基于景观生态学的广州城镇建设用地扩张模式分析

基于景观生态学的广州城镇建设用地扩张模式分析

张金兰，欧阳婷萍，朱照宇，柏杨

摘要：在遥感和GIS技术支持下，提取了广州市老八区（以2000年行政区划为准）1978—2005年四个时段的建设用地面积，结合景观指数，从建设用地变化的数量、速度和时空扩张模式几个方面探讨了1978—2005年间三个不同阶段的城市扩张规律。结果表明：（1）广州市建设用地快速扩张，在1978—2005年期间，总面积增加了47158.94，其中1978—1990、1990—2000、2000—2005三个时期的建设用地年扩张速度一直呈上升趋势，分别为：1395.42 hm2·a-1、1699.92 hm2·a-1、2682.93 （2）三种扩展类型中，蔓延式扩张是广州市建设用地扩张的主要类型，各时期所占扩展总面积的比例分别为：71.2%、hm2·a-1。

60.5%、47.7%，呈下降的趋势；与此相反的是填充式扩张，随着城市化的发展呈上升趋势，所占比例分别为：9.3%、31.7%、46.4%；跳跃式扩张仅在第一时段较高为19.7%，而后两个时段较低，分别为7.8%和5.9%。通过研究为城市模式研究提供了详细且准确的数据，为寻求优良扩张模式奠定了一定的基础。 关键词：广州市；建设用地；景观指数；扩张模式

中图分类号：F293.2 文献标识码：A 文章编号：1674-5906（2010）02-0410-05

1,2

1

1

1,2

1. 中国科学院广州地球化学研究所 边缘海地质重点实验室，广州 510640；2. 中国科学院研究生院，北京 100049

工业革命以来，工业化成为城市化快速发展的助推剂，人口大量涌入城市[1]，建设用地不断扩张。城镇规模的扩大带来了能源消耗的剧增、交通堵塞、城市热岛、环境恶化等。目前以美国为代表的“蔓延式扩张”和以欧盟为代表的“紧凑式扩张”是国际上争论最为激烈的热点话题，但具体哪种扩张模式更有利于城镇的优良发展还没有定论，因此探求良好的城市发展模式，实现城市的优良发展，是亟待解决的问题。对城镇建设用地扩展模式研究能够

是为更合理的利用城市土地资源提供科学依据[2-6]，

寻求城市可持续发展的必经之路。

随着城市化水平的提高，许多学者对经济发达的珠江三角洲地区城市化从不同的角度进行了探讨和研究，具体研究内容有以下几个方面：（1）建

（2）从设用地变化面积、速率及其驱动机制[7-12]；

景观生态学角度入手，利用景观指数和梯度分析来

（3）利用模型模拟研究城市扩张的空间形态[13-14]；

（4）侧重农田流失和预测建设用地变化动态[15-20]；

和城市扩张来研究建设用地扩张所带来的土地利用效率的研究[21-24]。广州作为中国的大城市之一，有着两千多年的发展历史，自改革开放以来，城市化发展迅猛，而目前尚未有对广州市城镇扩展模式的定量分析方面的报道。本文结合景观指数分析和城镇扩展类型研究探讨改革开放以来广州市城镇用地的扩展模式，为今后城市扩张模式的研究提供详实、直观的基础信息，也为其他城市的研究提供参考。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域

广州市位于珠江三角洲的中心，地势东北向西南倾斜，东北部为山区，主要为林地，西南部主要为平原地区，以建设用地和农业用地为主[25]。广州市目前包括10个区和两个市，分别是：荔湾、越秀、海珠、天河、萝岗、白云、黄埔、番禺、南沙和花都10区以及增城和从化2市。本文为了保持统计数据的完整性和行政界限的统一，以2000年的行政界线为标准，选取除花都、番禺、增城和从化以外的老八区作为研究区域，面积为134755 hm2。

1.2 数据来源及处理

本文选用广州市1978年MSS影像和1990-10-13、2000-09-14、2005-11-23 TM影像，影像质量良好，满足分类的需要。本文以1990年影像为标准，采用“map to map”方式对1978年、2000年、2005年的图像进行配准，精度控制在0.5个像元内。采用最大似然法对遥感影像进行非监督分类，并进行分类后处理，去除小像元，提取建设用地，然后在ArcGIS 9.2中进行修改，保证建设用地提取精度在90%以上。 1.3 景观指数的选择

考虑到现有的景观格局指数数量多、类型少，

为了既能全面大部分指数之间都具有相关性[26-28]，

反映广州市建设用地景观格局特征，又不使冗余度过大，本文选择三方面指数：绝对大小、相对大小

基金项目：广东省自然科学基金团队项目（04201163）；广东省软科学项目（2007B070900082）

作者简介：张金兰（1984年生），女，硕士研究生，研究方向为土地利用生态环境研究。E_mail:Lanlan1120@126.com 收稿日期：2009-12-03

张金兰等：基于景观生态学的广州城镇建设用地扩张模式分析 411

和形状复杂指数。绝对大小包括斑块数量（NumP）和斑块总面积（CA）。城市扩张，斑块总面积总会增加；新的城市中心形成斑块数量增加，当城市扩张连接成片时斑块数量下降。相对大小包括斑块平均面积（MPS）和斑块大小多样性指数（PSCOV）；两者在城市扩张的过程中有可能会增大也有可能会减小，当新的城市斑块数量多且面积小，斑块平均面积（MPS）就会减小，否则会增大；在城市扩张的过程中，如果城镇用地斑块面积差异增大则斑块大小多样性指数（PSCOV）会增大，否则会减小。形状复杂指数有：边缘密度（ED）和斑块面积加权平均分形维数（AWMPFD）。当城市斑块比较分散的时候，边缘密度（ED）会较大。斑块面积加权平均分形维数（AWMPFD）反应的是城市形状的规则性，其大小为1~2。越接近于1则表示城市形状接近于圆形或方形，越接近于2则表明城市形状越复杂。我们通过Patch analysis获得这些指数计算结果。

30002000100001978-19901990-20002000-2005各时段200010000建设用地增长率（hm2.a-1）GDP年增长率4000建设用地面积年增长率3000年增长率（107元.a-1）GDP 图1 广州市1978年以来三个时段建设用地扩张年变化率与GDP增

长率之间的关系

Fig.1 Relationship between Built-up land area growth rate and GDP

growth rate in three periods of Guangzhou

2 结果与分析

2.1 广州市改革开放以来建设用地变化特征

1978—2005年间四个时段建设用地面积分别为7228.24 hm2、23973.31 hm2、40972.55 hm2、

。2005年建设用地面积已是54387.18 hm2（表1）

1978年的7.52倍，在接近30年的时间里，建设用

表1 广州市1978年以来四个时期景观指数

Table 1 Landscape metrics in four different periods from 1978 of

Guangzhou

CA(hm2) NumP(个) MPS/hm2 ED PSCoVAWMPFD1978年 7228.24 274 1990年 23973.31 621 2000年 40972.55 459 2005年 54387.18 353

26.3838.6089.26

190.97 588.87 1.44 155.59 880.90 129.76 1551.34

1.44 1.50 1.51

154.07 116.89 1431.05

增长了47158.94 hm2，占研究区域总面积的比例由原来1978年的5.4%增加到2005年的40.4%。而不同时段建设用地扩张速度不尽相同，1978—1990、1990—2000、2000—2005三个时期，建设用地年扩张速度分别为1395.42 hm2·a-1、1699.92 hm2·a-1、2682.93 hm2·a-1，一直呈上升趋势，尤其是2000—2005年，年扩张速度接近第一时段的两倍（图1）。这与广州市经济发展息息相关（图1）：1978-1990年改革开放初期，工业发展刚刚起步，社会发展水平还不够高，建设用地增长与后两时期相比较为缓慢；1990—2000年期间，在邓小平南巡讲话的鼓舞下，加大改革力度和技术改造，积极引进外资，促进社会、经济快速发展，加快了城市化的步伐；进入新世纪以来，广州市通过产业结构调整优化，轻重工业得到协调发展，重化工业快速发展，企业通

过技术进步，新工业产品不断涌现，新兴产业得到快速发展，带来经济快速、稳定的增长，对建设用地需求急剧上升[29]。

2.2 广州市改革开放建设用地扩展模式分析

城镇建设用地扩张类型有多种定义和描述方法[30-32]。总结前人研究的基础，从拓扑学的角度，将城镇建设用地扩张归结为三种模式：蔓延型、填充型和跳跃型。跳跃式扩展最为简单，是指新增城镇用地与已有的城镇用地在空间上没有连接；填充型则是指在已经形成的城市区域中，进行空白区域的填充扩展；蔓延式扩展则是指在城镇用地边缘进行扩张的部分。具体判断方法见参考文献31，具体数据通过ArcGIS 9.2进行空间分析获得，结果如图2（下页）所示。

图2中显示，城市化早期（1978年、1990年）城镇景观及建设用地并不作为广州市的主要景观基质。在早期的建设用地扩张主要集聚在原有城镇中心的边缘，沿着珠江河流两岸的西南部平原进行扩张。1990年以后，建设用地继续扩张，并向北进军，发展至2005年，西南部平原地带几乎都被征为建设用地，原本研究区域北部零星散落着的建设用地也逐渐连接成遍，成块状分布。

另外图2中，我们还可以看出三种建设用地扩张类型分布的空间差异性：填充式扩张主要集中在大的建设用地斑块中间的空白区域，蔓延式扩张无论建设用地斑块的大小都沿着其外围进行扩张，跳跃式扩张相对其它两种扩张类型则离原有城镇中心较远。我们还对三种扩张模式占建设用地增加总量的比例进行了统计，结果如图3（下页）所示。蔓延式扩展是广州市建设用地扩展的主要类型，三个时段比例分别为：71.2%、60.5%、47.7%，呈现下降趋势；而填充式扩展所占比例呈上升趋势，第

412 生态环境学报 第19卷第2期（2010年2月）

1978-1990

1990-2000

1990-2000

原有建设用地

蔓延式扩张

填充式扩张

跳跃式扩张

图2 广州市1978年以来建设用地扩展类型时空分布图

Fig.2 Distribution of three types of built-land expansion in different periods from 1978 to 2005 of Guangzhou

各类型所占扩展总面积的百分比80%60%40%20%0%跳跃式蔓延式填充式1978-19901990-20002000-2005各时段 图3 广州市1978年以来三种建设用地扩展类型占该时段

总扩展面积的比例

Fig.3 Proportion of the three built-up expansion types

from 1978 of Guangzhou

一时段填充式扩展是三种扩展类型占总扩展面积比例最小的一个，仅为9.3%，第二时段填充式扩展比例增加到31.7%，至2000—2005阶段，填充式扩展比例增大到46.4%，与该时段蔓延式扩展比例（47.7%）相当；跳跃式扩展比例不大，但在第一时段较高（19.5%），而后两个时期与前一时期相比都有所减少，分别为：7.8%、5.9%。

在城市扩张初期（1978—1990年），建设用地扩展比较分散，除了城市化水平较高的几个斑块外，其它建设用地零星的点状散落分布着。跳跃式扩展明显，建设用地斑块数量增加了347个。在城镇发展的初期，工业发展刚刚起步还不够发达，各产业没能充分发展，经济水平还不是很高，跳跃式扩展形成的新的城镇规模不会很大。而原有城市化水平较高的城镇则因交通便利，能源供给方便，基础设施建设比较完善等具有天然的优势，建设用地扩展主要是集聚分布在原有城镇的外围。

1990—2000年，广州市建设用地扩展仍然是以蔓延式为主（60.5%），与前一阶段所不同的是，该

时期填充式扩张比例上升到31.7%，跳跃式扩展比

例下降到7.8%。这期间，交通路线四通八达，基础设施较为完善，城镇扩张迅速，基本上通过交通路线以及新增建设用地共将原来破碎的斑块连接起来，并在城镇扩张过程中留下的空白之处进行了填充，建设用地斑块数量减少，建设用地平均斑块面积（MPS）增大到89.2 hm2，是1990年的2.3倍。

2000—2005年期间，城市扩展到一定的阶段，许多平坦之地都已被征为建设用地，受到土地资源有限的限制，原蔓延式扩展所留下中间的空白之地必然被利用起来，填充式扩展比例上升到46.4%，与外延式扩展（47.7%）所占比例相当。此时的跳跃式扩展主要是一些新形成的工厂用地，所占比例较小（5.9%）。发展至2005年广州市建设用地大部分斑块相互连接成块状，建设用地平均斑块面积

。 （MPS）达到154.07 hm2（表1）

随着城市不断扩张，建设用地成为了主要景观基质，城镇边缘密度降低；建设用地斑块差异大小（PSCoV），在城镇扩张的前三个时期（1978、1990、2000年）上升，2005年有所降低（表1），在城镇扩张的初期，城镇蔓延式扩张为主导致城镇用地斑块的增大与跳跃式扩展形成一些小的建设用地斑块差异较大，但随着城市化的发展，斑块面积大小差异降低；斑块面积加权平均分形维数（AWMPFD）变化不大，这与广州市所处的地形有关系，受到珠江河流以及东北部白云山等大片山区的影响，决定了广州市发展必须适应所处的地形地貌，而不可能像北京一样，成较规则的方形扩展。

3 结论

通过上述研究，广州市改革开放以来城镇用地扩展体现以下特征：

（1）1978年以来，广州市建设用地急剧增加，至2005年建设用地面积已是1978年的7.52倍；与经济发展相同步，三个时段建设用地年扩展速度不

张金兰等：基于景观生态学的广州城镇建设用地扩张模式分析 413

尽相同，分别是：1395.42 hm2·a-1、1699.92 hm2·a-1、2682.93 hm2·a-1，呈上升的趋势。

（2）蔓延式扩展是广州市建设用地扩展的主要类型，在改革开放之初，广州市土地资源富裕，建设用地有足够空间扩张的时候以蔓延式扩张和跳跃式扩张占主导地位，建设用地扩张较为分散；但是伴随着人们集约意识的提高和土地资源有限的限制，填充式扩张比例增加，建设用地发展到第三时段填充式扩展所占比例与蔓延式所占比例相当，城市化初期蔓延式与跳跃式扩张之间所留下的空白之地逐渐的被征为建设用地。

通过本文的研究，提供了自改革开放以来（1978年）广州市建设用地扩张数量、速度以及各种不同扩张类型在各个不同时段的详细且准确的基础数据，为今后在城市扩张模式研究方面奠定了一定的基础，是寻求优良扩张模式，实现城市可持续发展的必要准备。

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Analysis on the expansion mode of Guangzhou’s urban built-up land

based on landscape ecology

ZHANG Jinlan1, 2, OUYANG Tingping1, ZHU Zhaoyu1, BAI Yang1, 2

1. Key Laboratory of Marginal Sea Geology, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China;

2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China

Abstract: In this paper, we obtained the built-up Land data of Guangzhou’s former 8 districts (in light of the administrative map of 2000) during 4 periods from 1978 to 2005 based on RS and GIS. Then, we analyzed the urban expansion regularity of Guangzhou during three stages from 1978 to 2005, on the variation amount and rate of built-upland, and the temporal-spatial mode of its expan-sion together with landscape metrics. Our analytical results were as follows. First, the land use for construction in Guangzhou in-creased rapidly, with a total increase of 47158.94 hm2 from 1975 to 2005, and the increase rates for 1978 to 1990, 1990 to 2000 and 2000 to 2005 were 1395.42 hm2·a-1, 1699.92 hm2·a-1 and 2682.93 hm2·a-1, respectively. Second, of the three expansion types, the edge-expansion was the major one for Guangzhou’s built-up land expansion, with a declined proportion of 71.2%, 60.5% and 47.7% for each stage in the total expansion area, while the infilling expansion was increasing with the development of urbanization, with a proportion of 9.3%, 31.7% and 46.4% for each stage. As for the spontaneous, only high in the first stage with a proportion of 19.7%, and low in the latter two, with a proportion of 7.8% and 5.9%, respectively. Detailed and accurate data were provided by this research, which were the base of investigate an excellent expansion pattern.

Key words: Guangzhou; built-up land; landscape metrics; expansion pattern