｓｉｎｇ （ＳＴＳＮ⁃１２⁃０１） ．
２０１６⁃０１⁃０４ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ， ２０１６⁃０４⁃０１ Ａｃｃｅｐｔｅｄ．
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｗｚｈｏｕ＠ ｒｃｅｅｓ．ａｃ．ｃｎ
应 用 生 态 学 报　 ２０１６年 ７月　 第 ２７卷　 第 ７期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｊａｅ．ｎｅｔ
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｊｕｌ． ２０１６， ２７（７）： ２１３７－２１４４　 　 　 　 　 　 　 　 　 ＤＯＩ： １０．１３２８７ ／ ｊ．１００１－９３３２．２０１６０７．００９
　 　 当前中国正处于城市化快速发展的阶段，预计
“十三五”期间我国将有 １亿农民进城，城镇化率将上
升到 ６０％．大量人口向城市聚集导致城市扩张、农田
减少、自然景观破碎等一系列生态问题，已严重制约
城市和区域的可持续发展．人是城市化进程中最具能
动性、最活跃的要素［１］，也是引发生态问题的主要驱
动力之一．因此，研究城市化过程中人口时空演变对
生态环境的影响已成为当前城市生态学研究的热点
和重点．
目前，已有很多学者对城市化过程中人口时空格
局的演变进行了广泛研究．城市化导致我国大量人口
从农村流向城市，形成了川渝黔和浙西南⁃闽西两大
明显的人口流出连绵区［２］ ．２０００ 年以来，我国人口向
长三角、珠三角和京津冀等沿海城市群聚集的趋势仍
在强化［３］，而且在东部沿海城市还呈现出以乡村人口
密度降低、街道人口密度升高为主的“城乡二元效
应” ［２］ ．这些研究从省、市、县、乡镇等多个空间尺度说
明，随着城市化进程的逐步推进，我国人口空间分布
的不均衡性和聚集性在进一步增大．
关于对人口时空格局变化的生态影响也有很多
研究，如热岛效应、植被变化、城市内涝、大气污染和
水体污染等生态问题［４－８］ ．人类活动和人口数量变化
对生态环境的影响是显而易见的．如李仕冀等［９］在
内蒙古自治区研究发现，农业人口数量减少能提高
生态脆弱地区的植被覆被状况．Ｍａｒｉｗａｈ 等［１０］研究
指出，人口增长带来的住房需求和社会经济活动对
土地覆盖变化有显著影响．刘沁萍［１１］研究表明，年
末总人口与 ＧＤＰ、建城区面积等人为因素有较强的
相关性，且对建城区的植被质量有不利影响．我国地
域广阔、生态过程复杂多样，相关研究已从区域、省
等大尺度上取得很多宝贵经验，而小尺度上的研究
则多侧重城市内部，对人口输出区的关注较少，更缺
少将人口聚集区和人口输出区作为一个整体的精细
研究．
城市及其周边区域是一个社会经济生态联系紧
密的有机整体．农村人口向城市聚集不仅影响城市
内部，而且还超出城市边界，影响城市周边区域的生
态环境．一方面，城市人口增加导致建成区面积扩张
直接挤占了周边的生态系统用地，导致植被生产力
下降、水资源短缺、生物多样性减少［１２］；另一方面，
农民进城务工通过生产生活方式的改变间接影响了
当地的生态环境［１３－１５］，例如，劳动力减少导致农田
撂荒增多、传统种植业转为绿色有机农业、养殖村落
转为民俗生态旅游村等．近年来，有学者提出城乡连
续体的概念［１３，１６］，为研究城市与区域的生态关联提
供了新思路，但是这方面的实证研究还相对缺乏．
统筹城乡发展、统筹区域发展、统筹人与自然和
谐发展等“五个统筹”已成为我国城市发展的要求
和方向．然而，相对于人口聚集对城市内部生态环境
的显著负面影响，人口输出对城市周边区域的正 ／负
影响又是如何？ 统筹考虑城市及其周边区域，人口
时空格局变化的整体生态影响又是怎样？ 这些问题
仍亟待回答．因此，本文借鉴相关研究成果，采用多
重线性回归模型和偏相关分析方法，以城市化快速
发展的典型城市———北京为例，应用人口普查数据
和归一化植被指数（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ
ｉｎｄｅｘ，ＮＤＶＩ）数据，从市、区县和乡镇 ３个尺度，对城
市化过程中人口时空演变的生态影响规律进行探
讨，以期为区域协调发展提供科学基础．
１　 研究地区与研究方法
１􀆰 １　 研究区概况
北京是中国的政治、文化、科技、交通中心．２０００
年以来北京城市化发展快速迅猛，成为我国人口集
聚最快的典型城市之一［１］ ．为改善城市功能和人口
经济空间分布不合理等问题，强化生态良性循环、促
进区域协调发展，２００６年北京通过实施《北京市“十
一五”时期功能区域发展规划》 ［１７］，将北京市 １８ 个
区县划分为 ４个功能区，即首都功能核心区（东城、
西城、崇文、宣武 ４区，２０１０ 年 ７ 月崇文区和宣武区
分别合并到东城区和西城区）、城市功能拓展区（朝
阳、海淀、丰台、石景山 ４ 区）、城市发展新区（通州、
顺义、大兴、昌平、房山 ５ 区和亦庄开发区）和生态
涵养发展区（门头沟、平谷、怀柔、密云、延庆 ５ 个区
县），分别以政治文化中心、现代经济与国际交往、
现代制造业和现代农业和生态屏障水源保护为主要
功能．
１􀆰 ２　 数据收集与预处理
本研究所应用的数据主要包括人口普查数据和
ＭＯＤＩＳ⁃ＮＤＶＩ遥感数据．其中，人口普查数据来源于
第 ５、６ 次人口普查的分乡镇 ／街道数据．为避免村
镇、社区区划调整的影响，参考相关历史地图资料，
对两期的行政边界进行整理和空间匹配．对个别难
以确定的情况，则将所涉及的村镇、街道进行相应合
并，获得具有年际可比性的空间单元及其人口属性
数据．最终，确定整理了 １８ 个区县 ２９４ 个乡镇 ／街道
的人口数据．
ＮＤＶＩ数据来自美国航空航天局 （ＮＡＳＡ） ＬＰ⁃
８３１２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
ＤＡＡＣ中心提供的 ＭＯＤＩＳ 数据中的 １６ ｄ 最大值合
成的植被指数数据产品（ＭＯＤ１３Ｑ１），空间分辨率为
２５０ ｍ，具有较高的时间和空间分辨率，时相选取与
两次人口普查同期的 ２０００—２０１０ 年逐年的 ＭＯＤＩＳ⁃
ＮＤＶＩ数据．数据预处理主要包括重采样、镶嵌处理
和投影转换，应用国际通用的最大合成法（ＭＶＣ）获
得象元的年最大 ＮＤＶＩ，在此基础上通过求平均的方
法，获取 ２０００—２０１０年各乡镇、区县和全市的年最大
ＮＤＶＩ，以反映不同空间尺度范围内的生态系统质量．
气象数据是由中国气象科学数据共享服务网
（ｈｔｔｐ： ／ ／ ｄａｔａ．ｃｍａ．ｃｎ）提供的研究区内 ２０ 个及周边
１５个气象站的日均气温和降水日值数据．在 ＡｒｃＧＩＳ
中采用薄盘光滑样条法以 ２５０ ｍ（与 ＮＤＶＩ 数据保
持一致）进行空间插值，在此基础上通过求平均的
方法，获取 ２０００—２０１０ 年各乡镇、区县和全市的年
均温和年累计降水量．
１􀆰 ３　 研究方法
１􀆰 ３􀆰 １北京市人口时空演变的时空格局分析　 人口
密度是衡量人类活动强度的一个重要指标［１８］，常用
来分析人口时空演变的特征．为了消除不同区域人
口规模差异的影响，本文选择人口密度变化率
（ｃｈａｎｇｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｎｓｉｔｙ，ＲＰＤ）作为研究指
标，ＲＰＤ＝ （２０１０ 年人口密度－２０００ 年人口密度） ／
２０００年人口密度．为全面细致地揭示城市化过程中
２０００—２０１０年北京市人口时空变化特征，从市域、
区县和乡镇不同空间尺度上逐层展开研究．
１􀆰 ３􀆰 ２生态系统质量及气候因素变化趋势分析　 作
为生态系统的“生产者”，植被直接或间接地决定生
态系统的能量来源，是表征生态系统质量的综合指
标［１９］ ．ＮＤＶＩ是反映植被覆盖状况的良好指标［２０］，
被广泛用于初级生产力估算、生态系统质量变化等
研究［２１］ ．为方便与相关研究成果进行比较，本研究
采用 ＮＤＶＩ作为反映区域生态系统质量的指标．
植被覆被变化及气候因素变化存在一定的偶然
性与波动性，变化斜率法被广泛应用于植被覆盖、生
物量、ＮＤＶＩ 以及农作物产量的长期变化趋势研
究［２２－２３］ ．因此，本研究采用趋势线分析法对年最大
ＮＤＶＩ及气候因素的变化趋势进行分析，计算公式
如下：
ＳＬＯＰＥ ＝
ｎ∑
ｎ
ｉ ＝ １
ｉｘｉ － ∑
ｎ
ｉ ＝ １
ｉ∑
ｎ
ｉ ＝ １
ｘｉ
ｎ∑
ｎ
ｉ ＝ １
ｉ２ － （∑
ｎ
ｉ ＝ １
ｉ） ２
式中：ＳＬＯＰＥ 为 ２０００—２０１０ 年各分析单元（市、区
县和乡镇 ／街道）年最大 ＮＤＶＩ或气候因素的线性回
归斜率；ｎ为研究时间段的年数，ｉ 为 １ ～ ｎ，这里 ｎ ＝
１１；ｘ为 ｉ年的 ＮＤＶＩ 或气候因素． ＳＬＯＰＥ 为正值表
示生态系统质量或该气候因素呈上升趋势，为负值
表示呈减少趋势，为 ０表示无变化．对斜率的显著性
检验采用 ｔ 检验法，显著性水平设置为 ０．０５．
ＳｌｏｐｅＮＤＶＩ、ＳｌｏｐｅＰ和 ＳｌｏｐｅＴ分别表示年最大 ＮＤＶＩ、年
累计降水量和年均温的变化趋势．
１􀆰 ３􀆰 ３城市化过程中人口时空变化对生态系统质量
的影响分析　 植被覆盖状况变化主要受气候和人类
活动两方面的影响［１１］ ．研究植被覆盖状况与人类活
动之间的纯相关性或真实相关性，必须排除其他驱
动的影响，这种相关称为偏相关［２４］ ．本文通过控制
气候变化因素，对人口密度变化率和年最大 ＮＤＶＩ
变化斜率进行偏相关分析，以探讨城市化过程中人
口时空变化对生态系统质量的影响．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 北京市人口的时空演变特征
２􀆰 １􀆰 １全市尺度　 通过对比第 ５ 次和第 ６ 次人口普
查数据，发现北京的常住人口由 ２０００ 年的 １３６３．６
万增长到了 ２０１０ 年的 １９６１．９ 万，增加了 ５９８．３ 万，
增幅达 ４３．９％．
２􀆰 １􀆰 ２区县尺度 　 ２０００—２０１０ 年，除了西城区和崇
文区外，其他 １６ 个区县的人口密度均呈增加趋势，
其中，昌平区增长最快（１７０％），西城区减少最快
（－４．６％），两者相差约 ３５倍．空间分布上，各区县的
人口密度变化率呈现从中心到远郊的梯度变化特征
（图 １ａ），即在首都核心区增幅较小、甚至负增长；在
功能拓展区的区县均为增长趋势，除了石景山区，其
余 ３区的增幅达 ４０％～１００％；城市发展新区增长迅
速，如昌平区和大兴区增长速度都大于 １００％；而生
态涵养区的区县大都低于 ２０％．
２􀆰 １􀆰 ３乡镇尺度　 ２０００—２０１０ 年，北京市 ６０％乡镇
街道的人口密度在增加，其中，昌平区上地街道的增
幅最大 （ ８３７％），丰台区向阳街道的减幅最大
（－８５％）．在空间上，人口密度变化从中心到远郊呈
现明显的圈层式分布特征（图 １ｂ）：人口密度增长率
大于 ２００％的乡镇主要集中在 ５环和 ６环之间，特别
是昌平区的上地街道、东小口、北七家和回龙观镇的
增幅均在 ４倍以上；人口密度减少的乡镇主要分布
在两个区域，一部分位于 ５环内，另一部分主要分布
在 ６环外，大多位于远郊山区，与已有研究结论相
符［１，２５］ ．
９３１２７期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 王　 坤等： 城市化过程中北京市人口时空演变对生态系统质量的影响　 　 　 　 　
图 １　 ２０００—２０１０年北京各区县（ａ）和各乡镇（ｂ）人数密度
变化率
Ｆｉｇ．１　 Ｓｐａｔｉａｌ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｃｈａｎｇｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎ
Ｂｅｉｊｉｎｇ ａｔ ｃｏｕｎｔｙ （ ａ） ａｎｄ ｔｏｗｎｓｈｉｐ （ ｂ） ｌｅｖｅｌｓ ｆｒｏｍ ２０００ ｔｏ
２０１０．
２􀆰 ２　 北京市 ＮＤＶＩ的时空变化特征
２􀆰 ２􀆰 １全市尺度 　 ２０００—２０１０ 年，北京市年最大
ＮＤＶＩ基本稳定，介于 ０．７５～０．７９（图 ２），但也存在波
动变化，整体呈增长趋势．
２􀆰 ２􀆰 ２区县尺度　 ２０００—２０１０年，北京市各区县年
图 ２　 ２０００—２０１０年北京市年最大 ＮＤＶＩ的年际变化
Ｆｉｇ．２　 Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｍａｘｉｍｕｍ ＮＤＶＩ ｆｒｏｍ ２０００ ｔｏ ２０１０
ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ．
最大 ＮＤＶＩ变化趋势差异较大，除了昌平区，另外 １７
个区县均为增加趋势，其中，增长斜率最大的是西城
区（０．０１２２）．从空间分布看（图 ３ａ），区县的年最大
ＮＤＶＩ增长斜率从市中心到远郊呈现梯度变化规
律：首都核心区的区县都大于 ０．０１；功能拓展区的区
县在 ０．００１ ～ ０．０１；发展新区的区县位于－０．００１２ ～
０．０１２２；生态涵养区的区县大都在 ０．０００６～０．００５．
２􀆰 ２􀆰 ３乡镇尺度 　 ２０００—２０１０ 年，７５％的乡镇年最
大 ＮＤＶＩ增加斜率呈减少趋势，低于区县尺度的比
例（９４％）．乡镇年最大 ＮＤＶＩ 增加斜率在空间上呈
现明显的圈层式分布特征（图 ３ｂ），５ 环内的平均值
为 ０．０１２，且所有乡镇均大于 ０．００５；５、６ 环之间的平
均值为 ０．００１７，聚集了大部分增加斜率小于－０．００２
的乡镇，形成了 ＮＤＶＩ 明显减少的环带；６ 环外的平
均值为 ０．００１４，除了县城附近的 ＮＤＶＩ 减少外，其他
乡镇均有小幅增加．这与其他已有研究结果［２３］类
似，即植被显著减少的区域多位于人类活动密集的
平原区．
图 ３　 ２０００—２０１０年各区县（ａ）和各乡镇（ｂ）的年最大ＮＤＶＩ
变化趋势空间分布
Ｆｉｇ．３　 Ｓｐａｔｉａｌ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｍａｘｉｍｕｍ ＮＤＶＩ ｔｒｅｎｄ ａｔ ｃｏｕｎｔｙ
（ａ） ａｎｄ ｔｏｗｎｓｈｉｐ ｌｅｖｅｌｓ （ｂ） ｆｒｏｍ ２０００ ｔｏ ２０１０．
０４１２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
表 １　 北京市各区县植被覆被变化的解释模型
Ｔａｂｌｅ １　 Ａｎ ｅｘｐｌａｎａｔｏｒｙ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ ａｔ ｃｏｕｎｔｙ ｌｅｖｅｌ
变量
Ｖａｒｉａｂｌｅ
非标准化系数
Ｕｎｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ
Ｂ 标准误
ＳＥ
标准回归系数
Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ
ｔ Ｐ 共线性统计量
Ｃｏｌｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ
容差
Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ
方差膨胀因子
ＶＩＦ
常量 Ｃｏｎｓｔａｎｔ ０．２３６ ０．０９６ ２．４６８ ０．０２７
年累计降水变化趋势 ＳｌｏｐｅＰ －０．０１２ ０．００８ －０．３０７ －１．４９０ ０．１５８ ０．９７４ １．０２７
年均温的变化趋势 ＳｌｏｐｅＴ ２．４６５ １．４０３ ０．３６５ １．７５８ ０．１０１ ０．９５８ １．０４３
人口密度变化率 ＲＰＤ －０．００２ ０．００１ －０．４５５ －２．２２１ ０．０４３ ０．９８３ １．０１７
２􀆰 ３　 人口密度变化与年最大 ＮＤＶＩ变化的关系
２􀆰 ３􀆰 １全市尺度 　 ２０００—２０１０ 年，北京市常住人口
增加 ４３．９％，年最大 ＮＤＶＩ 值变化斜率为 ０．００１８，年
均温和年累计降水的变化斜率分别为－ ０． ０３５７ 和
－５．８０８７．可见，年最大 ＮＤＶＩ的增长趋势与年均温和
年累计降水量的减少趋势相反，与常住人口数据的
增加趋势相同．
２􀆰 ３􀆰 ２区县尺度　 为进一步在区县尺度上深入揭示
人口时空变化对生态系统质量的影响，以北京市 １８
个区 ２０００—２０１０ 年最大 ＮＤＶＩ 变化趋势为因变量，
以人口密度变化率、年均温变化趋势和年累计降水
图 ４　 ２０００—２０１０年各区县人口密度变化率（ＲＰＤ）和最大
ＮＤＶＩ值变化趋势（ＳｌｏｐｅＮＤＶＩ）的空间分布及两者的关系
Ｆｉｇ．４　 Ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ＲＰＤ ａｎｄ ＳｌｏｐｅＮＤＶＩ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｏｎ⁃
ｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍ ａｔ ｃｏｕｎｔｙ ｌｅｖｅｌ ｆｒｏｍ ２０００ ｔｏ ２０１０．
１） 西城 Ｘｉｃｈｅｎｇ； ２） 崇文 Ｃｈｏｎｇｗｅｎ； ３） 平谷 Ｐｉｎｇｇｕ； ４） 东城
Ｄｏｎｇｃｈｅｎｇ； ５） 宣武 Ｘｕａｎｗｕ；６） 门头沟 Ｍｅｎｔｏｕｇｏｕ； ７） 密云 Ｍｉｙｕｎ；
８） 延庆 Ｙａｎｑｉｎｇ； ９） 房山 Ｆａｎｇｓｈａｎ； １０） 石景山 Ｓｈｉｊｉｎｇｓｈａｎ； １１） 怀
柔 Ｈｕａｉｒｏｕ； １２） 顺义 Ｓｈｕｎｙｉ； １３） 海淀 Ｈａｉｄｉａｎ； １４） 丰台 Ｆｅｎｇｔａｉ；
１５） 朝阳 Ｃｈａｏｙａｎｇ； １６） 通州 Ｔｏｎｇｚｈｏｕ； １７） 大兴 Ｄａｘｉｎｇ； １８） 昌平
Ｃｈａｎｇｐｉｎｇ．
量变化趋势为自变量，采用多重线性回归模型解析
各因素对植被覆盖状况变化的影响．结果显示（表
１），模型调整 Ｒ２是 ０．２９７（Ｐ＝ ０．０４８＜０．０５）．从变量标
准偏回归系数上看，只有人口密度变化率与年最大
ＮＤＶＩ变化趋势呈显著负相关（Ｐ ＝ ０．０４３）．可见，研
究期间北京市的人口时空变化是影响区县植被覆盖
状况变化的主要因素．
从 １８个区县的人口密度变化率和年最大 ＮＤＶＩ
变化趋势的空间分布可以看出（图 ４），首都核心功
能区的 ４个区县（东城、西城、崇文和宣武）与其他
区县有明显差异．而且，除了这 ４ 个区县，年最大
ＮＤＶＩ变化趋势与人口密度变化率的关系呈现明显
的倒 Ｕ型曲线（ ｒ２ ＝ ０．３４），即年最大 ＮＤＶＩ的增长斜
率首先随着人口密度变化率的增大而增大，随后逐
渐减小（城市发展新区的 ４个区县）．
２􀆰 ３􀆰 ３乡镇尺度 　 基于上文在乡镇 ／街道尺度的分
析结果，按照 ５ 环内、５ ～ ６ 环之间、６ 环外将全市乡
镇分成 ３个圈层（图 ５），其中，５ 环内和 ６ 环外的趋
势性比较明显，５～ ６ 环之间相对分散．利用 ＳＰＳＳ １９
软件，采用偏相关分析法逐圈层分析人口密度变化
表 ２　 ２０００—２０１０ 年北京市不同圈层的乡镇年最大 ＮＤＶＩ
变化趋势与各驱动力的偏相关分析
Ｔａｂｌｅ ２ 　 Ｐａｒｔｉａｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ＳｌｏｐｅＮＤＶＩ
ｔｒｅｎｄ ａｎｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｉｒｃｌｅｓ ｆｒｏｍ ２０００－２０１０
圈层
Ｃｉｒｃｌｅ ｌａｙｅｒｓ
人口密度
变化率
ＲＰＤ
年累计
降水变化
趋势 ＳｌｏｐｅＰ
年均温
变化趋势
ＳｌｏｐｅＴ
Ⅰ 偏相关系数
Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
－０．４１０ －０．３６９ ０．２５１
显著性（双侧检验）
Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ （２⁃ｔａｉｌｅｄ）
０．０００ ０．００１ ０．０２７
Ⅱ 偏相关系数
Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ
－０．１６４ －０．０７７ －０．３３９
显著性（双侧检验）
Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ （２⁃ｔａｉｌｅｄ）
０．２７２ ０．６０７ ０．０２０
Ⅲ 偏相关系数
Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ
－０．２８５ －０．０７８ ０．０９０
显著性（双侧检验）
Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ （２⁃ｔａｉｌｅｄ）
０．００１ ０．３４５ ０．２９９
Ⅰ： ５环内 Ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ５ｔｈ Ｒｉｎｇ； Ⅱ： ５～６环之间 Ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ５ｔｈ Ｒｉｎｇ
ａｎｄ ｔｈｅ ６ｔｈ Ｒｉｎｇ； Ⅲ： ６环外 Ｏｕｔｓｉｄｅ ｔｈｅ ６ｔｈ Ｒｉｎｇ．
１４１２７期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 王　 坤等： 城市化过程中北京市人口时空演变对生态系统质量的影响　 　 　 　 　
图 ５　 ２０００—２０１０年北京市不同圈层的乡镇人口密度变化
率（ＲＰＤ）和乡镇年最大 ＮＤＶＩ 变化趋势（ＳｌｏｐｅＮＤＶＩ）及两者
间的关系
Ｆｉｇ．５　 Ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ＲＰＤ ａｎｄ ＳｌｏｐｅＮＤＶＩ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｏｎ⁃
ｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｉｒｃｌｅｓ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ ａｔ ｔｏｗｎ ｌｅｖｅｌ
ｆｒｏｍ ２０００ ｔｏ ２０１０．
Ⅰ： ５环内 Ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ５ｔｈ Ｒｉｎｇ； Ⅱ： ５～６环之间 Ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ５ｔｈ Ｒｉｎｇ
ａｎｄ ｔｈｅ ６ｔｈ Ｒｉｎｇ； Ⅲ： ６环外 Ｏｕｔｓｉｄｅ ｔｈｅ ６ｔｈ Ｒｉｎｇ．
对植被覆盖状况的影响．结果显示（表 ２），在 ５ 环内
和 ６ 环外，人口密度变化率对年最大 ＮＤＶＩ 增长趋
势有显著的负影响，而且人口密度变化率的偏相关
系数远高于年均温和年累计降水，成为影响植被覆
覆盖变化的最主要因素；在 ５ ～ ６ 环之间，人口密度
变化率对年最大 ＮＤＶＩ 增长趋势也有负影响，但不
显著（Ｐ＝ ０．２７２＞０．０５），其中，年均温的标准偏相关
系数最高．
３　 讨　 　 论
３􀆰 １　 北京市人口时空变化特征及驱动因素
本研究基于第五、六次人口普查数据，从市域、
区县和乡镇 ３个尺度分析了北京市人口的时空变化
特征．结果显示：２０００—２０１０ 年，北京市总人口增长
４３．９％，不同功能区的区 ／县人口密度增长特征差异
较大，在乡镇 ／街道尺度上呈现从中心到远郊的圈层
式空间分布特征，即市中心几乎停滞、近郊快速增加
和大部分远郊区减少，表明北京市总人口在大幅增
加的同时，空间布局上也呈现出向城市近郊和新城
转移聚集的趋势．
北京市人口密度变化差异与功能区发展定位的
宏观引导和居民居住观念变化等因素有关：１）城市
中心的人口密度增长停滞甚至减少，受到产业结构
调整、旧城改造和人们居住观念改变等因素影
响［２５］，与该区人口疏解等功能导向一致；２）城市近
郊的人口密度增长快速，特别是昌平区的上地街道、
东小口、北七家和回龙观增长了 ４倍以上，这主要受
到产业基地扩张、郊区房价较低和快速交通外延等
因素影响，如 ２００５年上地信息产业基地成为“国家
计算机与网络产品产业园”，２００７ 年又入驻 １８００ 余
家企业［２６］，与该区的高端资源集聚和新城建设等功
能引导相符；３）大部分远郊区域的人口密度呈现降
低趋势，主要受到城市化和退耕还林等政策对农民
进城务工的双重作用，与生态涵养等功能吻合．
３􀆰 ２　 人口时空变化对生态系统质量的影响
北京的城市化快速发展，加之位于暖温带半湿
润季风大陆性气候区，因此人类活动和气候因素是
影响植被覆盖变化的主要因素．２０００—２０１０年，北京
市年最大 ＮＤＶＩ 和人口密度都在提高，而年累计降
水和年均温都在减少（分别每年减少 ５． ８１ ｍｍ 和
０．０４ ℃），与已有研究类似［２７－２８］ ．这就排除了由于降
水增多等气候因素变化导致植被覆盖提高的可能
性，也说明城市化带来的人口增加没有导致北京市
植被覆盖下降，这与“人口或 ＧＤＰ 增加不一定意味
着 ＮＰＰ 会持续降低［２９］”的结论相符．
在区县尺度上，年最大 ＮＤＶＩ 变化趋势与人口
密度变化率呈显著负相关关系，说明区县人口密度
增加对生态系统质量的增长速度有负面影响．然而，
不同功能区的功能定位和发展机制导致各区县的植
被覆盖变化存在差异，如首都核心区 ４ 个区县的年
最大 ＮＤＶＩ增加斜率明显高于其他功能区的区县，
更细致的规律需从乡镇尺度进一步剖析．
在乡镇尺度上，５环内的 ＮＤＶＩ增长趋势与人口
密度减少呈显著负相关关系，说明近年来的旧城改
造和人口外迁等措施在减少人类活动干扰和恢复植
被覆盖状况上具有一定积极作用．此外，这些乡镇 ／
街道多位于城市化相对成熟的旧城区，土地利用格
局相对稳定，大面积的植被增加主要得益于“见缝
插针”等绿化工程的贡献．在 ５ 环和 ６ 环之间，乡镇
年最大 ＮＤＶＩ变化斜率的波动幅度较大，一方面因
为这些乡镇紧邻昌平、大兴和通州等新城，新城建
设、产业外迁、人口聚集和工厂扩张破坏了当地的自
然生态系统；另一方面，园博园和四大郊野公园等大
量绿地建设提高了部分区域的植被质量．因此，在人
口普遍增加的情况下，该区域出现了植被增加和减
２４１２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
少两种局面共存．在 ６ 环外，年最大 ＮＤＶＩ 的增加趋
势与人口密度减少呈显著负相关，说明城市化和退
耕还林等政策通过转移大量农民进城务工，减小了
远郊的人口数量和人类活动强度，有利于缓解人口
对自然环境的胁迫压力，提高了当地的生态系统
质量．
３􀆰 ３　 不足与展望
目前的研究大都强调城市化对自然系统和城市
内部生态环境有负面影响，但是本研究显示，城市化
带来的人口数量增加不仅没有导致北京整体生态系
统质量下降，而且通过城市功能调整和农民进城务
工实现人口转移等方式，提升了市区、远郊区及城市
整体的生态系统质量．实际上，城市化对生态环境的
影响包括社会、经济、人口等多个途径．由于获取乡
镇的社会经济数据存在一定困难，本研究仅对人口
时空格局变化产生的生态影响进行了分析．今后的
研究应当补充相关社会经济数据、逐步完善城市化
的表征指标．
城市化不但影响城市本身的生态质量，而且通
过经济和人口等途径影响其周边甚至更远区域，近
年来已有很多学者开始关注城市与区域的生态关联
和生态耦合［１３，３０］ ．２０１５ 年，北京 ２１７０．５ 万常住人口
中，近 ４０％来自外地，从“遥相关”的概念看［３１］，北
京吸收转移了大量本属于外地的人口压力，有利于
当地的生态质量恢复．还有研究指出，２０００—２０１０ 年
中国近 １ ／ ３ 乡镇街道的人口密度在减少，约 １ ／ ５ 在
增加［２］ ．城市化过程中农村人口向城市聚集是否提
高了中国农村地区及整个国家的生态质量，还需要
从更大的空间尺度进一步开展研究．
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Ａｍｅｒｉｃａ， ２０１２， １０９： ７６８７－７６９２
作者简介　 王　 坤，男，１９８６ 年生，博士研究生．主要从事城
市生态学和景观生态学研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｐｉｎｇｇｕｏ８８ｗａｎｇｋｕｎ＠
１６３．ｃｏｍ
责任编辑　 杨　 弘
王坤， 周伟奇， 李伟峰． 城市化过程中北京市人口时空演变对生态系统质量的影响． 应用生态学报， ２０１６， ２７（７）： ２１３７－２１４４
Ｗａｎｇ Ｋ， Ｚｈｏｕ Ｗ⁃Ｑ， Ｌｉ Ｗ⁃Ｆ． Ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｓｐａｔｉｏ⁃ｔｅｍｐｏｒａｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｎ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｕｒｉｎｇ ｆａｓｔ ｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ，
Ｃｈｉｎａ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， ２０１６， ２７（７）： ２１３７－２１４４ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
４４１２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷