邱 碩，王宇欣，王平智，林 聰

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基于MCR模型的城鎮(zhèn)生態(tài)安全格局構(gòu)建和建設(shè)用地開發(fā)模式

邱 碩1,2，王宇欣1※，王平智1，林 聰1

（1.中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院，北京 100083；2. 河北省香河縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，廊坊 065400）

近年來，在中國城市土地開發(fā)的頂層設(shè)計中越發(fā)強調(diào)生態(tài)空間的重要性，充分識別城市生態(tài)安全格局并探討建設(shè)用地空間擴展格局成為劃定生態(tài)保護紅線、確定城市開發(fā)邊界和“三規(guī)合一”空間管制等政策實施的迫切需求。該文以唐山市為例，基于“生態(tài)過程—格局”理論和GIS的空間相關(guān)性分析、距離分析和疊加分析等方法，從綜合水安全、地質(zhì)災害預警、生物生境保護、水土保持、游憩安全5個方面，整合構(gòu)建了底線安全格局、緩沖安全格局和最優(yōu)安全格局3種不同等級的綜合生態(tài)安全格局。該文在MCR模型算法引入不同等級“源”的權(quán)重系數(shù)，以綜合生態(tài)安全格局為阻力因子，并結(jié)合城鎮(zhèn)中心的吸引力、主要道路的吸引力和政策調(diào)控（區(qū)域開發(fā)重點）等城鎮(zhèn)用地擴展影響因素，得到在不同約束條件下的區(qū)域空間擴展阻力面，分別確定了唐山市在“生態(tài)安全約束型”“經(jīng)濟增長主導型”和“生態(tài)與經(jīng)濟并重”3種模式下城鎮(zhèn)空間可能的發(fā)展范圍，經(jīng)過多方案比較，“生態(tài)與經(jīng)濟并重”城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間發(fā)展模式是未來城鎮(zhèn)健康有序發(fā)展的最優(yōu)模式，這種發(fā)展模式既有利于減少大規(guī)模、高強度的城鎮(zhèn)化和工業(yè)化過程所造成的城市發(fā)展和環(huán)境保護之間的用地沖突，也可為城市用地布局規(guī)劃和生態(tài)紅線劃定提供科學依據(jù)。

土地利用；遙感；生態(tài)安全格局；建設(shè)用地；擴展；最小累積阻力模型；唐山市

0 引 言

中國正處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時期，社會經(jīng)濟高速發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐加快，建設(shè)用地空間擴展作為城鎮(zhèn)化土地景觀轉(zhuǎn)變最明顯的標志，城鎮(zhèn)間對區(qū)域空間的競爭與控制所引發(fā)的矛盾日益突出。蔓延式的城鎮(zhèn)發(fā)展對生態(tài)環(huán)境造成了一系列不良影響，包括動植物棲息地的破壞、生物多樣性的減少以及流域生態(tài)系統(tǒng)的衰退[1-3]。同時，由于圍繞城市建成區(qū)的周邊多為耕地、林地等農(nóng)田景觀，城市擴張必然導致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的下降，如何控制城市蔓延已經(jīng)成為許多國家面臨的挑戰(zhàn)，必須從生態(tài)安全的高度予以重視[4]。

生態(tài)安全是對生態(tài)系統(tǒng)的完整性和健康水平的整體反映，也是指所處的生態(tài)環(huán)境條件與具備生態(tài)系統(tǒng)服務可以有效支撐經(jīng)濟發(fā)展，當生態(tài)遭到破壞時，也能保障人民生活、健康不受其損害的狀態(tài)與能力。如何進行精準地、實際地優(yōu)化和改善區(qū)域生態(tài)安全狀況，區(qū)域生態(tài)安全格局優(yōu)化成為目前國內(nèi)外研究的熱點[5-6]。在表征和量化城市擴張的驅(qū)動力方面，Couch等[7]針對城市混合景觀和可持續(xù)性問題，探討了歐洲城市、郊區(qū)、后郊區(qū)之間的空間城市二元論與擴張的原因，并對混合驅(qū)動力進行了比較與探索。Fallah等[8]借鑒城市群理論，對美國都市圈的經(jīng)濟績效與各自的擴張程度之間的關(guān)系進行了實證研究。近年來，國內(nèi)部分學者開始嘗試通過城市空間的擴展進程，研究社會發(fā)展、區(qū)域經(jīng)濟和自然環(huán)境等對城市擴張的影響機制。張俊鳳等[9]通過長三角城市土地利用效率近20年的時空變化特征，探討了長三角地區(qū)不同級別的城市建成區(qū)擴張與經(jīng)濟增長之間關(guān)系以及土地利用戰(zhàn)略。一些學者借助約束性ACO-CA模型[10]、RF-CA模型[11]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析[12]等，在城市空間形態(tài)的情景分析、城市空間擴展模擬及城市不同擴展模式的多方案比較方面開展了研究探索[13]。然而，這些分析大多局限于在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建城鎮(zhèn)空間增長模型[14-15]，對城市生態(tài)空間需求、城市內(nèi)生以及城市規(guī)劃政策調(diào)控等因素在建設(shè)用地空間擴展上的影響等問題卻較少涉及，缺乏對城市擴展機制的理解和相關(guān)理論的探討。以生態(tài)安全格局為技術(shù)方法進行中國城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間擴展研究，將對指導中國城鎮(zhèn)化健康發(fā)展起到重要作用，為城鎮(zhèn)建設(shè)用地的空間發(fā)展提供決策支持。

本文利用高分辨率多源遙感影像提取土地利用信息，結(jié)合GIS空間相關(guān)性、距離分析等方法，以唐山市為例進行實證研究。通過綜合考慮城鎮(zhèn)發(fā)展的影響因素，利用改進的最小累積阻力模型（MCR）分析3種模式下城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間擴展格局，探討城鎮(zhèn)發(fā)展的適宜生態(tài)安全格局，從而為城鎮(zhèn)建設(shè)用地的規(guī)劃布局和生態(tài)紅線劃定提供科學依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)處理

1.1 阻力面模型

最小累積阻力模型（minimal cumulative resistance，MCR）廣泛應用于物種保護和景觀格局分析等生態(tài)領(lǐng)域[16]，國內(nèi)學者將其在城市空間增長、土地利用、旅游規(guī)劃等社會經(jīng)濟領(lǐng)域開始進行一些嘗試，如模擬城市擴展的空間演變過程[17]、城市土地生態(tài)適宜性評價[18]、生態(tài)連通性[19]等。本文借助MCR 模型引入影響區(qū)域城鎮(zhèn)擴展的阻力和動力因素，模擬源向周圍空間擴張過程。根據(jù)不同擴展源的向外擴展能力大小[20]，引入相應的阻力權(quán)重系數(shù)S。阻力面模型可表達為

式中″為城鎮(zhèn)擴展源穿越所有景觀單元最小累積阻力值；D為從源到評價單元的空間距離；R表示景觀單元對城鎮(zhèn)空間擴展的阻力系數(shù)；是一個未知的正函數(shù)，反映空間中任一點的最小阻力與其到所有源的距離和阻力面特性的正相關(guān)關(guān)系；S表示源所屬等級的相對阻力因子，城鎮(zhèn)用地的等級越高，擴展能力越強，其相對阻力因子就越?。籱in表示某景觀單元對不同的源取累積阻力最小值。

1.2 數(shù)據(jù)處理

唐山市位于河北省東部（117°31′-119°19′E、38°55′-40°28′N之間），土地總面積約為14 286 km2。本文采用2014年唐山市土地利用現(xiàn)狀圖斑矢量數(shù)據(jù)以及縣級行政區(qū)劃圖、土壤圖、地質(zhì)地貌圖等矢量數(shù)據(jù)；對2014年的遙感影像圖和DEM數(shù)據(jù)進行拼接、裁剪等，利用ENVI4.7軟件計算其植被覆蓋指數(shù)；基于研究區(qū)DEM數(shù)字高程模型，提取研究區(qū)高程、地形起伏度、河流積水量，并對其進行重分類，生成所需矢量圖件。

2 研究區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建

2.1 單一生態(tài)安全格局構(gòu)建

2.1.1 綜合水安全格局

水資源安全格局：根據(jù)唐山河流等級、水庫等級以及水源地保護級別（一級保護、二級保護），確定源等級系數(shù)，分別為1=0.80，2=0.90，3=1.00，越小反映水源的重要程度越高，利用ARCGIS10.0的平臺距離分析工具，利用公式（1）構(gòu)建各等級源阻力面，綜合疊加利用幾何間斷分級法進行重分類。

洪水淹沒分析：利用水文分析模塊模擬流向、流量和填洼分析，找出徑流停滯的匯水盆域；通過Snap Pour Point和Stream link 的計算，找得到出水點或匯合點，即控制水流運動的戰(zhàn)略點。洪水淹沒區(qū)[21]是利用研究區(qū)的降水數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型，利用GIS水文分析工具以“無源淹沒”方法分析低于海拔低于指定水位的易澇區(qū)域。根據(jù)歷年洪水資料及城市防洪標準，建立10、20、50 a一遇3種風險頻率的洪水淹沒范圍。表1為不同安全格局下唐山市10、20、50 a一遇洪水淹沒情況。將地表水源安全格局范圍與開放式的防洪和雨洪管理范圍進行等權(quán)疊加，最終得到不同安全格局下的唐山市綜合水安全格局見圖1a。

表1 10、20、50 a一遇洪水淹沒分析和淹沒面積計算

2.1.2 地質(zhì)災害預防安全格局

本文對研究區(qū)的地震液化、活動斷裂引起的地震災害及崩塌-滑坡和泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災害問題做主要研究。在唐山地區(qū)，活動斷裂是引起地震根本原因，區(qū)域性活動斷裂帶多為歷史或現(xiàn)代的地震帶，工程活動場地根據(jù)活動斷裂的空間分布及地震峰值加速度值等因素采取避讓措施。1976 年唐山大地震時，唐山市平原區(qū)及遵化遷安盆地均出現(xiàn)了地震液化地質(zhì)災害，考慮到地震液化災害敏感性會受到多種因子綜合影響，災害發(fā)育程度參考1976年唐山市的地震液化分區(qū)[22]；根據(jù)地質(zhì)液化危害嚴重程度，分為5個等級。

在崩塌-滑坡、泥石流空間熱點分析中，運用ARCGIS10.0中的Getis-Ord General*功能可以較準確地預測出局域空間自相關(guān)[23]，計算Getis-Ord General*公式如下

式中是點的總數(shù)；X和X分別表示第個和第個點的觀測值；W()是空間權(quán)重矩陣。

期望值的計算公式如下

正態(tài)分布條件下的*統(tǒng)計值的計算公式如下：

式中Var(G*)是方差。<0.05顯著呈現(xiàn)集聚，在的絕對值小于1.96的情況下，(G*)值較高表明相似且較高屬性值的熱點聚集；較低表明相似且較低的屬性值的冷點聚集；接近0表明不存在顯著的空間關(guān)聯(lián)模式[24]。

本文選擇1 km×1 km格網(wǎng)重采樣模擬崩塌-滑坡、泥石流空間分布特征，值為14.87，似然值小于1%。結(jié)合崩塌－滑坡災害點和泥石流災害點分布情況根據(jù)敏感性等級劃分成5級，參考蘇泳嫻等[25]研究成果，確定地質(zhì)災害的影響因子及其敏感性劃分標準（表2），采用層次分析法，確定各評價指標權(quán)重，多因子綜合評價法，構(gòu)建唐山市地質(zhì)災害綜合敏感性評價模型，計算每個柵格單元的敏感性值，得到地質(zhì)災害預防安全格局分布圖1b。

圖1 唐山市各單一及綜合生態(tài)安全格局

表2 地質(zhì)災害的影響因子及其敏感性劃分標準

注：*是隨機一致性比率，< 0.1表明判斷矩陣具有良好的一致性，判斷是合理的。唐山市地質(zhì)災害綜合敏感性評價模型= 0.0074<0.1。

Note:*is the ratio of random consistency,< 0.1, it shows that the comparison matrix has good consistency and the result is reasonable. Comprehensive sensitivity evaluation model of geological hazards in Tangshan City= 0.007 4<0.1.

2.1.3 生物生境保護安全格局

本研究綜合考慮生境質(zhì)量（自身特征屬性）和生境適宜性進行評價來識別源地。以生態(tài)系統(tǒng)類型作為評價指標，依據(jù)研究區(qū)的土地覆被類型和NDVI指數(shù)劃分生態(tài)系統(tǒng)類型（見表3），并對指示物種生境適宜性進行評價。通過以上指示物種生境適宜性評價確定高度適宜、中等適宜和比較適宜的生物生境源地等級分別為1=0.80，2=0.90，3=1.00。

表3 生物生境保護適宜性評價指標及分級標準

生物生境保護最小累計阻力可通過ARCGIS10.0中柵格分析模塊（費用距離分析cost-distance）建立的實現(xiàn)公式（1），以不同阻力系數(shù)的土地覆被類型為阻力因子（見表4）。隨著阻力值不均勻的增大，在阻力值與（一定柵格數(shù)量）面積的關(guān)系曲線上出現(xiàn)跳躍性的門檻和突變點，其可以確定阻力閾值，根據(jù)阻力面來判別安全格局圖1c。

表4 關(guān)鍵物種空間運動阻力因子（土地覆被類型）與阻力系數(shù)

2.1.4 水土保持安全格局

本文通過水土保持重要性來構(gòu)建區(qū)域水土保持安全格局，綜合考慮土壤侵蝕敏感性程度及其可能造成的對下游河流和水資源的危害程度[26]，評價標準參照生態(tài)功能區(qū)劃技術(shù)規(guī)程，得出水土保持安全格局圖1d。

2.1.5 游憩安全格局

研究區(qū)內(nèi)自然保護區(qū)、森林公園、風景名勝區(qū)和濕地公園等自然景觀及文化和自然遺產(chǎn)保護區(qū)等人文景觀要素游憩價值和適宜性極高，因此，本文將其一一并選作游憩的景觀源，不同土地覆被類型對人類游憩可達性阻力系數(shù)（見表5），基于最小累積阻力模型在ARCGIS10.0平臺中運用費用距離分析（cost-distance）功能建立游憩安全格局阻力面，找到突變點的阻力閾值，構(gòu)建游憩安全格局見圖1e。

2.2 宏觀生態(tài)安全格局整合

本文將綜合水安全格局、地質(zhì)災害預防安全格局、生物生境保護安全格局、水土保持安全格局和游憩安全格局5個單一的生態(tài)安全格局進行等權(quán)疊加，根據(jù)安全水平的不同，形成底線、緩沖、最優(yōu)3種質(zhì)量生態(tài)安全格局見圖1f，以此指導城市空間擴展并成為城鎮(zhèn)空間形態(tài)的基底條件。

底線安全格局是區(qū)域生態(tài)安全的核心區(qū)，此格局應納入到城市的基本生態(tài)用地，劃入城市的禁止建設(shè)區(qū)和生態(tài)紅線區(qū)內(nèi)，并實行最嚴格的保護。此區(qū)域面積為2 187.53km2，占總用地面積的15.31%，人均生態(tài)用地288.69m2，主要分布在遷西縣北部山區(qū)、南部濱海濕地和各大中型水庫周圍，該區(qū)域景觀主要以林地、草地及灘涂濕地為主，存在水土流失嚴重，水資源匱乏等生態(tài)環(huán)境問題。緩沖安全格局面積為7 154.93km2，占總用地面積的50.08%，是底線安全格局外圍的緩沖地帶，位于生態(tài)環(huán)境較好的城市周邊地區(qū)，該區(qū)用于維護最優(yōu)景觀格局的區(qū)域生態(tài)功能服務，在進行開發(fā)時這個區(qū)域被用來保護和恢復當?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)。最優(yōu)安全格局面積為1 814.05km2，占總用地面積的12.70%，它達到了維護區(qū)域生態(tài)安全的較為優(yōu)化狀態(tài)，最大限度上保護關(guān)鍵生態(tài)過程和生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的完整性，此范圍可根據(jù)具體情況進行有條件的開發(fā)。

表5 游憩過程阻力因子（土地覆被類型）與阻力系數(shù)

3 基于改進的MCR模型的城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間擴展

3.1 城鎮(zhèn)空間擴展“源”的設(shè)定

以市域城鎮(zhèn)建設(shè)用地作為空間擴展“源”[20]，同時考慮各“源”的擴展能力如區(qū)位條件、經(jīng)濟實力、人口狀況和開發(fā)程度等影響城市空間增長的內(nèi)在因素以及外在的政策調(diào)控，并結(jié)合市域的城鎮(zhèn)等級結(jié)構(gòu)劃分對“源”進行等級劃分，源等級系數(shù)越小反映城鎮(zhèn)空間擴張能力越強（表6）。

3.2 城鎮(zhèn)空間擴展阻力層構(gòu)建

在市域城鎮(zhèn)空間擴展的影響因素選取方面，近年來，規(guī)劃政策調(diào)控和生態(tài)空間質(zhì)量等因素對于空間擴展的影響作用逐步增大，為了比較準確地探測出空間發(fā)展重點聚集區(qū)域，主要結(jié)合研究區(qū)土地利用總體規(guī)劃、城市總體規(guī)劃等空間規(guī)劃的重點發(fā)展戰(zhàn)略，將規(guī)劃政策調(diào)控因素（區(qū)域開發(fā)重點）引入空間擴展影響因素中。根據(jù)各阻力因子的影響程度進行阻力賦值，采用層次分析法，確定出不同阻力因子相應權(quán)重（表7），其中唐山市城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴展影響因子=0.0755<0.1，表明判斷矩陣具有良好的一致性。本文以生態(tài)安全格局為生態(tài)阻力面，作為城鎮(zhèn)空間發(fā)展控制的基本保障要素，又考慮到建設(shè)用地擴展主要受城鎮(zhèn)中心的吸引力、主要道路的吸引力等發(fā)展條件影響一同作為成本距離柵格（圖2）。利用ARCGIS10.0空間熱點分析理論選擇1km×1km網(wǎng)格重新采樣模擬重點開發(fā)區(qū)域空間分布特征見圖3，值為16.75，似然值小于1%。根據(jù)阻力系數(shù)分級標準，建立不同等級源的城鎮(zhèn)空間擴展綜合阻力面（圖4）。

表6 城鎮(zhèn)的用地源的分級及影響因素

表7 城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴展的影響因子與阻力系數(shù)

a. 綜合生態(tài)安全格局

a.Comprehensive ecological security pattern

b. 與主要交通干道距離

b. Distance from main traffic road

c. 重點開發(fā)區(qū)域

c. Major development zone

d. 與城鎮(zhèn)中心距離

圖3 唐山重點開發(fā)區(qū)域空間熱點分析

圖4 唐山市城鎮(zhèn)空間擴展綜合最小累積阻力面

3.3 城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間擴展模式

3.3.1 生態(tài)安全約束型的城鎮(zhèn)空間擴展模式

本文以綜合生態(tài)安全格局為最小累積阻力面確定城鎮(zhèn)空間擴展范圍，判別最小累積阻力值（像元值）與用地面積（柵格數(shù)量）的直方圖中阻力閾值，像元值分別在1.1、3.7、8.9和131.5處確定為突變點，劃分出不同生態(tài)安全水平約束下的城鎮(zhèn)建設(shè)用地增長范圍（圖5a）。減去該區(qū)已建成區(qū)、基本農(nóng)田面積和水域面積，最優(yōu)生態(tài)安全水平下的城鎮(zhèn)擴展模式能提供的實際建設(shè)用地面積為208.21km2，占研究范圍總面積的1.46%，以人均城鎮(zhèn)建設(shè)用地110 m2/人粗略計算，可以滿足134萬人的城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模；緩沖生態(tài)安全水平下的城鎮(zhèn)空間擴展模式可提供的建設(shè)用地和農(nóng)業(yè)用地規(guī)模為3 382.23km2，占研究范圍總面積的23.68%。底線生態(tài)安全水平下的城鎮(zhèn)空間擴展可提供的建設(shè)用地和農(nóng)業(yè)用地規(guī)模為4 626.78 km2，占研究范圍總面積的32.39%。從圖上可以看出，在遷西縣、遷安市等城鎮(zhèn)大部分地段位于北部丘陵區(qū)，大部分屬于生態(tài)嚴格控制區(qū)，生態(tài)服務功能顯著，阻力值較高，城鎮(zhèn)擴展生態(tài)安全性越低，越不適宜城鎮(zhèn)開發(fā)性建設(shè)。

圖5 唐山市城鎮(zhèn)空間擴展模式

3.3.2 經(jīng)濟增長主導型的城鎮(zhèn)空間擴展模式

非飽和供應和適度供應的下土地供應總量能得到有效控制[27]，本文以城鎮(zhèn)建設(shè)用地的最飽和擴展量來探討經(jīng)濟增長主導型建設(shè)用地擴展模式，根據(jù)《唐山市城市總體規(guī)劃（2010－2020年）》做出的人口發(fā)展預測，研究范圍常住城鎮(zhèn)人口在2020年和2030年將分別達到720萬人和900萬人，“經(jīng)濟增長主導”型的發(fā)展模式下，主要考慮影響建設(shè)用地擴展的經(jīng)濟因素，將以底線生態(tài)安全格局邊界作為生態(tài)景觀安全臨界狀態(tài)，同時要在維持規(guī)劃期內(nèi)基本農(nóng)田保護面積保持在4 822km2以上的前提下，剩余范圍為其可擴展范圍（見圖5b）。分別模擬2020年、2030年的建設(shè)用地的擴展趨勢，外圍可擴展實際面積上限為1 038.20km2，占研究范圍總面積的7.27%。由圖6分析發(fā)現(xiàn)，中部平原地區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)用地沿主要公路空間擴展范圍明顯，灤縣、灤南縣和玉田縣與中心城區(qū)之間的綠帶幾乎消失并聯(lián)通成為一個整體；北部各城鎮(zhèn)建設(shè)用地組團雖沒有完全連成片，空間特征表現(xiàn)為沿112國道至唐南公路城鎮(zhèn)發(fā)展軸的縱向發(fā)展較為明顯。阻力從低值到高值的過渡過程中有更多的生態(tài)用地被侵占，生態(tài)要素間的連通度和生態(tài)服務功能降低，區(qū)域生態(tài)安全受到嚴重威脅。

3.3.3 “生態(tài)與經(jīng)濟”并重型的城鎮(zhèn)空間擴展模式

城鎮(zhèn)用地的空間擴展受到多種因素的制約，不僅僅要考慮區(qū)域生態(tài)環(huán)境因素，而且要特別關(guān)注區(qū)域社會經(jīng)濟條件和政策導向因素，在“生態(tài)控制”條件約束和經(jīng)濟活動驅(qū)動下的空間擴展格局（圖5c），低阻力區(qū)主要分布在建設(shè)用地外圍，減去該區(qū)的水域面積、基本農(nóng)田面積和已建成的城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積，可提供的建設(shè)用地規(guī)模為249.75km2，占區(qū)域總面積的1.75%；以人均城鎮(zhèn)建設(shè)用地110m2/人粗略計算，可以滿足227萬人的城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模。該區(qū)城市擴展的累積阻力很小，未來城市化概率極大，京沈高速軸線低密度橫向蔓延嚴重，集中在中心城區(qū)、南部沿海地區(qū)和一些重點發(fā)展城鎮(zhèn)，南部沿海公路軸線和運河沿岸連綿式擴展趨勢明顯。中度阻力區(qū)指中等累積阻力擴展范圍，其可擴展實際面積為308.53km2，占區(qū)域總面積的2.16%，可以滿足280萬人的城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模，此區(qū)域短期內(nèi)城市化概率較小，主要分布在低阻力區(qū)域的外圍城郊地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，以城市和鄉(xiāng)村景觀為主，低密度擴展；其中，中心城區(qū)沿G205國道呈條帶狀發(fā)展、遠郊呈小組團狀分布，灤河外圍沿岸帶狀縱向擴張，但擴展壓力較大、擴展空間有限。高阻力區(qū)為擴展累積阻力較大，近期不可能進行城市擴展的地區(qū)，該區(qū)面積為4 227.02km2，占區(qū)域總面積29.59%，其可擴展實際面積為121.20km2，可以滿足110萬人的城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模。極高阻力區(qū)是生態(tài)脆弱區(qū)和自然環(huán)境較好且對城鎮(zhèn)空間擴展具有很強約束性的地區(qū)，該區(qū)面積為3 135.43 km2，占區(qū)域面積的21.95%，該區(qū)域基本農(nóng)田和生態(tài)用地范圍內(nèi)應禁止發(fā)展建設(shè)用地。

4 結(jié) 論

1）本研究融合了地統(tǒng)計分析、空間相關(guān)性分析、距離分析和疊加分析等空間分析方法，通過綜合水安全、地質(zhì)災害預防、生物生境安全、水土保持、游憩安全等5個單一生態(tài)安全格局構(gòu)建了底線安全格局、緩沖安全格局和最優(yōu)安全格局等3種不同等級的綜合生態(tài)安全格局，面積分別占研究范圍總面積的15.31%、50.08%和12.70%。

2）城鎮(zhèn)用地的空間擴展受到多種因素的制約，不僅僅要考慮區(qū)域生態(tài)環(huán)境因素，而且要特別關(guān)注區(qū)域社會經(jīng)濟條件和政策導向因素。通過在MCR模型算法引入不同等級“源”的權(quán)重系數(shù)，分別確定在“生態(tài)安全約束型”、“經(jīng)濟增長主導型”和“生態(tài)與經(jīng)濟并重”3種模式下城鎮(zhèn)空間可能的發(fā)展范圍。研究表明，“生態(tài)與經(jīng)濟并重”下的城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間發(fā)展模式能夠達到“生態(tài)—經(jīng)濟—社會”效益的平衡，更符合城鎮(zhèn)建設(shè)用地的空間發(fā)展規(guī)律，能有效預測城市空間發(fā)展范圍，是未來城鎮(zhèn)健康有序發(fā)展的適宜模式，對于優(yōu)化土地利用布局和生態(tài)環(huán)境保護均具有重要意義。

3）在城鎮(zhèn)用地擴展源的設(shè)定方面，工礦用地的等級應考慮生態(tài)和經(jīng)濟發(fā)展的特殊性，根據(jù)土地利用規(guī)劃的導向，具體判斷建設(shè)用地擴展源的等級。但在城鎮(zhèn)空間擴展影響因子選擇方面，可以增加科技水平、區(qū)域流通等指標進行綜合分析，同時，在城市擴展的內(nèi)生機制方面還需進行深入研究。

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Construction of urban ecological security pattern and construction land development based on MCR Model

Qiu Shuo1,2,Wang Yuxin1※,Wang Pingzhi1, Lin Cong1

(1,,100083,; 2.,065400,)

In recent years, the importance of ecological space has been emphasized in the top-level design of urban land development in China. China is now in the stage of fast urbanization and the pace of industrial structure adjustment, the expansion of the construction land space is the most obvious sign of the transformation of the urban land landscape, and contradiction between cities and towns' competition and control of regional space is becoming more and more prominent. Identifying the urban ecological security pattern and discussing the spatial expansion pattern of construction land have become an urgent need for the implementation of the policy for delineating the red line of ecological protection, determining the boundaries of urban development and the “Three-planning united” spatial control. Using Tangshan City as a case, this paper was based on the theory of “Ecological process—Pattern” and the functions of spatial correlation, distance and superposition analysis of GIS. In this study, we integrated geostatistics analysis, spatial correlation analysis, distance analysis and overlay analysis. It obtained comprehensive ecological security pattern of Tangshan City by 5 single ecological security patterns: comprehensive hydrology security pattern, geological disaster pre-warning security pattern, biological habitat protection security pattern, soil and water conservation security pattern, and recreational security pattern. The integrated ecological security pattern under 3 different levels accounted for 15.31%, 50.08% and 12.70% of the total area respectively. In this paper, we built and improved MCR (minimal cumulative resistance) model, from which the weight coefficient of different levels of “source” was introduced. This paper took full account of the expansion capability of different extended sources. By using comprehensive ecological security pattern, attractiveness of the center of town and the main road and policy adjustment factor as resistance, and then the resistance surface of the regional space under different constraint conditions was obtained to determine the urban development scope under the condition of “Ecological security constraint pattern”, “Economic dominance pattern” and “Ecology & Economy win-win pattern of urban spatial expansion”, respectively. The spatial expansion of urban land was restricted by many factors, not only to consider the regional ecological and environmental factors, but also to pay special attention to the regional social and economic conditions and policy oriented factors. Through multi-scheme comparison, we found that the spatial expansion pattern driven by the conditions of “Ecology & Economy win-win pattern of urban spatial expansion” development model was the best model for the healthy and orderly development of cities and towns in the future, and was of great significance for optimizing the layout of land use and the protection of the ecological environment, moreover, which can effectively predict the scope of urban space development .On the basis of all above, considering the influence factors of urban development, the improved MCR was used to analyze the spatial expansion pattern of urban construction land use under different patterns, and to explore the appropriate ecological security pattern of urban development, which reduced the land conflict between urban development and environmental protection caused by large-scale and high-intensity urbanization and industrialization process, and put forward a scientific basis and reference for urban land layout planning and ecological red line delineation.

land use; remote sensing; ecological security pattern; construction land; expansion; minimal cumulative resistance model; Tangshan City

2018-04-07

2018-06-19

農(nóng)業(yè)部“現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)基地技術(shù)試驗示范項目”（2110402）

邱 碩，主要從事城鄉(xiāng)規(guī)劃與建設(shè)領(lǐng)域管理研究。Email：w6899366@126.com.

王宇欣，男，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)生物環(huán)境及能源工程研究。Emall：Wangyuxin@cau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.17.034

TU984

A

1002-6819(2018)-17-0257-09

邱 碩，王宇欣，王平智，林 聰. 基于MCR模型的城鎮(zhèn)生態(tài)安全格局構(gòu)建和建設(shè)用地開發(fā)模式[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2018，34(17)：257－265. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.17.034 http://www.tcsae.org

Qiu Shuo, Wang Yuxin, Wang Pingzhi, Lin Cong. Construction of urban ecological security pattern and construction land development based on MCR Model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(17): 257－265. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.17.034 http://www.tcsae.org