基于城市结构视角的中国城区人口与公园绿地异速生长关系*

刘志强 翟遇陈 王俊帝，2 邵大伟

1 苏州科技大学建筑与城市规划学院 江苏苏州 215011

2 苏州科技大学天平学院 江苏苏州 215009

公园绿地是城市中最优质的公共开放空间，是满足人民日益增长的美好游憩生活需求的重要载体。公园绿地与人口相互支撑，彼此制约，探究我国城市人口数量与公园绿地面积间共同演进的复杂关系具有重要的理论和现实意义。当前，已有研究探究了公园绿地的时空分异格局、演变规律及影响机制[1]。近年来，学术界开始重视人口与公园绿地变化的相关性，通过可达性、服务效率等对人口与公园绿地的协同、匹配和失调关系[2-5]进行了大量理论探索和规律总结，但多对二者进行线性关系分析。而人口数量、公园绿地面积均呈非比例增长趋势，鲜有研究打破已有线性规律的框架，联动分析两者的相互影响。

随着生态文明建设进程的深入，市民对公园绿地高质发展提出了更高要求。公园绿地与人口在不同城市结构时空分异格局有何特征? 两者耦合状态如何判别? 如何协调两者发展? 鉴于此，引入生物学领域的 “异速生长” 理论和模型探究两者非线性关系的时空演变规律。基于异速生长理论构建1996—2016 年我国市际城区常住人口数量与公园绿地面积异速生长模型，揭示城市体系内 “人口—公园绿地” 的非线性特征，进而从不同城市结构揭示两者相互关系及发展趋势，为公园绿地高质发展提供理论依据。

1 研究单元、数据来源及研究方法

1.1 研究单元与数据来源

截至2016 年底，中国大陆共设地级及以上城市 301 个 (不含香港、澳门、台湾)，根据数据可得性原则，剔除周口、绥化、河池、遵义、普洱、榆林、拉萨等21 个数据缺失城市，选取280个城市作为研究单元。本文以城区人口、公园绿地面积为主要研究指标，数据均来源于 《中国城市建设统计年鉴 (报)》。

1.2 异速生长模型

1.2.1 人口—公园绿地面积异速模型

异速生长定律是由生物学领域引入的经典理论，不仅可以用来表述个体与整体的绝对尺寸变化相关的比例差异现象[6-7]，还常用于分析城市内部不同要素之间的相对增长比率[8-10]。有研究发现，中心城市与城镇体系之间满足异速生长关系[11-12]，基于此理论拓展出城市人口—公园绿地面积异速生长等研究模型。城市人口—公园绿地面积异速生长模型表示为:

经等价变换可得:

式中的X、Y分别代表人口数量和公园绿地面积，a为比例系数，b为异速生长指数，是城市人口数量和公园绿地面积二者测度的分形维数之比[13]，反映城市人口—公园绿地异速生长的演化关系，异速生长定律可以将空间分布、等级结构和动态演化联系起来[14]。

1.2.2 异速生长指数b临界值的确定及其含义

已有研究显示，1 为异速生长模型的生长指数临界值。综合研究期内人均公园绿地面积较低的现状，且幂指数关系中只有当指数大于1 时，公园绿地增速快于人口增速，因此选取 “1” 为划分人口—公园绿地正、负异速生长的标准[15-16]。当b＜1时，为负异速生长，城区人口扩张速度快于公园绿地扩张速度； 当b=1 时，公园绿地与城区人口同速增长； 当b＞1 时，为正异速生长，即公园绿地扩张的速度快于城区人口增加速度。

2 实证分析

2.1 基于全国宏观的分析

借助异速生长模型对1996—2016 年我国城区人口和公园绿地进行回归分析，得出函数关系式为Y=-0.02X1.1，即异速生长指数b=1.1。根据异速生长类型判定可知，研究期内，城区人口—公园绿地呈现正异速生长，这说明从全国宏观尺度上，该阶段公园绿地面积扩张快于城区人口扩张。在此基础上，对不同结构城市进行探究，结果表明 (表1)，不同结构城市异速生长阶段存在明显差异，须结合各城市发展阶段剖析其内在的相互关系。

表1 不同城市结构 “人口—公园绿地” 异速生长阶段

2.2 基于区域的分析

根据自然地理格局等因素，将我国划分为东、中、西 3 大地区①东部地区包括北京、天津、河北、辽宁、山东、上海、浙江、江苏、福建、广东、海南 11 个省级行政区； 中部地区包括山西、吉林、黑龙江、安徽、江西、河南、湖北、湖南 8 个省级行政区； 西部地区包括四川、重庆、贵州、云南、西藏、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆、广西、内蒙古 12 个省级行政区。，空间异质性强。借助异速生长模型测算1996—2016 年的b值，呈现东部 (1.17)＞中部 (0.76)＞西部 (0.62)逐级递减的趋势； 进而分别测算各年份b值可知(图1)，各地区两者的异速生长指数均呈波动式发展关系。

图1 1996—2016 年3 大地区城市人口与公园绿地异速生长指数变化

东部始终保持着正异速生长。东部凭借区位、政策等优势，城市发展趋于成熟，城市结构不断优化，用地集约发展带来更多公园绿地的释放；区内人口虽持续增长，但受教育程度普遍较高[17]，能对有限的绿地资源高效利用，因此公园绿地扩张明显快于人口扩张，两者保持非比例增长关系。西部呈现负异速生长的特征。这是由于西部的城市化进程仍处于早期阶段，土地承载力及经济不发达等因素直接制约其发展，土地集约利用程度不高，城区人口增速较土地增长速度更为迅速，而公园绿地面积增长多依托于建设用地的扩张，存在一定的滞后性，因此人口增长始终快于公园绿地增速。

2.3 基于城市规模的分析

为进一步剖析城市体系内部公园绿地扩张的差异性，选取50 万和100 万人口作为临界标准，将我国城市分为大、中、小3 个等级，探讨各等级城市两者的相互关系。利用异速生长模型测算1996—2016 年的b值，呈现出中等城市 (1.3)＞大城市 (1.19)＞小城市 (0.83)依次递减的发展格局； 在此基础之上测算代表年份的b值可知，各等级城市均呈指数增长关系，b值持续上升(表2)。

表2 不同城市规模城区人口与公园绿地异速生长指数 (b 值)

中等规模城市呈现显著的正异速生长特征。这类城市处于迅速发展阶段，城市功能和空间结构转型加速[18]，推动公园绿地高质发展。与大城市相比，这类型城市公园绿地发展的弹性空间更大，同时人口不断向大城市涌入，公园绿地增速明显快于人口增速。小城市异速生长指数b始终为各等级规模城市中最低值。这类城市前期处于城市化初级阶段，更注重其他基础建设用地的扩张。公园绿地处于低效发展阶段，增速慢于人口增速，但随着城市化进程不断加速，城市结构优化带来了更多的绿色发展空间，且由于该类型城市对于人口的吸引力有限，在后期公园绿地增速明显快于人口增速。

2.4 基于人口密度的分析

为探究不同密度城市人口—公园绿地的发展关系，通过自然断点法将其划分为高、中、低3类②“人口密度” 没有公认标准，是反映人口稠密和分布格局的一个指标，从世界人口度分级看，中国普遍属于第一级别“人口密集区＞100 人/km2”，不具有显著性。因此采用自然断裂点法对人口密度进行自然分类，将研究单元整体划分为3个等级，即高 (＞180 人/km2)、中等 (90～180 人/km2)和低密度城市 (＜90 人/km2)。，分别测算不同人口密度城市人口与公园绿地之间的异速生长指数b值。从1996—2016 年的b值来看，呈 “高 (1.29)＞中 (1.24)＞低密度(0.84)” 层级递减的演变趋势； 从不同年份测算结果来看 (表3)，各类型城市b值呈现非比例增长关系，人口密度越高，城市土地利用向集约化发展，公园绿地面积扩张越快，三者呈现强烈的正相关趋势。

表3 不同人口密度城区人口与公园绿地异速生长指数 (b 值)

中、高密度城市保持正异速生长。中、高密度城市由于其发展趋于成熟，用地趋于集约化，为公园绿地发展提供了更多空间。这两类城市虽然人口基数较大，但对于有限的绿地空间有较强的规划、利用意识，整体仍保持高效的指数增长关系。低密度城市由负异速生长转变为正异速生长，这类城市在发展初期对人口吸引力较弱，同时由于城市化进程缓慢，城市结构有待完善，对公园绿地扩张缺乏支撑作用，导致其发展缓慢，因此人口虽增长缓慢，但仍快于公园绿地的增速。近年来随着城市发展水平不断提高，人们对于美好生活环境的需求促使公园绿地得到大力发展，而人口 “外流” 减缓了城区人口的增速，在发展后期两者异速生长指数不断向理想值靠近。

2.5 基于人均建设用地面积的分析

为进一步剖析不同人均建设用地城市人口与公园绿地的异速生长关系，将人均城市建设用地面积划分为高、中、低3 个等级。借助异速生长模型测算 1996—2016 年的b值，呈 “中等水平(1.21)＞低水平 (1.15)＞高水平 (0.85)” 的“中间高、两端低” 的分布格局； 进一步测算不同等级城市代表年份的生长指数b值可知 (表4)，公园绿地整体保持非线性增长趋势。

表4 不同人均建设用地面积城区人口与公园绿地异速生长特征值 (b 值)

中等水平城市呈现显著的正异速生长特征。这类城市相较于高水平城市建设用地尚未饱和，存在更多可开发利用的土地，为公园绿地发展提供了较为充足的空间； 同时中等水平城市发展均衡，人口结构合理，公园绿地扩张能充分满足人口增速带来的需求。高、低水平城市均由负异速转变为正异速生长。低水平城市人口密度较大，在发展初期公园绿地增长依赖用地扩张的被动发展模式难以为继，人地矛盾尖锐，仍处于 “增量” 的初级发展阶段； 随着城市布局的优化调整，公园绿地增速在后期实现反超。高水平城市在前期用地发展粗放，公园绿地建设效率低下，始终慢于人口扩张速度，近年来随着城市的不断发展，用地趋于集约化发展，公园绿地增速明显加快，逐渐赶上人口增速，但相比中等水平城市仍存在一定差距。

3 结论与建议

3.1 结论

1)从单一结构视角看: 从地区分析，3 大地区间城区人口与公园绿地异速生长指数由东部→中部→西部依次递减，东部始终为正异速生长，而西部一直保持为负异速生长。从城市规模分析，异速生长指数呈现中等城市＞大城市＞小城市的发展格局，均实现了负异速向正异速生长的转变。从人口密度分析，各类型城市异速生长指数呈现人口密度高→中→低层级递减关系，中、高密度城市保持正异速生长，低密度城市趋于同速增长。从人均建设用地面积分析，异速生长指数呈中等水平＞低水平＞高水平的演变轨迹，中等水平城市保持正异速生长，高、低水平城市实现负→正异速生长的转变。

2)以整体联动视角剖析: 同一时期，小城市人均建设用地最大，但人口密度最小； 中等城市人均用地居中，但人口密度最高； 而大城市人均建设用地最小，人口密度较高。中等规模城市用地结构相对合理，具备一定经济基础并处于扩张阶段，城市规模能与人均建设用地发展相适应。大城市拥有更多资源和优势，虽受到有限用地的约束，人均建设用地面积也处于较低水平，但土地集约程度较高。小城市人均建设用地水平虽然较高，却面临人口外流的窘境，人口密度较低。

3.2 建议

1)对于 “正异速” 生长的城市，应因地制宜，走 “精明增长” 的发展道路。这类型城市规模、人均建设用地面积适中，人口与用地扩张保持合理比例，因此尽管人口密度高，公园绿地发展情况仍优于其他类型城市，但随之带来的 “边界效应”①一般意义上的边界指城市的范围，本文引用 “边界效应” 体现城市人口数量、公园绿地面积发展存在一个合理的发展阈值，两者不可能无限、盲目扩张。需引起重视。当发展潜力饱和后，如何继续使公园绿地面积保质、高效扩张以满足人口需求，避免空间过度负载是城市未来面临的重大挑战。在后续的城市发展规划以及相关政策的制定过程中，应继续精明发展，坚持集约高效的发展模式。

2)对于趋于 “同速” “负异速” 生长的城市，应综合城市发展阶段，充分挖掘潜力。西部虽有被动的区位影响因素，但其核心原因是公园绿地低效扩张，应坚持资金的投入和政策的支持，优化城市体系和用地布局，为公园绿地提供良好发展基础。小城市粗犷的用地扩张与人口增长速率 “失配”，应重视人口—公园绿地间的耦合关系，建立良性的人口和绿地资源循环渠道。低密度城市应加快基础设施建设，严格控制其他用地挤占公园绿地空间现象； 部分大城市未来将逐渐由人口 “虹吸” 转为 “溢出”[19]，低密度城市通过不断提升城市发展水平吸引人口集聚刺激公园绿地扩张，既可以缓解高密度城市人口压力，也可转变自身公园绿地被动发展模式。高人均建设用地水平城市人口增长滞缓，缺乏推动公园绿地发展的 “内因性” 要素，应坚持 “以人为本”，改善城市品质吸引人口集聚，进而促进公园绿地增长。