城市群生态功能区划技术规范

T/CIxxx-2021中国国际科技促进会团体标准T/CIxxx-2021城市群生态功能区划技术规范Technicalspecificationforecologicalfunctionregionalizationofurbanagglomeration2021-××-××发布2021-××-××实施中国国际科技促进会发布前言本规范是对城市群空间扩展进行生态功能区划的指导性文件。可供城市群及城市地区空间拓展、生态功能识别与分区优化、生态环境保护与优化管控参考。本规范为首次发布，今后将根据城市群生态功能分区要求及技术发展情况适时修订。本规范由中国科学院地理科学与资源研究所负责管理，并对具体技术内容进行解释。为了提高规范质量，请各单位在使用过程中，总结经验和积累资料，及时将发现的问题和意见反馈给中国科学院地理科学与资源研究所，以供今后修订时参考。联系方式：北京市朝阳区大屯路甲11号，邮编：100101，E-mail：fangcl@。本规程主编单位：中国科学院地理科学与资源研究所本规范参编单位：首都师范大学，中国城市建设研究院，中山大学，浙江大学主要起草人：方创琳，李广东，杨智奇，鲍超，蔺雪芹，刘海燕，马海涛，王振波，方恺，王少剑

目次1适用范围 适用范围本规范规定了城市群生态功能区划的基本原则、功能分区、依据、程序、方法等技术性要求。本标准适用于所有城市群区域。2规范性引用文件本规范内容引用了下列文件中的条款。凡是不注明日期的引用文件，其有效版本适用于本规程。中华人民共和国行政区划代码GB/T2260-2007；水土保持技术规范SD238-87；水土保持综合治理验收规范GB/T15773-2008；水土流失危险程度分级标准SL718-2015；土壤侵蚀分类分级标准SL190-2007；农用地分等规程TD/T1004-2003；农用地定级规程TD/T1005-2003。3术语和定义3.1城市群（Urbanagglomeration）是指在特定地域范围内，以1个超大或特大城市为核心，由至少3个以上都市圈（区）或大城市为基本构成单元，依托发达的交通通信等基础设施网络，所形成的空间组织紧凑、经济联系紧密、并最终实现同城化和高度一体化的城市集合体。是城镇化和工业化发展到高级阶段的必然产物。3.2生态系统服务功能价值（Ecosystemservicevalue）：指生态系统及其生态过程所形成的有利于人类生存和发展的生态环境条件与效用，例如如气体调节、气候调节、水分调节、土壤形成、废物处理、生物多样性维持、食物生产、原材料生产和娱乐文化等约9项生态系统服务功能。3.3城市群生态功能区(Urbanagglomerationecologicalfunctionzone)是指立足于生态环境保护的战略目标，根据城市群生态环境容量所允许的扩展幅度而划分的各类生态功能区。按照扩展强度由大到小的顺序可划分为优先扩展区、适宜扩展区、允许扩展区、限制扩展区和禁止扩展区等五大生态功能区，其中优先扩展区和适宜扩展区是城市群空间拓展的重点区，而限制扩展区和禁止扩展区是城市群限制和禁止拓展的空间区。3.4土地利用/土地覆盖(Landuse/Landcover)土地利用：是人类在生产活动中为达到一定的经济效益、社会效益和生态效益，对土地资源的开发、经营、使用方式的总称。土地利用表示与土地相结合的人类活动而产生的不同利用方式，反映土地的社会和经济属性土地覆盖：地球表面当前所具有的自然和人为影响所形成的覆盖物，是地球表面的自然状态，如森林、草场、农田、土壤、冰川、湖泊、沼泽湿地及道路等。土地覆盖表示地球表面存在的不同类型的覆盖特征，强调的是土地的表面形状，反映土地的自然属性。3.5土地利用/土地覆盖分类系统(Landuse/landcoverclassificationsystem)土地利用/土地覆盖分类系统是根据人类土地利用行为的目的、方式等不同，将一定时期的土地利用行为分为若干种类型，由这些类型组成的有一定结构关系的系统框架(包括类型名称、识别标准、类型之间的联系等)。一般采用分级结构。3.6数字高程模型DEM（DigitalElevationModel）数字高程模型是在某一投影平面（如高斯投影平面）上规则格网点的平面坐标（X，Y）及高程（Z）的数据集。DEM的格网间隔应与其高程精度相适配，并形成有规则的格网系列。根据不同的高程精度，可分为不同类型。为完整反映地表形态，还可增加离散高程点数据。数字高程模型是地球或任何其他行星的强大表面模型，它以简化的方式提供复杂地形的精密信息。3.7植被覆盖率（vegetationcover）植被覆盖率指某一地域植物垂直投影面积与该地域面积之比，用百分数表示。3.8土地侵蚀度(Thedegreeofsoilerosion)土壤侵蚀程度，是指以土壤原生剖面被侵蚀的状态为指标划分的土壤侵蚀等级。反映了土壤侵蚀的结果和所处的发展阶段，也是区分侵蚀土壤等级的标准之一。通常以土壤发生层被蚀去的厚度或残留的厚度为标准进行划分，一般分为五个等级，即无明显侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀和剧烈侵蚀程度。3.9生态功能区划(Ecologicalfunctionregionalization)生态功能区划是在研究区域生态因子及生态系统结构、过程和功能的空间分异规律的基础上,按照一定的原则、方法和指标体系进行生态环境功能区的划分,为生态系统资源信息的配置提供一个地理空间上的框架,合理划分生态环境功能,揭示区域生态环境问题的形成机制,提出综合整治方向与任务,为区域资源开发与生态环境保护提供决策依据,为区域生态环境整治服务,促进资源、环境和社会经济的可持续发展。4城市群生态功能区分类根据城市群生态环境容量所允许的扩展幅度而划分的各类生态扩展区，按照扩展强度由大到小的顺序可划分为优先扩展区、适宜扩展区、允许扩展区、限制扩展区和禁止扩展区等五大生态功能区，其中优先扩展区和适宜扩展区是城市群空间拓展的重点区，而限制扩展区和禁止扩展区是城市群限制和禁止拓展的空间区。5区划原则5.1坚持生态保护优先的原则坚持生态环保优先已经成为中国制定各项重大发展战略的重要原则。城市群空间拓展和开发建设要坚持生态保护优先的原则，城市群规划建设的每个细节都要考虑对自然的影响，不要打破自然系统。大力推进城市群生态质量提升，持续增加城市群生态产品供给。5.2坚持生态保护与经济开发适度的原则生态服务功能评价与区划的目的是促进水、土、生物、矿产等资源的合理利用与开发,避免盲目的资源开发和生态环境的破坏,增强区域社会经济发展的生态环境支撑能力,城市群规模要同资源环境承载能力相适应，生态空间和建设空间比例要协调，促进区域社会的可持续发展。5.3发生学原则生态服务功能的形成与生态系统结构、功能、演变过程和格局等密切相关,如生态系统的水土保持功能的形成与降水特征、土壤结构、地形地貌特点、植被类型、土地利用类型等诸多因素相关。因此,在生态功能区划汇中应分析区域生态环境问题、生态环境敏感性、生态服务功能与生态系统结构、功能及其时空变化的关系,明确区划中的主导因子及区划的生态学基础与依据。5.4区域相关性原则任何生态服务功能都具有相应的空间特点,并与该区域、临近区域,甚至更大范围的自然环境与社会经济因素相关,在城市群生态功能区划中,往往要从本区域、全流域甚至更大尺度考虑。5.5相似性原则自然环境是生态系统形成和演化的物质基础,虽然在特定区域内生态环境状况趋于一致,但自然因素的差异和人类活动的影响,使得区域内生态系统结构、功能和服务功能存在某些相似性和差异性。生态功能区划正是根据生态系统结构、功能指标的一致性与差异性进行分区的。5.6区域共扼原则生态功能区域划分单元必须具有独特性,空间上完整的自然区域。即任何一个生态功能区必须是完整的个体,不存在彼此分离的部分。5.7前瞻性原则生态功能区划的目的是保护具有重要生态服务功能的生态区。因此,生态区划要在充分把握生态系统结构与功能演变趋势的基础上,结合区域社会经济发展方向,高度重视区域未来社会经济发展而导致的生态环境效应、生态服务功能的变化,使区划具有前瞻性。6区划的主要依据6.1城市群不同土地利用类型的生态价值贡献率6.2城市群土地利用类型数据6.3城市群土壤侵蚀度6.4城市群的行政区划6.5城市群性质、结构特征、城市群规划7区划的程序本部分对城市群生态功能区划的一般工作程序进行了规范，共分为三个阶段（图1）7.1预处理:用于预处理城市群在多个年份的数字高程模型DEM图，以得到生态功能区划的基础数据；7.2功能区划分:根据预处理基础数据，划分城市群的功能区划，功能区划包括：优先扩展区、适宜扩展区、允许扩展区、限制扩展区和禁止扩展区；7.3功能区演变分析：根据所述城市群在所述多个年份的功能区划，统计所述城市群在所述多个年份的功能区划演变情况。图1区划的一般程序8区划的方法8.1数据来源与处理城市群空间拓展的生态功能区划分采用中国科学院“八五”重大应用项目“国家资源环境遥感宏观调查与动态研究”的成果，包括1980、1995及2000年三个时期的土地利用/土地覆盖分类图（ARC/INFO的Coverage格式，比例尺为1:10万）。该土地利用分析系统包括6类一级分类系统和25类二级分类系统（见表1）。表1城市群空间拓展的土地利用类型编号、名称及其含义一级类型二级类型含义编号名称编号名称1耕地——指种植农作物的土地，包括熟耕地、新开荒地、休闲地、轮歇地、草田轮作地；以种植农作物为主的农果、农桑、农林用地；耕种三年以上的滩地和滩涂11水田指有水源保证和灌溉设施，在一般年景能正常灌溉，用以种植水稻，莲藕等水生农作物的耕地，包括实行水稻和旱地作物轮种的耕地12旱地指无灌溉水源及设施，靠天然降水生长作物的耕地；有水源和浇灌设施，在一般年景下能正常灌溉的旱作物耕地；以种菜为主的耕地，正常轮作的休闲地和轮歇地2林地——指生长乔木、灌木、竹类、以及沿海红树林地等林业用地21有林地指郁闭度>30%的天然林和人工林。包括用材林、经济林、防护林等成片林地22灌木林指郁闭度>40%、高度在2米以下的矮林地和灌丛林地23疏林地指疏林地（郁闭度为10%~30%）24其他林地未成林造林地、迹地、苗圃及各类园地（果园、桑园、茶园、热作林园地等）3草地——指以生长草本植物为主，覆盖度在5%以上的各类草地，包括以牧为主的灌丛草地和郁闭度在10%以下的疏林草地31高覆盖度草地指覆盖度在>50%的天然草地、改良草地和割草地。此类草地一般水分条件较好，草被生长茂密32中覆盖度草地指覆盖度在20%~50%的天然草地和改良草地，此类草地一般水分不足，草被较稀疏33低覆盖度草地指覆盖度在5%~20%的天然草地。此类草地水分缺乏，草被稀疏，牧业利用条件差4水域——指天然陆地水域和水利设施用地41河渠指天然形成或人工开挖的河流及主干渠常年水位以下土地，人工渠包括堤岸42湖泊指天然形成的积水区常年水位以下的土地43水库坑塘指人工修建的蓄水区常年水位以下的土地44永久性冰川雪地指常年被冰川和积雪所覆盖的土地45滩涂指沿海大潮高潮位与低潮位之间的潮侵地带46滩地指河、湖水域平水期水位与洪水期水位之间的土地5城乡、工矿、居民用地——指城乡居民点及县镇以外的工矿、交通等用地51城镇用地指大、中、小城市及县镇以上建成区用地52农村居民点指农村居民点53其他建设用地指独立于城镇以外的厂矿、大型工业区、油田、盐场、采石场等用地、交通道路、机场及特殊用地6未利用土地——目前还未利用的土地、包括难利用的土地61沙地指地表为沙覆盖，植被覆盖度在5%以下的土地，包括沙漠，不包括水系中的沙滩62戈壁指地表以碎砾石为主，植被覆盖度在5%以下的土地63盐碱地指地表盐碱聚集，植被稀少，只能生长耐盐碱植物的土地64沼泽地指地势平坦低洼，排水不畅，长期潮湿，季节性积水或常积水，表层生长湿生植物的土地65裸土地指地表土质覆盖，植被覆盖度在5%以下的土地66裸岩石砾地指地表为岩石或石砾，其覆盖面积小于5%的土地67其他指其他未利用土地，包括高寒荒漠，苔原等由于上述数据只包括土地利用类型数据，根据研究需要，对基础数据做如下两个方面的处理：一是载入行政区划的矢量数据以备各行政区土地利用/土地覆盖，即城市扩展与生态响应的分区研究之需；二是载入数字高程数据（1000m），通过生成DEM图，并以此为基础，结合土地利用类型，求取坡向、坡度、滑坡、泥石流、土壤侵蚀度等衍生数据，为生态功能区的划分奠定了数据基础。8.2划分方法城市群空间拓展的生态功能区划分方法是，先确定城市群不同土地利用类型的生态价值贡献率，然后将土地利用类型数据与土壤侵蚀度叠加划分出生态功能区，进而将生态功能区作为生态功能的承载体进行总体质量评价。（1）生态价值贡献率赋值考虑到数据库中的二级分类系统分辨率相对较高，且体现了明显的生态差异性，一般认为土地利用/土地覆盖即为区域生态环境结构的载体，因此可以此对二级分类体系下的土地利用类型所具有的生态环境质量进行赋值，并与土地利用变化类型和过程结合起来，并将土地利用类型的转移理解为不同生态价值流的转移。各用地类型的生态价值体现在诸多方面，如气体调节、气候调节、水分调节、土壤形成、废物处理、生物多样性维持、食物生产、原材料生产和娱乐文化等约9项生态系统服务功能。据此，根据相关研究成果，结合专家打分法，最终确定城市群不同用地类型的生态价值贡献率（见表2）。表2城市群不同土地利用类型的生态价值贡献率赋值表一级类型二级类型生态价值贡献率赋值一级类型二级类型生态价值贡献率赋值林地有林地0.95耕地水田0.30灌木林0.65旱地0.25疏林地0.45城乡、工矿、居民用地城镇用地0.20其他林地0.40农村居民点0.20草地高覆盖度草地0.75其他建设用地0.15中覆盖度草地0.45未利用地沙地0.01低覆盖度草地0.20戈壁0.01水域河渠0.55盐碱地0.05湖泊0.75沼泽地0.65水库坑塘0.55裸土地0.05永久性冰川雪地0.65裸岩石砾地0.01滩涂0.45其他0.02滩地0.55（2）生态功能区划分考虑到基础数据主要为土地利用类型，功能区划的数据准备和处理过程如下：第一，根据土壤侵蚀强度分级标准，将坡度划分为5个等级，他们分别是5-8°、8-15°、15-25°、25-35°和>35°；第二，根据用地类型，通过相关研究成果及专家打分结果，将植被覆盖率划分为10个等级；第三，根据DEM数据，基于GIS求取坡度，然后将坡度与植被覆盖率叠加，权重分别为0.4和0.6，计算土壤侵蚀度；第四，将土地利用类型数据与土壤侵蚀度叠加，权重分别为0.6和0.4。最后将生态功能区划分为五个等级：优先扩展区、适宜扩展区、允许扩展区、限制扩展区和禁止扩展区。其中，分级的方法是NatureBreak，即系统自动分级，以减少人为分级的主观性。需要说明的是：水系在生态功能区划中占有突出的地位。水系方面的基础数据（DEM和河流分布）是具备的，但一方面当前各河道已经完全固化，基于灾害防治的生态安全格局在一定程度上不遵循自然规律。另一方面，从技术上看，水系安全更适合在小地域范围内模拟，在省域以上层面将失去原有的意义。（3）区域生态功能区总体质量评价即将生态功能区作为生态功能的承载体进行总体质量的评价，其基本原理同土地利用类型的生态价值评价类似，构建原理源于土地利用/土地覆被研究方法体系中的“土地资源生态背景质量指数”。（1）式中，为某区域（可以是城市群，也可以是城市内各地区）生态功能区总体质量指数，为区域内生态功能区生态价值的分级指数，为区域内生态功能区的面积，为生态价值的分级数。初步确定，优先扩展区、适宜扩展区、允许扩展区、限制扩展区和禁止扩展区的分级指数分别为5、4、3、2和1。8.3生态功能区演变研究方法城市群空间扩展的生态功能区作为一种空间载体，类似于土地利用类型。因此，研究生态功能区的空间格局演变类似于研究土地利用的变更关系。分别采用生态功能区综合扩展适宜性动态度指数、生态功能区变化率指数、生态功能区相对变化率和生态功能区变动方向指数4项指标分析城市群空间扩展的生态功能区演变的空间格局。1、生态功能区综合扩展适宜性动态度指数该指数源于现状（或静态）生态功能区研究中的“区域生态功能区总体质量指数”，用以表明在城市群空间拓展过程中区域生态质量趋于良性还是恶性。该指数是“综合土地利用动态度”指数的辅助性参量。从区域开发的角度看，5个生态功能区中优先扩展区开发的适宜性最强，禁止扩展区开发适宜性最弱，因此，与区域生态质量的评价相反，在赋值时，按照优先扩展区至限制扩展区的排序为5至1。（2）（3）式中，为区域内生态功能区生态价值的分级指数，为区域内生态功能区的面积，为生态价值的分级数，为间隔的时段。2、生态功能区变化率指数该指数源于土地利用/土地覆被研究方法体系中的“单一土地利用类型动态度”，即土地利用类型的变化率指数。即用研究初期和末期某一特定生态功能区的变化量占研究初期的土地利用面积来表示。（4）式中和分别表示研究初期和研究末期生态功能区的面积，为间隔时段。3、生态功能区相对变化率城市群空间扩展的生态功能区相对变化率建立在生态功能区变化率指数的基础上，将局部地区的类型变化率与全区的类型变化率相比较，用以分析研究区范围内特定生态功能区变化的区域差异与特定类型变化的热点区域。（5）和分别为城市群局部区域生态功能区研究初期及研究末期的面积，和分别代表武汉城市群生态功能区研究初期及研究末期的面积。相对变化率的意义在于揭示生态功能区变化的区域差异，是针对某一种功能区进行分析的。4、生态功能区变动方向指数该指数根据土地利用/土地覆被研究方法体系中的“变化用地（双向）占总用地的比重”构建，用生态功能区变动（双向）量占总用地或某一类型生态功能区的比重，度量不同时段生态功能区变动的方向。（1）综合生态功能区变动方向指数（6）式中，为研究初期第类生态功能区的面积，为研究时段内类生态功能区转为非类（类，=1，2，3，4）生态功能区的面积。即为武汉城市群的总面积。（2）特定生态功能区范围内功能区变动方向指数（7）式中，和分别为研究末期和初期第类生态功能区的面积，为研究时段内类生态功能区转为非类（类，=1，2，3，4）功能区的面积。表示某一特定功能区内部的变动方向。附录附1具体区划及计算方法——以武汉城市群为例1.数据来源与预处理武汉城市群空间拓展的生态功能区划分采用中国科学院“八五”重大应用项目“国家资源环境遥感宏观调查与动态研究”的成果，包括1980、1995及2000年三个时期的土地利用/土地覆盖分类图（ARC/INFO的Coverage格式，比例尺为1:10万）。该土地利用分析系统包括6类一级分类系统和25类二级分类系统（见附表1）。附表1城市群空间拓展的土地利用类型编号、名称及其含义一级类型二级类型含义编号名称编号名称1耕地——指种植农作物的土地，包括熟耕地、新开荒地、休闲地、轮歇地、草田轮作地；以种植农作物为主的农果、农桑、农林用地；耕种三年以上的滩地和滩涂11水田指有水源保证和灌溉设施，在一般年景能正常灌溉，用以种植水稻，莲藕等水生农作物的耕地，包括实行水稻和旱地作物轮种的耕地12旱地指无灌溉水源及设施，靠天然降水生长作物的耕地；有水源和浇灌设施，在一般年景下能正常灌溉的旱作物耕地；以种菜为主的耕地，正常轮作的休闲地和轮歇地2林地——指生长乔木、灌木、竹类、以及沿海红树林地等林业用地21有林地指郁闭度>30%的天然林和人工林。包括用材林、经济林、防护林等成片林地22灌木林指郁闭度>40%、高度在2米以下的矮林地和灌丛林地23疏林地指疏林地（郁闭度为10%~30%）24其他林地未成林造林地、迹地、苗圃及各类园地（果园、桑园、茶园、热作林园地等）3草地——指以生长草本植物为主，覆盖度在5%以上的各类草地，包括以牧为主的灌丛草地和郁闭度在10%以下的疏林草地31高覆盖度草地指覆盖度在>50%的天然草地、改良草地和割草地。此类草地一般水分条件较好，草被生长茂密32中覆盖度草地指覆盖度在20%~50%的天然草地和改良草地，此类草地一般水分不足，草被较稀疏33低覆盖度草地指覆盖度在5%~20%的天然草地。此类草地水分缺乏，草被稀疏，牧业利用条件差4水域——指天然陆地水域和水利设施用地41河渠指天然形成或人工开挖的河流及主干渠常年水位以下土地，人工渠包括堤岸42湖泊指天然形成的积水区常年水位以下的土地43水库坑塘指人工修建的蓄水区常年水位以下的土地44永久性冰川雪地指常年被冰川和积雪所覆盖的土地45滩涂指沿海大潮高潮位与低潮位之间的潮侵地带46滩地指河、湖水域平水期水位与洪水期水位之间的土地5城乡、工矿、居民用地——指城乡居民点及县镇以外的工矿、交通等用地51城镇用地指大、中、小城市及县镇以上建成区用地52农村居民点指农村居民点53其他建设用地指独立于城镇以外的厂矿、大型工业区、油田、盐场、采石场等用地、交通道路、机场及特殊用地6未利用土地——目前还未利用的土地、包括难利用的土地61沙地指地表为沙覆盖，植被覆盖度在5%以下的土地，包括沙漠，不包括水系中的沙滩62戈壁指地表以碎砾石为主，植被覆盖度在5%以下的土地63盐碱地指地表盐碱聚集，植被稀少，只能生长耐盐碱植物的土地64沼泽地指地势平坦低洼，排水不畅，长期潮湿，季节性积水或常积水，表层生长湿生植物的土地65裸土地指地表土质覆盖，植被覆盖度在5%以下的土地66裸岩石砾地指地表为岩石或石砾，其覆盖面积小于5%的土地67其他指其他未利用土地，包括高寒荒漠，苔原等由于上述数据只包括土地利用类型数据，在预处理模块中，将对基础数据做如下两个方面的处理：一是载入行政区划的矢量数据，即将武汉城市群划分为9个地域，分别为武汉、黄石、鄂州、黄冈、孝感、天门、仙桃、潜江和咸宁，以备各行政区土地利用/土地覆盖，即城市扩展与生态响应的分区研究之需；二是载入数字高程数据（1000m），通过生成DEM图，并以此为基础，结合土地利用类型，求取坡向、坡度、滑坡、泥石流、土壤侵蚀度等衍生数据，为生态功能区的划分奠定了数据基础。2.功能区划分城市群空间拓展的生态功能区划分方法是，先确定城市群不同土地利用类型的生态价值贡献率，然后将土地利用类型数据与土壤侵蚀度叠加划分出生态功能区，进而将生态功能区作为生态功能的承载体进行总体质量评价。（1）生态价值贡献率赋值考虑到数据库中的二级分类系统分辨率相对较高，且体现了明显的生态差异性，一般认为土地利用/土地覆盖即为区域生态环境结构的载体，因此可以此对二级分类体系下的土地利用类型所具有的生态环境质量进行赋值，并与土地利用变化类型和过程结合起来，并将土地利用类型的转移理解为不同生态价值流的转移。各用地类型的生态价值体现在诸多方面，如气体调节、气候调节、水分调节、土壤形成、废物处理、生物多样性维持、食物生产、原材料生产和娱乐文化等约9项生态系统服务功能。据此，根据相关研究成果，结合专家打分法，最终确定城市群不同用地类型的生态价值贡献率（见表2）。附表2城市群不同土地利用类型的生态价值贡献率赋值表一级类型二级类型生态价值贡献率赋值一级类型二级类型生态价值贡献率赋值林地有林地0.95耕地水田0.30灌木林0.65旱地0.25疏林地0.45城乡、工矿、居民用地城镇用地0.20其他林地0.40农村居民点0.20草地高覆盖度草地0.75其他建设用地0.15中覆盖度草地0.45未利用地沙地0.01低覆盖度草地0.20戈壁0.01水域河渠0.55盐碱地0.05湖泊0.75沼泽地0.65水库坑塘0.55裸土地0.05永久性冰川雪地0.65裸岩石砾地0.01滩涂0.45其他0.02滩地0.55（2）生态功能区划分考虑到基础数据主要为土地利用类型，在功能区划分模块中，数据的处理过程如下：第一，根据土壤侵蚀强度分级标准，将坡度划分为5个等级，他们分别是5-8°、8-15°、15-25°、25-35°和>35°；第二，根据用地类型，通过相关研究成果及专家打分结果，将植被覆盖率划分为10个等级；第三，根据DEM数据，基于GIS求取坡度，然后将坡度与植被覆盖率叠加，权重分别为0.4和0.6，计算土壤侵蚀度；第四，将土地利用类型数据与土壤侵蚀度叠加，权重分别为0.6和0.4。最后将生态功能区划分为五个等级：优先扩展区、适宜扩展区、允许扩展区、限制扩展区和禁止扩展区。其中，分级的方法是NatureBreak，即系统自动分级，以减少人为分级的主观性。需要说明的是：水系在生态功能区划中占有突出的地位。水系方面的基础数据（DEM和河流分布）是具备的，但一方面当前各河道已经完全固化，基于灾害防治的生态安全格局在一定程度上不遵循自然规律。另一方面，从技术上看，水系安全更适合在小地域范围内模拟，在省域以上层面将失去原有的意义。如从武汉城市群的范围进行模拟，水系的模拟结果很可能将武汉、鄂州以及黄冈、天门等城市的建设区模拟成为禁止扩展区。（3）区域生态功能区总体质量评价即将生态功能区作为生态功能的承载体进行总体质量的评价，其基本原理同土地利用类型的生态价值评价类似，构建原理源于土地利用/土地覆被研究方法体系中的“土地资源生态背景质量指数”。（1）式中，为某区域（可以是城市群，也可以是城市内各地区）生态功能区总体质量指数，为区域内生态功能区生态价值的分级指数，为区域内生态功能区的面积，为生态价值的分级数。初步确定，优先扩展区的分级指数为5，适宜扩展区、允许扩展区、限制扩展区和禁止扩展区分别为4、3、2和1。通过功能区划分模块生成的功能区划分结果图，可以进一步分析城市群空间拓展的生态功能区特征：1、各类生态功能区的空间规模特征（1）优先扩展区与适宜扩展区范围较大，占城市群总面积的2/3。计算表明，在城市群空间扩展的各类生态功能区中，武汉城市群1980、1995及2000年三个年份不同类型扩展区的比重中，优先扩展区和适宜扩展区的比重分别高达30.16%和38.46%（见附表3），两者合计共占城市群总面积的68.62%，相反允许扩展区、限制扩展区和禁止扩展区分别占8.78%、16.72%和5.89%，合计占31.28%，说明武汉城市群中的大部分地区都是适合扩展的区域。其中，地形在影响生态功能区比重中起了关键作用，如武汉城市群主要分布在平原和丘陵地带（见附图1），就城镇建设用地的空间拓展阻力而言，城市群拓展的有效空间相对较大。附表31980、1995及2000年武汉城市群及各城市不用类型生态功能区面积平均比重（%）类型黄冈鄂州黄石咸宁武汉仙桃潜江天门孝感武汉城市群优先扩展区25.5036.1322.2316.0238.1744.0838.7132.1643.4930.16适宜扩展区38.4632.3636.2834.5634.6742.9851.1960.0638.1138.46小计63.9668.4958.5150.5872.8487.0689.9092.2281.6068.62允许扩展区12.793.6611.0815.363.010.271.080.765.548.78限制扩展区18.9014.7322.5127.6412.428.087.415.789.8016.71禁止扩展区4.3513.117.906.4211.734.591.611.243.065.89小计36.0431.5041.4949.4227.1612.9410.107.7818.4031.38总计100100100100100100100100100100（2）各城市不同生态功能区面积的构成比例差异较大。如主要集中在平原地区的天门、潜江、仙桃、孝感及武汉，其优先扩展区和适宜扩展区的面积比重高于城市群平均水平，分别高达92.22%、89.9%、87.06%、81.6%和72.84%（见附图2），是武汉城市群空间拓展的首选区域。而分布在山区的咸宁、黄石和黄冈、其允许扩展区、限制扩展区和禁止扩展区的比重较大，分别达到49.42%、41.49%和36.04%，这些区域是武汉城市群空间拓展的限制和禁止区域。2、各类生态功能区的空间分布特征由于武汉城市群拥有各种地质地貌和水文类型，奠定了该范围内生态功能区复杂化的基础，所以各生态功能区的空间分布特征差异较大。主要表现在如下几个方面：（1）优先扩展区呈现出连片式和组团式分布格局。主要分布在江汉平原、大别山西麓山前平原以及鄂东南丘陵山区北部地带。其中长江沿线以南以及潜江、仙桃地区（鄂中荆山余脉平原丘陵密集区）主要呈现出破碎的连片式分布格局，大别山与幕阜山山谷平原地带则主要呈现出具有线性特征的组团式分布格局。与适宜扩展区相比，其均质性较强。（2）适宜扩展区呈现出连片和线状分布格局。主要分布在长江、汉江优先扩展区的外部缓冲地带以及鄂东丘陵地带，线状发展特征较为明显；其次是丘陵山区，包括大别山、幕阜山优先扩展区的外围地区，即山谷区域，呈现出破碎的线性特征，其中桐柏山余脉（主要位于孝感市安陆县境内）呈现出北北西-南南东走向，大别山山脉（主要位于黄冈市）主要呈现出北北东-南南西走向，幕阜山山脉（主要位于咸宁市和黄石市）主要呈现出西西南-东东北方向。总体上看，适宜扩展区分布的均质性最强，地区分异性特征不明显。（3）允许扩展区呈现出破碎的连片式分布格局。以山地丘陵地带为集中分布区，其中主要分布在大别山和幕阜山丘陵地带，如黄冈和咸宁允许扩展区的比重分别达到12.8%和15.4%；中部地区则主要分布在水体的周边地区，并以武汉为分布的密集区，如武汉市允许扩展区的比重为3%，相对而言，鄂州水体面积也较大，允许扩展区的比重为3.66%。（4）限制扩展区呈现出零散式和破碎的连片式分布格局。并以山地密集地带为集中分布区（见附图3）。首先，主要分布在幕阜山和大别山海拔高度在1000米以上的区域，如黄冈和咸宁限制扩展区的比重较高，分别达到18.9%和27.6%，黄石的比重也高达22.5%。在上述地区，限制扩展区呈现出破碎的连片式分布格局；其次，分布在河网密集的江汉平原地带，自西至东，在潜江、仙桃、天门、武汉及鄂州等地区呈现出零散的据点式布局。（5）禁止扩展区呈现出零散式和破碎的组团式分布格局。并以水体密集地带为集中分布区。首先，零散的水体分布在武汉、孝感的汉川、应城以及鄂州、咸宁的嘉鱼县、咸安区等。如分布在平原丘陵地带的武汉和鄂州，禁止扩展区的比重高达11.7%和13.1%，面积分别达到903.7km2和195.9km2；其次，大别山和幕阜山的高海拔地区也是禁止扩展区的集中分布区，集中分布在黄冈、咸宁和黄石三个城市，禁止扩展区的面积分别达到698.5km2、611.4km2和351.1km2（见附表4）。附表41980、1995和2000年武汉城市群及各城市不同生态功能区面积（单位/km2）年份生态功能区黄冈市鄂州市黄石市咸宁市武汉市仙桃市潜江市天门市孝感市武汉城市群1980年优先扩展区4506.4590.31011.31595.23355.41097.2795.1847.23885.117683.0适宜扩展区6516.6510.71632.93246.52868.21107.81000.31550.73311.621745.4允许扩展区2218.954.5503.91500.4222.43.921.316.9481.95023.9限制扩展区3332.9250.61039.72688.91058.7177.1140.1159.4920.89768.3禁止扩展区750.4222.4365.3612.41017.7116.930.231.0252.03398.21995年优先扩展区4508.2616.81063.51585.83268.51249.9771.4842.43890.117796.8适宜扩展区6564.2518.91610.13239.52896.8944.01006.91550.33321.321652.0允许扩展区2217.654.5509.01516.4241.22.021.519.7494.95076.9限制扩展区3229.3215.81008.42668.21037.7162.7150.5156.4852.19481.2禁止扩展区805.8222.4362.1633.51078.2144.236.736.3292.93612.02000年优先扩展区4240.1558.1961.61454.73133.8962.8741.0823.33771.316646.9适宜扩展区6910.5551.21713.03512.53100.01175.11043.61591.93484.823082.6允许扩展区2212.470.0500.71425.5305.314.421.723.1494.25067.3限制扩展区3261.9253.31026.62637.51079.5266.7151.0136.1831.49643.8禁止扩展区698.5195.9351.1611.4903.783.829.029.3266.73169.33、各类生态功能区的总体质量特征武汉城市群及各城市生态功能区总体质量差异大，但由于研究时段只有15年，所以生态功能区生态质量的变幅很小（见附表5）。由上述生态功能区分布特征可见，生态质量主要由自然要素，包括地形、植被和水文等条件决定，而城市之间的自然条件差异较大，因此区域生态质量在不同城市差异较大（见附图4）。同时，由于自然要素与人文要素之间的作用强度差异以及自然条件的稳定性自身存在一定的差异，其生态质量又存在一定的波动性。附表5武汉城市群及各城市不同年份的生态功能区总体质量计算表地区名称1980年1995年2000年平均值高于平均值幅度（%）咸宁市273.8351274.3254273.4308273.863719.22黄石市258.5929255.9738258.1065257.557712.12黄冈市238.2646238.0108238.0501238.10853.65鄂州市238.8377232.9451237.2135236.33212.88武汉城市群229.6292229.6406229.8838229.71790.00武汉市223.9076226.7844223.9562224.8827-2.10孝感市190.8997190.8218190.7961190.8392-16.92仙桃市184.4867180.4262193.4667186.1266-18.98天门市183.9271184.6056183.0899183.8742-19.96潜江市179.7264182.9549183.3644182.0152-20.77（1）差异性。由表看出，生态功能区总体质量高于城市群平均水平的有四个城市，其中功能区生态质量最高的是咸宁市，高于平均水平近20个百分点，其次是黄石市。黄冈、鄂州及武汉接近平均水平，而低于平均水平的主要有孝感、仙桃、天门和潜江，比平均水平低15个百分点以上。（2）波动性。根据生态功能区总体质量变化情况，可以划分为三种类型：一是稳定型，包括武汉城市群、黄冈市、咸宁市、孝感市和天门市，黄石市也较为稳定，呈现出降中有升的特点；二是先降后升型，包括鄂州市和仙桃市；三是先升后降型，包括武汉市和潜江市。总之，地形地貌和水文条件较好的地区是生态质量高而稳定的地区，即生态资源丰富地区，生态质量具有较强的稳定性。生态资源丰富但工业经济发展迅速的地区，生态质量变动幅度较小；相反，生态资源较少，工业经济较为发达的地区，或工业结构中以重工业为主的地区，其生态质量变动幅度相对较大。3.功能区演变以城市群空间扩展的生态功能区划结果为基础，分别用1995年的生态功能区叠加到1980年的生态功能区，用2000年的生态功能区叠加到1995年的生态功能区。根据叠加结果，一是分析各生态功能区之间相互作用区域的空间格局，将发生变化的生态功能区单独表示出来，用以分析其相互作用区域的空间分布特征；二是得出武汉城市群和各城市不同生态功能区相互作用区域的面积数据，进一步分析各生态功能区相互作用的强度（或变动幅度）与空间分异特征。通过叠置分析得到，1980-1995年及1995-2000年武汉城市群各类生态功能区转换面积输出数据见附表6，1980-1995年武汉城市群各城市生态功能区之间的变动关系输出数据见附表7，1995-2000年武汉城市群各城市生态功能区之间的变动关系输出数据见附表8。一、生态功能区演变的研究方法城市群空间扩展的生态功能区作为一种空间载体，类似于土地利用类型。因此，研究生态功能区的空间格局演变类似于研究土地利用的变更关系。分别采用生态功能区综合扩展适宜性动态度指数、生态功能区变化率指数、生态功能区相对变化率和生态功能区变动方向指数4项指标分析城市群空间扩展的生态功能区演变的空间格局。附表61980-1995年及1995-2000年武汉城市群各类生态功能区转换面积（单位/km2）变动类型1980-1995年1995-2000年变化类型面积/km2变化类型面积/km2优先扩展区不动17350.29不动15247.63优先-适宜134.99优先-适宜1816.13优先-允许19.81优先-允许166.49优先-限制115.4优先-限制516.57优先-禁止62.55优先-禁止48.14适宜扩展区适宜-优先240.78适宜-优先1011.08不动21374.28不动19237.05适宜-允许57.16适宜-允许330.18适宜-限制58.32适宜-限制1033.65适宜-禁止14.88适宜-禁止36.64允许扩展区允许-优先2.48允许-优先61.34允许-适宜27.35允许-适宜338.03不动4975.34不动4146.03允许-限制16.68允许-限制413.19允许-禁止2.05允许-禁止117.29限制扩展区限制-优先193.63限制-优先256.16限制-适宜108.02限制-适宜1563.1限制-允许18.07限制-允许281.17不动9280.55不动7236.65限制-禁止168.01限制-禁止141.48禁止扩展区禁止-优先9.57禁止-优先70.64禁止-适宜7.33禁止-适宜128.31禁止-允许6.53禁止-允许143.39禁止-限制10.24禁止-限制443.75不动3364.52不动2825.79附表71980-1995年武汉城市群各城市生态功能区之间的变动关系（单位/km2）生态功能区变动类型孝感市天门市潜江市仙桃市武汉市咸宁市黄石市鄂州市黄冈市优先扩展区不动3837.45835.97761.051063.233237.991575.16998.97583.274457.2优先-适宜33.2238.164.498.455.8635.34优先-允许0.762.280.65013.950.570.3901.21优先-限制123.5418.9610.1841.9713.513.150.7611.33优先-禁止6.670.248.2620.5223.311.420.350.421.36适宜扩展区适宜-优先9.451.41.61159.849.670.8432.871.7123.39不动3275.541541.5993.47938.482835.423220.71587.47506.716474.99适宜-允许170.480.0505.7317.398.4208.09适宜-限制6.994.645.177.3110.817.463.832.189.93适宜-禁止2.642.720.032.26.540.150.330.120.15允许扩展区允许-优先000.261.720.0900.2600.15允许-适宜4.860.051.993.24015.56不动474.9916.8320.722.04220.181493.36495.4854.52197.24允许-限制1.7400.0100.834.194.705.21允许-禁止0.260000.010.860.2200.7限制扩展区限制-优先41.454.757.9624.7920.249.6727.1831.8225.77限制-适宜12.693.546.312.217.0512.1710.315.8337.92限制-允许1.540.020.0901.123.473.3408.49不动828.58148.19125.37144.09982.462641.85996.06212.93201.05限制-禁止36.542.870.46.0437.8621.752.84059.71禁止扩展区禁止-优先1.790.290.520.360.470.154.2601.73禁止-适宜0.050.090.6704.920.110.610.530.35禁止-允许0.640.09000.191.621.340.042.61禁止-限制2.8200.981.131.661.150.701.8不动246.7430.4828.05115.431010.44609.34358.34221.82743.88附表81995-2000年武汉城市群各城市生态功能区之间的变动关系（单位/km2）生态功能区变动类型孝感市天门市潜江市仙桃市武汉市咸宁市黄石市鄂州市黄冈市优先扩展区不动3538.56766.28684.38902.482891.061306.47871.63517.73769.07优先-适宜272.761.8567.46253.84252.87173.39124.8544.56564.61优先-允许15.723.263.066.8643.0823.0010.0511.8649.60优先-限制59.039.5615.1882.7763.6280.4550.7037.37117.89优先-禁止3.210.991.153.9817.832.396.315.316.97适宜扩展区适宜-优先187.1345.1647.647.91162.7594.6162.5428.21335.17不动3021.951477.02932.08870.672583.992754.91388.61456.875750.96适宜-允许28.896.056.693.7238.7691.9128.738.67116.76适宜-限制81.7020.3918.0221.393.96292.79126.9822.36356.15适宜-禁止0.600.902.110.4117.345.043.162.824.26允许扩展区允许-优先10.190.451.150.024.979.004.160.8728.59允许-适宜33.660.618.600.3937.05111.9437.176.9496.39不动431.2114.79.560.94180.311155.92407.9441.971908.61允许-限制12.702.092.100.6913.78202.4745.023.80131允许-禁止6.690.900.1005.0636.8414.670.9652.82限制扩展区限制-优先26.818.047.119.3341.6940.7919.505.7297.17限制-适宜147.3242.7231.5241.45172.57461.73154.8832.1478.81限制-允许10.763.752.092.3920.39114.8939.374.5383.00不动659.05101.47108.41109.48788.621992.63778.13172.52526.36限制-禁止7.630.271.260.0614.4656.9116.560.9943.34禁止扩展区禁止-优先8.641.450.783.133.353.863.765.6110.09禁止-适宜9.164.443.938.7753.4910.547.5210.7519.71禁止-允许7.620.440.320.4522.7839.7814.642.9854.38禁止-限制18.883.007.2752.48119.5369.1125.7717.25130.46不动248.5426.9824.3579.39849.01510.23310.39185.77591.131、生态功能区综合扩展适宜性动态度指数该指数源于现状（或静态）生态功能区研究中的“区域生态功能区总体质量指数”，用以表明在城市群空间拓展过程中区域生态质量趋于良性还是恶性。该指数是“综合土地利用动态度”指数的辅助性参量。从区域开发的角度看，5个生态功能区中优先扩展区开发的适宜性最强，禁止扩展区开发适宜性最弱，因此，与区域生态质量的评价相反，在赋值时，按照优先扩展区至限制扩展区的排序为5至1。（2）（3）式中，为区域内生态功能区生态价值的分级指数，为区域内生态功能区的面积，为生态价值的分级数，为间隔的时段。2、生态功能区变化率指数该指数源于土地利用/土地覆被研究方法体系中的“单一土地利用类型动态度”，即土地利用类型的变化率指数。即用研究初期和末期某一特定生态功能区的变化量占研究初期的土地利用面积来表示。（4）式中和分别表示研究初期和研究末期生态功能区的面积，为间隔时段。3、生态功能区相对变化率城市群空间扩展的生态功能区相对变化率建立在生态功能区变化率指数的基础上，将局部地区的类型变化率与全区的类型变化率相比较，用以分析研究区范围内特定生态功能区变化的区域差异与特定类型变化的热点区域。（5）和分别为城市群局部区域生态功能区研究初期及研究末期的面积，和分别代表武汉城市群生态功能区研究初期及研究末期的面积。相对变化率的意义在于揭示生态功能区变化的区域差异，是针对某一种功能区进行分析的。4、生态功能区变动方向指数该指数根据土地利用/土地覆被研究方法体系中的“变化用地（双向）占总用地的比重”构建，用生态功能区变动（双向）量占总用地或某一类型生态功能区的比重，度量不同时段生态功能区变动的方向。（1）综合生态功能区变动方向指数（6）式中，为研究初期第类生态功能区的面积，为研究时段内类生态功能区转为非类（类，=1，2，3，4）生态功能区的面积。即为武汉城市群的总面积。（2）特定生态功能区范围内功能区变动方向指数（7）式中，和分别为研究末期和初期第类生态功能区的面积，为研究时段内类生态功能区转为非类（类，=1，2，3，4）功能区的面积。表示某一特定功能区内部的变动方向。通过功能区演变模块生成的功能区演变结果图，可以进一步分析城市群生态功能区的动态演变特征：1、生态功能区综合扩展适宜性动态度演变特征根据生态功能区综合扩展适宜性动态度指数的计算结果，可知武汉城市群各城市生态功能区综合扩展适宜性如下几个特点：（1）各城市生态功能区综合扩展的适宜性差异较大。位于江汉平原地区的潜江、天门、孝感、仙桃的适宜性最强，其次是武汉；黄冈、鄂州、黄石和咸宁的适宜性最差（见附表9）。这一差异与生态质量的区域排序基本耦合，表明以城市群范围内进行研究，自然条件对于空间拓展具有主导作用。附表9不同时段武汉城市群及各城市生态功能区综合扩展适宜性动态度指数地区黄冈市鄂州市黄石市咸宁市武汉市仙桃市潜江市天门市孝感市武汉城市群1980年3.5743.4753.3343.1983.6424.1084.1884.1494.0633.6451995年3.5733.5343.3613.1913.6064.1384.1524.1404.0593.6412000年3.5793.5073.3423.2023.6544.0324.1504.1554.0603.646平均适宜性动态度3.5753.5053.3453.1973.6344.0934.1634.1484.0613.6441980-1995年-0.0010.1130.054-0.015-0.0660.048-0.057-0.014-0.006-0.0071995-2000年0.030-0.149-0.1130.0670.270-0.513-0.0090.0750.0090.0261980-2000年0.0070.0470.0120.0060.018-0.093-0.0450.008-0.0030.001（2）各城市生态功能区综合扩展适宜性的变动速度参差不齐。根据变动情况，可以分为三种类型：一是加速扩展型：即1995-2000年的扩展速度高于1980-1995年的扩展速度，主要包括武汉、天门、咸宁和黄冈，其中武汉市的扩展速度明显加快（见附图5）；二是整理扩展型，即1995-2000年的扩展速度低于1980-1995年的扩展速度，主要包括鄂州、黄石和仙桃，三城市1995-2000年的适宜性呈现出负向增长的态势，即在扩展的过程中进行了大规模的土地开发整理，还原生态要素，区域生态维护和土地开发呈现出理性成长的态势；三是平衡扩展型，即1995-2000年的扩展速度与1980-1995年的扩展速度相近，并接近0，也就是说区域本身的扩展对区域生态要素的破坏作用不明显，这主要包括武汉城市群、孝感和潜江。（3）由区域生态质量、扩展适宜性及其变动情况，可得出如下结论：一是咸宁、鄂州、黄冈和黄石4个城市（鄂东-鄂东南山地丘陵区）本身生态质量较好，在扩展过程中，坚持了生态保护优先的原则，生态质量相对优化；二是孝感、仙桃、天门和潜江（鄂中平原丘陵区）4个城市在扩展过程中，坚持生态保护与经济开发适度的原则，生态质量保持良性发展态势；三是武汉作为区域中心城市，成为整个城市群的热点扩展地区。由此表明：武汉城市群整体上处于理性扩展的态势，符合区域生态可持续发展的基本理念，尽管扩展总强度处于缓慢提高的态势，但各城市之间生态平衡成为城市群区域生态平衡的有效保障。2、生态功能区变化率的演变特征根据生态功能区变化率指数的计算结果发现，各城市各生态功能区相对于自身变动规模而言，表现为如下特征：（1）禁止扩展区总体上表现为前期（1980-1995年）不断扩展，后期（1995-2000年）不断萎缩的特点（见附表10）。其中仙桃、潜江、天门、孝感和黄冈前期增长较快，后期均呈现出快速的萎缩速度；其他城市均呈现出前期微弱增长，后期慢速下滑的特征（见附图6）。附表10不同时段武汉城市群及各城市生态功能区变化率指数时段生态功能区黄冈市鄂州市黄石市咸宁市武汉市仙桃市潜江市天门市孝感市武汉城市群1980-1995年优先扩展区0.0030.2990.344-0.039-0.1730.928-0.199-0.0380.0090.043适宜扩展区0.0490.107-0.093-0.0140.066-0.9860.044-0.0020.020-0.029允许扩展区-0.0040.0000.0670.0710.564-3.2480.0631.1050.1800.070限制扩展区-0.207-0.926-0.201-0.051-0.132-0.5420.495-0.125-0.497-0.196禁止扩展区0.4920.000-0.0580.2300.3961.5571.4351.1401.0820.4191995-2000年优先扩展区-1.189-1.903-1.916-1.653-0.824-4.594-0.788-0.453-0.611-1.292适宜扩展区1.0551.2451.2781.6851.4034.8960.7290.5370.9851.321允许扩展区-0.0475.688-0.326-1.1995.315124.0000.1863.452-0.028-0.038限制扩展区0.2023.4750.361-0.2300.80612.7840.066-2.596-0.4860.343禁止扩展区-2.663-2.383-0.608-0.698-3.237-8.377-4.196-3.857-1.789-2.4511980-2000年优先扩展区-0.394-0.364-0.328-0.587-0.440-0.817-0.454-0.188-0.195-0.391适宜扩展区0.4030.5290.3270.5460.5390.4050.2890.1770.3490.410允许扩展区-0.0201.896-0.042-0.3332.48517.9490.1252.4460.1700.058限制扩展区-0.1420.072-0.084-0.1270.1313.3730.519-0.974-0.647-0.085禁止扩展区-0.461-0.794-0.259-0.011-0.747-1.888-0.265-0.3660.389-0.449（2）限制扩展区总体上变动极其微弱，在各城市之间相对平衡。其中变化较为明显的有仙桃、天门和孝感三个城市。其中仙桃呈现出先低速下降，后快速增长的态势，可能是禁止扩展区生态资源退化，进而转变为限制扩展区，或者是开发区整理，促使限制扩展区的增长；天门和孝感则呈现出低速减少的态势，可能与较大规模的盐矿开发有一定联系。（3）允许扩展区总体上处于持续拓展的态势，城市之间呈现出较大差异。其中鄂州和武汉是后期（1995-2000年，下同）开始持续增长的，天门呈现出持续慢速增长的态势，而仙桃，由前期的快速递减转变为后期的快速增长；其他城市基本保持不变。其中仙桃和鄂州具有相似的特征，即允许扩展区的增加与适宜扩展区以及限制扩展区的增长是同步的，可能与城市扩展过程中，建设用地拓展与适宜扩展的用地比较紧张有密切的联系。（4）适宜扩展区总体上处于缓慢增长的态势，其增长变化的速度具有相近性。（5）优先扩展区总体上处于缓慢下降的态势，其增长变动的速度也具有相近性。由此可见，适宜扩展区和优先扩展区之间是一种相对显著的相互消长关系。3、生态功能区相对变化率的演变特征根据生态功能区相对变化率指数计算结果可知，各城市不同生态功能区相对于武汉城市群相应的功能区变动规模，表现为如下特征：（1）优先扩展区和适宜扩展区具有协同发展的特点。除了仙桃和黄冈以外，都是优先扩展区的相对增长率高于适宜扩展区。表明在武汉城市群范围内，个别城市由于优先扩展区的发展，引起适宜扩展区的拓展。即在城市群空间拓展过程中，由于优先扩展区的发展，对生态要素具有一定的破坏作用，致使其在结构上发生了某些变化。（2）各城市优先扩展区和适宜扩展区相对变化率存在较大的区域差异。即个别城市这两个扩展区的扩展速度与武汉城市群平均扩展水平存在较大差异。首先表现在：1980-1995年各城市生态功能区相对变化率的差异性较大，高于1995-2000年的差异性（见附图7，附图8）。1980-1995年各城市优先扩展区相对变化率指数最高值为最低值的103倍，适宜扩展区相对变化率指数最高值为最低值的53.5倍，而到1995-2000年，各城市优先扩展区相对变化率指数最高值为最低值的10.2倍，适宜扩展区相对变化率指数最高值为最低值的9.1倍，各城市之间相对变化率指数的差异性大幅度缩小。如1980-1995年鄂州、黄石、仙桃的生态功能区相对变化率都高于5（见附表11），表现为黄石和仙桃优先扩展区拓展面积超过50km2，鄂州超过26.5km2（见附表12），而1995-2000年只有仙桃的相对变化率超过3，优先扩展区都处于相对减小的态势，而适宜扩展区却均呈现出相对增加的态势。相反，武汉作为城市群的核心城市，其优先扩展区的面积处于下降态势；适宜扩展区中，只有黄冈和武汉增加了部分面积。由此可见，很可能适宜在生态保护与土地整理过程中，一部分优先扩展区被适宜扩展区取代，适宜城市群城市建设和经济发展的用地范围内，生态质量有所提高。附表11不同时段武汉城市群及各城市不同生态功能区相对变化率指数时段生态功能区黄冈市鄂州市黄石市咸宁市武汉市仙桃市潜江市天门市孝感市1980-1995年优先扩展区0.0626.9768.0210.9164.02421.6264.6320.8800.200适宜扩展区1.7013.7383.2510.5022.32234.4251.5360.0600.682允许扩展区0.0560.0000.9591.0118.01346.1800.89015.7052.557限制扩展区1.0584.7251.0240.2620.6752.7662.5260.6402.539禁止扩展区1.1730.0000.1390.5480.9453.7123.4212.7172.5801995-2000年优先扩展区0.9201.4731.4831.2790.6383.5550.6100.3510.473适宜扩展区0.7980.9420.9671.2751.0623.7050.5520.4060.745允许扩展区1.240150.4058.62431.701140.543327.8314.91991.2730.748限制扩展区0.58910.1331.0520.6712.34937.2730.1947.5681.417禁止扩展区1.0860.9720.2480.2851.3203.4181.7121.5730.7301980-2000年优先扩展区1.0090.9310.8391.5031.1272.0911.1610.4810.500适宜扩展区0.9831.2900.7981.3321.3140.9880.7040.4320.851允许扩展区0.33932.9220.7355.77943.149311.6562.17442.4672.955限制扩展区1.6710.8450.9891.5001.54139.6956.10411.4697.618禁止扩展区1.0271.7690.5770.0241.6634.2040.5900.8140.866附表12不同时段武汉城市群及各城市不同生态功能区面积的实际变动情况（单位/km2）时段生态功能区黄冈市鄂州市黄石市咸宁市武汉市仙桃市潜江市天门市孝感市武汉城市群1980-1995年优先扩展区1.826.552.2-9.4-86.9152.7-23.7-4.85113.8适宜扩展区47.68.2-22.8-728.6-163.86.6-0.49.7-93.4允许扩展区-1.305.11618.8-1353限制扩展区-103.6-34.8-31.3-20.7-21-14.410.4-3-68.7-287.1禁止扩展区55.40-40.9213.81995-2000年优先扩展区-268.1-58.7-101.9-131.1-134.7-287.1-30.4-19.1-118.8-1149.9适宜扩展区346.332.3102.9273203.2231.136.741.6163.51430.6允许扩展区-5.215.5-8.3-90.93.4-0.7-9.6限制扩展区32.637.518.2-30.741.81040.5-20.3-20.7162.6禁止扩展区-107.3-26.5-11-22.1-174.5-60.4-7.7-7-26.2-442.74、生态功能区变动方向的演变特征根据城市群空间扩展的生态功能区变动方向指数计算结果可知，城市群内各生态功能区之间的消长关系和侵占与被侵占关系存在较大差异。其中，各生态功能区之间的侵占与被侵占关系对于揭示各城市生态质量、扩展适宜性，以及绝对变化率和相对变化率与生态功能区之间的变动关系具有重要作用。根据生态功能区变动方向指数，即变动类型占城市群总面积的比重，可得出以下几个特点：（1）后期生态功能区变动规模明显高于前期。如1980-1995年变动范围占城市群面积的2.21%，1995-2000年占15.47%，即后期的扩展强度加大，对生态环境要素的扰动幅度明显提高。（2）生态功能区之间的变动规模差异很大。如1980-1995年变动规模最大的主要集中在适宜-优先（退化）、限制-优先（退化）、限制-禁止（优化）、优先-适宜（优化）、以及优先-限制（优化）、限制-适宜（退化）、优先-禁止（优化）等几个方面，变动规模在60km2以上，占城市群总面积的0.1%以上；1995-2000年，变动规模最大的主要集中在优先-适宜、限制-适宜（退化）、适宜-限制、适宜-优先（退化）、优先-限制、禁止-限制、允许-限制、允许-适宜（退化），以及适宜-允许（退化）等几个方面，变动规模在300km2以上，约占城市群面积的0.5%以上（见附图9，附图10，附表13和附表14）。总体上看，前期生态功能区变动导致城市群生态质量相对提高，后期导致城市群生态质量相对下降。如前期优化部分的面积占城市群总面积的1.12%，退化面积占1.09%，而后期优化部分的面积占8.01%，退化部分的面积占7.46%。这与前面的论证结果是一致的。（3）生态功能区变动的主体是优先扩展区和适宜扩展区。如1980-1995年以优先和适宜扩展区为核心的变动占总面积的1.83%，约1054km2，占总变动面积的82.8%；1995-2000年以优先和适宜扩展区为核心的变动面积占总面积的12.79%，约7369km2，占总变动面积的82.67%。（4）各城市生态功能区相互侵占关系存在较大差异。一是仙桃市适宜扩展区明显增大，1995-2000年优先扩展区-限制扩展区的比重最高（3.31%），禁止扩展区-限制扩展区的比重也最大（2.10%），鄂州也具有相似的规律；二是仙桃的适宜扩展区增长速度快，1995-2000年仙桃优先扩展区-适宜扩展区的转化比重高达10.14%，面积达到253.84km2，成为生态功能区变动最大的区域。由此可见，武汉城市群相对稳定的生态质量一方面源于生态要素呈现出多元化的特征；另一方面源于各生态功能区之间的相互转化。由以上分析可得出结论：武汉城市群空间扩展引起的生态环境变化是在生态优化和退化的交互作用中同步进行的，这种交互作用的结果决定着武汉城市群空间扩展引起的生态环境的演变方向。随着城市群的不断扩展，城市群优化面积逐渐小于退化面积，导致城市群生态环境质量相对下降。附表131980-1995年武汉城市群及各城市生态功能区演变方向指数生态功能区变动类型孝感市天门市潜江市仙桃市武汉市咸宁市黄石市鄂州市黄冈市武汉城市群优先扩展区不动43.3532.0938.3042.4837.9916.3321.9435.8225.7330.11优先-适宜0.320.200.310.130.450.050.190.360.200.23优先-允许0.010.090.030.000.160.010.010.000.010.03优先-限制50.410.490.140.070.050.070.20优先-禁止0.080.010.420.820.270.010.010.030.010.11适宜扩展区适宜-优先0.110.050.086.390.110.010.72不动37.0159.1750.0037.5033.2733.4034.8731.1237.3737.10适宜-允许0.190.020.000.000.000.050.10适宜-限制0.080.180.260.290.130.080.080.130.060.10适宜-禁止0.030.100.000.090.080.000.010.010.000.03允许扩展区允许-优先0.000.000.010.070.000.000.010.000.000.00允许-适宜0.050.000.020.000.010.020.070.000.090.05不动5.370.651.040.082.5815.4910.883.3512.688.63允许-限制0.020.000.000.000.010.040.100.000.030.03允许-禁止0.000.000.000.000.000.010.000