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Ecological suitability assessment and optimization of urban land expansion space in Guiyang City.

贵阳市城市土地扩展空间的生态适宜性与优化


以贵阳市为例,利用ArcGIS 9.3成本分析得出城镇空间扩展的阻力值,建立“建设用地为源+生态刚性约束+生态功能型阻力要素”的最小累积阻力模型(MCR)应用模式,动态模拟贵阳2010年城市空间扩展的生态阻力,并将其进行生态适宜性分区,分析了2014年新增加城市建设用地与生态适宜性的冲突,根据城市扩展土地空间配置与冲突格局,找出城市空间扩展现状不合理之处.结果表明: 2010—2014年间,生态适宜性分区与研究区城市扩展方向基本吻合,但新增城市建设用地生态冲突比较严重.在新增的城市建设用地中,生态冲突区面积占58.2%,其中,生态调控区占35.4%、限制开发区占13.9%、禁止开发区占8.9%.生态用地冲突加剧会引起生态服务功能及生态安全下降,提出以保留生态用地为目的的城市空间拓展优化路径,为贵阳土地空间格局优化、保障生态安全提供指导.

Based on the case study of Guiyang City, the minimum cumulative resistance model integrating construction land source, ecological rigid constraints and ecological function type resistance factor, was built by use of costdistance analysis of urban spatial expansion resistance value through ArcGIS 9.3 software in this paper. Then, the ecological resistance of city spatial expansion of Guiyang from 2010 was simulated dynamically and the ecological suitability classification of city spatial expansion was assessed. According to the conflict between the newly increased city construction land in 2014 and its ecological suitability, the unreasonable city land spatial allocation was discussed also. The results showed that the ecological suitability zonation and the city expansion in the study area were basically consistent during 2010-2014, but the conflict between the new city construction and its land ecological suitability was more serious. The ecological conflict area accounted for 58.2% of the new city construction sites, 35.4% of which happened in the ecological control area, 13.9% in the limited development area and 8.9% in the prohibition development area. The intensification of ecological land use conflict would impair the ecological service function and ecological safety, so this paper put forward the city spatial expansion optimal path to preserve the ecological land and improve the construction land space pattern of Guiyang City so as to ensure its ecological safety.
 


全 文 :贵阳市城市土地扩展空间的生态适宜性与优化∗
邱从毫1  李阳兵1∗∗  冯元嵩2
( 1贵州师范大学地理与环境科学学院, 贵阳 550001; 2西南大学资源环境学院, 重庆 400715)
摘  要  以贵阳市为例,利用 ArcGIS 9.3成本分析得出城镇空间扩展的阻力值,建立“建设用
地为源+生态刚性约束+生态功能型阻力要素”的最小累积阻力模型(MCR)应用模式,动态模
拟贵阳 2010年城市空间扩展的生态阻力,并将其进行生态适宜性分区,分析了 2014 年新增
加城市建设用地与生态适宜性的冲突,根据城市扩展土地空间配置与冲突格局,找出城市空
间扩展现状不合理之处.结果表明: 2010—2014 年间,生态适宜性分区与研究区城市扩展方
向基本吻合,但新增城市建设用地生态冲突比较严重.在新增的城市建设用地中,生态冲突区
面积占 58.2%,其中,生态调控区占 35.4%、限制开发区占 13.9%、禁止开发区占 8.9%.生态用
地冲突加剧会引起生态服务功能及生态安全下降,提出以保留生态用地为目的的城市空间拓
展优化路径,为贵阳土地空间格局优化、保障生态安全提供指导.
关键词  贵阳市; 城市扩展; 空间模拟; 优化路径
文章编号  1001-9332(2015)09-2777-08  中图分类号  K909; TU984  文献标识码  A
Ecological suitability assessment and optimization of urban land expansion space in Guiyang
City. QIU Cong⁃hao1, LI Yang⁃bing1, FENG Yuan⁃song2 ( 1School of Geography and Environmen⁃
tal Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China; 2College of Resource and Envi⁃
ronment, Southwest University, Chongqing 400715, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(9):
2777-2784.
Abstract: Based on the case study of Guiyang City, the minimum cumulative resistance model in⁃
tegrating construction land source, ecological rigid constraints and ecological function type resis⁃
tance factor, was built by use of cost⁃distance analysis of urban spatial expansion resistance value
through ArcGIS 9.3 software in this paper. Then, the ecological resistance of city spatial expansion
of Guiyang from 2010 was simulated dynamically and the ecological suitability classification of city
spatial expansion was assessed. According to the conflict between the newly increased city construc⁃
tion land in 2014 and its ecological suitability, the unreasonable city land spatial allocation was dis⁃
cussed also. The results showed that the ecological suitability zonation and the city expansion in the
study area were basically consistent during 2010-2014, but the conflict between the new city con⁃
struction and its land ecological suitability was more serious. The ecological conflict area accounted
for 58.2% of the new city construction sites, 35.4% of which happened in the ecological control
area, 13.9% in the limited development area and 8.9% in the prohibition development area. The in⁃
tensification of ecological land use conflict would impair the ecological service function and ecologi⁃
cal safety, so this paper put forward the city spatial expansion optimal path to preserve the ecologi⁃
cal land and improve the construction land space pattern of Guiyang City so as to ensure its ecologi⁃
cal safety.
Key words: Guiyang City; urban expansion; space simulation; optimal path.
∗国家自然科学基金项目(41261045)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: li⁃yapin@ sohu.com
2014⁃10⁃15收稿,2015⁃05⁃08接受.
    我国城市化在 1990—2010 年间呈指数增长了
2倍多[1] .在土地极其有限、保护与发展压力同样巨
大的形势下,科学判别和保护城市扩张的生态底线
具有重要战略意义[2] .分析建设用地时空演化格局
已成为学者研究城市化过程的重要视角[3],如对城
乡融合的景观格局演化研究[4]等.在城市空间扩展
过程中,建立景观生态安全格局是实现区域生态安
全的重要保证与景观空间格局优化的途径[5] .为尽
应 用 生 态 学 报  2015年 9月  第 26卷  第 9期                                                         
Chinese Journal of Applied Ecology, Sep. 2015, 26(9): 2777-2784
可能避免老城区发展过程出现的一系列生态环境问
题,在新区规划和建设前,应该优先识别和保护对维
护区域生态安全具有至关重要作用的生态用地,并
在此基础上构建生态安全格局,以建成自然运行过
程良好的生态新区[6] .如利用城市综合开发适宜性
指数,探讨城市发展的适宜性和驱动力的空间分
布[7];从“生态⁃经济”比较优势视角提出了建设用
地空间优化配置方法[8],将无锡市划分为资源型关
键地段、保护区、干扰地段、干扰区、交汇区和一般地
段 6类地段[9] .
利用 CLUE⁃S很难模拟由于政策导向出现的开
发区和工业园区等“蛙跳式”土地利用格局,从而影
响模拟精度[10] .最小累积阻力模型(MCR 模型)最
早由 Knaapen等[11]于 1992 年提出,目前该模型已
经被广泛应用到各个方面,如叶玉瑶等[12]基于该模
型的改进模型(UEER)模拟了广州市城市扩展;刘
孝富等[13]利用该模型对厦门市进行了适宜性分区;
俞孔坚等[14]应用该模型模拟了北京市未来住宅建
设用地开发压力和城市扩张的空间格局;张序强
等[15]利用 MCR模型构建了旅游地阻力面,阐述了
其在地方旅游开发建设实践中的现实作用;金妍
等[16]基于该模型研究了江南水乡河网分区保护,并
提出了水系分区保护方案;苏泳娴等[17]基于该模型
研究了佛山市高明区生态安全格局,提出了建设用
地扩展预案;Sun等[18]利用该模型对民勤县荒漠化
进行评价;钟式玉等[19]以城镇中心建设用地为扩展
源,生态用地的生态系统服务价值贡献率为扩展阻
力系数,对 MCR模型进行了修正.之后,有研究者在
构建阻力模型的基础上,结合冲突与最优路径提出
城镇空间扩展方向及路径和城市生态用地优化方
案[19-20],但并未对二者的相关性做深入阐述.总体
上看,当前研究很少有将生态冲突与最优路径结合
分析而提出有效的城市扩展方案.
岩溶山地山多平地少,生态脆弱,城镇发展受到
诸多制约.贵阳是西南岩溶城镇的典型代表,其城市
扩展的过程及其机制有别于其他城市,目前主要从
土地利用和驱动力[21-22]、生态健康[23]方面开展研
究.然而,仍缺乏从生态安全角度来模拟优化贵阳市
城市土地的扩展空间.基于此,本文采用 MCR 模型
模拟贵阳市城市扩展的生态阻力,评价城市扩展生
态适宜性分区,分析 2014年贵阳城市扩张与生态适
宜性的冲突特征,提出贵阳市城市空间拓展优化路
径,旨在为研究区城市扩展提供科学参考依据,为喀
斯特地区城市空间扩展研究提供案例研究.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
研究区位于云贵高原东部的黔中山原丘陵中
部,是长江流域与珠江流域的分水岭地带.最高海拔
为 1762 m,最低海拔为 506 m,海拔高差达 1256 m.
该区属亚热带湿润温和型气候,兼有高原性和季风
性气候特点,气候宜人.岩性分布有非碳酸盐岩、连
续性灰岩以及白云岩、灰岩碎屑岩互层、灰岩夹碎屑
岩、白云岩碎屑岩互层、白云岩夹碎屑岩等,发育了
以峰丛洼地、峰林洼地、岩溶盆地与槽谷为主的喀斯
特地貌区及少部分非喀斯特地貌区,地貌复杂多样,
中间盆地四面群山环抱,南北高,地势起伏大,以喀
斯特山地、丘陵为主(图 1).贵阳市是全省的政治、
经济、文化中心.研究区主要包括中心城区的云岩区
和南明区,以及其周边的花溪区、乌当区、白云区、观
山湖区 4区,总面积 1329.22 km2 .白云、乌当、花溪、
观山湖 4区大部分以丘陵地貌为主,云岩、南明两区
主要位于岩溶盆地、槽谷.
1􀆰 2  数据来源及处理
文中所需数据主要来源于 1 ∶ 20万贵州省地质
图及地貌图、贵州省 1 ∶ 5 万地形图、2010 和 2014
年 15 m分辨率 TM遥感影像图.
利用 1 ∶ 5万地形等高线,采用 TIN 模型的非线
性(non⁃linear)五次多项式插值计算,生成没有棱角
的 TIN模型,再经过一个连续的栅格化过程,生成高
质量的数字高程模型(digital evaluation model,DEM)
文件,并从中提取坡度、相对高差等地形因子 .将
图 1  研究区三维地形及行政区划
Fig.1  3D terrain and administrative divisions of the study area.
8772 应  用  生  态  学  报                                      26卷
图 2  2010(a)和 2014年(b)研究区土地利用图
Fig.2  Land use map of the study area in 2010 (a) and 2014
(b).
1) 园地 Gardenland; 2 ) 建设用地 Construction land; 3 ) 旱地
Dryland; 4) 林地 Forest land; 5) 水体Water; 6) 水田 Paddy field; 7)
草地 Grassland.
2010和 2014年 15 m分辨率的 TM遥感影像图进行
监督分类,然后在 ArcGIS 9.3平台上进行图斑修改,
得出矢量化后的土地利用类型图(图 2).
1􀆰 3  最小累积阻力模型的建立
1􀆰 3􀆰 1最小累积阻力模型  最小累积阻力模型指物
种在从源到目的地运动过程中所耗费代价的模型,
公式如下:
MCR = fmin ∑
i = m
j = n
Dij × R i( )
式中:MCR为最小累积阻力值;Dij为物种从源 j到景
观单元 i的空间距离;R i为景观单元 i对某物种运动
的阻力系数;∑为单元 i与源 j之间穿越所有单元的
距离和阻力的累积;min 为被评价的斑块对不同的
源取累积阻力最小值;f 为最小累积阻力与生态过
程的正相关关系,该模型可通过 ArcGIS 9. 3 中的
cost⁃distance模块实现[13] .
1􀆰 3􀆰 2源的确定   在城市扩展空间研究中,也有以
城市用地为“源”的,如钟式玉等[19]以广州市新塘镇
为扩展源,刘孝富等[13]建立了“生态用地+城市用
地”为扩展源的模型,叶玉瑶等[12]拓展了城市用地
源,将其按照扩展能力的不同进行了等级划分.本文
以 2010年研究区城市建成区为源,扩展源除集中分
布且面积较大的中心城区斑块外,还包括零散分布
且面积较小的乡镇和农村居民点斑块,因此,在模拟
城市扩展阻力时会出现诸多的点状团块.一般而言,
越近于城市扩展源地区,城市扩展能力越强.
1􀆰 3􀆰 3阻力面的确定   将基面阻力分为两类:一类
是生态障碍,一类是生态阻力.生态障碍可以包括自
然保护区、森林公园、风景名胜区以及基本农田等各
级各类禁止开发区域,也可以根据政策调控的需要
进行调整,一旦确定则构成城市扩展的刚性约束,阻
力系数无穷大,实际赋值过程中可将其设为足够
大[12],刚性约束可以改变城市扩张的速度和方式.
在参考已有研究[12-13,16]的基础上,结合研究区实
际,从地形坡度、土地覆盖、生态敏感性 3 方面建立
生态阻力评价体系(表 1).一般来说,相对高差越
大,阻力越大;坡度越大,阻力越大;地貌上,坝子、盆
地阻力小,丘陵、高山阻力大.采用专家打分法确定
权重,喀斯特地貌区普遍发育地下溶洞,且以连续性
灰岩最为发育,易产生崩塌等地质灾害,土层薄、生
态脆弱等是喀斯特地区的特性,所以在确定权重时
将土地覆盖、生态敏感性权重值设定较高,而一些影
响城市扩展的常态地形地貌因素权重值则较低.
表 1  生态阻力因子赋值体系
Table 1  Ecological resistance factor assignment system
一级分类
First
classification
二级分类
Secondary
classification
等级
Class
赋值
Assignment
权重
Weight
地形地貌
Topography
相对高差
Relative eleva⁃
tion difference
0~40
40~60
60~80
80~100
>100





0.15
坡度
Slope
0~5
5~10
10~15
15~20
>20





0.15
地貌
Landform
中盆地
浅中丘
低中山
中山
深中丘





0.1
土地覆盖
Land cover
土地利用类型
Land use type
城镇居民点、裸地
工矿用地
灌木林、园地
疏林地、耕地
有林地、湖泊 /河流 /
水库、荒草地





0.3
生态敏感性
Ecological
sensitivity
地质灾害
(岩性)
Geologic hazard
(lithology)
非碳酸盐岩
灰岩碎屑岩互层、
灰岩夹碎屑岩
白云岩夹碎屑岩、
白云岩碎屑岩互层
连续性白云岩
连续性灰岩





0.3
中盆地 Middle basin; 浅中丘 Lower and middle⁃hill; 深中丘 Deeper
and middle⁃hill; 低中山 Lower and middle⁃mountain; 中山 Middle
mountain;城镇居民点 Urban settlement;裸地 Bare land;工矿用地 In⁃
dustrial land; 灌木林 Shrub land、园地 Orchard; 疏林地 Open forest⁃
land、耕地 Farmland;有林地 Forestland; 湖泊 Lake /河流 River /水库
Reservoir; 荒草地 Grassland; 非碳酸盐岩 Non⁃carbonate rock; 灰岩碎
屑岩互层 Limestone / clastic rock alternations; 灰岩夹碎屑岩 Limestone
interbedded with clastic rock; 白云岩夹碎屑岩 Dolomite interbedded
with clastic rock;白云岩碎屑岩互层 Dolomite / clastic rock alternations;
连续性白云岩 Homogenous dolomite; 连续性灰岩 Homogenous lime⁃
stone.
97729期                        邱从毫等: 贵阳市城市土地扩展空间的生态适宜性与优化         
2  结果与分析
2􀆰 1  源与生态障碍的空间分布
2010年,研究区城市用地主要位于盆地内,盆
地适宜城市扩展的土地较充裕,扩展基本以圈层式
为主;随着社会经济、交通的快速发展以及受地形地
貌的制约,这种扩展模式转变为跳跃式城市空间扩
展;至今,城市扩展逐步向组团式发展.城市源主要
分布在老城区、观山湖新区、白云区艳山红镇、乌当
区的新添寨和东风镇、花溪区、小河以及龙洞堡一带
(图 3).
生态障碍选取水域及斑块面积大于 50 hm2的
林地,将其视作与风景名胜区、自然保护区、森林公
园等同的存在,作为研究区建设生态文明城市的刚
性约束,以充分保证生态用地的安全,为城市可持续
发展提供保障.根据《贵阳市城市规划(2009—2020
年)》 [24],研究区生态障碍可以概括为“一河、二环、
三带、七点”的生态网络结构,一河为南明河,二环
为城市一环和二环林带,三带为百花山脉、黔灵山
脉、南岳山脉,七点为十里河滩城市湿地公园、黔灵
山公园、长坡岭国家森林公园、贵阳市森林公园、鹿
冲关森林公园、阿哈水库及百花湖.
2􀆰 2  最小累积阻力表面
阻力表面分值的大小代表城市景观扩展取代其
他景观的难易程度.由图 4 可以看出,研究区相对高
差和坡度的阻力分布较为一致,高阻力值在贵阳盆
地两侧呈环状将其包围,沿都拉至久安方向则为一
条隔离带将观山湖新区和老城区分隔,云关向东风
镇东南方延伸一带以及麦架镇至朱昌沿线,花溪西
南方以及孟关东南部都具有高阻力值;其余区域基
图 3  研究区城市源(a)与生态刚性约束(b)的空间分布
Fig.3  Spatial distribution of the city source (a) and ecological
rigid constraints (b) in the study area.
Eb: 生态障碍 Ecological barriers; S: 源 Source. 下同 The same below.
基本以中低阻力为主.关于岩性阻力,一般来说,在
碳酸盐岩地区连片的纯灰岩易发育大型的地下溶
洞,构成地质灾害可能性很大,其主要分布在贵阳盆
地南部、百花山脉、黔灵山脉东北方.土地覆盖的阻
力高值主要在贵阳盆地两侧呈南北条带分布趋势,
黔灵山公园、金竹北面、久安及都拉北面呈团块分
布,永乐及青岩西南方分布则较为破碎;低阻力主要
分布于老城区至孟关和花溪,呈狭长条带状,观山湖
区及白云区分布较为连片,新添寨及龙洞堡分布较
为破碎.地貌阻力高值主要出现在青岩古镇南部、麦
架镇北部、永乐镇东部以及贵阳盆地周围,地貌因素
影响城市扩展空间形态,老城区向外扩展不得不绕
过盆地四周的中丘、深洼地等.
2􀆰 3  生态阻力面构建与分区
以 2010年城市建成区为源,通过 ArcGIS 9.3 的
cost⁃distance模块实现生态阻力面的构建,利用 Arc⁃
GIS 9.3对单因子进行重分类且赋值,乘以各自权重
值,得到模拟阻力分值面(图 5).研究区高阻力面基
本分布在“三带”,即北部的百花山脉、中部的黔灵
山脉和南岳山脉,同时百花湖、阿哈水库、花溪水库
和松柏山水库也是生态高阻力面.阻力面值越大对
城市扩展约束越大.高阻力面的存在使得研究区城
市土地空间扩展不连续,到 2010 年为止,建成区被
分成四大块,即西北的白云⁃观山湖区、中心老城区⁃
花溪、东北的乌当以及东部的龙洞堡片区.
生态空间处于城镇和农业双重挤压下,一些高
生态服务价值的区域被大量开发,生态空间质量下
图 4  生态阻力因子的空间分布
Fig.4  Space distribution of ecological resistance factors.
a)相对高差 Relative elevation difference; b) 坡度 Slope; c) 岩性 Li⁃
thology; d) 土地覆盖 Land cover; e) 地貌 Landform.
0872 应  用  生  态  学  报                                      26卷
图 5  研究区城市扩展的生态阻力面
Fig. 5   Ecological resistance surface of city expansion in the
study area.
降,在经济利益驱使下愈演愈烈[25],尤其是在生态
脆弱的喀斯特地区,生态遭受破坏后极难恢复,因
此,对喀斯特城市扩展空间进行生态适宜性分区是
非常必要的.根据研究区栅格数目与最小累积阻力
像元值确定生态适宜性分区突变点阈值[13,19],并根
据突变点阈值(图 6、表 2)将研究区划分为 5 个区:
优化开发区、重点开发区、生态调控区、限制开发区、
禁止开发区 (图 7).其中,优化开发区面积 266. 6
km2,占研究区总面积的 20%,是具有一定强度的城
市建设用地,为未来城市景观主要覆盖区域,也是高
密度住房或商业大楼重点建设的区域.这一区域主要
针对老城区拓宽与改造,充分利用区位优势,最大化
地发挥土地经济效益;重点开发区面积 167.4 km2,
占研究区总面积的12􀆰 6%,对城市扩张的阻力相对
图 6  生态累积阻力分布与突变点选择
Fig.6  Ecological cumulative resistance distribution and the mu⁃
tation point selection.
Ⅰ: 优化开发区 Optimizing development zone; Ⅱ: 重点开发区 Key
development zone; Ⅲ: 生态调控区 Ecological control zone; Ⅳ: 限制
开发区 Restricted zone; Ⅴ: 禁止开发区 Prohibition zone. 下同 The
same below.
表 2  研究区适宜性分区阈值
Table 2  Threshold range for ecological suitability zoning of
the study area
分区
Partition
像元值
Pixel value
栅格数
Grid
number
占研究区
总面积比例
Proportion to the
total study area
(%)
Ⅰ 0~398.34 8811 20.0
Ⅱ 398.34~1318.71 6126 12.6
Ⅲ 1318.71~2546.08 14214 25.5
Ⅳ 2546.08~4539.37 9710 20.6
Ⅴ 4539.37~18608.43 11389 21.3
Ⅰ: 优化开发区 Optimizing development zone; Ⅱ: 重点开发区 Key
development zone; Ⅲ: 生态调控区 Ecological control zone; Ⅳ: 限制
开发区 Restricted zone; Ⅴ: 禁止开发区 Prohibition zone. 下同 The
same below.
图 7  研究区城市扩展生态适宜性分区
Fig.7  Ecological suitability zoning map of city expansion in the
study area.
较小,也是城市大规模扩张可能性较大的区域;生态
调控区面积 339.3 km2,占研究区总面积的 25.5%,作
为城市扩张生态缓冲区,与限制开发区共同形成整个
生态缓冲区,为次一级的缓冲区;限制开发区面积
273.4 km2,占研究区总面积的 20.6%,为贵阳市区的
主要生态缓冲区,处于生态调控区与限制开发区之
间;禁止开发区面积 283.05 km2,占研究区总面积的
21.3%,分布在市区四周,形成一个环状带将贵阳市区
包围起来,主要由环城林带、各山脉及各水域构成.
优化与重点开发区作为缓解人地矛盾的重点区
域,在未来可以普遍和大规模地进行城市扩张;生态
调控区可以适当调控城市建设用地规模,进行生态
休闲或生态旅游的开发;限制与禁止开发区应禁止
城市扩张及人类活动干扰.
3  结果与分析
3􀆰 1  研究区 2014年城市扩展与生态适宜性分区对比
研究区城市扩展主要表现为建成区内部没有较
18729期                        邱从毫等: 贵阳市城市土地扩展空间的生态适宜性与优化         
大或较多的农用地、林地及其他生态功能区,不存在
土地利用类型的大规模冲突,因此其内部扩展为进
一步被填充;建成区外部扩展强度则加大,生态冲突
突出.存在冲突说明城市空间扩展的不合理,需要对
此进行改善.对比 2014年城市扩展与生态适宜分区
来看,城市扩展与生态主要冲突分布在中阻力区和
高阻力区(图 8、表 3),总体来看其分布较为零散.其
中,生态调控区冲突面积最大,为 18.4 km2,占冲突
总面积的 60.8%.调控区主要功能是在保证生态安
全及其服务价值的前提下,适当增加部分建设用地,
调控区冲突主要位于城郊结合部,这也比较符合其
主要功能,目前,从冲突的方向和强度来看,虽没有
对生态用地进行大规模侵占,但是一旦发生就不可
逆转;限制开发区冲突面积(7.24 km2)占冲突总面
积的 23.9%,主要位于花溪区党武乡、百花湖东侧、
白云城区与沙文镇交接区域、渔安片区,一般来说,
生态安全是实施城市可持续发展战略的基本保障,
此区域作为主要的生态缓冲区不能大面积地进行城
市扩展,否则会破坏生态主体功能,对其功能产生冲
击、分割,直至完全蚕食;禁止开发区生态冲突面积
图 8  研究区城市扩展与生态适宜性冲突特征
Fig.8  City expansion and ecological suitability conflict charac⁃
teristics in the study area.
表 3  研究区城市扩展与生态适宜性冲突比例
Table 3   City expansion and ecological suitability conflict
ratio in the study area
区域
Region
冲突面积
Conflict
area
(km2)
占冲突总
面积比例
Rate accounting
for the conflict
total area
(%)
占总增加
面积比例
Rate accounting
for the total
increase area
(%)
Ⅲ 18.40 60.8 35.4
Ⅳ 7.24 23.9 13.9
Ⅴ 4.64 15.3 8.9
(4.64 km2)最小,占冲突总面积的 15.3%,此区域是
绝对的生态屏障,对生物多样性、生态系统结构稳定
性、生态服务价值等具有重要意义.南边冲突区主要
在花溪区党武乡思雅河一带,为花溪水库上游,是贵
阳市的主要饮用水源之一,作为上游水源涵养区域
其具有重要的生态功能,生态敏感性最强.近距离、
大面积的建设以及排污处理不当会对下游水源造成
严重危害,威胁人们日常饮水安全;北边冲突区主要
位于百花山脉旁,平缓区域基本被城市所占,城市向
缓坡丘陵扩展,不可避免地会对缓坡丘陵带植被进
行破坏,尤其是喀斯特地区植被一旦被破坏,恢复难
度极大.
3􀆰 2  研究区空间拓展优化路径判定
研究区城区由圈层式扩展发展到跳跃式扩展,
而今逐步向多等级中心格局、多组团演化,当前研究
区形成了单中心(老城区加上观山湖区新区)、多组
团(沙文高新区组团、新天组团、龙洞堡组团、花溪
组团)的城市扩展格局,参照《贵阳市城市总体规
划》(1996—2010 年[26]、2009—2020 年) [24],此扩展
模式将是研究区未来城市扩张发展方向.
以城市建成区为源(包括斑块面积较小的居民
点),最小累积成本阻力面为成本距离,由生态适宜
分区得到的限制开发区和禁止开发区为成本回溯,
由源出发、止于高阻力区,模拟出适合研究区城市扩
展的优化路径,路径主要向着低阻力值区域拓展.从
图 9可以看出,单中心以及各组团内部优化路径分
布特征为密度高、路径短,中心城区与各组团连接的
区域,优化路径特征为密度低、路径长.从老城区往
图 9  研究区建设用地空间拓展途径
Fig.9  Extending way of construction land space in the study area.
A: 中心城区 Center city; B: 贵安新区 Guian new area; C: 花溪组团
Huaxi group; D: 沙文组团 Shawen group; E: 新天组团 Xintian group;
F: 龙洞堡组团 Longdongbao group.
2872 应  用  生  态  学  报                                      26卷
东南方的最佳路径为过油小线至龙洞堡机场以及龙
洞堡东客站,这里也是未来重点打造的龙洞堡城市
组团;东北方的渔安片区、乌当区的新添寨、东风镇
可作为城市未来扩展的重点区域,这些区域将来可
能会成为新的居住核心;北边的白云区、沙文一带建
设有贵阳国家高新技术产业开发区,结合优化路径
可侧重向麦架方向拓展.优化路径的选择绕开了生
态用地及生态冲突区,既模拟了城市寻求空间扩展
途径,又保留了生态用地,其实质就是为了保护生态
用地,因此,优化路径反映了研究区城市主体扩展的
可能性及趋势.
4  结    论
本文基于 MCR模型,采用“模型+生态冲突+优
化路径”模式,对研究区城市扩张进行生态适宜性
模拟,结果表明:2010—2014 年,城市空间扩展方向
与中心城区实施的“北拓、南延、西连、东扩”战略基
本相符,并对其进行生态适宜分区,即优化开发区、
重点开发区、生态调控区、限制开发区、禁止开发区,
模拟结果较客观实际.
通过对 2014年城市用地扩展与生态适宜性的
比较,实现了生态适宜性的分区,有效地揭示了城市
土地利用的空间关系,生态冲突在整个新增建设用
地中占了主导地位,冲突区总面积占新增建设用地
总面积的 58.2%,同时也说明了城市扩展的诸多不
合理性,建设用地侵占和蚕食了生态服务价值较高
的区域,引起生态功能及安全下降.适宜性分区冲突
面积最大的是生态调控区,占比 60.8%;其次为限制
开发区,占 23.9%;最小为禁止开发区,占 15􀆰 3%.建
成区内部有小斑块、小面积、较破碎的冲突,城市大
规模的扩展在内部已经达到一定的饱和状态,谋求
向外扩展才可以大规模地进行城市建设,从而缓解
人地矛盾;向外扩展冲突主要特征为大斑块、大面
积、连片扩展.
优化路径的构建表明城市空间扩展所遇阻力皆
为最小阻力,其绕开了生态用地,经优化路径连接老
城区与新城,使城市得到合理扩展,构成了研究区单
中心(老城区加上观山湖区新区)、多组团(沙文高
新区组团、新天组团、龙洞堡组团、花溪组团)的城
市扩展生态适宜良性格局.
本文主要考虑城市土地空间扩展的规模和方
向,没有涉及城市土地扩展时序上的先后顺序,据贵
阳市历届城市总体规划方案,自 20 世纪 90 年代末
开始,贵阳就相继对金阳新区(现观山湖区)、小河
经济开发区(现属于花溪区)、沙文国家高新区、龙
洞堡新城等进行了规划与开发.同时,模型选取的扩
展源不仅是城市中心城区,还包括斑块面积较大的
乡镇或农村居民点,没有对其扩展强度进行分级处
理,而是采取统一的扩展强度分值,给研究带来了一
定影响.城市扩展受政府政策、经济基础的强弱,以
及交通可达性等多种因素共同制约,而本文仅局限
在自然因子,没有考虑社会、经济因子及政府政策导
向对生态风险的影响,给模拟带来了一定缺陷,今后
有待进一步加强.
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作者简介  邱从毫,男,1985 年生,硕士研究生.主要从事自
然资源开发与 3S技术研究. E⁃mail: yingyue15@ 163.com
责任编辑  杨  弘
4872 应  用  生  态  学  报                                      26卷