全 文 ：第 34 卷第 22 期
2014年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.22
Nov.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金 (40901300);全国生态环境十年(2000—2010 年) 变化遥感调查与评估项目(STSN鄄04鄄05);中国科学院科技政策
与管理研究所“一三五冶重大任务“中国绿色低碳发展路线图研究冶(Y201131Z05)
收稿日期:2013鄄02鄄21; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄14
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: zhanghuang1976@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201302210287
黄宝荣, 张慧智, 王学志.城市扩张对北京市城乡结合部自然和农业景观的影响———以昌平区三镇为例.生态学报,2014,34(22):6756鄄6766.
Huang B R, Zhang H Z, Wang X Z.The impact of the urban sprawl on natural and agricultural landscape at the urban鄄rural interface of Beijing: taking
three towns of Changping District for example.Acta Ecologica Sinica,2014,34(22):6756鄄6766.
城市扩张对北京市城乡结合部自然和农业景观的影响
———以昌平区三镇为例
黄宝荣1, 张慧智2,*, 王学志3
(1. 中国科学院科技政策与管理科学研究所可持续发展战略研究室, 北京摇 100190;
2. 北京市农林科学院农业综合发展研究所, 北京摇 100097; 3. 中国科学院计算机网络信息中心, 北京摇 100190)
摘要:城乡结合部自然和农业生态系统是确保城市生态安全的重要基础。 研究快速城市化背景下城乡结合部自然和农业景观
的时空演变规律和驱动因素,能够为相关规划的编制和保护政策的制定提供科学支撑。 以北京市三个典型的城乡结合部乡镇
为例,通过对 1999、2004 和 2010 年三期 SPOT 遥感影像的解译,获取三镇三个时期土地利用 /覆盖( Land Use / Land Cover,
LULC)数据。 在此基础上,借助 ArcGIS空间叠加功能和土地利用转移矩阵,分析 1999—2010年三镇 LULC的时空变化特征;并
通过空间自相性和景观连通性分析,研究近十年来三镇建设用地的空间聚集特征以及自然和农业景观空间连通性的变化,分析
城市扩张对三镇自然和农业景观格局和稳定性的影响。 最后,采用定量和定性相结合的方法,分析三镇自然和农业景观变化的
驱动力。 结果表明,1999—2010年三镇经历了剧烈的 LUCC过程,建设用地、林地和草地面积大幅增加,伴随的是农业用地和水
域面积的急剧减少。 各种土地利用类型之间都存在着相互转移,特别是农业用地向建设用地、林地和草地,以及林地向建设用
地转移明显。 新增建设用地大多通过侵占原有建设用地周边的农业用地和林地,而实现“成片蔓延式冶扩张;并造成了三镇自
然和农业景观连通性的急剧下降,危及到该区域生态系统结构的完整性和功能的持续性。 社会经济发展、土地利用规划、公共
政策等共同决定着三镇 LUCC的结构、规模和空间分布,是三镇自然和农业景观格局演变的主要驱动力。
关键词:城乡结合部;土地利用 /覆盖变化;自然和农业景观;景观连通性;驱动力
The impact of the urban sprawl on natural and agricultural landscape at the
urban鄄rural interface of Beijing: taking three towns of Changping District
for example
HUANG Baorong1, ZHANG Huizhi2,*, WANG Xuezhi3
1 Institute of Policy and Management, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
2 Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100097, China
3 Computer Network Information Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
Abstract: Natural and agricultural landscape at the urban鄄rural interface is the important foundation to ensure the urban
ecological security. Studying the spatio鄄temporal evolution of natural and agricultural landscape and its driving forces at the
urban鄄rural interface in the context of the rapid urbanization can provide scientific support for some protection policies
formulation and implementation. This paper investigates the spatial pattern of land use / land cover (LULC) in three typical
townships at the urban鄄rural interface of Beijng by interpreting the 1999, 2004 and 2010 SPOT images. One this basis, with
ArcGIS spatial overlay function and land use transition matrix, this paper tries to further investigate the spatio鄄temporal
evolution of LULC in the study area. At the same time, the spatial autocorrelation of build land and the landscape
connectivity of natural and agricultural land are measured to analysis the impact of urban sprawl on the pattern and stability
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of natural and agricultural ecosystems. Finally, using a combination of quantitative and qualitative methods, the driving
forces of the change of natural and agricultural landscape in the study area are analyzed. The results show that, from 1999 to
2010, the town experienced a dramatic process of LUCC; build land, woodland and grassland substantially increased,
accompanied by a sharp reduction of agricultural land and water area. There is dramatic mutual transfer between the various
land use types, especially from agricultural land to build land, woodland, grassland, and from woodland to build land. Most
of the new build land located in the neighbourhood of the existing build land, implying that the existing built鄄up areas have
a greater influence on urban expansion. The rapid expansion of build land caused the sharp decline of the landscape
connectivity of natural and agricultural land, and endangering the structural integrity and the functional stability of
ecosystem in the study area. Socio鄄economic development, land use planning and public policy which jointly determined the
LUCC structure, size and spatial distribution, were the main driving forces of pattern evolution of natural and agricultural
landscape in the three towns.
Key Words: urban鄄rural interface; land use / cover change; natural and agricultural landscape; landscape connectivity;
driving forces
摇 摇 城乡结合部被认为是目前全球范围内 LUCC 最
剧烈、人地系统矛盾最尖锐的地区[1]。 往往分布着
一定数量的包括林地、草地和湿地在内的自然生态
系统,以及类型多样的农业生态系统[2鄄3]。 这些自然
和农业生态系统,能够为城市提供必不可少的空气
净化、气候调节、水源涵养、洪水调蓄和休闲娱乐等
生态系统服务,是确保城市生态安全和可持续发展
的重要基础[4鄄8]。 但是相关保护政策的制定和实施
常常被城市和乡村管理决策者所忽视[4]。 稀有的自
然生境和重要的农业用地均处在由于城市持续扩
张,而转变为城市建设用地的压力之下[5]。 特别是
我国,近年来正经历着快速的城市化过程,伴随的是
史无前例的城市建设和扩张热潮。 城乡结合部作为
城市化的前沿阵地,LUCC 剧烈,自然和农业景观急
剧减少,并带来一系列生态和社会问题。 尽管已有
一些针对城乡结合部土地利用结构[9鄄10]、景观格
局[11鄄12]、建设用地扩张[13]以及 LUCC 的社会经济发
展驱动力[14鄄15]方面的研究;但是快速城市化背景下,
该区域自然和农业景观的时空演变特征,及其土地
利用规划和公共政策驱动力很少受到关注;难以为
我国城乡结合部自然和农业生态系统的保护,及相
关土地利用规划的编制和公共政策的制定提供系统
的科学支撑。 本研究以北京市城乡结合部昌平区东
小口、北七家、小汤山三镇为案例,研究快速城市化
背景下三镇的 LUCC、自然和农业景观的时空演变特
征,及其社会经济发展、土地利用规划和公共政策驱
动力。 希望通过局部地区的研究,见微知著,为我国
大城市城乡结合部地区生态系统管理与保护政策的
制定提供科学支撑。
1摇 研究地区和方法
图 1摇 研究区位图
Fig.1摇 Location of study area
1.1摇 研究地区
东小口、北七家和小汤山三镇位于北京市昌平
区东南角和北京市中轴线的北延伸线上,与北京市
中心城区相邻(图 1),是北京市的上风上水区域。
三镇地理位置相邻,但城市化程度、人口及经济发展
水平呈现较为明显的城乡梯度,是研究城市扩张对
7576摇 22期 摇 摇 摇 黄宝荣摇 等:城市扩张对北京市城乡结合部自然和农业景观的影响———以昌平区三镇为例 摇
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城乡结合部生态影响的合适区域。 东小口镇毗邻奥
运公园,占地面积 32.8 平方公里,2010 年辖 16 个行
政村和 40个社区居委会,常住人口为 35.94万,城市
化特征明显,但仍保有一定数量的农村社区。 北七
家镇占地面积 56.8km2,2010年辖 19 个行政村和 16
个居委会,常住人口 13 万人,城市社区和农村社区
混杂,呈现较为明显的城乡交错特征;小汤山镇占地
面积 70.1km2,2010年辖 24个行政村和 3个居委会,
常住人口 4.2万人,以自然和乡村景观为主,但近年
来城市景观不断增加,逐渐呈现出一定的城乡交错
的特征。
1.2摇 研究方法
1.2.1摇 土地利用分类
自 1986年 SPOT鄄1卫星发射以来,SPOT系列卫
星数据由于具有较高的空间分辨率和相对可以接受
的数据成本,成为城乡结合部 LULC 信息的提取中
应用得最为广泛的卫星数据[16鄄18]。 本研究中使用的
土地利用数据均采用 SPOT 遥感影像在 ERDAS
Imagine 9.2 中遥感分类解析得来。 3 个时期 SPOT
遥感影像拍摄时间分别为 1999年 4 月、2004 年 7 月
和 2010年 10月(表 1)。
表 1摇 SPOT遥感影像数据特征
Table 1摇 Data characteristics of SPOT remote sensing image
年份 Years 卫星 Satellite
空间分辨率 Spatial resolution / m
高光谱 Hyperspectral 多光谱 Multispectral 融合 Merging
1999年 4月 April 1999 SPOT鄄2 10 20 20
2004年 7月 July 2004 SPOT鄄5 5 10 10
2010年 10月 October 2010 SPOT鄄5 5 10 10
摇 摇 首先将各时期的多光谱和高光谱遥感影像在
ERDAS Imagine 9.2中进行融合,融合影像的空间分
辨率分别为 20、10m和 10m;然后将融合的影像进行
投影并转换为 UTM / WGS84 坐标系统,利用野外
GPS调查控制点对各时期的融合影像进行精确地形
校正;最后采用非监督分类和目视解译相结合的方
法将融合影像分为如下类型:城镇用地(包括居民
区、道路、硬地面和裸露的建设用地等)、农业用地
(包括农田和果园)、林地(包括人工林和绿化林)、
水域(包括河流、水库、公园水域和鱼塘等)和草地
(包括园艺绿化草地、高尔夫草地和河滩草地等)。
采用野外 GPS调查控制点对分类结果进行精度
检验,1999年、2004年和 2010 年的土地利用分类精
度分别为 87.32%、93.56%和 94.31%。 为了便于统
计,将 1999年的土地利用分类结果进行临近值重采
样到 10m分辨率。
根据 3期土地利用分类图,计算 1999—2010 年
三镇土地利用类型转移矩阵,结合 ArcGIS 空间叠加
分析,分析 1999—2010年三镇土地利用以及自然和
农业景观的动态变化情况。
1.2.2摇 建设用地的空间自相关分析
空间自相关分析(Spatial autocorrelation analysis)
是检验具有空间位置的某要素的观测值是否显著地
与其相邻空间点上的观测值相关联,包括全局空间
自相关和局部空间自相关[19鄄20]。 全局空间自相关是
对属性在整个区域空间特征的描述,判断某现象在
特定的区域内是否有聚集特征存在。 计算全局空间
自相关的指数很多,最常用的指标是 Moran忆s I 指
数。 具体公式参考相关文献[19鄄20]。 Moran忆s I值介于
-1—1 之间,大于 0 为正相关,值越大反映分析的变
量在空间上越聚集;小于 0 为负相关,值越小反映分
析的变量在空间上越分散;而当值等于 0 时,表示变
量在空间上随机分布。
本研究采用全局空间自相关性 Moran忆s I 指数
分析十年来研究区域建设用地的空间聚集程度的变
化,以及新增建设用地和已有建设用地的空间分布
关系。 首先,利用 ArcGIS10. 0,将研究区域划分为
500m伊500m正方形网格,并将正方形网格图与三期
建设用地分布图相叠加,统计每个网格的的建设用
地面积百分比。 然后,利用 ArcGIS 10.0 空间统计模
块,对三镇三期各网格单元的建设用地面积百分比
进行全局空间自相关性分析,得到研究区域三期建
设用地全局空间自相关 Moran忆s I 指数值。
1.2.3摇 自然和农业景观连通性分析
通过景观连通性分析评价建设用地扩张对三镇
自然和农业生态系统格局和稳定性的影响。 连通性
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是指景观对生态流的便利或阻碍程度[21]。 维持良
好的自然和农业景观连通性是保护生物多样性、维
持生态系统稳定性[22]和开放空间可达性的关键因
素之一。 由于自然和农业生态系统均在维护城市良
好的生态环境中发挥重要的作用,本研究将相邻的
自然景观斑块和农业景观斑块归并,作为同类景观,
采用整体连通性指数( integral index of connectivity,
IIC) 和可能连通性指数( probability of connectivity,
PC) 对自然鄄农业景观全局连通性进行评价[23鄄24]。
IIC的计算如式(1)所示:
IIC = (移 ni = 1移
n
j = 1
aia j
1 + nlij
) / A2L (1)
式中,n 为景观中自然鄄农业景观斑块总数;ai和 a j分
别为斑块 i 和斑块 j 的面积; nlij为斑块 i 与斑块 j 之
间的连接数;AL为背景景观的面积。 0臆IIC臆l,IIC
越大,反映自然鄄农业景观斑块间的景观连通性
越好。
PC的计算如式(2)所示:
PC = (移 ni = 1移
n
j = 1
p*ij aia j) / A2L (2)
式中, p*ij 为生态流在斑块 i 和斑块 j 间直接连通的
最大可能性。 0指数的计算借助 Conefor Inputs for ArcGIS10.0
和软件 Conefor Sensinode 2.6 完成。 在此过程中,需
要指定景观中生境斑块连通的距离阈值。 考虑到斑
块间生态流的可流通性和生态用地的可达性,本研
究在计算 IIC值时,将斑块连通与否的距离阈值设为
500m;在计算 PC时,设置在 500m距离阈值时,斑块
间的连通的可能性为 0.5。
1.2.4摇 自然和农业景观变化的驱动力分析
由于缺乏足够的社会经济统计数据,很难用定
量模型分析三镇自然和农业景观变化的驱动力。 根
据已有的一些零散的社会经济发展数据和丰富的各
类政策、规划资料,本研究尝试采用定性和定量相结
合的方法,从社会经济发展、土地利用规划和公共政
策三个方面分析三镇自然和农业景观变化驱动力。
2摇 结果与讨论
2.1摇 自然和农业景观格局的时空演变特征
1999—2010 年,昌平区三镇经历了剧烈的
LUCC过程。 城镇建设用地急剧增加,伴随的是农业
用地和水域明显减少(表 2,图 2);与众多研究中所
反映的城市扩张导致城乡结合部林业用地和草地的
大幅减少[25鄄28]不同,本研究中三镇的林业用地和草
地面积均大幅增加,使三镇自然景观的总面积有所
增加,与近年来北京市大力推动城市绿化和两道绿
化隔离带建设有关。
表 2摇 各镇不同时期土地利用结构
Table 2摇 The land use structure of each town in different periods
镇名
Towns 土地利用类型
1999年
面积 / hm2
Area
百分比 / %
Percentage
2004年
面积 / hm2
Area
百分比 / %
Percentage
2010年
面积 / hm2
Area
百分比 / %
Percentage
东小口镇 建设用地 1305.31 40.42 1630.78 50.50 1898.18 58.78
农业用地 1208.17 37.41 677.69 20.99 53.95 1.67
自然用地 715.87 22.17 920.89 28.52 1277.21 39.55
其中:林地 372.83 11.55 829.84 25.70 921.90 28.55
摇 摇 摇水域 310.61 9.62 35.34 1.09 10.37 0.32
摇 摇 摇草地 32.43 1.00 55.71 1.73 344.94 10.68
北七家镇 建设用地 1582.57 27.86 1997.48 35.17 2693.20 47.42
农业用地 2701.71 47.57 1999.07 35.20 518.32 9.13
自然用地 1395.25 24.56 1682.96 29.63 2468.01 43.46
其中:林地 979.29 17.24 1067.86 18.80 1475.27 25.98
摇 摇 摇水域 312.96 5.51 150.25 2.65 122.07 2.15
摇 摇 摇草地 103.00 1.81 464.85 8.18 870.67 15.33
小汤山镇 建设用地 1152.02 16.48 1469.33 21.01 2208.08 31.58
农业用地 4125.59 59.01 3261.56 46.65 1564.76 22.38
自然用地 1714.26 24.52 2260.98 32.34 3219.04 46.04
其中:林地 1125.58 16.10 1325.01 18.95 2200.10 31.47
摇 摇 摇水域 422.96 6.05 258.74 3.70 206.49 2.95
9576摇 22期 摇 摇 摇 黄宝荣摇 等:城市扩张对北京市城乡结合部自然和农业景观的影响———以昌平区三镇为例 摇
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续表
镇名
Towns 土地利用类型
1999年
面积 / hm2
Area
百分比 / %
Percentage
2004年
面积 / hm2
Area
百分比 / %
Percentage
2010年
面积 / hm2
Area
百分比 / %
Percentage
摇 摇 摇草地 165.72 2.37 677.23 9.69 812.45 11.62
三镇合计 建设用地 4039.90 25.41 5097.60 32.06 6799.47 42.76
农业用地 8035.47 50.54 5938.33 37.35 2137.03 13.44
自然用地 3825.38 24.05 4864.83 30.59 6964.26 43.79
其中:林地 2477.69 15.58 3222.71 20.27 4597.27 28.91
摇 摇 摇水域 1046.54 6.58 444.34 2.79 338.93 2.13
摇 摇 摇草地 301.15 1.89 1197.78 7.53 2028.06 12.75
图 2摇 通过 SPOT影像解译获取的各期土地覆盖图
Fig.2摇 Interpreted land cover maps in each period developed from SPOT images
摇 摇 分阶段看,1999 年,三镇以农业用地为主,建设
用地和林业用地相对较少;同时,作为北京市的上风
上水之地,水域面积也相对较多。 1999—2004 年,三
镇建设用地、林业用地和草地均有所增加,但农业用
地和水域均大幅减少。 2004—2010年三镇建设用地
扩张更为剧烈,伴随的是更多的农业用地的丧失,但
此阶段,林地的增幅也较大,使自然景观成为该区域
面积最大的景观类型。
东小口是三镇中离北京城市中心区最近的乡
镇,相应地也更早受到城镇化的影响。 1999 年,该镇
建设用地面积百分比已达到 40.42%,但农业用地依
然保持了 37.41%的比例,呈现典型的城乡交错的景
观特征;到 2010 年建设用地所占比例增加到 58.
78%,林业用地也增加到 28.55%,而农业用地则下降
到 1.67%,已呈现出典型的城市建成区的景观特征。
1999年,北七家镇仍以农业用地为主,但建设用地也
占据了一定的比例,处于由近郊农村向城乡交错带
过度的阶段;到 2010年,建设用地已占主导地位,但
仍保存有少量的农业用地和为数不少的农村社区,
正处于城乡交错带向城市建成区过渡的阶段。 小汤
山镇离城市中心区相对较远,1999 年农业用地占主
导地位,建设用地所占比例较小,呈现出较为典型的
近郊农村地区的景观特征;到 2010 年,建设用地面
积大幅增加,已呈现出较为典型的城乡交错的景观
特征。 总体而言,三镇 LULC 和景观格局均呈现出
典型的城乡梯度特征,受北京市“摊大饼冶式的城市
扩张模式[29]的影响。
2.2摇 不同土地利用类型间的总体转移特征
1999—2010年,昌平三镇各种土地利用类型之
间存在剧烈的相互转移过程(表 3)。 从表 4 可以看
0676 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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出,大部分建设用地维持其原有的利用类型
(68郾 21%),但也有相当一部分转换为自然用地
(29郾 83%),其中包括 20.21%的林地和 9.27%的草
地;农村居民点拆迁、改造所腾退出来的部分农村建
设用地,被转换为城市绿化或绿化隔离带用地。 大
部分农业用地转换为建设用地 ( 32. 23%)和林地
(31郾 77%),除了城市扩张占用造成农业用地丧失
外,城市绿化和环城绿化隔离带的建设,也促使大量
的农业用地通过“退耕还绿冶,转换为自然用地。 仅
有部分林地维持其原有的利用类型(31.64%),大部
分转换为建设用地(43.98%)、草地(14.23%)和农业
用地(9.22%);尽管城市绿化和环城绿化隔离带的
建设使三镇林地总面积不断增加,但伴随的是原有
天然次生林或成熟人工林的大幅减少,所带来的负
面影响不容忽视。 仅有少量水域维持其原有的利用
类型(20.71%),大部分转换为林地(29.92%)、建设
用地(26.95%)和草地(15.03%);建设用地的直接占
用,以及城市发展对水资源的过度开采,导致大片水
域枯萎并转变其他土地利用类型,是三镇水域面积
大幅减少的主要原因。 把林地、水域和草地统称为
自然用地,则有超过半数的自然用地维持其原有的
非生产用地的特征(53.62%),其余 38.02%转换为建
设用地、8.36%转换为农业用地。 1999—2010 年城
市扩张新占 4043.97hm2 自然和农业用地,其中,农
业用地占 64.04%,林地占 26.94%,水域占 6.97%,草
地占 2.04%,以农业用地和林地为主。
从建设用地与自然和农业用地间相互转换的空
间特征来看(图 3),自然和农业用地转换为建设用
地多发生在已有建设用地的周边,或者交通干道的
两侧,反映了前期土地利用格局和交通基础设施的
表 3摇 研究区域 1999—2010年土地利用转移矩阵
Table 3摇 The transfer matrix of land use change from 1999 to 2010 in the study area
1999年
2010年
建设用地 / hm2
Constriction land
农业用地 / hm2
Farmland
自然用地 / hm2
Natural land
林地 / hm2
Woodland
水域 / hm2
Water
草地 / hm2
Grassland
建设用地 Constriction land 2755.51 79.31 1205.09 816.47 14.14 374.48
农业用地 Farmland 2589.69 1737.89 3707.90 2552.67 46.38 1108.85
自然用地 1454.28 319.84 2051.26
林地 Woodland 1089.79 228.52 783.86 22.87 352.66
水域 Water 282.03 77.23 313.16 216.82 157.32
草地 Grassland 82.46 14.09 131.12 38.72 34.76
图 3摇 1999—2010年研究区域建设用地与自然和农业用地之间的相互转换
Fig.3摇 Mutual transfer between construction land and non鄄construction land from 1999 to 2010
1676摇 22期 摇 摇 摇 黄宝荣摇 等:城市扩张对北京市城乡结合部自然和农业景观的影响———以昌平区三镇为例 摇
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布局对 LUCC的影响[5]。 而由建设用地转换为自然
和农业用地的斑块多零散分布,经实地调查,大多数
为原有的农村居民点经拆迁、改造后转变为林地和
草地。 从建设用地的全局空间自相关性 Moran忆s I
指数(表 4)也可以看出,1999、2004、2010 年,三镇建
设用地均呈显著的空间自相关性,空间聚集特征明
显;而且随着时间的推移,其空间自相关性逐步增
强,也反映了新增建设用地大多分布在已有建设用
地周边,呈“成片蔓延式冶扩张的特征。
表 4摇 1999—2010年三镇建设用地的全局Moran忆s I值
Table 4摇 Moran忆s I values for constriction land from 1999 to 2010
年份 Years Moran忆s I Z
1999 0.3599 17.3036
2004 0.4577 23.3642
2010 0.5280 19.5699
2.3摇 自然鄄农业景观的连通性
三镇三个时期自然鄄农业景观连通性指数 IIC 值
和 PC值如图 4 和图 5 所示。 可以看出,1999 年,小
汤山和北七家两镇的 IIC值和 PC 值均较高,自然和
农业用地的空间连通性较好;而东小口镇的 IIC值和
PC值均较低,自然和农业用地的空间连通性较差。
随着时间的推移,三镇 IIC 值和 PC 值均不断下降,
受建设用地扩张的影响,自然和农业用地面积不断
减少,斑块间的距离不断加大,空间连通性也逐渐降
低。 特别是小汤山和北七家两镇, IIC 值分别由
0郾 6833和 0.5037下降到 0.2442和 0.1143,自然和农
业用地的空间连通性大幅下降,反映城市扩张对当
地生态系统的完整性和稳定性破坏明显。 相比较而
言,PC值的下降幅度相对较小。 主要原因在于 PC
在测度过程中,一些破碎化的小型斑块作为中间斑
块,发挥垫脚石的作用[30],提高在 IIC 测度中不连通
的斑块连通的可能性。
从空间上看,无论是哪一年,IIC和 PC均呈现明
显的城乡梯度,小汤山镇远离中心城区,受城市扩张
的干扰破坏相对较小,自然和农业景观的空间连通
性明显好于北七家和东小口两镇;而东小口镇则靠
近中心城区,受城市扩张的影响较大,自然和农业景
观的空间连通性一直都较差。
图 4摇 三镇 3个时期生态用地的景观整体连通性指数(IIC)和可能连通性指数(PC)
Fig.4摇 The values of IIC and PC of ecological landscape in each town
2.4摇 自然和农业景观格局变化的驱动力
城乡结合部自然和农业景观的变化是不同尺度
上多种力量共同作用的结果[31]。 考虑到数据资料
的可获取性,本研究重点分析三镇自然和农业景观
的社会经济发展、土地利用规划和公共政策驱动力。
2.4.1摇 宏观社会经济驱动
由于缺乏足够镇域时间序列统计数据,三镇自
然和农业景观变化的驱动力无法通过统计学模型分
析。 但是,通过一些零散的数据,也可以判断,近十
年当地社会经济的快速发展对自然和农业景观具有
重要影响。 2000—2010 年,昌平区地区生产总值
(现价)由 58.1亿元增加到 399.9 亿元,伴随的是第
二、第三产业的迅猛发展。 特别是 2001 年北京奥运
会的成功申办,北部地区再次成为北京城市空间发
展的重点,带来奥北地区经济的繁荣,各类工业园
区、批发市场、商业中心、会展中心、度假村和别墅区
不断涌现,推动了区域 LUCC。 奥北别墅区已成为北
京市三大最知名的别墅区之一,其中大部分别墅分
布在小汤山、北七家和东小口三镇,加剧了三镇土地
的低密度利用。 除了经济发展外,人口增长也常被
认为是城乡结合部 LUCC 的最直接驱动力[14,32鄄33]。
城市建成区面积的增加常常与城市人口的增长具有
2676 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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高度的相关性[34鄄35]。 根据全国第五次和第六次人口
普查, 2000—2010 年三镇常住人口急剧增加,由
12郾 16万增加到 67.58万,增加 457.98%;而同期三镇
建设用地面积由 4039.90hm2 增加到 6799.47hm2,增
加 68. 31%,农业用地面积由 8035. 47hm2 减少到
2137.03hm2,减少了 73.41%。 可见,三镇人口的增长
与建设用地扩张和农业用地的急剧减少存在密不可
分的关系。 但是,从人均建设用地来看,人口增长对
城市建设用地的扩张和农业用地的减少的驱动作用
在三镇存在较大的差异。 2000年三镇人均建设用地
相差不大,均呈低密度发展模式;但到 2010 年,三镇
差异悬殊,小汤山人均建设用地高达 395.71m2,是东
小口的 7.49 倍,北七家的 3.87 倍;十年间东小口和
北七家人均建设用地大幅下降,而小汤山却小幅上
升。 从这一角度来看,人口的增长和建设用地的扩
张、以及农业用地的减少并非简单的因果关系,而是
一种相互促进的关系。 一方面,三镇作为中心城区
疏散人口的重要目的地,住房需求旺盛,促进了居住
区和配套商业区的迅猛发展,以及建设用地的急剧
扩张和农业用地的急剧较少;加上流动人口的大量
涌入,也带动了当地“瓦片经济冶 [36]的繁荣,私搭乱
建泛滥,加剧了建设用地的无序扩张。 另一方面,土
地财政促使地方政府大力推动工业园区、商业中心、
批发市场的建设,促进土地的城镇化,并创造众多就
业机会,促进人口的迁入和聚集。
2.4.2摇 土地利用规划驱动
土地利用规划往往控制着土地利用方向和规
模,对区域 LUCC 具有不可忽视的影响。 城乡结合
部作为多尺度地理空间的一部分,自然和农业景观
的演变自然受到多尺度土地利用规划的影响。
在市级层面,1993 年出台的《北京市城市总体
规划(1991—2010 年)》中就明确要求,促进城市发
展重点逐步从市区向郊区转移,建立由市区、卫星
城、中心镇和一般建制镇组成的四级城镇体系,昌平
区作为规划中的 14个卫星城之一,需要承担市区延
伸的部分功能。 2005 年出台的《北京市城市总体规
划(2004—2020)》进步一提出了构建“两轴鄄两带鄄多
中心冶的城市空间结构,昌平属于“两带冶中的“西部
发展带冶,并被规划为 11 个新城之一,承担疏解中心
城区人口和功能、集聚新的产业,带动区域发展的功
能;同时,规划将北京市域范围划分四个次区域,昌
平山前平原被划分为西部次区域,作为北京市城市
未来发展的重要地区。 《北京市土地利用总体规划
(2006—2020 年)》把北京市划分为四大土地利用
区,其中,昌平平原区被划分为城市发展新区,作为
北京发展现代制造业和现代农业的主要载体,也是
北京疏散中心城区产业与人口的重要区域。 城市发
展新区的规划定位,使北京市在建设用地供给、产业
布局方面向昌平平原区倾斜,促进了人口和产业的
聚集,也导致了农业景观的大量丧失。 根据北京市
第五次、第六次人口普查数据,2000—2010 年,昌平
区常住人口增加了 170.08%,是北京市常住人口增
长率最大的区县,而这些新增的常住人口也多聚集
于接近北京中心城区的昌平平原区。
在区级层面, 《昌平区土地利用总体规划
(2001—2010年)》在“重点建设用地规模和布局冶规
划中指出,小汤山和北七家是规划期内全区重点安
排建设用地的两个试点小镇,东小口则成为市区边
缘集团的组成部分,主要安排市区的部分居住和工
作用地。 《昌平新城规划 2005—2020》提出构建昌
平区“两轴一带,多点一城冶的区域产业发展空间总
体布局和“新城鄄重点镇鄄一般镇鄄边缘集团冶的城镇结
构;在产业布局方面,东小口、北七家和小汤山三镇
均隶属于两轴之一的“东部发展轴冶,主要承担高档
居住、休闲旅游及生态农业产业;在城镇布局方面,
北七家和小汤山为重点镇,东小口为城市边缘集团。
规划中三镇的定位分别为:东小口主要发挥为中心
城内疏散人口的居住功能;北七家为北京市域北部
为昌平及周边地区服务的商业物流中心,绿色生态
环境建设区之一,昌平区东南部农村城镇化的主要
承载地;小汤山镇为昌平东部的中心城镇,北京的旅
游、度假、康复疗养、观光基地,现代农业示范区。 由
上可见,昌平区级规划已将三镇定位为重要的产业
布局和城镇化区域。 而从近年来的发展趋势来看,
三镇基本上按照区级规划中的功能定位实现产业发
展和人口布局。 如东小口已建成天通苑、回龙观东
区等大型生活小区,常住人口也由 2000年的 4.41 万
人增加到 2010年的 35.94万人,居住功能凸显;北七
家已成为北京市北部重要的物流和服务性行业聚集
区;小汤山已经形成了以九华山庄为龙头、近 50 家
骨干企业为核心的温泉旅游会展资源集群。
除综合性规划外,北京市两道环城绿化隔离带
3676摇 22期 摇 摇 摇 黄宝荣摇 等:城市扩张对北京市城乡结合部自然和农业景观的影响———以昌平区三镇为例 摇
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的规划建设是三镇包括林地和草地在内的自然用地
面积不断增加的重要驱动因素。 2000 年,北京市编
制完成《北京市区绿化隔离地区总体规划》,并全面
启动第一道绿化隔离带的建设工作。 东小口镇大部
分地域在第一道绿化隔离带范围内,2000 年开始实
施“退耕还绿冶,大片的耕地和水域被转换为林地和
草地(图 2),到 2001 年已完成 1.2 万亩的绿化建设
任务。 2003年,北京市批复《北京市第二道绿化隔
离地区规划》,启动第二道绿化隔离建设工作。 第二
道绿化隔离地区范围是五环路至六环路,北七家镇
大部分地域、东小口和小汤山的部分地域属于绿化
隔离带中的楔形或组团间绿色限建区,要求空间建
设用地比例,提高绿化覆盖率。 绿色隔离带的规划
建设助推了三镇绿化覆盖率的提高,大片耕地通过
“退耕还绿冶、部分旧村改造所腾退出来的土地通过
绿化转变为林地和草地。 然而,北京市绿化隔离地
区的政策,更多地强调“绿化冶,政府在缺乏足够实施
资金的情况下,推出提出了“以绿养绿冶的妥协性政
策,通过牺牲一部分绿化面积进行土地开发以筹集
绿化资金,而没有按照规划对建设用地扩张进行严
格限制,导致绿色限建区建设用地面积比例远超过
规划目标。
2.4.3摇 政策驱动
新千年以来,北京市陆续出台的一系列土地政
策,在推动北京市城乡结合部自然和农业景观变化
中发挥重要作用。 特别是土地招拍挂制度以及建设
用地储备和供应制度的建立,对北京市土地市场造
成巨大影响,进而影响到城乡结合部地区的土地利
用格局。 在 2002年以前,北京市土地使用权出让方
式几乎全部为协议出让,政府部门常常采取大量低
价供地方式吸引开发商开发,促进地方经济的发展。
2002年以后,北京市相继出台了一系列政策推动土
地储备和招拍挂制度的建立,到 2004 年,已全面落
实经营性土地使用权的招拍挂政策,强调在土地使
用权出让中发挥市场对资源基础性配置作用。 同
时,为了促进土地的集约节约利用,2005 年,北京市
出台《北京市国有建设用地供应办法》,用“年度供
应计划冶来调控土地市场,造成土地市场紧缺。 土地
市场的建立,使农业用地必须在土地市场上与竞租
价格更高的建设用地进行竞争。 当农业用地转变为
获得许可的建设用地时,其价格急剧上升,这对当地
政府、农村集体组织以及农户出卖土地使用权具有
极大经济刺激作用[37]。 加上土地限制供应,近郊区
县政府更倾向于出让靠近城市中心区、土地竞拍价
格更高的土地,以获取更大的土地收益。 但同时也
会造成靠近中心城区的城乡结合部地区建设用地的
急剧扩张。
农村集体经济组织产权制度改革也是城乡结合
部农村城镇化和农业用地流失的重要驱动因素。 自
2003年 2 月起,北京市开始在昌平区东小口镇的白
坊、狮子营两个村进行农村集体经济组织产权制度
改革试点工作,此后逐年推进。 截止 2010 年底,三
镇大部分行政村已完成改革工作。 该项改革在按人
口确定农户土地承包经营权的基础上,将农户土地
承包经营权转化为股权,农户依据所持有的土地股
权参与集体土地经营收益的分红。 它保护了城市化
过程中失地农民利益,提高了农民参与城市化和城
乡经济社会一体化建设的积极性和主动性[38],耕地
保护意愿降低。 况且为了提高集体土地经营收益,
农户和村集体更愿意将土地用途从农业用地转变为
收益更高的第二和第三产业建设用地。 因此,可以
说农村集体经济组织产权制度改革是城乡结合部农
业景观不断减少的助推剂。
此外,北京市郊旧村改造工作在改变城郊农村
居民点用地空间格局中发挥重要作用。 北京市的旧
村改造工作始于 20 世纪 80 年代,先后对北京市郊
区的一些试点村进行了改造。 但当时的旧村改造缺
乏必要的政策支撑,多零散进行,难以大规模推进。
2005年北京市政府出台《北京市远郊区旧村改造试
点指导意见》,主要目的在于改变城郊旧村不符合可
持续发展要求的低效率的土地利用模式;规定新村
建设人均用地总量要控制在 150km2 以内,并把“旧
村改造完成后,除山区村庄外,应至少节约出 40%左
右的发展用地冶作为旧村改造完成后的验收标准之
一。 旧村改造在促进农村集体土地腾退、减少建设
用地浪费、以及农村城市化中发挥着重要作用。 本
研究中,三镇一些零散分布的建设用地在研究期内
转换为自然和农业用地(图 3),大多为旧村拆迁改
造所腾退出来的土地。 但是在旧村改造政策中,为
了支持农村后续经济发展,允许整理出来的多余建
设用地建设公租房或酒店产业,而且一些村庄打着
旧村改造的旗号,违规建设小产权房,使一些村庄建
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设用地超标,反倒加剧了土地的低效利用。
3摇 结论
城乡结合部自然和农业生态系统是确保城市生
态安全的重要基础。 但是城市的快速扩张常常使这
些极为重要的自然和农业景观快速减少,造成区域
生态系统稳定性和服务功能的急剧下降。 本研究以
北京市城乡结合部 3 个典型乡镇为例,开展快速城
市化背景下城乡结合部自然和农业景观的时空演变
规律和驱动因素研究,希望见微知著,为我国大城市
城乡结合部地区土地利用规划和生态保护政策的制
定提供科学支撑。 研究得出如下结论:
(1)1999—2010年,三镇经历了剧烈的 LUCC过
程。 建设用地急剧扩张,伴随的是农业用地和水域
面积的急剧减少;而得益于北京市城市绿化和两道
环城绿化隔离带的建设,三镇林地和草地面积大幅
增加,有异于很多城市城乡结合部林地和草地面积
随着城市的扩张而不断减少的趋势。
(2)三镇各类土地利用类型间存在剧烈的相互
转换过程。 城市扩张使大片的农业用地和大量零散
分布但却极其重要的林地和水域转换为城市建设用
地;同时,城市新区的绿化和两道环城绿化隔离带的
建设,也使大量的农业用地和农村居民点通过“退耕
还绿冶和“拆迁改造冶等转换为林地和草地。 尽管林
地和草地总面积大幅增加,但伴随的是原有的人工
成熟林和天然次生林生境的大量丧失。
(3)三镇新增建设用地大多分布于原有建设用
地的周边,呈“成片蔓延冶和“摊大饼冶式的扩张特
征。 已有建设用地在空间上对相邻区域具有扩散效
应,导致建设用地斑块面积的不断增大,以及周边自
然和农业景观的不断减少,并导致建成区自然和农
业景观的可达性和人居环境的不断恶化。
(4)伴随建设用地的急剧扩张,三镇自然和农业
景观连通性急剧下降,城市扩张对当地生态系统空
间结构的连通性、过程的连续性和服务功能的稳定
性破坏明显。 在空间上,三镇自然和农业景观连通
性呈现明显的城乡梯度,离中心城区越远的乡镇,自
然和农业景观连通性也越好。
(5)城乡结合部自然和农业景观格局的演变是
社会经济发展、土地利用规划、公共政策等多种因素
共同作用的结果。 人口增加、经济增长是城乡结合
部自然和农业景观变化最为直接的驱动力;但是土
地利用规划和公共政策通过控制用地规模、影响人
口和产业布局等,对城乡结合部自然和农业景观的
演变也具有不容忽视的影响。 限制城市建设用地的
无序扩张政策的制定,需要考虑其驱动力的多维性
和复杂性,采取更为综合的措施,而不应仅仅依赖于
环城绿化隔离带的规划和建设。
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