藺雪芹，王岱，劉旭

1. 首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048；2. 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101

北京城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)及驅(qū)動力

藺雪芹1，王岱2*，劉旭1

1. 首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048；2. 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101

摘要：城市土地利用變化及其生態(tài)環(huán)境響應(yīng)是全球環(huán)境變化研究的重要組成部分，是可持續(xù)發(fā)展研究的核心問題。大都市作為人口和產(chǎn)業(yè)密集地區(qū)，城市土地利用變化劇烈，由此帶來的生態(tài)環(huán)境問題更為顯著。在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)背景下，研究大都市城市空間擴(kuò)展及其生態(tài)環(huán)境響應(yīng)，對提高大都市土地利用效能，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。文章基于北京市遙感影像數(shù)據(jù)及相關(guān)社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建北京市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)評價指標(biāo)體系和模型，對1995─2010年北京市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)進(jìn)行了綜合評價并分析其驅(qū)動力。研究認(rèn)為：1995─2010年北京市各區(qū)縣空間擴(kuò)展的社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)不斷增大，首都功能核心區(qū)和城市功能拓展區(qū)各區(qū)縣社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)上升幅度最大，城市發(fā)展新區(qū)和生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)各區(qū)縣上升趨勢較為平緩；除東城區(qū)和西城區(qū)外，各區(qū)縣土地利用狀態(tài)指數(shù)有所下降，降低幅度較大的區(qū)縣有通州、順義、大興、平谷和昌平，較小的區(qū)縣有朝陽、海淀、豐臺、石景山和密云；除通州和大興外，各區(qū)縣空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)均呈上升趨勢，凈變化量較大的區(qū)縣主要位于首都功能核心區(qū)，生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)和城市發(fā)展新區(qū)各區(qū)縣凈變化量較?。怀ㄖ?、順義、延慶和昌平外，各區(qū)縣城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合指數(shù)均有所提高，其中東城、西城、海淀和朝陽凈變化量較大，順義、平谷和懷柔凈變化量較小，空間格局表現(xiàn)出“中心低、外圍高、東南低、西北高”的特征；人口增長、城市化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、建設(shè)用地高速擴(kuò)展、生態(tài)用地減少等對北京城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)具有重要影響。

關(guān)鍵詞：空間擴(kuò)展；生態(tài)環(huán)境響應(yīng)；時空分異；驅(qū)動力；北京

引用格式：藺雪芹，王岱，劉旭. 北京城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)及驅(qū)動力[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2015, 24(7): 1159-1165.

LIN Xueqin, WANG Dai, LIU Xu. Eco-environment Response to Urban Spatial Expansion and Its Driving Forces in Beijing [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(7): 1159-1165.

伴隨我國進(jìn)入城鎮(zhèn)化加速發(fā)展階段，城市規(guī)?？焖贁U(kuò)張，由此帶來的一系列生態(tài)環(huán)境問題已成為制約我國城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。關(guān)于城市土地利用變化和空間擴(kuò)張與生態(tài)環(huán)境二者關(guān)系國內(nèi)外已有諸多研究。主要有以下幾個方面：（1）城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)要素研究。包括城市空間擴(kuò)展對大氣成分及氣候變化的影響（Meyer et al.，2003），對水文變化的影響（Croke et al.，2004；Mark et al.，2003），對土壤性質(zhì)的影響（Islam et al.，2000；郭旭東等，2001），對自然災(zāi)害的影響（史培軍，2003）等。（2）城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境影響要素辨析。陳瑩認(rèn)為土地利用規(guī)模結(jié)構(gòu)變化及水資源減少是造成北京生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變動的重要原因（陳瑩等，2007），王宏偉等（2008）認(rèn)為農(nóng)業(yè)活動的開發(fā)造成各用地類型的消長轉(zhuǎn)化以及人文經(jīng)濟(jì)活動是生態(tài)環(huán)境惡化的主要原因，卞正富和張燕平（2006）探討了煤礦區(qū)土地利用格局的演變對環(huán)境的影響。（3）城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)評價。一些學(xué)者通過遙感圖像解譯信息如歸一化植被指數(shù)、地面輻射溫度、MODIS地表溫度等對區(qū)域空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行了評價（Arthur et al.，2003；楊山等，2003；李洪義等，2006），一些學(xué)者將土地利用結(jié)構(gòu)、河網(wǎng)密度、水土侵蝕強度、森林覆蓋率等作為評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的重要組成部分，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價（黃寶榮等，2008；徐鵬煒等，2006），一些學(xué)者基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值、生態(tài)足跡等對城市空間擴(kuò)張的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)進(jìn)行評價（徐超平等，2010；鄭辛酉等，2006），我國環(huán)境保護(hù)總局于2006年提出的基于遙感影像解譯的生態(tài)環(huán)境狀況評價指標(biāo)體系及方法，也成為諸多學(xué)者對大都市區(qū)空間擴(kuò)張的生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行評價的有效手段（王瑤等，2007；楊楠等，2008；張華等，2008）。（4）城市空間擴(kuò)展的生態(tài)安全格局分析。俄羅斯地理學(xué)家認(rèn)為保護(hù)景觀多樣性在一定程度上決定了土地覆被和利用的可持續(xù)性。存在的自然生態(tài)系統(tǒng)越多，區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定性越大（陳百明等，2003），在我國岳書平等（2006）、李俊祥等（2004）從景觀生態(tài)學(xué)的角度對區(qū)域空間擴(kuò)展的生態(tài)安全格局進(jìn)行了研究。（5）城市空間擴(kuò)展的生態(tài)響應(yīng)預(yù)測、生態(tài)導(dǎo)向的大都市區(qū)空間擴(kuò)展模擬預(yù)測研究。如Bewket et al.（2005）預(yù)測了未來土地利用/覆被潛在變化對水溫水資源的影響，Allan et al.（2002）以保護(hù)區(qū)域水質(zhì)為目標(biāo)，建立了小流域土地利用格局優(yōu)化模型，何春陽等（2003）考慮道路交通、河流、綠地、面狀水體等約束因素基礎(chǔ)上，從城鎮(zhèn)用地數(shù)量最優(yōu)和結(jié)構(gòu)最佳的角度，對北京大都市區(qū)發(fā)展格局進(jìn)行了預(yù)測。已有研究對城市空間擴(kuò)展與生態(tài)環(huán)境二者關(guān)系進(jìn)行了較為全面的研究，但重空間擴(kuò)展與生態(tài)環(huán)境的因果關(guān)系確認(rèn)，輕空間擴(kuò)展對生態(tài)環(huán)境的影響因素剖析；且效果評價多，過程研究少。本文以1995─2010年北京市土地利用變化和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于P-S-R壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型，構(gòu)建北京城市空間擴(kuò)張的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)評價綜合指標(biāo)體系和評價模型，對1995─2010年北京市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)進(jìn)行評價，并從社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用變化各要素入手，分析北京市城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)的驅(qū)動力。研究對于優(yōu)化城市空間擴(kuò)展模式，促進(jìn)城市和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，建立資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會具有重要意義。

1　研究方法和數(shù)據(jù)來源

1.1構(gòu)建北京城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合評價指標(biāo)體系

在壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（P-S-R）概念模型框架下，遵循科學(xué)性、綜合性、簡明普適性、可獲性、可持續(xù)性、動態(tài)性原則，采用頻度統(tǒng)計分析法、理論分析法和專家咨詢法得到北京城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)評價指標(biāo)體系。指標(biāo)體系包括社會經(jīng)濟(jì)壓力、土地利用狀態(tài)、生態(tài)環(huán)境響應(yīng)3個方面共17個指標(biāo)。其中社會經(jīng)濟(jì)壓力指標(biāo)7個，土地利用狀態(tài)指標(biāo)5個，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指標(biāo)5個。由于各指標(biāo)存在量綱差異，其性質(zhì)有正有負(fù)，缺乏可比性，本文利用半升梯形模糊隸屬度函數(shù)模型來解決各指標(biāo)因量綱不同而難以匯總的問題，并在SPSS 18.0中利用主成分分析法確定各標(biāo)準(zhǔn)層的權(quán)重值以及各具體指標(biāo)相應(yīng)對于所屬標(biāo)準(zhǔn)層的權(quán)重值（見表1）。其中生物豐度指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、污染負(fù)荷指數(shù)、土地退化指數(shù)根據(jù)2006年頒布的中華人民共和國環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評級技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ/T192─2006）的規(guī)定計算。

1.2構(gòu)建北京城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合評價模型

采用加權(quán)綜合函數(shù)法構(gòu)建北京城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合評價模型如下：

表1　北京城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合評價指標(biāo)體系Table 1 The evaluation index system of eco-environmental response to spatial expansion in Beijing

式中，F(xiàn)j表示第j區(qū)縣土地利用變化的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合評價指數(shù)；M1、M2、M3分別代表社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)、土地利用變化指數(shù)和生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)；α1、α2、α3分別表示3個評價標(biāo)準(zhǔn)層的權(quán)重值；v1m、v2m、v3m分別表示3個評價標(biāo)準(zhǔn)層中第m個具體指標(biāo)的權(quán)重值；Φ1mj、Φ1mj、Φ3mj分別代表3個評價標(biāo)準(zhǔn)層中第j個區(qū)縣第m個具體指標(biāo)的歷年得分值；pi表示第i個評價標(biāo)準(zhǔn)層中具體指標(biāo)的個數(shù)，i=1, 2, 3。

1.3構(gòu)建北京城市空間擴(kuò)展生態(tài)響應(yīng)影響因素分析模型

基于上述分析，辨析社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力、土地利用要素變化對城市空間擴(kuò)展生態(tài)環(huán)境響應(yīng)的影響。理論上，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境變化之間存在曲線關(guān)系（Markus，2002；黃金川等，2003）。因此，本文借助SPSS 18.0軟件，采用相關(guān)分析中的一次和二次曲線擬合法來探討社會經(jīng)濟(jì)壓力要素和土地利用要素變化對生態(tài)環(huán)境響應(yīng)的影響。建立空間擴(kuò)展生態(tài)環(huán)境響應(yīng)影響因素分析模型如下：

式中，Y是因變量，為空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)，X為自變量，分別為人口密度（X1）、城市化水平（X2）、人均GDP（X3）、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重（X4）、地均GDP（X5）、萬元GDP能耗（X6）、單位工業(yè)用水工業(yè)產(chǎn)值（X7）、建設(shè)用地面積比重（X8）、建設(shè)用地擴(kuò)展強度（X9）、建設(shè)用地開發(fā)強度（X10）、人均耕地面積（X11）、人均林地面積（X12），α0、α1、α2為模型參數(shù)，ε為誤差隨機項。

1.4數(shù)據(jù)來源

本文研究所用土地利用變化數(shù)據(jù)來源于1995、2000、2005、2010年4個年份北京市遙感影像（SPOTHE TM遙感影像數(shù)據(jù)），其他社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于1995、2000、2005、2010年北京市及各區(qū)縣統(tǒng)計年鑒、北京區(qū)域統(tǒng)計年鑒、中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計年鑒。

2　結(jié)果與分析

2.1空間擴(kuò)展的社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)時空變化特征

從時間變化看，1995─2010年北京市各區(qū)縣空間擴(kuò)展的社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)不斷增大（圖1）。其中，首都功能核心區(qū)包括東城區(qū)、西城區(qū)，城市功能拓展區(qū)包括海淀區(qū)、朝陽區(qū)、石景山區(qū)和豐臺區(qū)社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)上升幅度最大，上升趨勢最為明顯；城市發(fā)展新區(qū)包括通州區(qū)、順義區(qū)、房山區(qū)、大興區(qū)、昌平區(qū)和生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)包括懷柔區(qū)、平谷區(qū)、門頭溝區(qū)、密云縣、延慶縣等社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)上升趨勢較為平緩；社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)多年平均值較高的區(qū)縣為首都核心功能區(qū)的東城、西城和城市功能拓展區(qū)的豐臺、朝陽、海淀；多年平均值較低的區(qū)縣為城市功能拓展區(qū)的石景山和生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)的房山、平谷、延慶。從空間分布來看，1995─2010年北京市空間擴(kuò)展的社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)整體表現(xiàn)為“中心高、外圍低，東南高、西北低”的空間分布格局。北京空間擴(kuò)展的社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)的時空變化特征與各區(qū)縣所承擔(dān)的主要城市功能相關(guān)。首都功能核心區(qū)是首都政治、文化、國際交往、教育科研和金融管理中心，人口密集，現(xiàn)代服務(wù)業(yè)集聚，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)比重高，經(jīng)濟(jì)活動密度大，單位產(chǎn)出效能高，使得這兩個區(qū)域總體社會經(jīng)濟(jì)活動壓力較大，且增長較快；城市發(fā)展新區(qū)服務(wù)業(yè)具有一定規(guī)模，是北京市現(xiàn)代制造業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要載體，社會經(jīng)濟(jì)活動壓力較首都功能核心區(qū)和城市功能拓展區(qū)??；生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)是首都生態(tài)屏障和水源保護(hù)地，工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間相對較小，社會經(jīng)濟(jì)壓力最小，且增幅較慢。

圖1　1995─2010年北京城市空間擴(kuò)展的社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)和土地利用狀態(tài)指數(shù)空間分異Fig. 1 Social-economic pressure index and land use status index of spatial expansion in Beijing (1995─2010)

2.2空間擴(kuò)展的土地利用狀態(tài)指數(shù)時空變化特征

從時間變化來看，1995─2010年北京市各區(qū)縣除東城區(qū)和西城區(qū)土地利用狀態(tài)指數(shù)有所升高外，其余各區(qū)縣土地利用狀態(tài)指數(shù)均呈下降態(tài)勢，其中凈減少量較大的區(qū)縣為通州、順義、大興、平谷和昌平，凈減少量較小的區(qū)縣為朝陽、海淀、豐臺、石景山和密云（圖1）。土地利用狀態(tài)指數(shù)多年平均值較高的區(qū)縣為延慶、大興、順義和通州；多年平均值較低的區(qū)縣為東城和西城。從空間分布來看，北京市土地利用狀態(tài)指數(shù)整體表現(xiàn)為“中心低，外圍高”的空間格局。土地利用狀態(tài)指數(shù)的時空變化特征與各區(qū)縣土地資源特質(zhì)和開發(fā)利用水平密切相關(guān)。首都功能核心區(qū)和城市功能拓展區(qū)地形平坦，主要以建設(shè)用地面積為主，林地和草地面積總量和人均水平較低，使得這兩個區(qū)域土地利用狀態(tài)指數(shù)較低。與首都功能核心區(qū)和城市功能拓展區(qū)相比，城市發(fā)展新區(qū)建設(shè)用地比重、建設(shè)用地擴(kuò)展強度、開發(fā)強度相對較低，同時人均耕地面積和林地面積相對較高，因此這一區(qū)域總體土地利用狀態(tài)指數(shù)高于首都功能核心區(qū)和城市功能拓展區(qū)，但是作為北京市疏散中心城區(qū)人口和產(chǎn)業(yè)的重要區(qū)域，土地利用狀態(tài)多年不斷下降。生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)林地和草地面積比重大，建設(shè)用地比重小，同時產(chǎn)業(yè)活動和人口壓力小，使得這一區(qū)域土地利用狀態(tài)指數(shù)較高，同時隨著這一區(qū)域環(huán)保型工業(yè)和總部經(jīng)濟(jì)等的發(fā)展，部分區(qū)縣如平谷、懷柔等土地利用狀態(tài)指數(shù)出現(xiàn)下降趨勢。

2.3空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)時空變化特征

從時間變化來看，1995─2010年北京市各區(qū)縣空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)除通州和大興兩個區(qū)有所下降外，其他各區(qū)縣均呈上升趨勢（圖2）。其中首都核心功能區(qū)各區(qū)縣凈變化量較大，生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)和城市發(fā)展新區(qū)各區(qū)縣凈變化量較小，城市發(fā)展新區(qū)的通州和大興甚至出現(xiàn)了負(fù)增長。空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)多年平均值較高的區(qū)縣為生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)的門頭溝、房山、昌平、延慶、懷柔和密云；多年平均值較低的區(qū)縣為首都核心功能區(qū)的東城、西城和城市功能拓展區(qū)的石景山、朝陽、豐臺、海淀。從空間分布來看，北京市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)整體呈現(xiàn)出“中心低、外圍高，東南低、西北高”的空間格局特征。由于制造業(yè)外遷、城市功能提升以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，首都功能核心區(qū)和城市功能拓展區(qū)制造業(yè)比重降低，以金融、咨詢、法律等為主的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)快速發(fā)展，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)活動的生態(tài)環(huán)境負(fù)向影響減弱，同時產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境需求提高，造成這一地區(qū)城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)較低，但是多年增長率高。而城市發(fā)展新區(qū)，由于承擔(dān)疏散中心城區(qū)人口和產(chǎn)業(yè)的職能，制造業(yè)及相關(guān)服務(wù)業(yè)不斷集聚，造成生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)雖高于首都功能核心區(qū)和城市功能拓展區(qū)，但是多年波動變化，沒有顯著提升。而外圍的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)由于土地利用結(jié)構(gòu)中生態(tài)用地面積大、比重高，且發(fā)展職能為強化生態(tài)修復(fù)與水源保護(hù)，因此城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)最高，且大部分區(qū)縣多年有不斷增長的態(tài)勢。

圖2　1995─2010年北京市土地利用變化的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)空間分異Fig. 2 Eco-environment response index and its comprehensive index of spatial expansion in Beijing (1995─2010)

2.4空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合指數(shù)時空變化特征

從時間變化來看，1995─2010年除通州、順義、延慶和昌平的空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合評價指數(shù)略有下降，其余各區(qū)縣該指數(shù)均有所提高，其中東城、西城、海淀和朝陽凈變化量較大，平谷和懷柔凈變化量較小。多年平均值較高的區(qū)縣為密云延慶和昌平；多年平均值較低的區(qū)縣為東城、西城、豐臺和石景山。從空間分布來看，北京市土地利用變化的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合評價指數(shù)整體表現(xiàn)為“中心低、外圍高，東南低、西北高”的空間格局（圖2）。可以看出，考慮社會經(jīng)濟(jì)壓力和土地利用變化狀態(tài)，首都功能核心區(qū)空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合指數(shù)值最小但增長迅猛，尤其是2005─2010年，東城區(qū)和西城區(qū)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合指數(shù)年均增速分別達(dá)到16.47%和14.48%，遠(yuǎn)大于其他區(qū)縣2.39%的平均增速；城市功能拓展區(qū)中海淀區(qū)和朝陽區(qū)空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合指數(shù)數(shù)值和增速遠(yuǎn)大于豐臺區(qū)和石景山區(qū)，后者2000─2005年快速增大，其余年份穩(wěn)步上升；城市發(fā)展新區(qū)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合指數(shù)較大，但由于近些年社會經(jīng)濟(jì)載荷日益增大，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合指數(shù)波動緩慢上升，甚至有一些區(qū)縣生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合指數(shù)出現(xiàn)波動下降，如大興區(qū)、通州區(qū)和昌平區(qū)；生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合指數(shù)最大，但受到產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)實力等方面的影響，生態(tài)涵養(yǎng)保障能力相對較低，多年波動緩慢上升。

3　北京市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)驅(qū)動力

采用2010年16個區(qū)縣空間擴(kuò)展生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)和2010年16個區(qū)縣社會經(jīng)濟(jì)壓力相關(guān)指標(biāo)、土地利用變化相關(guān)指標(biāo)，包括人口密度（X1）、城市化水平（X2）、人均GDP（X3）、非農(nóng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重（X4）、地均GDP（X5）、萬元GDP能耗（X6）、單位工業(yè)用水工業(yè)產(chǎn)值（X7）、建設(shè)用地面積比重（X8）、建設(shè)用地擴(kuò)展強度（X9）、建設(shè)用地開發(fā)強度（X10）、人均耕地面積（X11）、人均林地面積（X12）等12個指標(biāo)。根據(jù)公式（2）、公式（3），利用SPSS軟件，分別對城市空間擴(kuò)展生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)Y與X1、…X11之間進(jìn)行一次方程、二次方程擬合回歸，來分析城市空間擴(kuò)展生態(tài)環(huán)境響應(yīng)的社會經(jīng)濟(jì)和土地利用變化驅(qū)動因素（表2）。

表2　2010年北京市城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)驅(qū)動力Table 2 The driving forces of eco-environment response to spatial expansion in Beijing in 2010

3.1人口增長、城市化推進(jìn)是北京空間擴(kuò)展生態(tài)環(huán)境負(fù)向演化的重要因素

人口密度變化和生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)之間表現(xiàn)出顯著的二次曲線關(guān)系，即隨著人口密度的增大，空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)呈先下降后上升的變化趨勢。但是，目前大部分區(qū)縣都位于二次曲線的左側(cè)，即人口密度增大，城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)減小。從各功能區(qū)變化來看，首都功能核心區(qū)、城市功能拓展區(qū)、城市發(fā)展新區(qū)、生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)依次隨著人口密度的減少，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)增大。這是因為人口增長帶來城市建設(shè)用地需求上升，進(jìn)而改變土地規(guī)模和結(jié)構(gòu)，增強了對土地利用的干預(yù)程度，進(jìn)而使土地利用程度和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)生了相應(yīng)的變化。城市化水平與生態(tài)環(huán)境響應(yīng)之間也呈現(xiàn)出較為顯著的二次曲線關(guān)系，且大部分曲線位于曲線的左側(cè)，即隨著城市化水平的提高，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)下降。從各功能區(qū)變化來看，由首都功能核心區(qū)、城市功能拓展區(qū)、城市發(fā)展新區(qū)到生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，隨著城市化水平的降低，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)不斷提高。北京在快速城市化發(fā)展的過程中，人口不斷增加、經(jīng)濟(jì)擴(kuò)展、地域擴(kuò)張，在這個過程中城市有機體內(nèi)的各種細(xì)胞不斷分裂生殖和更新發(fā)展，并通過資源利用和能源消耗不斷向區(qū)域排放廢物，進(jìn)而影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化。

3.2經(jīng)濟(jì)發(fā)展尚未對城市空間擴(kuò)展生態(tài)環(huán)境效應(yīng)帶來顯著正向推動作用

人均GDP與生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)之間表現(xiàn)為較為顯著的二次函數(shù)關(guān)系。隨著人均GDP的不斷提高，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)先下降后升高。這也符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境變化之間的“環(huán)境庫茲涅茲倒U型曲線”關(guān)系。但大部分曲線目前位于曲線的左側(cè)，即隨著人均GDP的提高，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)下降，生態(tài)環(huán)境惡化。只有海淀區(qū)、朝陽區(qū)、東城區(qū)、西城區(qū)、順義區(qū)位于曲線的右側(cè)，即人均GDP提高，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)增大，生態(tài)環(huán)境好轉(zhuǎn)。從國際經(jīng)驗來看，當(dāng)人均GDP達(dá)到8000美元時，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量達(dá)到峰值之后開始下降。2010年北京市各區(qū)縣人均GDP已經(jīng)超過8000美元，但并沒有帶來生態(tài)環(huán)境的顯著好轉(zhuǎn)。選擇非農(nóng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重，地均GDP、萬元GDP能耗、單位工業(yè)用水工業(yè)產(chǎn)值與生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，非農(nóng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與其呈較為顯著的負(fù)向線性相關(guān)關(guān)系，即非農(nóng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重越大，城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)越小，生態(tài)環(huán)境狀況變差；單位工業(yè)用水工業(yè)產(chǎn)值用水與生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)呈較為顯著的二次曲線關(guān)系，即單位工業(yè)用水工業(yè)產(chǎn)值增大，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)變大，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量好轉(zhuǎn)；其余兩個指標(biāo)和生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)相關(guān)性不明顯。這說明，雖然北京市及各區(qū)縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展已進(jìn)入較高階段，但是隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)進(jìn)步等，并沒有帶來生態(tài)環(huán)境的顯著好轉(zhuǎn)，相反由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展對于水資源的過度消耗，擠占生態(tài)用水，導(dǎo)致生態(tài)用地減少，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化。

3.3建設(shè)用地的高速擴(kuò)展對生態(tài)環(huán)境的負(fù)向變化影響顯著

建設(shè)用地面積比重和生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)之間表現(xiàn)出顯著的相關(guān)關(guān)系，即隨著建設(shè)用地面積的增大，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)增大，生態(tài)環(huán)境惡化。說明人口增長、城市化快速推進(jìn)、經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展帶來的建設(shè)用地面積規(guī)模增大，是影響土地利用變化生態(tài)環(huán)境響應(yīng)的重要因素。同時選取建設(shè)用地擴(kuò)張強度、建設(shè)用地開發(fā)強度與生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)二者之間并沒有顯著的相關(guān)關(guān)系。北京市單位建設(shè)用地GDP產(chǎn)值由1995年的6843.97萬元/km2增加至2010年的40461.56萬元/km2，單位建設(shè)用地工業(yè)產(chǎn)值由1995年的2395.86萬元/km2，增加至2010年的7923.97萬元/km2，城市建設(shè)土地集約利用程度高于全國平均水平，且不斷提高，但并沒有明顯帶動土地利用生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)的的增大或減小幅度的降低。

3.4耕地減少對生態(tài)環(huán)境的負(fù)向影響大，林地增加正向影響大

人均耕地面積、人均林地面積和生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)之間呈線性正相關(guān)關(guān)系，即隨著人均耕地面積增加，人均林地面積增大，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)增大。二者變化對于生態(tài)環(huán)境均具有較為顯著的影響。1995─2010年北京市耕地面積不斷減少，林地面積不斷增多，說明林地面積增多對北京市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)正向影響大，而耕地面積減少對北京市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)負(fù)向影響大（圖3）。

圖3　北京城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)機制Fig. 3 The mechanism of eco-environment response to spatial expansion in Beijing

4　結(jié)論與討論

4.1結(jié)論

本文以北京市各區(qū)縣土地利用變化、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境變化等相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建北京城市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)評價指標(biāo)體系和模型，對1995─2010年北京市空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)時空變化特征及其驅(qū)動力進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：

（1）北京市各區(qū)縣空間擴(kuò)展的社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)不斷增大，其中首都功能核心區(qū)和城市功能拓展區(qū)社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)多年均值較高且上升幅度最大，社會經(jīng)濟(jì)壓力指數(shù)整體表現(xiàn)為“中心高、外圍低，東南高、西北低”的空間分布格局；除東城區(qū)和西城區(qū)外，北京市各區(qū)縣土地利用狀態(tài)指數(shù)均呈下降態(tài)勢，其中多年平均值較低的區(qū)縣為東城和西城，凈減少量較大的區(qū)縣主要位于城市發(fā)展新區(qū)，凈減少量較小的區(qū)縣主要位于城市功能拓展區(qū)和外圍生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，土地利用狀態(tài)指數(shù)表現(xiàn)為“中心低，外圍高”的空間格局；北京市各區(qū)縣空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)均總體呈上升趨勢，首都核心功能區(qū)各區(qū)縣凈增長量較大，生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)和城市發(fā)展新區(qū)各區(qū)縣凈增長量較小，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)整體呈現(xiàn)出“中心低、外圍高，東南低、西北高”的空間格局特征；除通州、順義、延慶和昌平外，北京各區(qū)縣空間擴(kuò)展的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合指數(shù)均有所提高，其中位于首都功能核心區(qū)和城市功能拓展區(qū)的東城、西城、海淀和朝陽凈變化量較大，生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的平谷和懷柔凈變化量較小，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)綜合評價指數(shù)整體表現(xiàn)為“中心低、外圍高，東南低、西北高”的空間格局。

（2）人口增長、城市化、建設(shè)用地高速擴(kuò)展對北京市生態(tài)環(huán)境的負(fù)向影響顯著；經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對城市空間擴(kuò)展生態(tài)環(huán)境響應(yīng)正向演化的推動作用不顯著，相反經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水資源的過度消耗，導(dǎo)致生態(tài)用地減少，生態(tài)環(huán)境惡化；生態(tài)用地總量減少是引起生態(tài)環(huán)境負(fù)向演化的主要因素，其中耕地減少對生態(tài)環(huán)境的負(fù)向影響最大，林地增加正向影響大。

4.2討論

未來北京城市空間擴(kuò)展必須由規(guī)模擴(kuò)張為主的粗放式擴(kuò)張向以控制開發(fā)強度為主的精細(xì)化擴(kuò)張轉(zhuǎn)變，加強現(xiàn)有城市空間的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、內(nèi)潛挖掘，促進(jìn)地下空間開發(fā)、縱向擴(kuò)展，實現(xiàn)以新城建設(shè)為核心的組團(tuán)式擴(kuò)展和以生態(tài)空間建設(shè)為中心的可持續(xù)擴(kuò)展模式；同時，在世界城市和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)大背景下，北京經(jīng)濟(jì)在發(fā)展動力轉(zhuǎn)換、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)深度調(diào)整和升級過程中，要更注重高端引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動、綠色發(fā)展，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、技術(shù)含量高的發(fā)展；在人口方面，需要繼續(xù)加強人口調(diào)控管理，控制人口增長，加快人口疏解，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展，優(yōu)化城鎮(zhèn)空間布局，以促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)與資源、環(huán)境的均衡協(xié)調(diào)發(fā)展。

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Eco-environment Response to Urban Spatial Expansion and Its Driving Forces in Beijing

LIN Xueqin1, WANG Dai2*, LIU Xu1
1. College of Resources Environment and Tourism, Capital Normal University, Beijing 100048, China; 2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China

Abstract:That of spatial expansion, land use change and their ecological effects is the core issue should be investigated in urban sustainable development, and moreover this is also a critical topic in global environment change. As densely populated and industrial areas, metropolis experiences dramatic land use changes and therefore significant ecological environment problems as well. Toward to China’s new urbanization, the investigation on spatial expansion and its eco-effects could significantly contribute to improve the land-use efficiency, transform the ways to achieve economic growth and finally meet sustainable development. This paper builds a comprehensive index system to evaluate eco-environment response to urban expansion, and then uses it to analyze the spatial differentiation of eco-environment response and driving forces in 16 districts in Beijing from 1995 to 2010, based on the remote sensing data and related economic-social data of Beijing. We reach five main conclusions: Firstly, the social economy pressure index to urban expansion of all 16 districts in Beijing rise during this period. The index of core urban area and urban function expansion area have largest growth, while that of new urban area and ecological conservation area have more gentle upward trend. Secondly, the land-use state index of districts except Dongcheng and Xicheng declined. The index of Tongzhou, Shunyi, Daxing, Pinggu and Changping have fast reduction, while Chaoyang, Haidian, Fengtai, Shijingshan and Miyun have slower reduction. Then the ecological environment index of districts except Tongzhou and Daxing showed an upward trend, with core urban area having largest growth and the ecological conservation areas and new urban area experiencing smaller growth. Fourthly, the ecological environment comprehensive index of districts except Tongzhou, Shunyi, Yanqing and Changping increased. The index of Dongcheng, Xicheng, Haidian and Chaoyang have the larger increase, while that of Shunyi, Pinggu and Huairou have the smaller increase. Beijing show spatial patterns of “l(fā)ower in center, higher in periphery” and “l(fā)ower in southeast, higher in northwest”. Finally, factors such as population growth, urbanization, economic development, expansion of urban construction land and reduction of ecological land, have huge influence on eco-environmental response to urban expansion in Beijing.

Key words:urban expansion; eco-environment response; spatiotemporal differences; driving forces; Beijing

收稿日期：2015-03-18

*通訊作者：王岱。E-mail: wangdai@igsnrr.ac.cn

作者簡介：藺雪芹（1980年生），副教授，博士，主要研究方向為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。E-mail: lin-xueqin@139.com

基金項目：北京市自然科學(xué)基金項目（8122015）

中圖分類號：X21

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-5906（2015）07-1159-07

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.07.013