城市功能空间对绿地格局作用效应的地理探测——以南京为例

邵大伟

吴殿鸣

城市功能空间分布与地域组合是城市功能组织在空间地域上的投影[1]。城市功能空间研究于20世纪20年代逐渐兴起，形成了柯布西耶的城市分区思想、沙里宁的有机疏散和霍华德的田园城市等经典理论[2]。随着空间计量革命的发展，西方学者对城市空间扩展及内部空间演化开展了大量研究，形成了同心圆、扇形、多核等结构理论，更多研究关注于居住、商业、交通、公共服务和工业等单一功能空间[3-4]。中国相关研究起步较晚，20世纪80年代从关注工业、居住、商业、公共服务开始，逐渐向教育、医疗、养老、娱乐等领域扩展，获得了较为丰硕的成果[5-6]，为认知城市空间及其演化规律奠定了基础。空间定量模型是其规律揭示、机制挖掘的核心手段，随着时空大数据的发展，手机信令、城市兴趣点(Point of Interest，POI)等在时间断面研究、单一或少量功能空间研究中逐渐成为主要数据来源[7-10]，但在整体、长时序研究中，规划和土地部门的土地利用数据依然是主要的数据基础。

快速城镇化带动城市建设空间急剧扩张和重构，其布局形态发生了显著变化，进一步改变了各功能空间的格局及其相互关系。绿地承担城市的核心生态功能和主要游憩功能，对城市生态安全和稳定具有决定性作用。城市绿地与以硬质灰色空间为主的居住、交通、商业等要素在城市空间中交互嵌套分布，功能上相互协同、博弈或牵制。长期以来，受经济增长、住房保障、就业需求等影响，城市绿地多处于弱势地位，其布局受到其他城市功能空间挤压或竞合的影响作用较为显著。针对多尺度嵌套、有机进化的城市绿地[11-12]，其格局研究多借助景观格局指数、分形分维和夜间灯光数据等探究其格局演化特征[13-15]；现阶段绿地研究主要围绕绿地异质化的影响机制及绿地的生态环境、身心健康等作用效应快速深化拓展。基于绿地与城市功能空间的耦合理论[16-18]，城市绿地与城市居住空间、道路交通可达性等功能空间的关系研究逐渐增多[19-20]。

然而，已有研究关注了单一功能空间与绿地的空间配置关系，但不同城市功能空间作用于城市绿地的影响水平有何差异，该种作用及差异规律又是如何发展演化等一系列问题仍难以有效解答。借助大数据的相关研究在格局动态识别、活力空间揭示等方面具有明显优势，但在长时序、全面规律探究方面也存在一定短板。在城市生态转型、公园城市大力推动“人、城、境、业”和谐统一等城市发展背景下，亟须对相关规律和机制进行有效探究。

为此，本文在理论解析的基础上，基于城市土地利用数据，聚焦2000年以来快速城镇化及中后期稳定阶段，借助空间格局识别和探测方法，揭示绿地空间分布格局，挖掘城市功能空间对绿地影响作用的水平和机制，以期为城镇化后期稳定阶段城市绿地如何与城市功能空间高效协同和互动提供理论支撑和规划依据，促进城市内部空间的健康转型和绿色可持续发展。

1 研究区域及单元尺度

1.1 研究区域

南京是我国东部大城市的典型代表，在城市布局和规划建设方面具有较好的代表性。截至2018年，南京城市人口密度1 554.98人/km2，人均拥有道路面积24.20m2，人均公园绿地面积15.47m2，设施条件在长三角和全国均处于较高水平。六朝古都南京是国家首批历史文化名城，山水城林特色突出。作为国家园林城市，南京绿地建设水平较高，各类型绿地较为丰富、完整。进一步选取主城区范围：以古城区为中心，与其逐渐扩展的新城部分和以农林用地为主的边缘区域共同构成。该区域经历的城市发展阶段完整，且人地矛盾、空间博弈最为突出。主城区由城市外环线和沿江岸线围合(图1)，面积约243km2。

图1 研究范围、绿地及单元尺度

1.2 单元尺度

国家“十三五”规划、中央城市工作会议均强调了“15分钟生活圈”的规划方向和愿景。上海较早在城市总体规划中提出：“以‘15分钟社区生活圈’作为营造社区生活的基本单元，在居民步行可达范围内，配备生活所需的基本服务功能与公共活动空间，形成安全、友好、舒适的社区生活平台”[21-22]。基于该理念，将1km(15min步行距离)方格网作为基本研究单元①(图1)，以期为优质城市生活空间规划提供科学依据。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

针对大数据在长时序获取方面的限制，本文选择规划和土地部门的用地数据作为数据源，具有较好的权威性和一致性。在尽量保证时间间隔近似的条件下，选取2000年后城镇化快速和稳定发展阶段，同时考虑到数据的可得性和比例尺度的可比性，选取2004、2012、2017年城市总体规划的土地利用现状数据进行研究。利用ArcGIS 10.5软件，在基础地理数据平台中将各年份图件导入，进行配准矢量化及校对统一，比例精度为1:10 000。

2.2 城市功能空间的类型及构成

根据《城市用地分类与规划建设用地标准》(GB 50137—2011)及南京市城市用地分类和代码标准，确定城市功能空间的类型体系和构成。除绿地外，城市功能空间主要包括居住、公共服务、商服、工业生产、交通、市政服务、水域和农业生产8类(表1)。

2.3 研究方法

基于空间统计学方法和模型的定量归因可有效揭示空间的作用关系。地理探测器(Geographical Detector)模型结合GIS空间叠加技术和几何论，可用以识别多因子之间的交互作用[23-24]，被广泛应用于空间分异影响因素方面的分析。该方法的原理是分析各因子层内方差(within strata variance)和总方差(total variance)的关系，通过空间分层异质性来探测各要素对因变量的影响作用力[25-26]。

本文利用地理探测器GeoDetector_2015的因子探测和交互探测工具，测度各功能空间对绿地格局及其增长的影响作用。其中，因变量为各网格单元相应年份的绿地面积及其增长量，自变量为各年份各功能空间面积及其增长量。具体计算公式及过程详见相关参考文献[23-26]。

3 城市绿地空间格局演化特征

绿地在研究周期内呈现出快速增长的趋势(图2)，2004、2012、2017年面积分别为26.33、28.11、50.28km2②。城市绿地在各时段呈现出不同的布局特征。

图2 基于1km网格单元的城市绿地分布及其增长格局(单位：hm2)

1)极化阶段。2004年城市绿地主要聚集分布在紫金山和玄武湖及其周边区域，形成主城区的“绿核”。在南部雨花台，东部莫愁湖-清凉山、河西滨江、阅江楼等区域也有部分绿地散布，但整体规模不大。其余区域绿地极为有限或仅有零星分布，绿地主要分布区与其他区域之间的极化现象较为突出。

2)扩散阶段。城市绿地建设在2012年得到显著加强，面积、数量和分布逐渐扩展，形成“两沿”格局：一是沿明城墙护城河向内、外部延伸；二是沿长江岸线和外环线绿地迅速增多。然而，绿地分布的环状格局尚未形成，古城区绿地面积虽然增长较为明显，但由于建设空间有限，相对古城外部仍然差距悬殊。

3)均衡阶段。2017年绿地格局的均衡性特征较为突出，环护城河游憩绿带、沿江与外环线绿带基本形成。就绝对数量而言，古城核心区及河西、迈皋桥等新城核心区绿地面积较小、分布较为分散；但就增长量来看，其绿地增长较快，2004—2017年增长幅度与古城外围(除沿长江岸线和紫金山南北部大型绿地较为集中的区域外)相当，表明在城市核心区绿地建设的挖潜力度和均衡化布局水平均较为理想。

4 城市功能空间作用效应的地理探测

4.1 主要影响因子探测

在地理探测分析过程中，首先对所有功能用地面积进行标准化处理，消除面积差异过大带来的量纲及异方差影响。对各网格单元绿地与功能空间影响因素进行Pearson相关性检验，除农用地外，均通过了置信度为0.05的检验，且多通过了0.01的置信度检验，说明因子影响作用显著，指标选取合理。

4.1.1 城市功能空间对绿地格局作用力的影响因子分析

1)交通、居住空间对绿地排斥作用力突出。交通、居住空间的作用力始终最强，且均远高于其他功能空间(表2)。高强度作用力源于二者用地面积较高、占主城区功能用地总面积的40%以上。该作用力主要体现为负向排斥作用：交通、居住用地分布较多，公共服务、市政服务、商服用地也相对丰富，导致绿地空间被严重压缩。2004—2017年，交通、居住空间对绿地分布的压力持续加大，其中交通尤为明显。交通是驱动城市空间扩张的主要动力，交通建设会带动城市功能空间生长，但绿地占比还处于相对弱势地位。

2)商服空间作用力显著提升。商服空间作用力在2004、2012年均较低，对绿地空间作用微弱；2017年达到0.251 7，仅次于交通和居住空间。商服空间作用力的增强在于城市生活消费方式的提升与发展，在1km网格单元内，商服用地面积增加，商业服务业的土地附加值和产出效益更高，致使公益性绿地空间的进一步扩展受到抑制。

3)工业、水域的绿地格局作用力渐趋衰弱。早期工业空间对城市绿地挤压作用力较强，水域在2004年对绿地促进作用力一度达到0.241 3，但工业、水域面积均在持续下降，至2017年二者作用力均仅为0.060 0，几乎对绿地格局失去了影响作用。其中，2017年工业用地面积锐减为2004年的1/4，且主要集中到了主城区北部、南部的工业园区，与绿地空间分布脱钩；水域面积基本未发生变化，仅减少约8%，表明绿地早期主要依托水域空间布局，如结合秦淮河、护城河及湖面等进行建设，但随着水域周边可建设空间的减少，绿地建设逐步远离水域空间，水域空间的作用力快速减弱。

4)公共服务、市政设施稳定提升，但作用力较弱。公共服务和市政服务空间在研究周期内面积逐步增加，作用力分别增长了2倍和6倍，2017年二者作用力相当。公共服务设施主要为文化、医疗、教育等空间类型，其本身面积较大，挤压作用力相对较强，随着城市快速扩展，对水电供给、电信、消防、环境卫生等市政设施的均衡配置要求日益提升，对绿地的竞争水平也呈现出增强趋势。

4.1.2 城市功能空间对绿地增长的影响因子分析

进一步以各功能空间的面积变化为自变量，探测其对因变量城市绿地增长的作用力。研究周期内，城市功能空间通过置信度0.05检验的有4个，作用力依次为商服＞居住＞公共服务＞交通(表2)，但作用力整体相对较小，且较为分散。对比面积数据来看，研究周期内农业用地和工业用地大幅减少，主城区外围新区建设加快，农业、工业用地在转用过程中一方面快速布置商业服务、居住空间、公共服务和交通功能，另一方面也为城市新区绿地环境的增置和优化提供了空间，这也是导致4类功能空间对绿地新增具有相对较弱正向拉动力的主要原因。

表2 城市功能空间对绿地及其增长影响作用的因子探测

2004—2012年，绿地增长受城市交通驱动，该阶段城市建设用地扩张，道路交通先行，支撑和推动了园博园、宝船遗址公园等外围绿地的快速建设，二者新增面积较为同步，而公共服务、商业等配套跟进相对滞后。2012—2017年，绿地增长的主要驱动因子为公共服务、商服和水域空间，成熟建成区内多为中小型绿地，绿化增置多与公共空间、商业空间结合，且易于与水系结合形成带状绿地。

4.2 影响因子的交互探测

交互探测结果表明，各功能空间对绿地多表现为非线性增强的交互作用类型，仅有极少量为线性增强，说明功能空间混合对绿地布局具有抑制和排斥作用。

功能空间交互作用多为非线性增强，增效强度较大的影响因子作用力指数均超过0.6。2004年，居住、工业生产、交通、水域相互作用，形成对绿地格局作用的核心体系，即塑造了在古城开发建设核心区与其外部的低开发水平建设区域之间绿地分布极为悬殊的格局，其余农业生产、公共服务、市政服务和商服功能的作用力相对较弱。2012较之2004年，交通、居住、工业生产的主要交互作用效应较为稳定，公共空间快速提升，水域互作效应降低。2017年，交通、居住、水域和公共服务功能空间成为交互作用增效强度最高的因子(表3)。因子交互作用的强度反映出城市空间结构的构成规律，居住-交通-工业生产的逻辑主线逐渐弱化，居住-交通-公共服务与生态的融合特征愈发强化，该变化一方面体现在工业空间的急剧衰退，另一方面公共服务、商服空间及其对蓝绿空间的交互作用和协同布局特征愈加突出。

表3 城市功能空间对绿地空间分布影响因素的交互作用(以2017年为例)

就对绿地面积增长的作用力而言，城市空间中存在水域时可显著激发绿地建设增长，而市政服务、工业和农业生产功能空间存在时则普遍难以促进绿地新增。居住、交通的大量分布虽然会限制绿地布局，但在二者协同公共服务、商服功能空间增长的过程中，又可以在一定程度上带动绿地增长。与此同时，工业、农业功能空间的减少对城市绿地增长表现为协同增效效应，即在二者缩减明显的区域，一定数量的工业、农业用地转化为了绿地。

5 结论与对策

5.1 主要结论

在构建分类体系的基础上，借助地理探测器方法，基于15min(1km)生活圈网格尺度，开展城市功能空间对绿地格局和增长作用效应的探究，得出如下结论。

PIGA法和传统雾化法的区别有两点：第一，不同类型加热源；第二，采用水冷铜坩埚取代了传统的陶瓷坩埚，1985年发现并将水冷铜坩埚技术引入球形钛粉的制取领域[7]。首先，PIGA法采用等离子热源从而提高了加热源的稳定性和效能，尤其对于高温金属。其次，PIGA法采用水冷铜坩埚，金属液流在与水冷铜坩埚接触时，在坩埚表面形成一层母体金属层，隔绝后续金属液流和铜坩埚壁的直接接触，提高了制备金属粉体的纯净度。

1)城市绿地格局阶段性演化特征突出。2004—2017年，城市绿地呈现出极化、扩展、均衡的阶段性格局特征。

2)交通与居住功能深刻影响了绿地发展格局。交通与居住作为城市的主导功能空间，面积占比最高，其一方面协同商服、公共服务等功能空间显著压缩了绿地布局，另一方面在向新城扩张(占用农用地)及工业用地升级改造过程中，也会一定程度上促进绿地尤其是公园绿地的新增。

3)水域空间协同可激发绿地增长。对于促进绿地增长，水域空间与其他功能空间的协同增效强度较为显著，江南城市水域丰富、保护力度增强，也易于“引水造绿”“借势生绿”。

4)城市生活服务化转型协同强化了功能空间与绿地的互作效应。2004年，主城区仍具有较强的工业生产功能，居住-交通-工业生产的布局逻辑较为突出。随着生活空间的塑造，居住与交通功能空间交互作用增强，进一步强化了与蓝绿空间等生活服务要素的关系，但多呈现为强作用、弱协调的状态。

5)生产功能退化为绿地增长腾挪了空间。农业生产空间向建设用地转换，工业生产“退二进三”，在古城区的内外部为绿地建设腾挪了大量空间，生产空间向生活、生态空间转换趋势显著。

本文聚焦绿地空间分异，揭示了不同城市功能空间的作用效应，深化了绿地与城市空间的耦合规律，可为促进绿地科学布局和城市空间的可持续发展提供借鉴。诚然，城市绿地具有多种类型、尺度，各功能空间的内部类型更为庞杂，地形地势、历史文化遗迹对绿地布局也具有较为显著的影响。因此，后续研究仍需持续深化，系统探究城市自然、文化遗产等对绿地的深层作用规律。

5.2 对策建议

1)分层构建“居住-交通-绿地”享用链。结合居住、交通对绿地的强胁迫、弱带动特征，以15min生活圈为基本单元，针对城市核心区、扩展区、外围边缘区，构建多层次、复合嵌套的绿地享用链。针对核心区居住区密集、绿地小且分散的状态，利用小尺度步行道路微循环、街巷空间微更新、居住区适度增加开放度等形式，提升服务便利性，满足日常需求；城市新扩展区域中，大中型绿地逐渐增多，借助慢行系统或公交网络，丰富居住区与绿地的联系路径，满足周期性绿地享用需求；强化城市边缘区域郊野公园、风景名胜区、体育公园等绿地与快速路的关联水平，提升对居民偶发性、周期性的服务能力。

2)借力公共服务、商服等空间促进绿地生长。公共服务、商服空间一定程度上挤占了绿地布局，但二者增长也对绿地的增长有较弱的促进作用。2类空间人群聚集度较高，应相互结合、积极扩展绿地空间，不断满足、完善功能空间服务需求。可重点利用教育文化、养老、医疗、体育等公共服务功能空间，增置教育科普型、文化宣传型公园或广场型、康养型和运动型绿地；借助综合卖场、餐饮度假、金融保险、艺术传媒和娱乐康体等商服空间，延伸建设休闲绿地、康体绿地；围绕水电暖气等供应设施，打造生态防护及隔离绿地，促进大型给排水等市政服务设施空间与大中型公园绿地相融合，将其绿地化、景观化。

3)协同水域空间构建蓝绿生态网络。利用水域对绿地增长的协同带动作用，系统梳理城区河湖水系，重点利用环护城河所形成的绿环、内外秦淮河、河西新区内原有农田水网等水域空间，做好护城河绿环的拓宽延伸和网络连接，以及沿秦淮河的滨河绿地与绿道建设，织牢、织密蓝色水域与绿地高效协同的生态和游憩网络。

4)积极补充或互补生产空间绿地。工业、农业生产性景观对绿地布局和增长的作用力极为有限，工业集中区在做好内部绿地配套的同时，还应在其外围构建缓冲、隔离绿地，严防污染扩散和意外灾害，提升城市环境品质和安全水平；农业空间退缩、绿地推进，面对“一退一进”过程中绿地设施存在的滞后补给现象，还应充分保护、利用农业生产空间的景观效益，与城市绿地形成有益补充，构建三生协同、交融的城市空间。

注释：

① 由于研究范围边界不规则，单元划分存在部分面积较小的边缘区破碎单元，剔除后共留取了252个研究单元。

② 2017年绿地面积增长幅度较大，主要是因为2017版城市绿地分类标准纳入了研究范围内区域绿地的大块郊野公园和生态保育绿地，如紫金山北麓、幕燕风景区外围和聚宝山西侧山林地，共约17.5km2。由于其面积较大且与大型公园绿地集中连片分布，因此对整体格局及机制分析影响不大。