行政中心遷移背景下通州區(qū)土地利用情景模擬研究

李鵬輝 張占錄

(中國人民大學(xué) 公共管理學(xué)院，北京 100872)

行政中心是城市中管理、監(jiān)督與服務(wù)機(jī)構(gòu)的空間聚集。行政中心遷移可以帶來資源再配置、聚焦和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型效應(yīng)，有利用緩解舊城壓力和引導(dǎo)城市空間拓展，是化解大城市病的關(guān)鍵要素。遷移后新的行政中心會(huì)對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生直接的影響,最終導(dǎo)致土地利用/覆被的變化。隨著城市規(guī)模不斷擴(kuò)張，北京中心城區(qū)普遍出現(xiàn)了人口密度增長(zhǎng)、地價(jià)上漲、交通擁擠等“大城市病”問題。2019年1月11日，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，北京市人民政府機(jī)關(guān)由東城區(qū)搬遷至通州區(qū)。根據(jù)相關(guān)部署，到2035年城市副中心常住人口規(guī)?？刂圃?30萬人以內(nèi)，就業(yè)人口規(guī)?？刂圃?0萬～75萬人，通州區(qū)常住人口規(guī)?？刂圃?00萬～205萬人以內(nèi)，就業(yè)人口規(guī)?？刂圃?15萬～120萬人。以疏解北京非首都功能為目標(biāo)的北京行政副中心搬遷對(duì)通州地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、居民生活和生態(tài)環(huán)境等帶來巨大變化，從而對(duì)通州區(qū)土地利用產(chǎn)生巨大的影響。

土地是人類生存發(fā)展的核心資源，土地利用/覆被變化是區(qū)域人口、資源、環(huán)境與發(fā)展問題的基本核心，是全球環(huán)境變化和可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域前沿的核心問題。土地利用/覆被時(shí)空過程刻畫與模擬一直是土地利用/覆被研究的核心科學(xué)命題之一，對(duì)于指導(dǎo)國土空間規(guī)劃和土地管理、評(píng)估政策對(duì)土地利用影響具有重要價(jià)值。土地利用/覆被模擬研究主要集中于多情景分析、空間布局與優(yōu)化以及土地利用模擬應(yīng)用，研究視角集中于協(xié)同發(fā)展視角、生態(tài)安全視角、農(nóng)林復(fù)合視角、城鎮(zhèn)化視角，對(duì)行政中心遷移視角下土地利用模擬研究較少。CLUE-S (conversion of land use and its effects at small region extent)模型是一種典型的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析模型，可以清晰地表現(xiàn)土地利用空間變化的驅(qū)動(dòng)因子，在模擬區(qū)域尺度土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)變化方面具有優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于土地利用模擬研究，并在京津冀地區(qū)的適用性得到了驗(yàn)證。Dyna-CLUE模型是CLUE-S模型的改進(jìn)版本，增加了鄰域處理模塊，模擬精度進(jìn)一步提升。因此，本研究擬以北京市行政中心遷移為背景，基于2009年至2017年通州區(qū)土地利用調(diào)查和自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，利用Dyna-CLUE模型分析通州區(qū)自然增長(zhǎng)、生態(tài)保護(hù)和政府規(guī)劃情景下的土地利用變化情況。以期為京津冀區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展、探索人口經(jīng)濟(jì)密集地區(qū)優(yōu)化開發(fā)模式提供支撐，為區(qū)域耕地保護(hù)、生態(tài)保護(hù)和優(yōu)化城市布局和空間結(jié)構(gòu)提供決策建議，為探索生態(tài)文明建設(shè)有效路徑、促進(jìn)人口經(jīng)濟(jì)資源環(huán)境相協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)參考。

1 材料與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

通州區(qū)位于北京市東南部，京杭大運(yùn)河北端。西臨朝陽區(qū)、大興區(qū)，北與順義區(qū)接壤，東隔潮白河與河北省三河市、大廠回族自治縣、香河縣相連，南和天津市武清區(qū)、河北省廊坊市交界。地處永定河、潮白河沖積洪積平原，地勢(shì)平坦，大小河流13條(圖1)。屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，受冬、夏季風(fēng)影響，形成春季干旱多風(fēng)、夏季炎熱多雨、秋季天高氣爽、冬季寒冷干燥的氣候特征。

圖1 通州區(qū)行政區(qū)劃Fig.1 Administrative division of Tongzhou District

通州區(qū)土地總面積為905.81 km，其中建設(shè)用地為355.29 km，所占比例最大，為39.22%；其次為耕地，占比36.41%；水域和林地占比分別為9.30%和9.18%。其發(fā)展定位為：推進(jìn)土地有序供應(yīng)，建設(shè)水城共融的生態(tài)城市，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)生活生態(tài)融合發(fā)展。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究數(shù)據(jù)主要是通州區(qū)2009—2017年9期土地利用圖，來源于通州區(qū)自然資源局土地利用調(diào)查。高程數(shù)據(jù)來源于美國航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)圖(SRTM)數(shù)據(jù)(http:/srtm.csi.cgiar.org)。坡度數(shù)據(jù)以高程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用ArcGIS坡度工具計(jì)算每個(gè)柵格坡度。道路數(shù)據(jù)來源于土地利用數(shù)據(jù)提取，以道路圖為基礎(chǔ)，利用ArcGIS距離函數(shù)計(jì)算每個(gè)柵格到最近道路的距離。水域數(shù)據(jù)來源于土地利用數(shù)據(jù)提取，以水域圖為基礎(chǔ)，利用ArcGIS距離函數(shù)計(jì)算每個(gè)柵格到最近水域的距離。農(nóng)村和城鎮(zhèn)數(shù)據(jù)來源于土地利用數(shù)據(jù)提取，以農(nóng)村和城鎮(zhèn)圖為基礎(chǔ)，利用ArcGIS距離函數(shù)計(jì)算每個(gè)柵格到最近農(nóng)村和城鎮(zhèn)的距離。以上數(shù)據(jù)分辨率均為30 m。

2 研究方法

土地利用變化及其效應(yīng)(CLUE)模型屬于一種動(dòng)態(tài)的、多尺度的土地利用變化空間分布模擬模型。CLUE模型由四個(gè)主要的模塊組成，即需求模塊，人口模塊，產(chǎn)量模塊和空間分配模塊。Dyna-CLUE模型對(duì)CLUE模型的驅(qū)動(dòng)因子計(jì)算、空間分配等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)，使之更適應(yīng)小尺度下的土地利用數(shù)據(jù)表達(dá)方式和精度要求。Dyna-CLUE模型的假設(shè)條件為該地區(qū)土地需求決定土地利用，并且土地利用的分布受自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響從而處于動(dòng)態(tài)平衡中。Dyna-CLUE模型由非空間的土地需求模塊和空間分配模塊組成(圖2)。Dyna-CLUE模型的正常運(yùn)行需要空間政策與限制區(qū)域、土地利用類型轉(zhuǎn)移設(shè)置、土地需求、空間特征四個(gè)條件的支撐。空間限制區(qū)域如自然保護(hù)區(qū)限制轉(zhuǎn)換為其他土地利用類型，政策限制區(qū)域如森林因受政策保護(hù)禁止轉(zhuǎn)換為其他土地利用類型。土地利用類型轉(zhuǎn)移設(shè)置表明各種土地利用類型相互轉(zhuǎn)換的彈性系數(shù)。土地需求則根據(jù)不同利用情景進(jìn)行模擬分析。

圖2 Dyna-CLUE模型基本結(jié)構(gòu)Fig.2 Basic structure of Dyna-CLUE model

空間特征基于各種土地利用類型在空間上的分布概率。在Dyna-CLUE模型中，用Logistic回歸來計(jì)算土地利用類型的空間分布與驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系，Logistic回歸通過計(jì)算事件的發(fā)生概率，使用自變量作為預(yù)測(cè)值，可以解釋土地利用類型和其驅(qū)動(dòng)力因素之間的關(guān)系。具體表示為柵格內(nèi)每個(gè)單元內(nèi)每種農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)類型出現(xiàn)的概率。Logistic回歸公式如下：

(1)

式中：

p

為土地利用類型

i

在該柵格中出現(xiàn)的概率；

X

,為土地利用類型轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)因子；

α

為回歸方程的回歸系數(shù)，表示土地利用類型和驅(qū)動(dòng)因子的定量關(guān)系。

2.1 土地利用類型設(shè)置

根據(jù)研究需要，將土地利用類型劃分為六大類，分別為耕地、園地(草地)、林地、設(shè)施農(nóng)用地、建設(shè)用地和水域。由于通州區(qū)草地較少，占比僅為0.11%(2017年)，故將其劃分到園地類別(表1)。

表1 土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)
Table 1 Land use classification standard

類型Type二級(jí)地類Secondary land use type說明Explanation of classification耕地Cultivated land水田、水澆地、旱地種植農(nóng)作物的土地園地(草地)Garden (grassland)果園、其他園地生長(zhǎng)草本植物為主,覆蓋度在5%以上的各類草地 林地Forest land有林地、其他林地生長(zhǎng)喬木、灌木、竹類、以及沿海紅樹林地等林業(yè)用地設(shè)施農(nóng)用地Facility agricultural land設(shè)施農(nóng)用地直接用于經(jīng)營性養(yǎng)殖的畜禽舍、工廠化作物栽培或水產(chǎn)養(yǎng)殖的生產(chǎn)設(shè)施用地及其相應(yīng)附屬用地,農(nóng)村宅基地以外的晾曬場(chǎng)等農(nóng)業(yè)設(shè)施用地建設(shè)用地Construction land鐵路用地、公路用地、農(nóng)村道路、城市、建制鎮(zhèn)、村莊、采礦用地、風(fēng)景名勝及特殊用地城鄉(xiāng)居民點(diǎn)及其以外的工礦、交通等用地水域Water area河流水面、坑塘水面、內(nèi)陸灘涂、溝渠、水工建筑用地天然陸地水域和水利設(shè)施用地

2.2 土地利用類型轉(zhuǎn)移設(shè)置

轉(zhuǎn)移彈性系數(shù)表示土地利用類型轉(zhuǎn)換的難易程度，其為0到1的數(shù)值。0代表該農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)類型極易發(fā)生變化，1代表該農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)類型很難發(fā)生改變，0到1代表農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)類型變化難易程度介于兩者之間。其設(shè)置依據(jù)研究者對(duì)土地利用類型變化的認(rèn)識(shí)、本地區(qū)或類似地區(qū)土地利用類型變化規(guī)律、模型調(diào)試等。本研究參照京津冀地區(qū)CLUE-S模型設(shè)置參數(shù)并經(jīng)模型調(diào)試后將耕地、園地(草地)、林地、設(shè)施農(nóng)用地、建設(shè)用地和水域轉(zhuǎn)移彈性系數(shù)分別設(shè)置為0.5、0.5、0.6、0.8、0.8和0.7。土地利用類型轉(zhuǎn)移彈性系數(shù)設(shè)置說明如表2所示。

表2 土地利用類型轉(zhuǎn)移彈性系數(shù)
Table 2 Elasticity coefficient of land use type transfer

編碼Code土地利用類型Land use type轉(zhuǎn)移彈性系數(shù)Elasticity coefficient設(shè)置說明Explanation of setting0耕地0.5耕地較易改變,但由于耕地保護(hù)政策,系數(shù)位于中等水平1園地(草地)0.5草地系數(shù)位于中等水平2林地0.6林地系數(shù)位于中等偏上水平3設(shè)施農(nóng)用地0.8設(shè)施農(nóng)用地較難改變,系數(shù)較高4建設(shè)用地0.8建設(shè)用地較難改變,系數(shù)較高5水域0.7水域較難轉(zhuǎn)換為其他用地,系數(shù)較高

土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣(表3)代表各類土地利用類型相互轉(zhuǎn)換的可能性。表3中橫向表示未來情景土地利用類型，縱向表示當(dāng)前土地利用類型。用0和1來表示土地利用類型轉(zhuǎn)換的可能性，其中0代表不能轉(zhuǎn)換，1代表可以轉(zhuǎn)換。考慮到建設(shè)用地極難轉(zhuǎn)為其他用地類型，因此將其轉(zhuǎn)換可能性設(shè)置為0。其他用地類型存在相互轉(zhuǎn)換的可能性，因此轉(zhuǎn)換可能性設(shè)置為1。

表3 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣
Table 3 Land use type transfer matrix

土地利用類型Land use type耕地Cultivatedland園地(草地)Garden(grassland)林地Forestland設(shè)施農(nóng)用地Facilityagricultural land建設(shè)用地Constructionland水域Waterarea耕地Cultivated land111111園地(草地)Garden (grassland)111111林地Forest land111111設(shè)施農(nóng)用地Facility agricultural land111111建設(shè)用地Construction land000010水域Water area111111

2.3 驅(qū)動(dòng)因子選取

在對(duì)京津冀地區(qū)土地/覆被變化驅(qū)動(dòng)因子分析基礎(chǔ)上，參照京津冀地區(qū)CLUE-S模型驅(qū)動(dòng)因子選取及數(shù)據(jù)可獲取性選取了高程、坡度、距城鎮(zhèn)距離、距農(nóng)村距離、距公路距離、距農(nóng)村道路距離、距水域距離等7個(gè)驅(qū)動(dòng)因素。驅(qū)動(dòng)因子描述性統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 驅(qū)動(dòng)因子描述性統(tǒng)計(jì)
Table 4 Descriptive statistics of driving factors

編碼Code驅(qū)動(dòng)因子Driving factor單位Unit最小值Min最大值Max平均值Mean標(biāo)準(zhǔn)差SD0高程m5.0063.0028.8015.411坡度°0.0060.822.742.872距城鎮(zhèn)距離m0.005 304.57957.78961.923距農(nóng)村距離m0.002 460.18214.48259.974距公路距離m0.003 007.19222.23305.115距農(nóng)村道路距離m0.003 501.79516.65451.856距水域距離m0.003 332.57321.03290.01

2.4 情景設(shè)置

本研究共設(shè)置了3種情景，分別是自然增長(zhǎng)情景、生態(tài)保護(hù)情景和政府規(guī)劃情景。自然增長(zhǎng)情景假定通州區(qū)結(jié)構(gòu)按照2009—2017年變化規(guī)律變化，采用線性插值獲得各用地類型面積。生態(tài)保護(hù)情景保證林地和水域等生態(tài)用地穩(wěn)定增長(zhǎng)，2035年生態(tài)用地面積達(dá)到25%。政府規(guī)劃情景則依據(jù)相關(guān)北京城市總體規(guī)劃、通州與北三縣協(xié)同發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行設(shè)置：嚴(yán)格耕地保護(hù)，建設(shè)用地保持下降趨勢(shì)，林地面積提升5%(表5)。

表5 通州區(qū)土地利用模擬情景說明
Table 5 Description of land use simulation scenario in Tongzhou District

序號(hào)Code利用情景Simulation scenario說明Explanation of scenario1自然增長(zhǎng)通州區(qū)各類土地面積按照2009—2017年變化規(guī)律變化2生態(tài)保護(hù)保證林地和水域等生態(tài)用地穩(wěn)定增長(zhǎng),2035生態(tài)用地面積達(dá)到25%3政府規(guī)劃依據(jù)北京城市總體規(guī)劃(2016—2035年)、通州與北三縣協(xié)同發(fā)展規(guī)劃、北京城市副中心(通州區(qū))國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要等

3 結(jié)果與分析

3.1 通州區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化

通州區(qū)建設(shè)用地和設(shè)施農(nóng)用地呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，耕地、園地(草地)、林地和水域呈減少的趨勢(shì)(圖3)。以變化量來看，建設(shè)用地面積增長(zhǎng)最為明顯，相較于2009年，增長(zhǎng)了31.88 km；耕地減少最為明顯，減少了22.09 km。以變化率來看，建設(shè)用地和設(shè)施農(nóng)用地分別增長(zhǎng)了9.86%和12.63%；而園地(草地)減少最為明顯，減少了11.26%，其次為水域，減少了6.92%(表6)。

表6 2009年和2017年通州區(qū)不同類型土地利用變化
Table 6 Land use change of Tongzhou District in 2009 and 2017

土地利用類型Land use type2009年2017年變化量Variation變化率/%Rate of change耕地Cultivated land351.93329.84-22.09-6.28園地(草地)Garden (grassland)38.2433.93-4.31-11.26林地Forest land84.5883.19-1.39-1.64設(shè)施農(nóng)用地Facility agricultural land17.1819.352.1712.63建設(shè)用地Construction land323.41355.2931.889.86水域Water area90.4784.21-6.26-6.92

圖3 通州區(qū)2009—2017年各土地利用類型結(jié)構(gòu)變化Fig.3 Structure change of land use types from 2009 to 2017 in Tongzhou District

3.2 通州區(qū)土地利用模擬

3

.

2

.

1

不同模型驗(yàn)證

1)回歸結(jié)果驗(yàn)證。利用SPSS對(duì)高程、坡度、距城鎮(zhèn)距離、距農(nóng)村距離、距公路距離、距農(nóng)村道路距離以及距水域距離等7個(gè)驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行Logistic回歸，分析各土地利用類型和各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子之間的關(guān)系，結(jié)果見表7。該回歸結(jié)果利用ROC曲線進(jìn)行檢驗(yàn)。當(dāng)ROC大于0.7時(shí)，回歸方程對(duì)土地利用類型有很好的解釋能力?；貧w結(jié)果顯示，各類土地利用類型回歸檢驗(yàn)ROC均大于0.7，表明回歸結(jié)果可以解釋各土地利用類型。

表7 通州區(qū)土地利用模擬驅(qū)動(dòng)因子回歸結(jié)果
Table 7 Driver factors regression results of land use simulation in Tongzhou District

驅(qū)動(dòng)因子Driving factor耕地Cultivatedland園地(草地)Garden(grassland)林地Forestland設(shè)施農(nóng)用地Facilityagricultural land建設(shè)用地Constructionland水域Waterarea高程DEM-0.49***2.00***0.60***0.160.290.67***坡度Slope0.62***1.80***0.211.01***-0.87***-0.18距城鎮(zhèn)距離Distance from city1.59***-0.72***0.97***0.47***-2.56***0.35***距農(nóng)村距離Distance from rural areas7.32***1.27***1.95***-1.69***-12.19***3.17***距公路距離Distance from highway-0.66***-1.34***-0.12**0.80***0.75***0.17***距農(nóng)村道路距離Distance from rural roads-12.23***-10.62***-6.67***-3.61***16.12***-2.14***距水域距離Distance from water area2.93***1.23***-0.73***-2.21***4.11***-19.30***常數(shù)Constant0.16-1.44***-0.50***0.12-0.22**0.17

注：***、**、*分別表示1%、5%、10%的水平上顯著。
Note: ***, ** and * represent significant differences at the levels of 1%, 5% and 10%, respectively.

驅(qū)動(dòng)因子回歸結(jié)果顯示高程與園地(草地)、林地和水域呈正相關(guān)關(guān)系，其中對(duì)園地(草地)影響較大，回歸系數(shù)為2.00；與耕地呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，回歸系數(shù)為-0.49。坡度與耕地、園地(草地)和設(shè)施農(nóng)用地呈正相關(guān)關(guān)系，其中對(duì)園地(草地)影響較大，回歸系數(shù)為1.80；與建設(shè)用地呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，回歸系數(shù)為-0.87。距城鎮(zhèn)距離與耕地、林地、設(shè)施農(nóng)用地和水域呈正相關(guān)關(guān)系，其中對(duì)耕地影響較大，回歸系數(shù)為1.59；與園地(草地)和建設(shè)用地呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中對(duì)建設(shè)用地影響較大，回歸系數(shù)為-2.56。距農(nóng)村距離與耕地、園地(草地)、林地和水域呈正相關(guān)關(guān)系，其中對(duì)耕地影響較大，回歸系數(shù)為7.32；與設(shè)施農(nóng)用地和建設(shè)用地呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中對(duì)建設(shè)用地影響較大，回歸系數(shù)為-12.19。距公路距離與設(shè)施農(nóng)用地、建設(shè)用地和和水域呈正相關(guān)關(guān)系，其中對(duì)設(shè)施農(nóng)用地影響較大，回歸系數(shù)為0.80；與耕地、園地(草地)和林地呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中對(duì)園地(草地)影響較大，回歸系數(shù)為-1.34。距農(nóng)村道路距離與建設(shè)用地呈正相關(guān)關(guān)系，回歸系數(shù)為16.12；與耕地、園地(草地)、林地、設(shè)施農(nóng)用地和水域呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中對(duì)耕地影響較大，回歸系數(shù)為-12.23。距水域距離與耕地、園地(草地)和建設(shè)用地呈正相關(guān)關(guān)系，其中對(duì)建設(shè)用地影響較大，回歸系數(shù)為4.11；與林地、設(shè)施農(nóng)用地和水域呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中對(duì)水域用地影響較大，回歸系數(shù)為-19.30。

2)模擬結(jié)果驗(yàn)證。采用Kappa系數(shù)對(duì)土地利用模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。將模擬結(jié)果與真實(shí)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到Kappa系數(shù)。Kappa系數(shù)為0到1之間的連續(xù)數(shù)值，越接近1，說明模擬結(jié)果越準(zhǔn)確。當(dāng)0.80

(2)

式中：

p

為正確模擬比例；

p

為隨機(jī)情況下期望的正確模擬比例；

p

為理想分類情況下的正確模擬比例。

對(duì)比2017年通州區(qū)土地利用模擬圖和真實(shí)圖(圖4)，得到Kappa系數(shù)為0.95，處于0.80～1.0說明模擬結(jié)果和真實(shí)結(jié)果比較，幾乎一致，可以應(yīng)用在不同情景下的土地利用模擬。

圖4 通州區(qū)土地利用模擬圖(a)和現(xiàn)狀圖(b)Fig.4 Land use simulation map (a) and current map (b) of Tongzhou District

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情景模擬

1)自然增長(zhǎng)情景。根據(jù)模擬結(jié)果，自然增長(zhǎng)情景土地利用圖如圖5所示。自然增長(zhǎng)情景顯示2035年耕地、園地(草地)、林地、設(shè)施農(nóng)用地、建設(shè)用地和水域面積占比分別為31%、3%、9%、2%、47%和8%。相較于2017年，2035年耕地、園地(草地)、林地和水域分別減少了15 %、29%、4%和17%，而設(shè)施農(nóng)用地和建設(shè)用地分別增長(zhǎng)了25%和20%。

從空間上看，2017年至2035年未變化區(qū)域占72%，變化區(qū)域占28%，變化比例較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)包括東部的潞城鎮(zhèn)和西集鎮(zhèn)。土地利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣顯示主要變化特征為耕地、園地(草地)和水域轉(zhuǎn)向建設(shè)用地。具體來看：耕地轉(zhuǎn)向建設(shè)用地面積為60.79 km，其中通州區(qū)東南的漷縣鎮(zhèn)和北部的宋莊鎮(zhèn)分別貢獻(xiàn)了25%和14%。園地(草地)轉(zhuǎn)向建設(shè)用地面積為3.52 km，主要發(fā)生在通州區(qū)北部的宋莊鎮(zhèn)和東部的西集鎮(zhèn)，分別占28%和19%。水域轉(zhuǎn)向建設(shè)用地面積為2.51 km，主要發(fā)生在通州區(qū)東南部的漷縣鎮(zhèn)和北部的宋莊鎮(zhèn)。

2)生態(tài)保護(hù)情景。生態(tài)保護(hù)情景旨在保護(hù)林地和水域等生態(tài)用地。生態(tài)保護(hù)情景顯示2035年耕地、園地(草地)、林地、設(shè)施農(nóng)用地、建設(shè)用地和水域面積所占比例分別為36%、3%、13%、1%、37%和10%。相較于2017年，2035年耕地基本保持不變，園地(草地)、設(shè)施農(nóng)用地和建設(shè)用地分別減少了30%、46%、5%，而林地和水域分別增長(zhǎng)了44%和4%(圖5)。

從空間上看，2017年至2035年未變化區(qū)域占76%，變化區(qū)域占24%，變化比例較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中在東部的潞城鎮(zhèn)和西集鎮(zhèn)。土地利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣顯示主要變化特征為耕地、園地(草地)和設(shè)施農(nóng)用地轉(zhuǎn)向林地，其中耕地轉(zhuǎn)向林地面積為73.18 km，變化區(qū)域集中在通州區(qū)東南部的漷縣鎮(zhèn)和中部的張家灣鎮(zhèn)，分別占耕地轉(zhuǎn)向林地總面積的23%和14%；園地(草地)轉(zhuǎn)向林地面積為4.76 km，變化區(qū)域集中在通州區(qū)東部的西集鎮(zhèn)和中部的張家灣鎮(zhèn)，分別占27%和19%；設(shè)施農(nóng)用地轉(zhuǎn)向林地面積為6.85 km，主要發(fā)生在通州區(qū)北部的宋莊鎮(zhèn)和中部的張家灣鎮(zhèn)。

3)政府規(guī)劃情景。政府規(guī)劃情景目標(biāo)為建設(shè)水城共融的生態(tài)城市。政府規(guī)劃情景顯示2035年耕地、園地(草地)、林地、設(shè)施農(nóng)用地、建設(shè)用地和水域面積所占比例分別為36%、3%、9%、2%、40%和9%。相較于2017年，2035年耕地和建設(shè)用地基本保持不變，園地(草地)和設(shè)施農(nóng)用地分別減少了12%和7%，而林地、水域和建設(shè)用地分別增長(zhǎng)了3%、1%和1%(圖5)。

圖5 通州區(qū)土地利用自然增長(zhǎng)(a)、生態(tài)保護(hù)(b)和政府規(guī)劃(c)情景模擬圖Fig.5 Land use natural growth (a), ecological protection (b) and government planning (c) scenario simulation maps of Tongzhou District

從空間上看，2017年至2035年未變化區(qū)域占76%，變化區(qū)域占24%，變化比例較高的區(qū)域集中在城市副中心地區(qū)。土地利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣顯示主要變化特征為為園地(草地)和設(shè)施農(nóng)用地轉(zhuǎn)向林地。其中園地(草地)轉(zhuǎn)向林地面積為3.63 km，主要分布在通州區(qū)北部的宋莊鎮(zhèn)和東部的西集鎮(zhèn)，分別占22%和21%；設(shè)施農(nóng)用地轉(zhuǎn)向林地面積為3.86 km，主要分布在通州區(qū)北部宋莊鎮(zhèn)和中部張家灣鎮(zhèn)，分別占18%和17%。

4)3種情景比較。相較于自然增長(zhǎng)情景，生態(tài)保護(hù)情景加強(qiáng)了林地和水域保護(hù)，抑制了建設(shè)用地的增長(zhǎng)。具體來看，林地面積增長(zhǎng)了50%，水域面積增長(zhǎng)了25%，建設(shè)用地面積減少了21%。相較于自然增長(zhǎng)情景，政府規(guī)劃情景強(qiáng)調(diào)了耕地保護(hù)，抑制了建設(shè)用地的增長(zhǎng)。具體來看，耕地面積增長(zhǎng)了17%，建設(shè)用地面積減少了16%。相較于政府規(guī)劃情景，生態(tài)保護(hù)情景加強(qiáng)了林地和水域保護(hù)，抑制了建設(shè)用地的增長(zhǎng)，具體來看林地面積增長(zhǎng)了40%，水域面積增長(zhǎng)了25%，建設(shè)用地面積減少了6%。

從空間上看，相較于自然增長(zhǎng)情景，生態(tài)保護(hù)情景和政府規(guī)劃情景主要變動(dòng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)為東南部的漷縣鎮(zhèn)、北部的宋莊鎮(zhèn)。具體來看，生態(tài)保護(hù)情景林地新增及建設(shè)用地減少主要分布在東南部的漷縣鎮(zhèn)、北部的宋莊鎮(zhèn)以及中部張家灣鎮(zhèn)；政府規(guī)劃情景耕地新增及建設(shè)用地減少集中在在東南部的漷縣鎮(zhèn)、北部的宋莊鎮(zhèn)以及西部臺(tái)湖鎮(zhèn)。相較于政府規(guī)劃情景，生態(tài)保護(hù)情景林地新增及建設(shè)用地減少主要分布在東南部的漷縣鎮(zhèn)、北部的宋莊鎮(zhèn)以及中部張家灣鎮(zhèn)。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

本研究在現(xiàn)有京津冀地區(qū)土地利用情景模擬研究的基礎(chǔ)上，對(duì)行政中心遷移背景下通州區(qū)自然增長(zhǎng)、生態(tài)保護(hù)和政府規(guī)劃情景下的土地利用變化情況進(jìn)行了模擬分析。研究視角上，在京津冀地區(qū)土地利用模擬協(xié)同發(fā)展、生態(tài)安全以及生態(tài)-經(jīng)濟(jì)權(quán)衡等視角基礎(chǔ)上，本研究基于行政中心遷移視角分析了通州區(qū)未來土地利用變化情況，以期為北京城市副中心耕地保護(hù)、生態(tài)保護(hù)和城市布局優(yōu)化提供支撐。研究?jī)?nèi)容上，本研究從自然增長(zhǎng)、生態(tài)保護(hù)和政府規(guī)劃3種情景出發(fā)對(duì)通州區(qū)未來土地利用模式進(jìn)行了比較分析，從多角度探究了通州區(qū)優(yōu)化開發(fā)和保護(hù)模式。研究結(jié)論上，自然增長(zhǎng)情景下耕地轉(zhuǎn)向建設(shè)用地、生態(tài)保護(hù)情景下注重林地增長(zhǎng)、政府規(guī)劃情景下強(qiáng)調(diào)耕地保護(hù)，這一結(jié)論與相關(guān)研究保持一致，不同的是本研究基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)維度，細(xì)化了通州區(qū)不同情景下不同區(qū)域的發(fā)展路徑，為北京城市副中心人口經(jīng)濟(jì)資源環(huán)境相協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)參考。

本研究分析了通州區(qū)不同情景下未來土地利用變化情況，但是由于數(shù)據(jù)來源限制未考慮將基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)和自然保護(hù)區(qū)等在Dyna-CLUE模型中設(shè)置為政策限制區(qū)域，是否需要限制基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)和自然保護(hù)區(qū)等轉(zhuǎn)變需要進(jìn)一步的探討。

4.2 結(jié)論

1)應(yīng)用Dyna-CLUE模型，對(duì)通州區(qū)土地利用進(jìn)行了模擬預(yù)測(cè)，Kappa系數(shù)為0.95，表明Dyna-CLUE模型可以較好模擬通州區(qū)土地利用，可以應(yīng)用與不同情景模擬結(jié)果。

2)自然增長(zhǎng)、生態(tài)保護(hù)和政府規(guī)劃3種情景顯示行政中心遷移背景下通州區(qū)未發(fā)生變化區(qū)域大約占75%，表明大約25%的土地利用類型發(fā)生了變化，變化比例較高的區(qū)域集中在通州區(qū)東部和副中心地區(qū)。自然增長(zhǎng)情景主要變化特征為耕地、園地(草地)和水域轉(zhuǎn)向建設(shè)用地，集中在通州區(qū)東南的漷縣鎮(zhèn)和北部宋莊鎮(zhèn)。生態(tài)保護(hù)情景下變化最為明顯的是耕地、園地(草地)和設(shè)施農(nóng)用地轉(zhuǎn)向林地，主要發(fā)生在通州區(qū)東南的漷縣鎮(zhèn)和中部的張家灣鎮(zhèn)。政府規(guī)劃情景主要變化特征為園地(草地)和設(shè)施農(nóng)用地轉(zhuǎn)向林地，主要分布在通州區(qū)北部的宋莊鎮(zhèn)、東部的西集鎮(zhèn)以及中部的張家灣鎮(zhèn)。

3)相較于自然增長(zhǎng)情景，行政中心遷移背景下生態(tài)保護(hù)情景加強(qiáng)了林地和水域保護(hù)，抑制了建設(shè)用地的增長(zhǎng)；政府規(guī)劃情景強(qiáng)調(diào)了耕地保護(hù)，抑制了建設(shè)用地的增長(zhǎng)。相較于政府規(guī)劃情景，生態(tài)保護(hù)情景加強(qiáng)了林地和水域保護(hù)。從空間上看，區(qū)別主要在于東南部的漷縣鎮(zhèn)以及北部的宋莊鎮(zhèn)。

4)多情景模擬顯示行政中心遷移會(huì)對(duì)通州區(qū)土地利用帶來顯著影響，因此未來通州區(qū)國土空間規(guī)劃以及土地管理可以注意以下幾點(diǎn)：耕地保護(hù)需要關(guān)注城市副中心邊緣地區(qū)和東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，園地(草地)保護(hù)需要聚焦于通州區(qū)北部的宋莊鎮(zhèn)和東部的西集鎮(zhèn)。生態(tài)建設(shè)中新增林地規(guī)劃可以重點(diǎn)關(guān)注通州區(qū)東南的漷縣鎮(zhèn)、中部的張家灣鎮(zhèn)以及北部的宋莊鎮(zhèn)，水域規(guī)劃可以著重于通州區(qū)城區(qū)周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及東南的漷縣鎮(zhèn)。