京津冀縣域城鎮(zhèn)化與景觀格局變化的協(xié)調(diào)性研究

嚴(yán)珅，孫然好

1. 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心//城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085；2. 西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127

近年來(lái)中國(guó)城鎮(zhèn)化不斷加速，據(jù)文獻(xiàn)資料顯示，2014年，中國(guó)城鎮(zhèn)化率達(dá)54.8%（張引等，2016）。在現(xiàn)代化背景下，人口快速集聚、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展、城鎮(zhèn)化水平升高；同時(shí)人類活動(dòng)對(duì)土地利用格局的干擾越來(lái)越強(qiáng)，生態(tài)景觀越來(lái)越破碎化，阻礙了人類生產(chǎn)和生活的可持續(xù)性，如何協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)化與景觀格局的均衡發(fā)展是目前需要解決的重大問(wèn)題。因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此展開了大量相關(guān)研究，但是目前對(duì)于城鎮(zhèn)化與景觀格局的協(xié)調(diào)性研究極少，基本是城鎮(zhèn)化對(duì)景觀格局的單向作用研究，或者大多是通過(guò)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)性研究直接反映生態(tài)狀況的演變趨勢(shì)。國(guó)外的相關(guān)研究主要集中在以下兩個(gè)方面，（1）城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的交互關(guān)系。最早對(duì)城市經(jīng)濟(jì)與環(huán)境之間關(guān)系進(jìn)行探究的是Grossman和Krueger，他們通過(guò)實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境隨城鎮(zhèn)化的發(fā)展呈“環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線”變化特征（Grossman et al.，1995），隨后有學(xué)者對(duì)二者的關(guān)系進(jìn)行了深入的實(shí)證分析（Bruyn，2000），論證了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是否會(huì)改善環(huán)境，Bruyn認(rèn)為在正確的政策下，如引入環(huán)保技術(shù)和財(cái)政支持，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是有助于實(shí)現(xiàn)環(huán)境改善的；Shen et al.（2008）以美國(guó)大都市區(qū)城市化導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量的變化為例，研究人為環(huán)境變化對(duì)景觀系統(tǒng)的響應(yīng)。（2）城鎮(zhèn)化對(duì)景觀格局的單向作用研究。葡萄牙學(xué)者Cabral et al.（2017）對(duì)北幾內(nèi)亞比紹和塞內(nèi)加爾南部邊境地區(qū)土地覆蓋和景觀變化趨勢(shì)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)人口增長(zhǎng)加速了對(duì)自然資源的開采，從而加速了生態(tài)系統(tǒng)的退化，植被覆蓋降低、景觀變化顯著；Keller et al.（2017）通過(guò)構(gòu)建景觀變化模型，解釋了 2000—2006年間德國(guó)城市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)背景下的景觀格局變化，并指出制定土地利用政策，平衡景觀變化與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；有些研究則體現(xiàn)了城市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)政策、政治因素等對(duì)土地利用方式、景觀格局帶來(lái)的變化（Gautam et al.，2003；Kuemmerle et al.，2006）。而國(guó)內(nèi)的研究主要有，（1）理論應(yīng)用研究。如以北京市建成區(qū)為例，探討了景觀生態(tài)學(xué)在城市土地利用中的應(yīng)用及信息提取（李偉峰等，2011）；有些學(xué)者基于景觀生態(tài)學(xué)原理提出了構(gòu)建城市生態(tài)護(hù)岸的優(yōu)先性原則（陳明曦等，2007）、促使城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)的生態(tài)規(guī)劃構(gòu)思和調(diào)控手段（劉黎明等，2006）；也有學(xué)者將景觀生態(tài)學(xué)的相關(guān)理論引入城市規(guī)劃中，均衡考慮空間規(guī)劃和景觀規(guī)劃兩個(gè)方面（駱永鋒等，2009；黃明華等，2008）。（2）城鎮(zhèn)化的景觀格局效應(yīng)研究。通過(guò)計(jì)算景觀格局指數(shù)，利用GIS空間分析，對(duì)長(zhǎng)三角4個(gè)城市3個(gè)年份的城市擴(kuò)張規(guī)律進(jìn)行了定量分析，并探究了景觀格局的變化特征（全泉等，2009）；借助GIS、遙感技術(shù)、Fragstats軟件等，揭示了延吉市31年來(lái)景觀結(jié)構(gòu)的演化，并對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)與景觀指數(shù)進(jìn)行回歸分析，認(rèn)為影響該市城市景觀格局變化的主要人為因素是人口集聚、城鎮(zhèn)化及工業(yè)化的高速發(fā)展（杜會(huì)石等，2011）；利用8個(gè)時(shí)間斷面探討了科爾沁28年間城鎮(zhèn)化發(fā)展對(duì)沙地景觀的影響，結(jié)果表明，景觀異質(zhì)性隨城鎮(zhèn)化發(fā)展而減小（岳喜元等，2017）；也有以名山縣為例，探討不同地貌下景觀格局的分布特征和西部農(nóng)業(yè)區(qū)城鎮(zhèn)化擴(kuò)張對(duì)景觀格局的影響（何燕等，2010）。（3）城鎮(zhèn)化與景觀格局的耦合關(guān)系。有學(xué)者對(duì)城鎮(zhèn)化與景觀格局變化的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行了耦合分析，發(fā)現(xiàn)二者耦合度不斷上升（羅琛等，2015）；還有學(xué)者對(duì)成都平原城、鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與景觀格局的耦合關(guān)系的差異作了探討，結(jié)果表明城鄉(xiāng)耦合度差異較大，且人類活動(dòng)較自然條件的驅(qū)動(dòng)作用更大（Zhang et al.，2017）。

以上研究表明，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于城鎮(zhèn)化與景觀格局的研究多集中于景觀生態(tài)學(xué)理論的應(yīng)用、城鎮(zhèn)化發(fā)展對(duì)景觀格局的動(dòng)態(tài)變化影響方面，但都是單向的作用力研究，且多為省、市等較大尺度，缺乏對(duì)城鎮(zhèn)化與景觀格局兩個(gè)系統(tǒng)之間的交互關(guān)系的探討。基于以上分析，本研究以京津冀城市群165個(gè)縣（市、區(qū)）為基本單元，通過(guò)構(gòu)建城鎮(zhèn)化與景觀格局協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并利用GIS進(jìn)行空間分析，旨在厘清城鎮(zhèn)化與景觀格局之間的雙向作用關(guān)系。由于京津冀地區(qū)在城鎮(zhèn)化過(guò)程中，景觀組成結(jié)構(gòu)不斷演變，定量評(píng)估城鎮(zhèn)化與景觀格局協(xié)調(diào)關(guān)系的空間差異，有利于為制定京津冀城鎮(zhèn)化健康發(fā)展和景觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化政策提供依據(jù)。為平衡地區(qū)發(fā)展差異而建立的雄安新區(qū)，其發(fā)展能夠帶動(dòng)周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)，改變整個(gè)京津冀地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程和景觀格局，因此，本研究預(yù)測(cè)了雄安新區(qū)的未來(lái)規(guī)劃格局，為未來(lái)京津冀城鎮(zhèn)化的發(fā)展和景觀要素的優(yōu)化布局提供借鑒。

1 研究地區(qū)和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

京 津 冀 地 區(qū) 位 于 36.1°～42.6°N ， 113.4°～119.8°E，東臨渤海，地貌以平原為主，土地利用類型多樣。京津冀地區(qū)包括北京、天津兩個(gè)直轄市和河北省11個(gè)地級(jí)市，土地面積約為21.38萬(wàn)平方千米，常住人口約1.09億人，2014年地區(qū)生產(chǎn)總值為6.57萬(wàn)億元，是中國(guó)北方經(jīng)濟(jì)水平最高的地區(qū)，也是文化、技術(shù)創(chuàng)新、國(guó)際交往等快速發(fā)展的地區(qū)。自 2014年提出協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略以來(lái)，京津冀地區(qū)在交通一體化、大氣污染聯(lián)防聯(lián)控、產(chǎn)業(yè)對(duì)接協(xié)作方面不斷取得重大進(jìn)展；2017年為了進(jìn)一步推進(jìn)京津冀協(xié)同發(fā)展，分散北京非首都職能，拓展城市發(fā)展空間和協(xié)調(diào)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，中央批準(zhǔn)設(shè)立雄安新區(qū)，地處北京、天津、保定腹地。由于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，城市居民點(diǎn)和建設(shè)用地景觀增加，區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)遭到破壞，人口-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展成為一大難題。為方便計(jì)算及數(shù)據(jù)的空間對(duì)比，將北京六城區(qū)統(tǒng)一劃為北京市城區(qū)，將天津市內(nèi)六區(qū)統(tǒng)一劃為天津市城區(qū)。將河北省各地級(jí)市所轄區(qū)合并為市轄區(qū)，作為獨(dú)立的研究單元，共劃分出165個(gè)縣域研究區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

為了科學(xué)地評(píng)價(jià)城鎮(zhèn)化水平和景觀格局的協(xié)調(diào)發(fā)展情況，借鑒前人的研究方法（黃金川等，2004；李謝輝等，2012；崔木花，2015），從城鎮(zhèn)化和景觀格局兩方面構(gòu)建合理的指標(biāo)體系。城鎮(zhèn)化系統(tǒng)：由于本文研究的是城鎮(zhèn)化過(guò)程中社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素與景觀格局變化的相互作用關(guān)系，故圍繞社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素從人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、空間城鎮(zhèn)化4個(gè)子系統(tǒng)共選取10個(gè)具體指標(biāo)（表1），以系統(tǒng)全面地評(píng)價(jià)城鎮(zhèn)化的演進(jìn)狀況。景觀格局系統(tǒng)：在類型水平和景觀水平兩個(gè)尺度上計(jì)算景觀格局指數(shù)，需要說(shuō)明的是，由于京津冀區(qū)縣較多，難于在類型水平上分析各縣域景觀格局，故本文所構(gòu)建的指標(biāo)體系中的景觀格局系統(tǒng)只將景觀水平指數(shù)納入其中，類型水平指數(shù)另作分析。鑒于縣域數(shù)據(jù)的獲取難度，僅選取10個(gè)城鎮(zhèn)化指標(biāo)，4個(gè)類型水平指標(biāo)，分別是斑塊密度（PD）、斑塊個(gè)數(shù)（NP）、最大面積指數(shù)（LPI）、形狀指數(shù)（LSI）。針對(duì)面積-邊緣、聚集度、多樣性三大類型選取6個(gè)景觀水平指標(biāo)，分別是斑塊個(gè)數(shù)（NP）、邊界密度（ED）、斑塊密度（PD）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、香濃多樣性指數(shù)（SHDI）、香濃均勻度指數(shù)（SHEI），并利用景觀綜合指數(shù)表征景觀的整體布局和結(jié)構(gòu)組合狀態(tài)，各指數(shù)含義和生態(tài)學(xué)意義見參考文獻(xiàn)（馬駿等，2014）。

本研究數(shù)據(jù)包括：（1）京津冀各縣、市、區(qū)（以下統(tǒng)稱縣區(qū)）社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《河北經(jīng)濟(jì)年鑒2006、2011、2015》、《北京統(tǒng)計(jì)年鑒2006、2011、2015》、《天津統(tǒng)計(jì)年鑒 2006、2011、2015》、《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒 2006、2011、2015》。（2）京津冀地區(qū)LUCC數(shù)據(jù)（2005、2010、2015，），分辨率為30 m，來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心。由于缺乏2014年LUCC數(shù)據(jù)，而相鄰年份的數(shù)據(jù)變化不大，故用2015年的數(shù)據(jù)代替，該土地?cái)?shù)據(jù)分為草地、人工表面、耕地、其他用地等6種類型，在ArcGIS平臺(tái)上，將土地利用數(shù)據(jù)分割成165個(gè)區(qū)域，并利用Fragstats 4.2計(jì)算各景觀指數(shù)。

使用綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行多指標(biāo)分析時(shí)，需先賦予各指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算權(quán)重的方法很多，如客觀賦值法中的熵值法、最大離差法（王應(yīng)明，1998），其中熵值法（王長(zhǎng)建等，2012）的計(jì)算結(jié)果較客觀，使用較為廣泛，因此本文選用熵值法，其計(jì)算步驟為（王富喜等，2013；袁久和等，2013）：

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于各指標(biāo)的量綱、單位不同，需對(duì)初始數(shù)據(jù)分別進(jìn)行正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，本文選用極值法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理（易平濤等，2014）。由于單一的景觀指數(shù)本身不具有絕對(duì)的正逆向性，本文從人為干擾強(qiáng)度的角度定義各指標(biāo)的正逆向性。將景觀水平指數(shù)中的NP、PD、ED看作逆向指標(biāo)（值越大，表明人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境干擾和破壞作用越大），將 CONTAG、SHDI、SHEI看作正向指標(biāo)（值越大，表明人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的改造和優(yōu)化作用越大）。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值都會(huì)落在[0-1]內(nèi)，具體算法參照郭亞軍等（2008）的計(jì)算步驟。

正向指標(biāo)的計(jì)算：

逆向指標(biāo)的計(jì)算：

式中，Xij和X'ij分別為i縣市第j項(xiàng)指標(biāo)的初始值和標(biāo)準(zhǔn)化后的值； Xjmax和Ximin分別為Xj的最大值、最小值。

（2）指標(biāo)比重的計(jì)算

（3）指標(biāo)信息熵的計(jì)算

（4）指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

（5）綜合得分的計(jì)算

式中，f(xi)為第i（i=1, 2, ......, s）縣市的城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)；g(yi)（i=1, 2, ......, t）為景觀格局綜合指數(shù)；wj為第j項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重；m為全部縣市數(shù)；n為指標(biāo)個(gè)數(shù)。各指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 城鎮(zhèn)化與景觀格局評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重Table 1 Evaluation indicators and weights of urbanization and landscape pattern

1.3 城鎮(zhèn)化與景觀格局協(xié)調(diào)度模型

由于城鎮(zhèn)化的發(fā)展與景觀格局的演變相互支撐、優(yōu)化又相互限制、脅迫，耦合度模型能夠反映二者間的雙向作用關(guān)系，但還需借助協(xié)調(diào)度模型來(lái)說(shuō)明它們的整體水平及協(xié)調(diào)程度，參照文獻(xiàn)（廖重斌，1999）進(jìn)行計(jì)算，具體步驟為：

式中，C代表耦合度；T是發(fā)展度；D是協(xié)調(diào)度；k=2；α、β為待定系數(shù)，本文認(rèn)為兩系統(tǒng)重要性相當(dāng)，故取α=β=0.5。

根據(jù)協(xié)調(diào)度計(jì)算結(jié)果，參照相關(guān)文獻(xiàn)（譚俊濤等，2015；張榮天等，2015；王雨竹等，2016；張學(xué)波等，2016）的劃分標(biāo)準(zhǔn)，將城鎮(zhèn)化過(guò)程中的社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況與景觀格局的協(xié)調(diào)度劃分成以下7個(gè)類型，還可以根據(jù)二者的相對(duì)大小將協(xié)調(diào)類型分為以下3類（表2）。

2 結(jié)果與分析

2.1 城鎮(zhèn)化綜合水平評(píng)價(jià)

利用公式（1）～（6）計(jì)算出京津冀 165個(gè)區(qū)域的城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)，并采用Jenks自然斷點(diǎn)法將該地區(qū)城鎮(zhèn)化程度劃為3個(gè)等級(jí)（圖1）。本文所計(jì)算的綜合指數(shù)值僅代表各地空間對(duì)比上的相對(duì)大小，不具有絕對(duì)意義。由圖可知，2005年高度城鎮(zhèn)化地區(qū)只有北京、天津城區(qū)，中度城鎮(zhèn)化地區(qū)為北京城區(qū)周邊縣域、天津城區(qū)周邊縣域、河北省各市轄區(qū)以及遷安市，其余縣區(qū)為低度城鎮(zhèn)化區(qū)域，占整個(gè)京津冀縣域總數(shù)的 83%；2005—2010年期間，高度城鎮(zhèn)化地區(qū)較 2005年增加了石家莊市轄區(qū)，中度城鎮(zhèn)化地區(qū)增加了三河市、武清區(qū)、津南區(qū)等，低度城鎮(zhèn)化地區(qū)有所縮減，但仍占京津冀縣域總數(shù)的80.6%；2010—2014年期間，高度城鎮(zhèn)化地區(qū)較 2010年增加了濱海新區(qū)，中等城鎮(zhèn)化地區(qū)增加了寶坻區(qū)、寧河縣、靜海縣，而平山縣、正定縣、辛集市則由中等城鎮(zhèn)化變?yōu)榈投瘸擎?zhèn)化區(qū)域，其余132個(gè)縣區(qū)全部為低度城鎮(zhèn)化區(qū)域，占京津冀地區(qū)縣域總數(shù)的80%。

總體而言，2005—2014年，京津冀城鎮(zhèn)化有所發(fā)展，但大體格局維持穩(wěn)定。高城鎮(zhèn)化區(qū)域由北京、天津城區(qū)擴(kuò)張至北京、天津市城區(qū)，濱海新區(qū)、石家莊市轄區(qū)4個(gè)，主要是因?yàn)楸本┖吞旖虺菂^(qū)非農(nóng)人口比重大，城鎮(zhèn)化率高，且經(jīng)濟(jì)水平高，為各年份城鎮(zhèn)化綜合水平高值區(qū)；而石家莊是省會(huì)城市，發(fā)展較好；近年天津?yàn)I海新區(qū)迅速崛起，其規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值、人均 GDP等多個(gè)指標(biāo)均居京津冀各縣區(qū)之首，因此該區(qū)城鎮(zhèn)化逐漸由中度提升為高度水平。10年間，中度城鎮(zhèn)化區(qū)域集中成片分布在京津周邊縣區(qū)，河北省僅各市市轄區(qū)和遷安市一直屬于中度城鎮(zhèn)化水平，形成零星散布的空間格局，說(shuō)明地級(jí)市轄區(qū)作為城市的核心區(qū)域，發(fā)展較快，但對(duì)周邊各區(qū)的輻射帶動(dòng)作用微弱，而京津?qū)χ苓叺妮椛漭^大，與周邊縣區(qū)的聯(lián)系較緊密。其余 100多個(gè)縣區(qū)均為低度城鎮(zhèn)化區(qū)域，幾乎全部分布在河北省內(nèi)，面積覆蓋京津冀縣域面積的 80%以上地區(qū)，說(shuō)明河北整體城鎮(zhèn)化水平偏低，這主要是由于地形、城市規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素影響，加上遠(yuǎn)離京津核心區(qū)，故河北大多縣域經(jīng)濟(jì)落后。

表2 協(xié)調(diào)度類型劃分Table 2 Classification of coordination degree

圖1 城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)時(shí)空分異Fig. 1 Spatiotemporal patterns of comprehensive level of urbanization

2.2 景觀格局綜合水平評(píng)價(jià)

2.2.1 類型水平指數(shù)分析

在斑塊類型水平上選取4個(gè)景觀指數(shù)反映整個(gè)京津冀范圍內(nèi)的景觀格局變化情況，分別是 NP、PD、LSI、LPI（圖2）。從NP和 PD看，斑塊數(shù)量較多的覆蓋類型是人工表面、耕地、草地，較少的是濕地和其他類型；2005—2014年大多數(shù)景觀斑塊數(shù)、斑塊密度都有所增加，2010—2014年間增幅明顯，說(shuō)明此階段經(jīng)濟(jì)建設(shè)加強(qiáng)，導(dǎo)致景觀更加破碎化。從LSI看，除人工表面略有下降以外，其他覆蓋類型都呈逐年上升趨勢(shì)，說(shuō)明這些景觀斑塊的形狀逐漸不規(guī)則化，人類干擾加強(qiáng)。從LPI看，林地和耕地是研究范圍內(nèi)的優(yōu)勢(shì)景觀，2014年最大斑塊面積分別占19.73%、29.23%。

2.2.2 基于景觀水平指數(shù)的景觀格局綜合指數(shù)分析

利用Fragstats計(jì)算京津冀165個(gè)區(qū)域的6個(gè)景觀水平指數(shù)，再根據(jù)所得出的各指標(biāo)權(quán)重值，利用式（7）計(jì)算出各地區(qū)景觀格局綜合指數(shù)反映景觀整體布局的合理程度和空間配置情況，將結(jié)果劃分為3個(gè)等級(jí)（圖3）。由圖可知，2005年景觀格局綜合指數(shù)高值區(qū)主要分布在北京西部、天津東南部、邢邯西部、石張?zhí)拼蟛恳约扒販鏂|部沿海地區(qū)，占京津冀縣域總數(shù)的28.5%；中值區(qū)分布零散，主要分布在承德北部、廊坊、天津中部、北京東部、邯鄲部分地區(qū)；低值區(qū)主要在冀東北、冀東南地區(qū)。2010年，高值區(qū)主要分布在北京西部、天津東南部、保定中部、邢邯西部、石張?zhí)拼蟛俊⑶刂心弦约皽嬷輺|部，共占京津冀縣域總數(shù)的34.5%；中值區(qū)分布在河北北部、廊坊、天津等地；低值區(qū)分布在冀北、冀東南等地。2014年，高值區(qū)主要分布在北京昌平區(qū)、房山區(qū)，秦唐津滄東部沿海地區(qū)，冀南西部沿線，占京津冀縣域總數(shù)的21.8%；中值區(qū)依然分布零散，主要分布在承張部分地區(qū)、廊唐大部地區(qū)；低值區(qū)則分布在京津中部、冀東北、冀東南地區(qū)。

圖2 類型水平指數(shù)計(jì)算結(jié)果Fig. 2 Results of class level index

圖3 景觀格局綜合指數(shù)時(shí)空分異Fig.3 Spatiotemporal patterns of comprehensive level of landscape patterns

從整個(gè)研究時(shí)期來(lái)看，京津冀景觀格局綜合水平高值區(qū)數(shù)量呈先增加后減少的趨勢(shì)。2005—2010年，張家口西部、保定北部等縣區(qū)由中值區(qū)變?yōu)楦咧祬^(qū)，且高值區(qū)基本集中在冀西陸地沿線和冀東海岸沿線，冀西山區(qū)受地形限制，人類活動(dòng)強(qiáng)度弱，對(duì)景觀結(jié)構(gòu)的破壞較小，景觀生態(tài)較穩(wěn)定；2010—2014年，張家口西部、南部，北京西北部、東北部，唐山大部分地區(qū)由高值區(qū)變?yōu)橹兄祬^(qū)，其中，張家口西部和南部屬于冀西北盆地區(qū)，該區(qū)地形復(fù)雜，林草植被破壞嚴(yán)重，景觀結(jié)構(gòu)趨于不合理，其他地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)或者重工業(yè)的發(fā)展等不同因素導(dǎo)致用地格局發(fā)生改變，景觀組合狀態(tài)較差。3個(gè)時(shí)期，京津冀景觀格局綜合水平低值區(qū)數(shù)量略有波動(dòng)但基本保持穩(wěn)定。

2.3 城鎮(zhèn)化與景觀格局協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)

利用公式（8）～（10）計(jì)算京津冀城鎮(zhèn)化與景觀格局的協(xié)調(diào)度。根據(jù)協(xié)調(diào)度大小，結(jié)合協(xié)調(diào)模式，按照表2所示劃分標(biāo)準(zhǔn)將京津冀165個(gè)區(qū)縣協(xié)調(diào)度劃分為以下8種類型。

（1）良好協(xié)調(diào)景觀格局滯后型：2005年和2010年該類型僅包括北京城區(qū)；2014年該類型包括北京、天津城區(qū)。2005—2014年，該類型主要聚集在京津城區(qū)，這些地區(qū)無(wú)論是在城鎮(zhèn)化率、人均GDP還是工業(yè)總產(chǎn)值方面，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于京津冀其他各區(qū)，因此城鎮(zhèn)化水平高，但由此帶來(lái)的一系列耕地退化、林草面積衰減等問(wèn)題導(dǎo)致景觀格局受到一定的干擾和破壞，因此景觀格局的合理程度滯后于城鎮(zhèn)化程度。

（2）良好協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)化滯后型：僅有 2014年的濱海新區(qū)屬于此類型，得益于優(yōu)越的地理位置，其經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，城鎮(zhèn)化水平較高，但比起該區(qū)良好的生態(tài)基礎(chǔ)，濱海新區(qū)的城鎮(zhèn)化水平依然滯后于其景觀格局水平。

（3）中度協(xié)調(diào)景觀格局滯后型：僅有 2005年和 2010年的天津市城區(qū)屬于此類型，該區(qū)非農(nóng)人口比重高，經(jīng)濟(jì)總量靠前，但是隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，勞動(dòng)力大量涌入城內(nèi)，城鎮(zhèn)居民住房用地增加，城市擴(kuò)張導(dǎo)致景觀格局的演變。

（4）中度協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)化滯后型：2005年該類型包括濱海新區(qū)、唐保市轄區(qū)；2010年該該類型包括濱海新區(qū)、滄石市轄區(qū)；2014年該該類型僅包括石家莊市轄區(qū)。濱海新區(qū)近年努力打造生態(tài)宜居新區(qū)，區(qū)域建設(shè)嚴(yán)格遵循土地規(guī)劃政策，提高了生態(tài)景觀結(jié)構(gòu)的完整性，其他市轄區(qū)城鎮(zhèn)化有一定程度的發(fā)展，但滯后于景觀格局綜合水平。

（5）勉強(qiáng)協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)化滯后型：2005年該類型包括石滄邢邯市轄區(qū)；2010年該該類型包括北京順義區(qū)、天津城區(qū)外圍呈團(tuán)狀區(qū)域等；2014年該類型較2010年增加了滄州市轄區(qū)。

（6）輕度失調(diào)城鎮(zhèn)化滯后型：2005年該類型包括門頭溝區(qū)、北辰區(qū)、秦皇島市轄區(qū)等；2010年該類型包括北京城區(qū)外圍團(tuán)狀區(qū)域、廊坊與京津交界部分、張承市轄區(qū)、辛集市等；2014年該類型包括北京城區(qū)外圍團(tuán)狀區(qū)域、廊坊與京津交界部分、天津部分縣區(qū)。

（7）中度失調(diào)城鎮(zhèn)化滯后型：2005年該類型包括北京城區(qū)周邊縣區(qū)、張承衡市轄區(qū)；2010年該該類型包括北京北部、天津大部、唐山北部、石家莊市轄區(qū)周邊的大片區(qū)域以及冀南的武安市、邯鄲縣；2014年該類型較2010年增加了黃驊市、任丘市、冀西南地區(qū)以及石衡交接地帶縣區(qū)。

（8）嚴(yán)重失調(diào)城鎮(zhèn)化滯后型：2005—2014年京津無(wú)此類型，該類型在3個(gè)時(shí)期都成片分布在河北各縣區(qū)。這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)落后，城鎮(zhèn)發(fā)展動(dòng)力不足，同時(shí)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)粗放，缺乏科學(xué)的土地利用規(guī)劃，因此城鎮(zhèn)化與景觀格局水平都不高，協(xié)調(diào)度低，且城鎮(zhèn)化滯后現(xiàn)象尤其突出。

整個(gè)研究期內(nèi)，城鎮(zhèn)化與景觀格局的協(xié)調(diào)區(qū)都集中在京津城區(qū)和渤海灣海岸沿線的濱海新區(qū)，冀中南、冀南部分市轄區(qū)；失調(diào)區(qū)都集中在北京城區(qū)外圍的縣區(qū)以及河北各市轄區(qū)外的所有區(qū)域（圖4）。

3 討論

3.1 城鎮(zhèn)化與景觀變化的交互機(jī)理

城鎮(zhèn)化發(fā)展與景觀格局演變的影響是雙向的，二者相互支撐、優(yōu)化又相互限制、脅迫，這種交互作用體現(xiàn)在，（1）隨著城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，農(nóng)村人口逐漸涌入城鎮(zhèn)，大量林地、草地被占用為建設(shè)用地，資源開發(fā)力度加強(qiáng)，土地利用方式轉(zhuǎn)變，進(jìn)而對(duì)生態(tài)景觀產(chǎn)生巨大的脅迫作用，導(dǎo)致景觀結(jié)構(gòu)不合理化；另一方面，資源的有限性、不可再生性，用地類型的轉(zhuǎn)變，又會(huì)導(dǎo)致城市空間壓力增大，限制城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，阻礙經(jīng)濟(jì)發(fā)展。（2）城鎮(zhèn)化與景觀格局在互相脅迫的同時(shí)，也可能互相促進(jìn)。城鎮(zhèn)化的發(fā)展給社會(huì)帶來(lái)物質(zhì)支撐，相應(yīng)地，有了資金后盾，人們的環(huán)保意識(shí)漸強(qiáng)，在景觀規(guī)劃上的建設(shè)投資力度會(huì)加大，這樣城市景觀格局會(huì)逐步優(yōu)化；另一方面，景觀結(jié)構(gòu)的合理化會(huì)提升經(jīng)濟(jì)效益和拓展城市發(fā)展空間。然而，就目前京津冀的實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀看，該地區(qū)城鎮(zhèn)化與景觀格局的相互作用以限制、脅迫為主。

由表1及本研究所搜集的原始數(shù)據(jù)可知，非農(nóng)人口比重、人均GDP、職工平均工資等在3個(gè)年份中所占的比重都是最大的，因此在本研究所構(gòu)建的評(píng)價(jià)體系內(nèi)，分析引起京津冀城鎮(zhèn)化與景觀格局變化及二者協(xié)調(diào)性空間差異的原因。一是人口增長(zhǎng)。2005—2014年，京、津城區(qū)每平方千米人口數(shù)分別從2005年的6926人上升到2014年的9327.5人和從21718人上升到22489人，而其他地區(qū)人口密度的增長(zhǎng)較小，京津人口的流入和集聚導(dǎo)致居住用地?zé)o節(jié)制蔓延，改變了用地格局。二是城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)水平。京津兩地人均GDP、三產(chǎn)比重等都遠(yuǎn)高于京津冀其他地區(qū)，城鎮(zhèn)化發(fā)展，林草地占用，工礦用地增加，雖導(dǎo)致了景觀格局的破壞，但其極高的城鎮(zhèn)化水平對(duì)景觀格局產(chǎn)生了正向促進(jìn)作用，因此兩地區(qū)城鎮(zhèn)化與景觀格局協(xié)調(diào)性較高；各市轄區(qū)城鎮(zhèn)化水平次之，故二者的協(xié)調(diào)性一般；而河北其他縣區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程緩慢，人類活動(dòng)較弱，開發(fā)力度小，景觀格局的完整性較好，故二者發(fā)展失調(diào)。三是城市級(jí)別。北京是首都，受其政治約束，區(qū)域開放性不強(qiáng)，與其他地區(qū)的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系和依賴性弱；天津是直轄市，得益于國(guó)家政策，各方面發(fā)展條件好；而河北省除了市轄區(qū)得益于城市中心區(qū)的行政地位外，其他縣域資源少、人口聚集能力差、發(fā)展滯緩。

3.2 未來(lái)發(fā)展與熱點(diǎn)區(qū)

圖4 城鎮(zhèn)化與景觀格局協(xié)調(diào)度空間分布Fig. 4 Spatiotemporal patterns of coupling coordination degrees of urbanization and landscape patterns

京津冀城鎮(zhèn)化模式以北京、天津?yàn)橹鲗?dǎo)，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的吸附效應(yīng)強(qiáng)，而擴(kuò)散效應(yīng)弱，導(dǎo)致京津周邊地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程緩慢，這種格局與張旭亮等（2011）對(duì)“長(zhǎng)三角”地區(qū)的研究結(jié)果不同，其研究發(fā)現(xiàn)，“長(zhǎng)三角”以上海為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，雖與京津冀同屬于以個(gè)別城市為主導(dǎo)的城市群發(fā)展模式，但上海的經(jīng)濟(jì)腹地廣、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)雄厚、城市布局合理，輻射能力強(qiáng)，與周邊次中心城鎮(zhèn)聯(lián)系緊密，中小城鎮(zhèn)異軍突起，城市群內(nèi)部較協(xié)調(diào)。2017年中央設(shè)立雄安新區(qū)，試圖推動(dòng)京津冀一體化，緩解首都?jí)毫Γ紤]到雄安新區(qū)自身?xiàng)l件及發(fā)展現(xiàn)狀，雄安新區(qū)的未來(lái)規(guī)劃格局將成為京津冀均衡發(fā)展的重要出口。一是合理控制人口，加強(qiáng)人才引進(jìn)和外來(lái)勞動(dòng)力流入，但要防止過(guò)量人口流入形成新的“城市病”區(qū)域，合理的人口規(guī)模將緩解京津勞動(dòng)力冗余、居住用地?zé)o序擴(kuò)張的消極局面。二是推進(jìn)該區(qū)與周邊縣區(qū)交通設(shè)施、水利設(shè)施等基礎(chǔ)建設(shè)，規(guī)劃修建連接“京-津-保”的城鐵和高速公路。從景觀上看，這些舉動(dòng)雖改變了土地利用格局，但促進(jìn)了斑塊間物質(zhì)流動(dòng)；從社會(huì)發(fā)展上看，將縮短京、津公共服務(wù)共享和資源流入到保定市內(nèi)、雄安新區(qū)的時(shí)間，提高京津開放程度，促進(jìn)京津冀的交流協(xié)作。三是產(chǎn)業(yè)資源轉(zhuǎn)移。將北京一部分創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)、天津部分科研院校轉(zhuǎn)移到自然環(huán)境、辦公環(huán)境良好的雄安新區(qū)，豐富該區(qū)的科技文化資源，并積極對(duì)接中關(guān)村產(chǎn)業(yè)園，分散北京非首都職能，促成京津冀新的增長(zhǎng)極，改善河北大片區(qū)域經(jīng)濟(jì)塌陷現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)城市的空間重組和優(yōu)化布局。

本文在數(shù)據(jù)可獲取性前提下，構(gòu)建了京津冀縣域城鎮(zhèn)化與景觀格局協(xié)調(diào)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。盡管采用數(shù)學(xué)方法可避免指標(biāo)權(quán)重的主觀定義，但是在指標(biāo)選取方面依然存在一定的主觀性，主要受限于數(shù)據(jù)可獲得性。在今后的研究中，將補(bǔ)充更全面、更科學(xué)的指標(biāo)，并進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列分析，以得出更科學(xué)的研究結(jié)果。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)京津冀縣域城鎮(zhèn)化與景觀格局協(xié)調(diào)性的量化分析，得出如下結(jié)論：

（1）城鎮(zhèn)化水平呈現(xiàn)地域差異。高、中值區(qū)主要集中在京津城區(qū)和各地級(jí)市轄區(qū)，由此形成以北京城區(qū)為中心的團(tuán)狀分布格局和以河北各市轄區(qū)零星散布的點(diǎn)狀分布格局，但整個(gè)研究期內(nèi)，低值區(qū)縣區(qū)數(shù)量都占整個(gè)區(qū)域80%以上的比重，說(shuō)明京津冀地區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展整體滯后且地區(qū)間嚴(yán)重失衡，北京城區(qū)長(zhǎng)期占據(jù)主導(dǎo)地位，石家莊、濱海新區(qū)等開始崛起，但京津“雙核”城鎮(zhèn)化發(fā)展模式并沒有對(duì)京津冀廣大的縣域產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射帶動(dòng)作用，河北省大片縣區(qū)發(fā)展滯后。

（2）景觀格局變化劇烈。從類型水平指數(shù)看，大多數(shù)景觀類型的斑塊數(shù)量和密度都呈增加趨勢(shì)，斑塊形狀呈現(xiàn)不規(guī)則化，景觀破碎化程度加深，人類干擾加強(qiáng)；林地和耕地是研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)景觀。從景觀水平指數(shù)看，京津冀地區(qū)3個(gè)時(shí)期景觀格局綜合指數(shù)高值區(qū)數(shù)量呈現(xiàn)先增加后減少趨勢(shì)，高值區(qū)主要集中在冀東、冀西沿線和濱海新區(qū)，由此形成沿冀西陸地和沿冀東海岸的近似條狀分布格局，中值區(qū)的分布則比較零散，低值區(qū)主要分布在冀東南和冀東北地區(qū)、北京東部、天津中部地區(qū)。整個(gè)研究期內(nèi)，高值區(qū)數(shù)量最多只占京津冀34%的比重，低值區(qū)數(shù)量略有波動(dòng)但基本保持穩(wěn)定，說(shuō)明京津冀地區(qū)景觀格局亟待優(yōu)化，既要促進(jìn)土地利用類型的多樣化，又要防止景觀格局的破碎化。

（3）城鎮(zhèn)化與景觀變化失衡。3個(gè)時(shí)期，城鎮(zhèn)化與景觀格局的協(xié)調(diào)區(qū)都集中在京津城區(qū)、渤海灣海岸沿線，失調(diào)區(qū)都集中在北京城區(qū)外圍及河北各市轄區(qū)外的所有區(qū)域。說(shuō)明京津城區(qū)、渤海灣沿線是經(jīng)濟(jì)發(fā)展好且城市土地規(guī)劃較合理的區(qū)域，而這些地區(qū)良好的協(xié)調(diào)發(fā)展只對(duì)京津周邊縣區(qū)產(chǎn)生一定影響，對(duì)距離較遠(yuǎn)的河北各縣區(qū)影響甚小，京津城區(qū)作為京津冀核心力量，與大部分周邊城鎮(zhèn)的聯(lián)系不緊密，輻射作用弱，整個(gè)地區(qū)城鎮(zhèn)化與景觀格局協(xié)調(diào)度嚴(yán)重失衡，而經(jīng)濟(jì)因素是其主要驅(qū)動(dòng)力。雄安新區(qū)的構(gòu)想與合理規(guī)劃有利于縮小區(qū)域差異，促進(jìn)京津冀一體化。

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