羅文霞,鐘康正,周曉娟,呂晨陽(yáng),謝跟蹤,2,*,邱彭華,2,張金萍,2

1 海南師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, ?？?571158

2 海南省地表過(guò)程與環(huán)境變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, ?？?571158

海岸帶是海陸相互銜接作用的過(guò)渡地帶,也是生態(tài)系統(tǒng)中典型的脆弱帶和敏感帶,其特殊的生態(tài)資源使其成為自然環(huán)境和人文活動(dòng)的活躍區(qū)域[1],同時(shí)海岸帶作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展的區(qū)域,對(duì)整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的引領(lǐng)作用[2]。近年來(lái),高強(qiáng)度的城市化進(jìn)程導(dǎo)致海岸帶生態(tài)用地急劇減少,嚴(yán)重影響到區(qū)域生態(tài)安全格局[3—5]。因此就如何在城市擴(kuò)展過(guò)程中協(xié)調(diào)城市化和生態(tài)保護(hù)之間的矛盾,已然成為迫切需要解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

城市擴(kuò)展是一個(gè)十分復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象[6—7]。為了更為準(zhǔn)確的模擬城市擴(kuò)展過(guò)程,國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開(kāi)了一系列的探索[8]。在早期“均質(zhì)區(qū)域”假設(shè)條件下所推導(dǎo)的關(guān)于經(jīng)濟(jì)空間組織與區(qū)位選擇的理想模型,并不能很好的模擬實(shí)際城市擴(kuò)展現(xiàn)象[9],謝志文等在傳統(tǒng)城市擴(kuò)展元胞自動(dòng)機(jī)模型的基礎(chǔ)上模擬武漢主城區(qū)和上海浦東新區(qū)2005—2015年期間的城市擴(kuò)展過(guò)程,發(fā)現(xiàn)基于多結(jié)構(gòu)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的城市擴(kuò)展元胞自動(dòng)機(jī)模型(MSCNN-CA)能夠有效提高城市擴(kuò)展模擬的精度,更加真實(shí)地反映城市擴(kuò)展空間演變過(guò)程[10]。Tayyebi等利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型模擬了伊朗德黑蘭的城市邊界擴(kuò)展過(guò)程,成功構(gòu)建了研究區(qū)城市邊界增長(zhǎng)模型[11]； Arzu Erener等根據(jù)土耳其沿海城市的土地利用格局形式,研究土耳其沿海城市的城市擴(kuò)展時(shí)空變化特征[12]。從模擬“均質(zhì)區(qū)域”條件下的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和位置選擇的理想模型,到更為復(fù)雜的元胞自動(dòng)機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及基于現(xiàn)實(shí)生活中城市擴(kuò)展各種因素綜合作用的網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型[9—12],城市擴(kuò)展模擬研究與現(xiàn)實(shí)逐步貼合,但仍存在問(wèn)題。其一,研究?jī)?nèi)容相對(duì)單一,很少涉及到城市擴(kuò)展所帶來(lái)其他問(wèn)題,如生態(tài)格局、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的變化；其二,這些系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究方法運(yùn)用在城市擴(kuò)展過(guò)程中更加側(cè)重于土地運(yùn)動(dòng)的垂直過(guò)程,卻忽略了其水平過(guò)程；其三,社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素具有不確定性[13],而最小累積阻力模型的運(yùn)用把城市擴(kuò)展的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到生態(tài)環(huán)境,將區(qū)域范圍內(nèi)土地利用覆蓋水平變化的過(guò)程比作城市擴(kuò)展過(guò)程,并量化阻力因素在城市擴(kuò)展中的影響作用,使城市擴(kuò)展模擬向更加精準(zhǔn)的方向發(fā)展[14—16]。姜曉麗等以“三生”空間為視角,基于MCR模型并結(jié)合坡向變率與坡形組合法對(duì)研究區(qū)建設(shè)用地適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià),為土地利用格局優(yōu)化提供一種新思路[17]；王釗等基于MCR模型的城市擴(kuò)展模擬反映出在區(qū)域環(huán)境約束下的區(qū)域城市擴(kuò)展的空間態(tài)勢(shì),并指出未來(lái)為避免城市攤大餅式擴(kuò)展,應(yīng)加強(qiáng)城市與城市之間隔離帶的建設(shè)[18]；蘇東輝在將城市擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬為城市建設(shè)用地的水平運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)MCR模型在城市擴(kuò)展模擬中與實(shí)際城市擴(kuò)展存在較大差異[9],為此葉玉瑤等在MCR模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行方法創(chuàng)新,考慮到不同等級(jí)源的相對(duì)影響因子和生態(tài)障礙因素,構(gòu)建適合于城市擴(kuò)展模擬的生態(tài)阻力面模型[19],為城市擴(kuò)展研究提供了更為切合實(shí)際的方法,但其只研究了一個(gè)時(shí)期的城市擴(kuò)展現(xiàn)象,沒(méi)有預(yù)測(cè)城市未來(lái)的擴(kuò)展趨勢(shì)。另外,國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)城市擴(kuò)展的研究主要集中在內(nèi)陸經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為快速的地區(qū)[9,17—20],對(duì)海岸帶城市擴(kuò)展的研究較少,且在研究中運(yùn)用MCR模型時(shí)很少考慮到源地內(nèi)部的差異,也沒(méi)有模擬城市擴(kuò)展過(guò)程。

本文在傳統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,采用多時(shí)相的研究方法[21],利用?？谑薪瓥|新區(qū)5個(gè)時(shí)期(1988年、2001年、2009年、2017年和2019年)的土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù),在MCR模型的基礎(chǔ)上將源地內(nèi)部生態(tài)阻力劃分等級(jí),使得城市發(fā)展與生態(tài)保護(hù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),從而在確保城市生態(tài)安全格局科學(xué)性的基礎(chǔ)上,以動(dòng)態(tài)可視的角度分別模擬江東新區(qū)5個(gè)時(shí)期城市適宜性分區(qū)及擴(kuò)展過(guò)程,綜合分析城市擴(kuò)展現(xiàn)象時(shí)空演化規(guī)律,為研究區(qū)未來(lái)的城市發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

?？谑薪瓥|新區(qū)東起東寨港(?？谛姓吔?,西至南渡江,北臨東海岸線,南至繞城高速二期和212省道[22],總面積約298 km2,包含33 km2的國(guó)際重要濕地東寨港國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。研究區(qū)陸域部分為瓊州海峽海岸線向南延伸至海南環(huán)城高速路和212省道的濱海陸地,水域部分主要由南渡江、東寨港兩大水域及河流、坑塘洼面等生態(tài)系統(tǒng)組成(圖1)。自設(shè)立?？诮瓥|新區(qū),并將其作為建設(shè)中國(guó)(海南)自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)的重點(diǎn)先行區(qū)域以來(lái),在相關(guān)政策的大力推動(dòng)下,江東新區(qū)的城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展現(xiàn)象尤為突出[23]。

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

本文選取的主要數(shù)據(jù)分別為1988年(海南建省)和2001年空間分辨率為30 m的TM影像數(shù)據(jù)、2009年空間分辨率為5 m的SPOT- 5全色影像數(shù)據(jù)、2017年和2019年空間分辨率為0.56 m的GOOGLE影像數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)對(duì)遙感影像的處理[24],實(shí)現(xiàn)5期影像的空間配準(zhǔn),使用裁剪工具確保5期影像區(qū)域范圍的統(tǒng)一性。由于遙感影像和自然實(shí)體對(duì)尺度均存在依賴(lài)性,在不同尺度下,同一地物的信息特征并不完全相同[25],為了保證影像解譯結(jié)果的一致性,先把2009年、2017年和2019年影像的空間分辨率均降為30 m,然后再采用面向?qū)ο蟮男畔⑻崛》椒▽?duì)5期影像進(jìn)行解譯。為了驗(yàn)證解譯精度,采用混淆矩陣(Confusion matrix)方法對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)價(jià)[26]。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示總體精度均超過(guò)85%,且Kappa系數(shù)均超過(guò)0.80,滿足分類(lèi)精度要求。依據(jù)海口市海岸帶土地利用特點(diǎn)及本文研究需求,參照《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》(GB/T 21010—2017)標(biāo)準(zhǔn)將研究區(qū)重新劃分為:耕地、園林草地、水域及濕地、建設(shè)用地和其他土地5大類(lèi)[27]。其中水域及濕地包括各級(jí)河流水面、坑塘水面、灘涂、水庫(kù)等[28],建設(shè)用地包括各級(jí)建制鎮(zhèn)、村莊、商服用地、城鎮(zhèn)住宅用地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地、交通運(yùn)輸用地等[29](表1)。

表1 ?？谑泻０稁恋乩弥胤诸?lèi)表

2 研究方法

2.1 MCR模型

最小累積阻力(Minimal cumulative resistance model,MCR)模型由荷蘭生態(tài)學(xué)家Knaapen等于1992年提出[30],最早應(yīng)用于物種擴(kuò)散過(guò)程的研究,后經(jīng)國(guó)內(nèi)學(xué)者俞孔堅(jiān)等優(yōu)化完善[31],現(xiàn)已將MCR模型拓展到城市擴(kuò)展模擬的研究中[14,15,32—33]。其實(shí)質(zhì)是模擬土地的水平運(yùn)動(dòng),計(jì)算所有“源”到空間中任一點(diǎn)距離所需要的最小阻力值,以水平方向阻力值的大小為依據(jù),判斷土地建設(shè)開(kāi)發(fā)適宜性[14,32]?；竟饺缦?

(1)

式中,MCR表示最小阻力累積模型；fmin表示所有源到景觀i的最小阻力值；Dij表示從源j到景觀單元i的空間距離；Ri表示景觀單元i對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的阻力系數(shù)。

2.2 UEER模型

在MCR模型基礎(chǔ)上引入不同等級(jí)源的相對(duì)阻力因子Kj,構(gòu)建城市擴(kuò)展的生態(tài)阻力面(Urban expansion ecological resistance,UEER)模型,模型考慮了4個(gè)方面的因素, 即源、源地等級(jí)、阻力特征和距離因素[9,19],基本公式如下:

(2)

式中,UEER表示源地?cái)U(kuò)展需要克服的最小生態(tài)累積阻力值,Dij表示源j到景觀單元i的距離大小,Ri表示景觀單元i對(duì)城市擴(kuò)展過(guò)程的阻力系數(shù),Kj表示源j作為某一等級(jí)的擴(kuò)展源所對(duì)應(yīng)的相對(duì)阻力因子。

將式(2)中計(jì)算出的建設(shè)用地?cái)U(kuò)展和生態(tài)用地?cái)U(kuò)展的最小生態(tài)累積阻力值相減,得到最小生態(tài)累積阻力差值。表達(dá)式為:

UEER差值=UEER建設(shè)-UEER生態(tài)

(3)

式中,UEER差值表示最小生態(tài)累積阻力差值。UEER差值綜合考慮源的等級(jí)以及生態(tài)障礙對(duì)于城市擴(kuò)展的影響,體現(xiàn)了城市擴(kuò)展水平過(guò)程所需克服的生態(tài)阻力[19,32],可根據(jù)UEER差值進(jìn)行建設(shè)用地適宜性分區(qū)。

2.3 水文分析(Hydrology)模型

Hydrology模型常用于對(duì)數(shù)字高程模型 (Digital elevation model, DEM)的特征提取[33], DEM是通過(guò)對(duì)有限的地形高程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)地形曲面的數(shù)字化模擬,是進(jìn)行流域地形分析和流域地物識(shí)別的基礎(chǔ)[34]。本文采用基于平面曲率提取地形特征線的方法將研究區(qū)UEER差值數(shù)據(jù)類(lèi)比為DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)均值鄰域分析,并據(jù)此區(qū)別出正負(fù)地形[16],同時(shí)對(duì)UEER差值數(shù)據(jù)進(jìn)行反地形DEM處理及洼地填充處理,計(jì)算匯流累積量和流向,分別與正負(fù)地形相交得到建設(shè)用地適宜擴(kuò)展路徑(谷線)及生態(tài)隔離帶(脊線)[35]。

3 結(jié)果與討論

3.1 阻力面評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

3.1.1擴(kuò)展源的選擇

“源”(Source)不僅是事物或事件向外擴(kuò)散的起點(diǎn)和基點(diǎn),也具有向四周擴(kuò)展或吸引的能力,擴(kuò)展能力或吸引能力的大小與“源”的性質(zhì)和四周傳播媒介的性質(zhì)有關(guān)[36]。根據(jù)本文研究?jī)?nèi)容及方法,選取建設(shè)用地和生態(tài)用地兩類(lèi)擴(kuò)展源[37]。參考前人研究[19,37—38],確定建設(shè)用地?cái)U(kuò)展“源”為海口市江東新區(qū)海岸帶建成區(qū),包括城市建設(shè)用地、建制鎮(zhèn)、村莊、工礦用地等(圖2)；生態(tài)用地?cái)U(kuò)展“源”為研究區(qū)自然保護(hù)區(qū)(東寨港自然保護(hù)區(qū))和各類(lèi)濕地及水域等(圖3)。

圖2 建設(shè)用地?cái)U(kuò)展源地

圖3 生態(tài)用地?cái)U(kuò)展源地

3.1.2成本阻力面的構(gòu)建

土地的空間異質(zhì)性決定不同的土地單元具有不同的影響作用,從而具有不同的阻力系數(shù),不同阻力系數(shù)在空間上的分布構(gòu)成了阻力面[39]。本文將建設(shè)用地的成本阻力值表示為城市擴(kuò)展的阻力值[40]。首先確定?？谑薪瓥|新區(qū)的生態(tài)障礙包括三類(lèi),第一類(lèi)是重要水域,包括各級(jí)水庫(kù)、河流以及坑塘水面；第二類(lèi)是各級(jí)自然保護(hù)區(qū)如東寨港自然保護(hù)區(qū)；第三類(lèi)是基本農(nóng)田。這些為城市擴(kuò)展過(guò)程中的剛性約束,建設(shè)用地?cái)U(kuò)展阻力等級(jí)應(yīng)賦予最大值,生態(tài)用地則與建設(shè)用地相反賦予最小值。再?gòu)淖匀灰蛩?、區(qū)位因素、環(huán)境因素三方面建立建設(shè)用地及生態(tài)用地成本阻力的評(píng)價(jià)指標(biāo),結(jié)合本文研究主體為生態(tài)安全前提下的建設(shè)用地?cái)U(kuò)展,環(huán)境因素較與土地覆蓋和區(qū)位因素相比更為重要,權(quán)重為0.4,另兩類(lèi)權(quán)重均為0.3[16,19,32](表2,表3)。依據(jù)式(1)分別構(gòu)建建設(shè)用地(圖4)及生態(tài)用地的成本費(fèi)用面(圖5)。

表3 生態(tài)源地?cái)U(kuò)展阻力評(píng)價(jià)體系

圖4 建設(shè)用地成本費(fèi)用面

圖5 生態(tài)用地成本費(fèi)用面

表2 建設(shè)源地?cái)U(kuò)展阻力評(píng)價(jià)體系

3.2 建設(shè)用地?cái)U(kuò)展適宜性分區(qū)分析

以建設(shè)用地成本費(fèi)用面和生態(tài)用地成本費(fèi)用面為基礎(chǔ),將建設(shè)源地劃分3個(gè)等級(jí),一級(jí)源為住宅用地、建制鎮(zhèn)、村莊等；二級(jí)源為各種交通運(yùn)輸用地；三級(jí)源為其他建設(shè)用地包括設(shè)施農(nóng)用地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地等,并對(duì)各個(gè)等級(jí)賦予相應(yīng)的相對(duì)阻力因子Kj,一級(jí)源為0.85,二級(jí)源為0.90,三級(jí)源為0.95[19,39],相對(duì)阻力因子增大表明建設(shè)用地的擴(kuò)展能力減弱。依據(jù)式(2)得出源地的最小生態(tài)累積阻力面,并根據(jù)式(3)可得到建設(shè)用地?cái)U(kuò)展過(guò)程中的最小生態(tài)累積阻力差值,表示建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的綜合阻力,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行重分類(lèi)。結(jié)合實(shí)際情況以自然間斷點(diǎn)分割法對(duì)UEER差值面進(jìn)行閾值分類(lèi)[40],將范圍重新分成5個(gè)區(qū),得到研究區(qū)建設(shè)用地土地適宜性分區(qū)圖,分別為重點(diǎn)建設(shè)區(qū)、優(yōu)化建設(shè)區(qū)、限制建設(shè)區(qū)、禁止建設(shè)區(qū)以及生態(tài)恢復(fù)區(qū)(圖6)。在ArcGIS中統(tǒng)計(jì)5個(gè)時(shí)期內(nèi)各級(jí)建設(shè)區(qū)的面積(表4)。

圖6 土地適宜性分區(qū)圖

表4 建設(shè)用地適宜性分區(qū)統(tǒng)計(jì)

UEER差值小于0指建設(shè)用地?cái)U(kuò)展阻力小于生態(tài)用地?cái)U(kuò)展阻力,表現(xiàn)為適宜建設(shè)用地?cái)U(kuò)展,這些地區(qū)的共同特征是地形平坦、連續(xù)集群,與生態(tài)保護(hù)區(qū)相距較遠(yuǎn),包括重點(diǎn)建設(shè)區(qū)、優(yōu)化建設(shè)區(qū)和限制建設(shè)區(qū)。UEER差值大于0指建設(shè)用地?cái)U(kuò)展阻力大于生態(tài)用地?cái)U(kuò)展阻力,表現(xiàn)為適宜生態(tài)用地?cái)U(kuò)展,含禁止建設(shè)區(qū)和生態(tài)恢復(fù)區(qū),主要位于東寨港紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)、南渡江岸及其周邊和基本農(nóng)田,其作為區(qū)域生態(tài)安全的核心,維護(hù)了區(qū)域生態(tài)完整性,同時(shí)也是江東新區(qū)生態(tài)安全的保護(hù)屏障。從數(shù)值上看,1988年、2001年、2009年、2017年重點(diǎn)建設(shè)區(qū)的面積分別為:49.48 km2、55.02 km2、68.41 km2、75.96 km2,占研究區(qū)總面積的比重分別為:16.61%、18.46%、22.96%、25.49%。自海南建省至2017年重點(diǎn)建設(shè)區(qū)面積呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長(zhǎng)的趨勢(shì),其主要影響因素是該區(qū)域位于濱海地區(qū),自然資源豐富,水陸交通便利,且人口穩(wěn)步增長(zhǎng)帶動(dòng)的研究區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,使得研究區(qū)土地需求量增加,城市建設(shè)進(jìn)程加快,建設(shè)用地?cái)U(kuò)展現(xiàn)象顯著；而到2019年重點(diǎn)建設(shè)區(qū)的面積又下降14.39 km2,占比減少4.83%,其主要受到2018年自貿(mào)港相關(guān)政策的影響,國(guó)家級(jí)生態(tài)保護(hù)區(qū)制約了城市建設(shè)用地的擴(kuò)展。從空間分布上看,2017年前,研究區(qū)重點(diǎn)建設(shè)區(qū)逐漸由零散分布過(guò)渡到集中連片的“山”形分布,且有以美蘭機(jī)場(chǎng)等主要交通樞紐和中西部地區(qū)規(guī)模較大的居民區(qū)、商業(yè)區(qū)為中心向外擴(kuò)展的趨勢(shì)。在江東新區(qū)西部南渡江附近的重點(diǎn)建設(shè)區(qū)分布較為集中,這表明靠近水域的建設(shè)用地在一定程度上能夠快速有效地增加城市集聚力,有利于城市的進(jìn)一步擴(kuò)展,同時(shí)受人類(lèi)活動(dòng)影響明顯,分布均勻且規(guī)律性極強(qiáng)。2017年后,自貿(mào)港政策的實(shí)施為后續(xù)的城市建設(shè)提供發(fā)展方向,使得2019年的重點(diǎn)建設(shè)區(qū)相較于2017年前更加注重江東新區(qū)內(nèi)部區(qū)域的建設(shè)發(fā)展,例如劃分的濱海旅游度假區(qū)、桂林洋開(kāi)發(fā)區(qū)、沿江生活區(qū)等。

3.3 建設(shè)用地?cái)U(kuò)展方向分析

由UEER差值得到的“谷線”實(shí)際上是生態(tài)成本面中阻力值相對(duì)于周邊阻力值較小形成的,是建設(shè)用地適宜擴(kuò)展路徑,趨向于連接各主要建設(shè)用地,其連接的土地可重點(diǎn)開(kāi)發(fā)為建設(shè)用地；“脊線”是阻力值相對(duì)于周邊阻力值較大形成的,是生態(tài)用地與建設(shè)用地之間的臨界線,生態(tài)效應(yīng)顯著(圖7)。自海南建省以來(lái),“谷線”分布逐漸單一化,“脊線”主要分布在大型自然保護(hù)區(qū)如東寨港紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū),且“脊線”逐漸較“谷線”更長(zhǎng)、分支更多且相互之間連接程度高,在建設(shè)用地?cái)U(kuò)展源之間穿越,生態(tài)隔離帶的生成打破了建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的傳統(tǒng)模式。(1)1988—2001年間?？诮瓥|新區(qū)建設(shè)用地適宜擴(kuò)展路徑幾乎遍布整個(gè)研究區(qū),分布較雜亂且路徑普遍較短,兩期數(shù)據(jù)相比變化不大,這是由于海南建省初期各方面發(fā)展均處于起步階段,故研究區(qū)發(fā)展較為緩慢,變化不明顯。(2)2001—2009年間在東寨港附近地區(qū)出現(xiàn)另外一條較長(zhǎng)的生態(tài)隔離帶,在一定程度上維護(hù)了東寨港的生態(tài)安全,在東寨港自然保護(hù)區(qū)以及附近的建設(shè)用地適宜擴(kuò)展路徑明顯減少。另外,海岸帶及南渡江邊的生態(tài)隔離帶由零星的散狀分布變?yōu)檫B續(xù)的帶狀分布,這表明2006年發(fā)布的《海南省基本農(nóng)田保護(hù)規(guī)定》已有顯著成效。(3)2009—2017年間建設(shè)用地適宜擴(kuò)展路徑在空間上逐漸遠(yuǎn)離東寨港自然保護(hù)區(qū),且集中分布在保護(hù)區(qū)以西的地區(qū),區(qū)域內(nèi)生態(tài)隔離帶在數(shù)量上也有所減少；與生態(tài)隔離帶相比,建設(shè)用地適宜擴(kuò)展路徑相對(duì)較短且更雜亂。(4)2017—2019年間生態(tài)隔離帶在數(shù)量上明顯增加,逐漸向優(yōu)化建設(shè)區(qū)和限制建設(shè)區(qū)內(nèi)部延伸,打破了建設(shè)用地適宜性區(qū)域集中連片的擴(kuò)展態(tài)勢(shì),且分布形式也逐步趨于多元化,其作為生態(tài)安全的底線,在城市化進(jìn)程中應(yīng)予以重視。(5)1988—2019年間在各種政策的引導(dǎo)下,建設(shè)用地和生態(tài)用地分布更加規(guī)范合理?？傮w來(lái)說(shuō),適宜擴(kuò)展路徑和生態(tài)隔離帶都從密變疏,在數(shù)量上大幅減少,同時(shí)生態(tài)隔離帶也不斷侵入建設(shè)區(qū),阻礙了城市建設(shè)適宜擴(kuò)展路徑的發(fā)展進(jìn)程。

圖7 “谷線”“脊線”示意圖

3.4 建設(shè)用地適宜性分區(qū)與實(shí)際對(duì)比分析

將研究區(qū)上一時(shí)期適宜性分區(qū)結(jié)果與下一時(shí)期實(shí)際建設(shè)用地進(jìn)行疊加分析,并統(tǒng)計(jì)實(shí)際建設(shè)用地在各適宜性分區(qū)內(nèi)的面積(表5)。

從實(shí)際建設(shè)用地在上一時(shí)期適宜性分區(qū)內(nèi)的分布情況結(jié)果來(lái)看:(1)2001年實(shí)際建設(shè)用地總面積為50.15 km2,其中49.32%的建設(shè)用地分布在1988年適宜性分區(qū)的重點(diǎn)建設(shè)區(qū),0.30%分布在禁止建設(shè)區(qū)和生態(tài)恢復(fù)區(qū),侵占面積相對(duì)較小,主要集中在江東新區(qū)的濱海地區(qū)。(2)2009年建設(shè)用地已逐步向海岸帶擴(kuò)展,且有向基本農(nóng)田侵占的趨勢(shì)。該時(shí)期實(shí)際建設(shè)用地總面積達(dá)到74.51 km2,其中有34.88%分布在重點(diǎn)建設(shè)區(qū),同比2001年減少了14.46%,建設(shè)在禁止建設(shè)區(qū)和生態(tài)恢復(fù)區(qū)的實(shí)際建設(shè)用地達(dá)到15.24 km2,占該時(shí)期現(xiàn)有建設(shè)用地的20.45%,同比2001年增長(zhǎng)20.15%。該時(shí)期的城市擴(kuò)展并不規(guī)范,因?yàn)闁|寨港自然保護(hù)區(qū)限制了附近區(qū)域建設(shè)用地的擴(kuò)展格局,所以建設(shè)用地主要沿海岸帶擴(kuò)展,其生態(tài)格局也因此發(fā)生變化,生態(tài)安全受到威脅。(3)2017年有51.37%的建設(shè)用地分布在重點(diǎn)建設(shè)區(qū),且建設(shè)用地侵占禁止建設(shè)區(qū)和生態(tài)恢復(fù)區(qū)面積5.03 km2,占現(xiàn)有建設(shè)用地總面積的8.78%。建設(shè)用地主要沿著交通線擴(kuò)展向內(nèi)延伸侵占大量耕地,另外因政策對(duì)海岸帶生態(tài)格局保護(hù)力度加大,海岸帶及其附近的建設(shè)用地逐步向禁止建設(shè)區(qū)轉(zhuǎn)變。(4)2019年建設(shè)用地分布在重點(diǎn)建設(shè)區(qū)的面積為33.75 km2,占現(xiàn)有建設(shè)用地總面積的54.86%,同比2017年占比增加3.49%,侵占禁止建設(shè)區(qū)和優(yōu)化生態(tài)區(qū)的建設(shè)用地面積為5.94 km2,占該時(shí)期研究區(qū)總建設(shè)用地面積9.66%,同比2017年占比增加0.88%。2018年?？诮瓥|新區(qū)正式設(shè)立,相關(guān)政策對(duì)農(nóng)用地以及生態(tài)用地進(jìn)行了保護(hù)管理,研究區(qū)生態(tài)格局逐漸優(yōu)化,但并不明顯。(5)整體上建設(shè)用地面積由1988年建省時(shí)期的50.15 km2增長(zhǎng)到61.52 km2,交通運(yùn)輸?shù)缆访黠@增加,居民用地逐漸集聚化,建設(shè)用地分配也在逐漸合理化,同時(shí)建設(shè)在重點(diǎn)建設(shè)區(qū)的面積占比由2001年的49.32%減少到2019年的34.19%,侵占禁止建設(shè)區(qū)和生態(tài)恢復(fù)區(qū)的建設(shè)用地面積由2001年的0.15 km2增長(zhǎng)到2019年的9.63 km2,占比由0.30%增長(zhǎng)到15.65%,主要分布在沿江沿海地區(qū),生態(tài)安全依然存在隱患,但為滿足城市發(fā)展需要,研究區(qū)的城市擴(kuò)展現(xiàn)象整體上呈現(xiàn)符合城市發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)的態(tài)勢(shì)。

4 結(jié)論

本研究將UEER模型和Hydrology模型相結(jié)合,提取建設(shè)用地?cái)U(kuò)展過(guò)程中生態(tài)阻力面特征,劃定適宜性分區(qū)以探討建設(shè)用地適宜擴(kuò)展空間,同時(shí)建立生態(tài)隔離帶和適宜擴(kuò)展路徑來(lái)描述城市擴(kuò)展方向,得出以下結(jié)論:

(1)1988年以來(lái),研究區(qū)重點(diǎn)建設(shè)區(qū)的面積整體上呈增長(zhǎng)趨勢(shì),且主要以交通樞紐和規(guī)模較大的居民區(qū)、商業(yè)區(qū)為中心向外擴(kuò)展。研究區(qū)重點(diǎn)建設(shè)區(qū)表現(xiàn)出“攤大餅”式蔓延格局,2017年前研究區(qū)重點(diǎn)建設(shè)區(qū)大規(guī)模地沿美蘭機(jī)場(chǎng)和居民區(qū)向外擴(kuò)展,由于2018年海南自貿(mào)港政策的實(shí)施改變了這一現(xiàn)狀,使得2019年的重點(diǎn)建設(shè)區(qū)相較于2017年前更加規(guī)范合理,國(guó)家級(jí)生態(tài)保護(hù)區(qū)的生態(tài)安全得到有力保障。

(2)在研究時(shí)域內(nèi),研究區(qū)城市是沿著適宜擴(kuò)展路徑進(jìn)行擴(kuò)展的,城市擴(kuò)展因受制于生態(tài)隔離帶,非直接與相鄰建設(shè)用地相連。由“適宜擴(kuò)展路徑”引導(dǎo)建設(shè)用地優(yōu)化開(kāi)發(fā),避免盲目的向外擴(kuò)展,而沿“適宜擴(kuò)展路徑”擴(kuò)展的建設(shè)用地,并不與相鄰建設(shè)用地直接相連,生態(tài)隔離帶的存在打破了適宜性區(qū)域集中連片的擴(kuò)展態(tài)勢(shì)。

(3)由于東寨港紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)的存在,使得研究區(qū)東海岸以東寨港紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)為中心形成的片狀區(qū)域是生態(tài)安全核心區(qū)域。在研究時(shí)域內(nèi)研究區(qū)生態(tài)用地逐步向建設(shè)用地滲入,這與研究區(qū)保護(hù)生態(tài)環(huán)境的建設(shè)理念基本相符。基于《海南自由貿(mào)易港建設(shè)總體方案》中提到的創(chuàng)新生態(tài)文明體制機(jī)制,在一定程度上使研究區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)逐漸減小。

(4)研究區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展現(xiàn)象受政策因素影響較大,生態(tài)格局依舊需要優(yōu)化。綜合分析城市擴(kuò)展格局發(fā)現(xiàn),海岸帶及其附近的建設(shè)用地已逐步向生態(tài)用地演變,且居民用地逐漸集聚化,整體上逐漸規(guī)范化,但現(xiàn)有建設(shè)用地在禁止建設(shè)區(qū)和生態(tài)恢復(fù)區(qū)內(nèi)面積占總建設(shè)面積的比重由0.30%增長(zhǎng)到15.65%,面積增長(zhǎng)了9.48km2,生態(tài)安全問(wèn)題依舊存在。

(5)綜合考慮生態(tài)安全的影響因素,針對(duì)研究區(qū)海岸帶城市擴(kuò)展提出以下建議:一是城市建設(shè)用地在擴(kuò)展過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制在生態(tài)隔離帶以?xún)?nèi),并且與生態(tài)用地之間建立緩沖區(qū),避免盲目擴(kuò)展。二是禁止建設(shè)區(qū)應(yīng)注重該區(qū)域內(nèi)的生態(tài)保護(hù),生態(tài)恢復(fù)區(qū)作為生態(tài)安全屏障應(yīng)禁止一切建設(shè)開(kāi)發(fā)并適當(dāng)擴(kuò)大其規(guī)模,實(shí)現(xiàn)地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。