袁旸洋 湯思琪 郭 蔚 羅尚岑 呂曉倩

（1.東南大學(xué)建筑學(xué)院，南京 210096；2.江蘇省城鄉(xiāng)與景觀數(shù)字技術(shù)工程中心，南京 210096；3.合肥工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，合肥 230601）

藍(lán)綠空間是城市用地重要組成部分，探究高速城市化進(jìn)程下藍(lán)綠空間的時(shí)空演變及驅(qū)動(dòng)因素，有助于揭示其演化規(guī)律，為相關(guān)研究及政策制定提供基礎(chǔ)。以合肥為例，基于面積變化強(qiáng)度、土地轉(zhuǎn)移矩陣、多階鄰接指數(shù)研究中心城區(qū)藍(lán)綠空間的時(shí)空變化；采用增強(qiáng)回歸樹模型探討影響城市藍(lán)綠空間擴(kuò)張的驅(qū)動(dòng)因子。結(jié)果表明：（1）2000-2020年，合肥中心城區(qū)藍(lán)綠空間總體規(guī)模增長(zhǎng)了14.8%，呈現(xiàn)穩(wěn)步增加的階段性特征。（2）研究時(shí)段內(nèi)合肥中心城區(qū)藍(lán)綠空間擴(kuò)張模式均以邊緣式為主、鄰接式為輔；新增藍(lán)綠斑塊沿大型自然藍(lán)綠斑塊集聚，藍(lán)綠空間擴(kuò)張由城市邊緣轉(zhuǎn)向內(nèi)部。（3）自然要素因子對(duì)藍(lán)綠空間擴(kuò)張的影響（80.8%）大于社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子（19.2%），其中高程（32.1%）、坡度（26.9%）、坡向（21.8%）、人口密度（13%）、第三產(chǎn)業(yè)增加值（6.2%）是主要驅(qū)動(dòng)因子。研究探明了近20年來合肥中心城區(qū)藍(lán)綠空間的時(shí)空演變特征及驅(qū)動(dòng)因子，可為未來城市藍(lán)綠空間規(guī)劃管理及可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

城市藍(lán)綠空間；時(shí)空演變；驅(qū)動(dòng)因子；多階鄰接度指數(shù)；增強(qiáng)回歸樹；合肥市

過去30年中國(guó)經(jīng)歷了高速的城市化進(jìn)程，硬化地表面積迅速擴(kuò)張，土地利用類型的變化特征明顯，引發(fā)了城市熱島[1]、空氣污染[2]、生物多樣性銳減[3]等一系列城市環(huán)境問題。城市藍(lán)綠空間是城市發(fā)展過程中留存或新建的綠色空間、藍(lán)色空間的總和，包括所有自然、半自然、人工的綠地以及水體，具有調(diào)節(jié)氣候[4]、減碳增匯[5]、調(diào)節(jié)雨洪[6]、維持生物多樣性[7]等多重功能，是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。城市的演進(jìn)擴(kuò)張客觀上促進(jìn)了城鎮(zhèn)化水平提高的同時(shí)也導(dǎo)致大量藍(lán)綠空間被建設(shè)用地侵占，破碎程度不斷提高。然而，城市可持續(xù)發(fā)展需求對(duì)藍(lán)綠空間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與社會(huì)福祉功能提出了更高要求。在此背景下，系統(tǒng)研究城市建設(shè)活動(dòng)和藍(lán)綠空間的相互作用，闡明城市藍(lán)綠空間在面積規(guī)模、空間分布方面的動(dòng)態(tài)演變規(guī)律與驅(qū)動(dòng)因子，對(duì)揭示高密度城市藍(lán)綠空間的演化規(guī)律，優(yōu)化城市藍(lán)綠斑塊的空間布局有重要意義，不僅有助于為城市藍(lán)綠空間規(guī)劃和相關(guān)政策制定提供科學(xué)依據(jù)，且能夠?yàn)轭愃瞥鞘兴{(lán)綠空間的優(yōu)化和管理提供借鑒。

當(dāng)前，針對(duì)城市土地利用的時(shí)空演變和驅(qū)動(dòng)力的研究較為豐富，相關(guān)研究多從景觀格局測(cè)度[8]、景觀連通性優(yōu)化[9]、演變機(jī)制定量分析[10]、情景模擬等展開，聚焦城市群、都市區(qū)等大尺度上的區(qū)域空間[11]；另一方面，在研究驅(qū)動(dòng)機(jī)制方面，相關(guān)性分析[12]、主成分分析[13]、多元回歸分析[14]、邏輯回歸分析[15]以及地理加權(quán)回歸[16]等被廣泛運(yùn)用，地理探測(cè)器[17]也常被用于探究驅(qū)動(dòng)因子之間的交互作用。城市藍(lán)綠空間近年來成為研究熱點(diǎn)[18-19]，在時(shí)空演變研究上，學(xué)者利用格局指數(shù)[20]、動(dòng)態(tài)變化模型[21]等方法探究斑塊規(guī)模、數(shù)量以及空間組成上的變化特點(diǎn)，這些研究多基于土地利用的部分類型數(shù)據(jù)展開分析，或是利用土地轉(zhuǎn)移矩陣[22]、重心遷移法[23]、梯度方向法[24]、扇形分析[25]等探究藍(lán)綠空間變化強(qiáng)度和分布規(guī)律。總體看來，當(dāng)前關(guān)于藍(lán)綠空間的研究多集中于景觀格局層面的探討，但城市中心區(qū)內(nèi)藍(lán)綠空間演變模式及驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究相對(duì)較少。城市藍(lán)綠空間的演變過程極為復(fù)雜，其驅(qū)動(dòng)因子的影響往往呈復(fù)雜的非線性關(guān)系，基于機(jī)器學(xué)習(xí)原理的增強(qiáng)回歸樹模型由于具有同時(shí)處理不同數(shù)據(jù)類型、數(shù)量關(guān)系以及數(shù)據(jù)缺失等情況的優(yōu)勢(shì)，可以直觀展現(xiàn)出在不同閾值內(nèi)各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)于藍(lán)綠空間變化的影響程度，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的不足。

本研究以合肥中心城區(qū)為例，基于衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，結(jié)合土地轉(zhuǎn)移矩陣、多階鄰接度指數(shù)、增強(qiáng)回歸樹等方法，旨在探討2000-2020年間藍(lán)綠空間的時(shí)空演變特征和驅(qū)動(dòng)因子，以期揭示高密度城市藍(lán)綠空間的演化規(guī)律，為優(yōu)化城市藍(lán)綠斑塊的空間布局提供參考。

1 研究區(qū)概況

合肥市（30°57′-32°32′N，116°41′-117°58′E）地處中國(guó)華東地區(qū)，長(zhǎng)江三角西翼，是安徽省省會(huì)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，自然風(fēng)貌良好，地貌類型豐富，水系發(fā)達(dá)。市域總面積為11 445 km2，城鎮(zhèn)化建設(shè)水平較高，截至2022年末，城鎮(zhèn)化率達(dá)84.64%，城市建成區(qū)綠化覆蓋率46%。根據(jù)《合肥市國(guó)土空間總體規(guī)劃（2021-2035年）》，市轄區(qū)為中心城區(qū)，包括蜀山、包河、瑤海、廬陽4個(gè)行政區(qū)，總面積為1 312.5 km2。

2002年合肥起動(dòng)編制城市發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，自此開始了快速發(fā)展的黃金20年，城市快速擴(kuò)張、人口增長(zhǎng)迅速，2022年邁入了特大城市行列。2000-2022年，合肥從傳統(tǒng)的工業(yè)城市轉(zhuǎn)向現(xiàn)代化城市，政府重視城市環(huán)境建設(shè)，積極響應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略，出臺(tái)了一系列政策聚焦于城市環(huán)境的修復(fù)，藍(lán)綠空間在發(fā)展中得到保護(hù)。這一時(shí)期的城市發(fā)展速度、格局轉(zhuǎn)變具有鮮明的特點(diǎn)與典型性。據(jù)此，本文選擇2000-2020年作為研究時(shí)段，以每5年為一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

2 數(shù)據(jù)處理與研究方法

本研究技術(shù)框架如圖1所示。

圖1 技術(shù)框架Fig.1 Methodology framework

2.1 數(shù)據(jù)獲取與處理

2.1.1 藍(lán)綠空間數(shù)據(jù)

從地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（https://www.gscloud.cn/）采集2000年、2005年、2010年Landsat TM及2015年、2020年Landsat OLI共5期遙感影像，空間分辨率30 m?；贕oogle Earth Engine（GEE）平臺(tái)，對(duì)影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣幾何校正、條帶修復(fù)等處理。根據(jù)中國(guó)土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分類系統(tǒng)（LUCC）對(duì)處理后的影像進(jìn)行遙感解譯，將其劃分為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水體、未利用地6類，得到各期合肥市土地利用分類數(shù)據(jù)。采用Kappa系數(shù)對(duì)分類后圖像精度評(píng)估驗(yàn)證，總體的精確度達(dá)到85%，高于最低精度要求。利用ArcMap10.8軟件將林地、草地重分類成綠色空間，水體重分類成藍(lán)色空間，獲得5期合肥中心城區(qū)藍(lán)綠空間分布圖（圖2）。

圖2 合肥中心城區(qū)藍(lán)綠空間分布圖Fig.2 Spatial distribution map of blue-green spaces in central Hefei

2.1.2 潛在驅(qū)動(dòng)因子數(shù)據(jù)

城市土地利用變化受到自然和人類活動(dòng)的共同影響，自然要素對(duì)藍(lán)綠空間的形成和變化具有重要約束作用，規(guī)劃建設(shè)導(dǎo)向下的社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素會(huì)在短期內(nèi)對(duì)藍(lán)綠空間格局變化起到較大影響作用。由此，選取自然要素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素構(gòu)建藍(lán)綠空間演變潛在驅(qū)動(dòng)因子，并構(gòu)建數(shù)據(jù)集（表1）。

表1 潛在驅(qū)動(dòng)因子數(shù)據(jù)集Tab.1 Dataset of potential blue-green space evolution drivers

2.1.3 多重共線性診斷

利用多重共線性診斷對(duì)潛在藍(lán)綠空間驅(qū)動(dòng)因子數(shù)據(jù)集進(jìn)行初篩，以避免自變量的自相關(guān)性影響。采用R studio進(jìn)行斯皮爾曼相關(guān)性分析，通過對(duì)比分析剔除高度相關(guān)的驅(qū)動(dòng)因子（|R|≥0.7，P<0.05）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，自然要素中保留DEM、坡度、坡向；社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素保留PD和VATI。

2.2 研究方法

2.2.1 面積變化強(qiáng)度指數(shù)

面積變化強(qiáng)度指數(shù)（K）可以定量描述藍(lán)綠空間的變化程度，用于比較不同發(fā)展階段下的藍(lán)綠空間演變差異，計(jì)算見公式（1）。式中：Ua和Ub分別為研究初期及末期某區(qū)域某種景觀類型的面積；T表示研究時(shí)間范圍。

2.2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣反映城市藍(lán)綠空間的變化特征以及不同土地利用類型之間的流向，并將相互轉(zhuǎn)化狀況定量化，計(jì)算見公式（2）。式中：和分別代表兩期地類，Dixj是k時(shí)期到k+1時(shí)期的地類變化矩陣。

2.2.3 多階鄰接度指數(shù)

多階鄰接度指數(shù)（Multi-order adjacency index，MAI）由Liu等人[16]提出，該指數(shù)可以詳細(xì)展示出不同時(shí)間跨度上新舊斑塊間的空間關(guān)系（圖3），更加直觀了解城市藍(lán)綠空間演變的模式特征。MAI擴(kuò)展類型有內(nèi)填、邊緣、鄰近、相間、分離和蔓延式6種（表2），其中內(nèi)填式刻畫的是藍(lán)綠空間在原有斑塊內(nèi)部新增；邊緣式則是緊鄰著原有藍(lán)綠斑塊的擴(kuò)張；鄰近式、相間式、分離式和蔓延式擴(kuò)張是新增斑塊和原有斑塊無物理接觸下的跳躍式擴(kuò)張，程度依次加深，體現(xiàn)了新增擴(kuò)張斑塊和原有斑塊距離增加的程度。計(jì)算見公式（3）。

表2 MAI擴(kuò)展的類型Tab.2 Types of MAI expansion

圖3 多階鄰接度指數(shù)模型Fig.3 Multi-order adjacency index model.

式中：N是以城市新增藍(lán)綠斑塊為中心劃定的緩沖區(qū)數(shù)量，A0是指的是第N個(gè)緩沖區(qū)的面積，Ai代表的是第N個(gè)緩沖區(qū)與原有斑塊的交叉部分的面積。MAI值的大小反映了新增斑塊和其相鄰的原有斑塊的空間關(guān)系，值越小，表明空間關(guān)系越緊密，新增斑塊的擴(kuò)張程度越?。环粗?，值越大，斑塊的擴(kuò)張程度越高。本研究中的緩沖區(qū)距離D與遙感影像分辨率保持一致為30 m，緩沖區(qū)個(gè)數(shù)設(shè)為5，根據(jù)公式（3），利用ArcGIS Pro Python 3.9環(huán)境編寫腳本，分別計(jì)算4個(gè)時(shí)段研究區(qū)新增藍(lán)綠斑塊的MAI值。

2.2.4 增強(qiáng)回歸樹模型

增強(qiáng)回歸樹（Boosted Regression Tree，BRT）是一種基于分類回歸樹算法（Classification and Regression Tree，CART）的自學(xué)習(xí)方法，擅于處理不同類型的數(shù)據(jù)，靈活性高。與傳統(tǒng)的二元Logistic、多元線性回歸等方法相比，其穩(wěn)定性以及預(yù)測(cè)性更好，且輸出自變量對(duì)于因變量的貢獻(xiàn)度和反應(yīng)曲線較為直觀[26]。本研究以驅(qū)動(dòng)因子為自變量，以2000年、2020年合肥中心城區(qū)藍(lán)綠空間分布圖疊加處理后的數(shù)據(jù)作為因變量。為避免數(shù)據(jù)受空間自相關(guān)性影響，選用隨機(jī)取樣點(diǎn)的方法進(jìn)行采樣，樣點(diǎn)個(gè)數(shù)為一萬個(gè)。利用R studio的中“dismo”和“gbm”函數(shù)包完成BRT模型搭建。學(xué)習(xí)速率設(shè)為0.01，復(fù)雜程度為5，分割比率為0.5。選擇80%的樣本數(shù)據(jù)為訓(xùn)練集，20%的數(shù)據(jù)為測(cè)試集。為降低不確定性，BRT模型運(yùn)行了100次。在模型驗(yàn)證上，采用10折交叉驗(yàn)證方法提高模擬精度，利用曲線下面積（Area Under Curve，AUC）評(píng)價(jià)構(gòu)建模型的精確度。本研究的AUC為0.786，表明構(gòu)建的藍(lán)綠空間演變驅(qū)動(dòng)模型精度良好。

3 結(jié)果與分析

3.1 藍(lán)綠空間規(guī)模演變分析

自2000年以來，研究區(qū)藍(lán)綠空間呈現(xiàn)三個(gè)階段性變化特征。第一階段，2000-2005年、2005-2010年的兩個(gè)時(shí)段內(nèi)藍(lán)綠空間規(guī)模顯著增加，增加強(qiáng)度分別達(dá)4.9%和4.8%，其中綠色空間規(guī)模增加強(qiáng)度顯著高于藍(lán)色空間；第二階段，藍(lán)綠空間規(guī)模保持平穩(wěn)，雖然2010-2015年藍(lán)綠空間整體面積增幅達(dá)1.1%，但只有綠色空間面積增加顯著，藍(lán)色空間縮減劇烈，規(guī)?？s減2.8%；第三階段，藍(lán)綠空間進(jìn)入二次“增長(zhǎng)期”，2015-2020年藍(lán)綠空間整體面積增加，增幅達(dá)4.4%，綠色空間規(guī)模增加強(qiáng)度同樣高于藍(lán)色空間。

結(jié)合圖4、圖5，可進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)董鋪—大房郢水庫、巢湖、大蜀山等大型自然藍(lán)綠斑塊規(guī)模變化幅度相對(duì)較小，而南部藍(lán)綠空間演變強(qiáng)度大，藍(lán)綠斑塊顯著增加，建設(shè)用地內(nèi)藍(lán)綠斑塊的空間分布更加均勻。除了2000-2005年間新修的大型水庫之外，藍(lán)色空間的變動(dòng)范圍主要分布于巢湖沿岸，以及穿城而過的南淝河、十五里河等，中心城區(qū)多為新建的濕地公園等藍(lán)色斑塊。

3.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

合肥中心城區(qū)藍(lán)綠空間類型流變存在差異性（圖6）。2000-2005年，中心城區(qū)的林地、水體分別增加97.19 km2和62.96 km2；新增城市建設(shè)用地達(dá)到216.30 km2，主要從林地和水體流變而來，各占21.3%和10.2%；未利用地減少了0.65 km2，向其他5種用地類型均有轉(zhuǎn)變。2005-2010年，藍(lán)綠空間規(guī)模繼續(xù)增加，綠色空間的增幅達(dá)到最高，為0.9%，顯著高于藍(lán)色空間，藍(lán)色空間的增幅小于上一時(shí)段，為1.7%。其中草地增加了33.12 km2，水體減少了52.74 km2。該時(shí)期內(nèi)，草地劇烈萎縮是導(dǎo)致綠色空間變化的主要原因，同時(shí)建設(shè)用地迅猛擴(kuò)張，增加了215.08 km2，林地和草地是主要流入類型，各占29.3%和4.1%。未利用地增加了17.79 km2，其他如林地、草地、水體等均有不同程度的減少，反映出該時(shí)間段內(nèi)研究區(qū)的城市化水平發(fā)展迅猛。在2010-2015年，藍(lán)色空間開始減少，水體減少了52.74 km2；林地、草地增幅幅度較??；值得一提的是，盡管2010-2015年建設(shè)用地面積仍在增加，但是有106.96 km2和15.84 km2的建設(shè)用地開始向耕地和林地轉(zhuǎn)變，各占建設(shè)用地減幅的46%和6.8%。在2015-2020年期間，建設(shè)用地增長(zhǎng)速度放緩，5年間建設(shè)用地僅增加了193.65 km2，且有124.10 km2的建設(shè)用地向藍(lán)綠空間流出；城市中林地顯著增加了120.32 km2，主要來自于建設(shè)用地的有62.06 km2，占林地增幅的51.6%。這一時(shí)期城市藍(lán)色空間面積得到恢復(fù)，增加了48.86 km2，主要由建設(shè)用地和耕地轉(zhuǎn)化，與圖5種所呈現(xiàn)的結(jié)果一致。

圖6 合肥中心城區(qū)土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣Fig.6 Land use change transition matrix in central Hefei

3.3 基于MAI的藍(lán)綠空間演變模式分析

計(jì)算合肥中心城區(qū)在2000-2005年、2005-2010年、2010-2015年、2015-2020年新增藍(lán)綠斑塊的空間分布情況（圖7）。計(jì)算結(jié)果顯示，4個(gè)時(shí)段內(nèi)研究區(qū)藍(lán)綠空間擴(kuò)張類型以邊緣和鄰近為主，數(shù)量占比均超過50%，這說明中心城區(qū)藍(lán)綠空間的擴(kuò)張主要是依靠原有藍(lán)綠斑塊實(shí)現(xiàn)。此外，內(nèi)填式斑塊多分布在大蜀山、巢湖、董鋪—大房郢水庫等自然斑塊周邊，呈組團(tuán)狀的聚集分布。相間、分離、蔓延式斑塊則多集中在高密度城區(qū)附近，成點(diǎn)狀零星式分布。

圖7 4個(gè)時(shí)段的合肥中心城區(qū)MAI空間分布Fig.7 Spatial distribution of MAI in central Hefei during four time periods

本研究計(jì)算了4個(gè)研究時(shí)段內(nèi)6種擴(kuò)張類型數(shù)量與比例（表3），以直方圖表示（圖8）。研究顯示，2000-2020年間內(nèi)填型藍(lán)綠斑塊數(shù)量先增后減；邊緣型是4個(gè)時(shí)間段內(nèi)最常見的類型，2015年和2020年邊緣型占比最高；鄰近型斑塊相較邊緣型，數(shù)量少，其中在2000-2015年間的鄰近型斑塊數(shù)量持續(xù)減少，但在2015-2020年間數(shù)量顯著增加。在4個(gè)時(shí)間段內(nèi)，相間、分離和蔓延型的數(shù)量都相對(duì)較少，呈現(xiàn)穩(wěn)中遞減的特點(diǎn)，邊緣、鄰近型斑塊的數(shù)量占比仍然較高。這表明合肥中心城區(qū)藍(lán)綠斑塊的向外擴(kuò)張程度有所減緩，但藍(lán)綠空間的總量在繼續(xù)擴(kuò)大。

表3 6種不同擴(kuò)張類型數(shù)量及占比統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of the quantity and proportion of different expansion types

圖8 6種不同擴(kuò)張類型斑塊數(shù)量直方圖Fig.8 Histograms depicting the number of patches for expansion types

3.4 驅(qū)動(dòng)因子影響分析

研究區(qū)藍(lán)綠空間演變對(duì)自然要素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的非線性響應(yīng)如圖9所示。從結(jié)果上看，自然要素是主要影響因素，社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的影響較弱。在自然要素中，DEM影響最大，為32.1%；其次是坡度（26.9%）、坡向（21.8%）。當(dāng)DEM超過70 m時(shí)，其對(duì)城市藍(lán)綠空間的增加作用變?yōu)?。這主要是由于合肥屬于低山丘陵地帶，研究區(qū)內(nèi)高程大于70 m的區(qū)域都屬于綠色斑塊的核心區(qū)域，人工干擾較小。藍(lán)綠空間演變對(duì)坡度的非線性響應(yīng)主要發(fā)生在0～15°的區(qū)間范圍內(nèi)，即在城市中隨著地形坡度的升高，藍(lán)綠空間面積增加越顯著。坡向與藍(lán)綠空間擴(kuò)張的響應(yīng)關(guān)系比較復(fù)雜，呈現(xiàn)出三個(gè)促進(jìn)和三個(gè)抑制影響區(qū)段。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)類要素中，影響藍(lán)綠空間演變的因子貢獻(xiàn)大小分別是：PD（13%）>VATI（6.2%）。隨著PD的增加，藍(lán)綠空間規(guī)模迅速增加，當(dāng)超過2 000人/km2時(shí)，藍(lán)綠空間非減卻增，但保持一段時(shí)期的穩(wěn)定后開始下降。這表明PD的增加一定程度上促進(jìn)了藍(lán)綠空間面積的擴(kuò)大，但PD過高會(huì)阻礙城市藍(lán)綠空間面積的增加。從藍(lán)綠演變對(duì)VATI的非線性響應(yīng)關(guān)系看，起初藍(lán)綠空間的發(fā)展隨著VATI的升高幾乎沒有變化，但藍(lán)綠空間規(guī)模在820億元左右迅速擴(kuò)張，隨后在VATI達(dá)到900億元時(shí)保持穩(wěn)定。表明隨著VATI的發(fā)展，人們對(duì)于藍(lán)綠空間的需求水平也逐漸增加。

圖9 藍(lán)綠空間演變與自然要素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的非線性關(guān)系Fig.9 Nonlinear relationship of UGBS with natural factors and socio-economic factors

4 討論

4.1 藍(lán)綠空間變化的空間特征和規(guī)律

研究區(qū)近20年來藍(lán)綠空間規(guī)模變化呈現(xiàn)出明顯的階段性特征（圖10）。2000-2010年，藍(lán)綠空間顯著增加，該時(shí)期新增藍(lán)綠斑塊集中于分布于董鋪—大房郢水庫、大蜀山、巢湖等大型藍(lán)綠斑塊周圍，合肥藍(lán)綠空間主要呈現(xiàn)出“啞鈴型”的城市結(jié)構(gòu)性生態(tài)空間體系[28]。2005-2015年城市中草地和林地開始被建設(shè)用地大量占用，建設(shè)面積增加。這一方面是由于《合肥市國(guó)土空間規(guī)劃（2006-2020年）》中提出增大力度推進(jìn)“濱湖新區(qū)”建設(shè)等城市發(fā)展背景，以滿足人口激增帶來的建設(shè)用地?cái)U(kuò)展需求；另一方面，城市經(jīng)濟(jì)水平不斷升高也吸引勞動(dòng)力人口的增加，刺激了合肥房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。這一時(shí)期，住房面積的擴(kuò)大促進(jìn)了城市建設(shè)用地快速擴(kuò)增。此外，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上看，合肥中心城區(qū)產(chǎn)業(yè)構(gòu)成主要分為第二和第三產(chǎn)業(yè)，發(fā)展第二產(chǎn)業(yè)需要大量建設(shè)用地，導(dǎo)致藍(lán)綠空間減少。據(jù)上文，減少明顯集中于巢湖沿岸，主要是沿岸養(yǎng)殖、圍湖造田等活動(dòng)侵占了藍(lán)綠空間。

圖10 藍(lán)綠空間變化空間分布對(duì)比圖Fig.10 Spatial distribution comparison of blue-green space changes

2015-2020年是城區(qū)內(nèi)藍(lán)綠空間的“二次增長(zhǎng)期”，合肥藍(lán)綠空間開始從過去環(huán)城綠地體系發(fā)展為面向外圍山—水—林—田—湖的藍(lán)綠空間格局。在《合肥市城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃（2014-2020年）》和《合肥市林業(yè)和園林發(fā)展規(guī)劃大綱》規(guī)劃引領(lǐng)下，合肥市新建了大量公園綠地、完善了綠道網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，合肥政府重視巢湖區(qū)域生態(tài)環(huán)境發(fā)展，藍(lán)綠空間得以大量修補(bǔ)和保護(hù)，城區(qū)內(nèi)藍(lán)綠斑塊的分布更加均勻，其中綠色空間的增加幅度顯著高于藍(lán)色空間，多從未利用地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)變而來。得益于2016年出臺(tái)的《安徽省濕地保護(hù)條例》，2015-2020年間研究區(qū)的藍(lán)色空間得到明顯恢復(fù)，圍繞“退居還濕、退養(yǎng)還濕”，一批村莊、房屋騰退土地復(fù)綠，濕地得到恢復(fù)和修復(fù)。

4.2 藍(lán)綠空間演變模式的時(shí)空分異性

在時(shí)間跨度上，邊緣、鄰近式的藍(lán)綠斑塊數(shù)量增加，其中2000-2015年時(shí)段內(nèi)藍(lán)綠空間的分離式和蔓延式擴(kuò)張數(shù)量較多，擴(kuò)張強(qiáng)度明顯比2015-2020年時(shí)段劇烈，研究認(rèn)為這與城市建設(shè)發(fā)展活動(dòng)的強(qiáng)度也存在一定關(guān)系。在空間上，基于MAI的斑塊擴(kuò)展類型的分析結(jié)果可知，研究區(qū)藍(lán)綠斑塊演變擴(kuò)張的空間分布存在差異，藍(lán)綠空間擴(kuò)張的發(fā)生由城市邊緣轉(zhuǎn)向城市內(nèi)部。2000-2005年期間，研究區(qū)內(nèi)城市建設(shè)用地面積較高，呈現(xiàn)“攤大餅”蔓延狀，中心城區(qū)內(nèi)部藍(lán)綠斑塊較少。2005-2020年，藍(lán)綠空間開始逐漸向城市中心擴(kuò)張，邊緣式類型的斑塊成主體，新增斑塊依附原有藍(lán)綠斑塊向外擴(kuò)張?jiān)鲩L(zhǎng)，內(nèi)填式斑塊數(shù)量占比較低，這可能是因?yàn)樘幵诔鞘写笮退{(lán)綠斑塊內(nèi)部的非藍(lán)綠空間數(shù)量較少，城市“補(bǔ)藍(lán)增綠”等政策的頒布使得中心城區(qū)內(nèi)現(xiàn)存的大型自然山體等藍(lán)綠空間的保護(hù)得到更多關(guān)注，新增藍(lán)綠斑塊多聚集于其周圍。此外，相間、分離和蔓延式斑塊在同一時(shí)段內(nèi)所占比例呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，意味著藍(lán)綠空間擴(kuò)張?jiān)诳臻g上的漸變性，距離原有藍(lán)綠斑塊位置較遠(yuǎn)的地方，新增的藍(lán)綠斑塊出現(xiàn)的頻率越小。值得注意的是，呈蔓延型擴(kuò)張的藍(lán)綠斑塊在2015-2020年間數(shù)量占比最少，且多零星分布于建設(shè)用地，周圍大型自然藍(lán)綠斑塊資源少，多是獨(dú)立的小微綠地，藍(lán)綠網(wǎng)絡(luò)連通性低。整體上看，近20年間研究區(qū)藍(lán)綠空間呈緊湊擴(kuò)展的趨勢(shì)，新增斑塊多依靠于原有藍(lán)綠斑塊呈現(xiàn)內(nèi)填式和邊緣式擴(kuò)張，藍(lán)綠空間擴(kuò)張強(qiáng)度逐漸減弱，但整體藍(lán)綠空間規(guī)模在增加。

4.3 影響城市藍(lán)綠空間演變的驅(qū)動(dòng)因子

城市建成區(qū)中的藍(lán)綠空間是人工集約化建設(shè)的生態(tài)空間，能量流較多依賴于外界人工的輸入，景觀穩(wěn)定性差、異質(zhì)性高。正如本研究結(jié)果顯示，相較于社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素，自然要素對(duì)藍(lán)綠空間演變的影響有限，其中氣候因子中僅有AASR存在影響，地形因子對(duì)藍(lán)綠空間演變影響主要體現(xiàn)在空間上的限制作用，這與前人的研究結(jié)果一致[29]。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)綠空間擴(kuò)張和DEM、坡度因子的響應(yīng)變化關(guān)系中存在區(qū)間閾值，其中高程在38～60 m之間的藍(lán)綠空間擴(kuò)張概率高，坡度在0～15°之間的藍(lán)綠空間增加概率更大。這主要是由于城市內(nèi)藍(lán)綠空間的建設(shè)和分布多由政策引導(dǎo)，在以上兩類區(qū)間分布的藍(lán)綠空間易受到人類活動(dòng)的干擾。以往的研究認(rèn)為快速城市化會(huì)導(dǎo)致城市自然空間減少。但本研究表明合肥中心區(qū)藍(lán)綠空間在過去的20年間呈現(xiàn)規(guī)模增加，空間分布擴(kuò)張。高速城市化后期，中國(guó)政府重視城市環(huán)境品質(zhì)提升，鼓勵(lì)、支持城市藍(lán)綠空間恢復(fù)與發(fā)展，新增的城市藍(lán)綠空間多從城市中未利用地轉(zhuǎn)化而來，且在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平地方較高的地區(qū)尤甚。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素對(duì)于城市綠地時(shí)空演變有重要影響作用，社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的時(shí)空變化往往會(huì)導(dǎo)致綠色空間生態(tài)服務(wù)的供需發(fā)生顯著的變化。收入、受教育程度、地區(qū)財(cái)富水平等社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的水平較高時(shí)[30]，人們對(duì)于綠地等生態(tài)空間的意愿和需求往往更高。本研究中VATI對(duì)藍(lán)綠空間演變的響應(yīng)也佐證了上述觀點(diǎn)。高品質(zhì)生活水平會(huì)導(dǎo)致人們對(duì)于藍(lán)綠空間的需求加大。以往關(guān)于城市綠地演變的研究中，人均GDP被認(rèn)為是貢獻(xiàn)度最高的因子，綠地面積與城市二、三產(chǎn)增加值、GDP等呈正相關(guān)[31]。但本研究發(fā)現(xiàn)PD是影響研究區(qū)藍(lán)綠空間演變貢獻(xiàn)度最高的因子，當(dāng)PD高于2 000人/km2的閾值時(shí)，研究區(qū)的藍(lán)綠空間規(guī)模非減反增。這與前人的城市PD增長(zhǎng)與城市綠色空間面積增加的相關(guān)研究結(jié)論相近[19]。本研究認(rèn)為這與城市高質(zhì)量發(fā)展要求有關(guān)，其中人均綠化面積、綠地覆蓋率等指標(biāo)的制定促進(jìn)了城市藍(lán)綠空間規(guī)模上的提升。對(duì)于合肥這樣一個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的城市，市民對(duì)城市藍(lán)綠空間的需求也更為強(qiáng)烈。此外，優(yōu)越的地理位置、投資等資源也進(jìn)一步促進(jìn)藍(lán)綠空間的保護(hù)和發(fā)展。經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的西北部地區(qū)城市可能更多地面臨城市化壓力和資源限制。相較于自然要素，社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素對(duì)藍(lán)綠空間演變的影響往往呈現(xiàn)內(nèi)在作用。如區(qū)域經(jīng)濟(jì)總量的上升會(huì)導(dǎo)致一段時(shí)期內(nèi)快速擴(kuò)張的城市建設(shè)用地侵占藍(lán)綠空間，但同時(shí)人口總量的增加和高質(zhì)量環(huán)境需求又會(huì)促進(jìn)藍(lán)綠空間的增加，從而使城市藍(lán)綠空間在不同城市發(fā)展階段呈現(xiàn)不同的演化特征，體現(xiàn)了動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)作用，因子之間的反饋關(guān)聯(lián)復(fù)雜。此外，城市藍(lán)綠空間的演變也離不開國(guó)家政府層面規(guī)劃政策的扶持。政府和城市規(guī)劃者的決策會(huì)直接影響城市中藍(lán)綠空間的存在發(fā)展、生態(tài)效益發(fā)揮等。

4.4 可持續(xù)發(fā)展理念下藍(lán)綠空間保護(hù)與發(fā)展途徑

長(zhǎng)期以來，城市的擴(kuò)張常與藍(lán)綠空間保護(hù)相沖突。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的需求背景下，城市藍(lán)綠空間被擠占現(xiàn)象較為常見。本研究表明，2000-2020年合肥中心城區(qū)增設(shè)了大量林地等綠色空間以提升城市藍(lán)綠空間總量，未來城市藍(lán)色空間的保護(hù)壓力較大。藍(lán)綠空間格局的快速變化主要發(fā)生在2005-2010年，社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的影響使得原有的自然藍(lán)綠生態(tài)斑塊受到侵蝕。在中國(guó)城市轉(zhuǎn)型發(fā)展的大背景下，環(huán)境政策及部門監(jiān)管在城市環(huán)境問題的治理和改善上發(fā)揮重要作用，對(duì)于城市的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型及可持續(xù)發(fā)展十分重要。當(dāng)前合肥政府強(qiáng)調(diào)城市景觀風(fēng)貌構(gòu)建，這對(duì)于改善城市生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型具有重要意義。

藍(lán)綠空間是城市的生態(tài)本底，具有重要生態(tài)與社會(huì)效益。對(duì)于未來城市中心區(qū)的藍(lán)綠空間發(fā)展，不僅要積極響應(yīng)碳中和碳達(dá)峰、氣候適應(yīng)型城市等國(guó)家戰(zhàn)略與政策，還需著眼于城市空間結(jié)構(gòu)與藍(lán)綠空間形態(tài)的耦合，力爭(zhēng)藍(lán)綠空間生態(tài)績(jī)效的最大化。在城市藍(lán)綠空間可持續(xù)發(fā)展途徑上，首先要嚴(yán)守政府制定的生態(tài)保護(hù)紅線，加強(qiáng)對(duì)大蜀山、紫蓬山、巢湖等自然林地和水體的保護(hù)，控制周圍建設(shè)用地對(duì)藍(lán)綠空間的侵占，保護(hù)藍(lán)綠空間規(guī)模。其次，可以實(shí)施藍(lán)綠空間分區(qū)保護(hù)的政策，一方面針對(duì)于沿湖沿河地區(qū)，加強(qiáng)岸線保護(hù)，增加邊緣式斑塊如濱江濕地、林地的建設(shè)，合理利用巢湖沿岸的藍(lán)綠空間資源；另一方面，在建設(shè)用地密度較高的區(qū)域側(cè)重內(nèi)填式，增加點(diǎn)狀綠地、人工湖泊、池塘等人工水體景觀，并重視新增小微藍(lán)綠斑塊與城區(qū)內(nèi)已有藍(lán)綠斑塊的聯(lián)系。面對(duì)城市高質(zhì)量發(fā)展和人居環(huán)境建設(shè)需求，藍(lán)綠空間的保護(hù)發(fā)展應(yīng)避免簡(jiǎn)單的綠量擴(kuò)增，盡量減少蔓延式斑塊的出現(xiàn)，而應(yīng)促進(jìn)藍(lán)綠斑塊的集聚，形成有機(jī)的藍(lán)綠網(wǎng)絡(luò)體系。此外，從管理政策上，需要合理調(diào)整引導(dǎo)中心城區(qū)內(nèi)第二、第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的布局結(jié)構(gòu)，限制中心城區(qū)內(nèi)的建筑建設(shè)和人口密度，探究城市藍(lán)綠空間建設(shè)和城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展相結(jié)合的新模式、新政策；借助“政府—企業(yè)—個(gè)人”等多方合作，吸引城市管理者對(duì)藍(lán)綠空間保護(hù)發(fā)展方面的固定資產(chǎn)投入；進(jìn)一步完善藍(lán)綠融合發(fā)展導(dǎo)向下城市藍(lán)綠空間規(guī)劃和管理實(shí)施政策，推動(dòng)跨部門之間的合作效率。

5 結(jié)論

本研究基于遙感數(shù)據(jù)系統(tǒng)，采用多種方法分析了2000-2020年合肥中心城區(qū)藍(lán)綠空間的演變特點(diǎn)和規(guī)律，探討了城市藍(lán)綠空間的時(shí)空演變特征與模式，揭示了城市藍(lán)綠空間演變與自然及社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子間的非線性響應(yīng)關(guān)系，不僅有助于為合肥市藍(lán)綠空間規(guī)劃和相關(guān)政策的制定提供科學(xué)依據(jù)，而且能夠?yàn)楹侠砜茖W(xué)的城市藍(lán)綠空間發(fā)展、保護(hù)政策制定提供參考。本文結(jié)論如下：

（1）2000-2020年，合肥中心城區(qū)藍(lán)綠空間演變和城市發(fā)展階段關(guān)系密切，藍(lán)綠規(guī)模變化呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)階段性特征，整體規(guī)?？偭吭黾?，變化幅度劇烈，綠色空間增幅顯著高于藍(lán)色空間，藍(lán)色空間面積呈現(xiàn)先增后減再增的趨勢(shì)。藍(lán)綠空間演變方向由城區(qū)邊緣向城區(qū)內(nèi)部轉(zhuǎn)移。

（2）研究區(qū)藍(lán)綠空間擴(kuò)張模式以邊緣式為主，鄰接式次之。新增藍(lán)綠空間多聚集于大型自然藍(lán)綠斑塊周圍，2000-2020年邊緣式藍(lán)綠斑塊數(shù)量占比為32%、30.5%、48.9%、47.5%。相間型、分離型和蔓延型斑塊數(shù)量呈遞減態(tài)勢(shì)，藍(lán)綠空間的擴(kuò)張強(qiáng)度減弱。

（3）研究區(qū)藍(lán)綠空間演變受到多種因子的共同驅(qū)動(dòng)，自然要素比社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素對(duì)藍(lán)綠空間演變驅(qū)動(dòng)的解釋力更大。其中DEM、坡度、坡向是主要自然驅(qū)動(dòng)因子，PD、VATI是主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子。

受制于所選遙感數(shù)據(jù)的分辨率，本研究對(duì)于城市中心區(qū)尺度的藍(lán)綠空間識(shí)別存在一定誤差，未來研究可以結(jié)合高精度的遙感影像，更好地識(shí)別小微型藍(lán)綠空間。同時(shí)，優(yōu)化潛在驅(qū)動(dòng)因子類型或探究潛在驅(qū)動(dòng)因子之間的交互作用，有助于進(jìn)一步揭示高密度城市藍(lán)綠空間演化機(jī)制。此外，城市藍(lán)綠空間與建設(shè)空間存在此消彼長(zhǎng)、互相依存、協(xié)調(diào)發(fā)展等復(fù)雜關(guān)聯(lián)，規(guī)劃政策指導(dǎo)下的建設(shè)用地拓展模式對(duì)于藍(lán)綠空間的演變存在重要影響，未來可結(jié)合藍(lán)綠空間結(jié)構(gòu)、形態(tài)進(jìn)一步探究。本文的研究方法可為類似城市或其他國(guó)家及地區(qū)的藍(lán)綠空間擴(kuò)張模式和空間結(jié)構(gòu)演化規(guī)律提供參考。由于不同的城市的自然本底具有獨(dú)特性，城市發(fā)展水平與過程各異，在日后的研究中可以增加不同氣候帶、不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的城市藍(lán)綠空間樣本，開展對(duì)比性研究。

注：文中圖4根據(jù)參考文獻(xiàn)[27]改繪；其余圖表均由作者繪制。