基于城市結構視角的中國城區人口與公園綠地異速生長關系*

劉志強 翟遇陳 王俊帝，2 邵大偉

1 蘇州科技大學建筑與城市規劃學院 江蘇蘇州 215011

2 蘇州科技大學天平學院 江蘇蘇州 215009

公園綠地是城市中最優質的公共開放空間，是滿足人民日益增長的美好游憩生活需求的重要載體。公園綠地與人口相互支撐，彼此制約，探究我國城市人口數量與公園綠地面積間共同演進的復雜關系具有重要的理論和現實意義。當前，已有研究探究了公園綠地的時空分異格局、演變規律及影響機制[1]。近年來，學術界開始重視人口與公園綠地變化的相關性，通過可達性、服務效率等對人口與公園綠地的協同、匹配和失調關系[2-5]進行了大量理論探索和規律總結，但多對二者進行線性關系分析。而人口數量、公園綠地面積均呈非比例增長趨勢，鮮有研究打破已有線性規律的框架，聯動分析兩者的相互影響。

隨著生態文明建設進程的深入，市民對公園綠地高質發展提出了更高要求。公園綠地與人口在不同城市結構時空分異格局有何特征? 兩者耦合狀態如何判別? 如何協調兩者發展? 鑒于此，引入生物學領域的 “異速生長” 理論和模型探究兩者非線性關系的時空演變規律。基于異速生長理論構建1996—2016 年我國市際城區常住人口數量與公園綠地面積異速生長模型，揭示城市體系內 “人口—公園綠地” 的非線性特征，進而從不同城市結構揭示兩者相互關系及發展趨勢，為公園綠地高質發展提供理論依據。

1 研究單元、數據來源及研究方法

1.1 研究單元與數據來源

截至2016 年底，中國大陸共設地級及以上城市 301 個 (不含香港、澳門、臺灣)，根據數據可得性原則，剔除周口、綏化、河池、遵義、普洱、榆林、拉薩等21 個數據缺失城市，選取280個城市作為研究單元。本文以城區人口、公園綠地面積為主要研究指標，數據均來源于 《中國城市建設統計年鑒 (報)》。

1.2 異速生長模型

1.2.1 人口—公園綠地面積異速模型

異速生長定律是由生物學領域引入的經典理論，不僅可以用來表述個體與整體的絕對尺寸變化相關的比例差異現象[6-7]，還常用于分析城市內部不同要素之間的相對增長比率[8-10]。有研究發現，中心城市與城鎮體系之間滿足異速生長關系[11-12]，基于此理論拓展出城市人口—公園綠地面積異速生長等研究模型。城市人口—公園綠地面積異速生長模型表示為:

經等價變換可得:

式中的X、Y分別代表人口數量和公園綠地面積，a為比例系數，b為異速生長指數，是城市人口數量和公園綠地面積二者測度的分形維數之比[13]，反映城市人口—公園綠地異速生長的演化關系，異速生長定律可以將空間分布、等級結構和動態演化聯系起來[14]。

1.2.2 異速生長指數b臨界值的確定及其含義

已有研究顯示，1 為異速生長模型的生長指數臨界值。綜合研究期內人均公園綠地面積較低的現狀，且冪指數關系中只有當指數大于1 時，公園綠地增速快于人口增速，因此選取 “1” 為劃分人口—公園綠地正、負異速生長的標準[15-16]。當b＜1時，為負異速生長，城區人口擴張速度快于公園綠地擴張速度； 當b=1 時，公園綠地與城區人口同速增長； 當b＞1 時，為正異速生長，即公園綠地擴張的速度快于城區人口增加速度。

2 實證分析

2.1 基于全國宏觀的分析

借助異速生長模型對1996—2016 年我國城區人口和公園綠地進行回歸分析，得出函數關系式為Y=-0.02X1.1，即異速生長指數b=1.1。根據異速生長類型判定可知，研究期內，城區人口—公園綠地呈現正異速生長，這說明從全國宏觀尺度上，該階段公園綠地面積擴張快于城區人口擴張。在此基礎上，對不同結構城市進行探究，結果表明 (表1)，不同結構城市異速生長階段存在明顯差異，須結合各城市發展階段剖析其內在的相互關系。

表1 不同城市結構 “人口—公園綠地” 異速生長階段

2.2 基于區域的分析

根據自然地理格局等因素，將我國劃分為東、中、西 3 大地區①東部地區包括北京、天津、河北、遼寧、山東、上海、浙江、江蘇、福建、廣東、海南 11 個省級行政區； 中部地區包括山西、吉林、黑龍江、安徽、江西、河南、湖北、湖南 8 個省級行政區； 西部地區包括四川、重慶、貴州、云南、西藏、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆、廣西、內蒙古 12 個省級行政區。，空間異質性強。借助異速生長模型測算1996—2016 年的b值，呈現東部 (1.17)＞中部 (0.76)＞西部 (0.62)逐級遞減的趨勢； 進而分別測算各年份b值可知(圖1)，各地區兩者的異速生長指數均呈波動式發展關系。

圖1 1996—2016 年3 大地區城市人口與公園綠地異速生長指數變化

東部始終保持著正異速生長。東部憑借區位、政策等優勢，城市發展趨于成熟，城市結構不斷優化，用地集約發展帶來更多公園綠地的釋放；區內人口雖持續增長，但受教育程度普遍較高[17]，能對有限的綠地資源高效利用，因此公園綠地擴張明顯快于人口擴張，兩者保持非比例增長關系。西部呈現負異速生長的特征。這是由于西部的城市化進程仍處于早期階段，土地承載力及經濟不發達等因素直接制約其發展，土地集約利用程度不高，城區人口增速較土地增長速度更為迅速，而公園綠地面積增長多依托于建設用地的擴張，存在一定的滯后性，因此人口增長始終快于公園綠地增速。

2.3 基于城市規模的分析

為進一步剖析城市體系內部公園綠地擴張的差異性，選取50 萬和100 萬人口作為臨界標準，將我國城市分為大、中、小3 個等級，探討各等級城市兩者的相互關系。利用異速生長模型測算1996—2016 年的b值，呈現出中等城市 (1.3)＞大城市 (1.19)＞小城市 (0.83)依次遞減的發展格局； 在此基礎之上測算代表年份的b值可知，各等級城市均呈指數增長關系，b值持續上升(表2)。

表2 不同城市規模城區人口與公園綠地異速生長指數 (b 值)

中等規模城市呈現顯著的正異速生長特征。這類城市處于迅速發展階段，城市功能和空間結構轉型加速[18]，推動公園綠地高質發展。與大城市相比，這類型城市公園綠地發展的彈性空間更大，同時人口不斷向大城市涌入，公園綠地增速明顯快于人口增速。小城市異速生長指數b始終為各等級規模城市中最低值。這類城市前期處于城市化初級階段，更注重其他基礎建設用地的擴張。公園綠地處于低效發展階段，增速慢于人口增速，但隨著城市化進程不斷加速，城市結構優化帶來了更多的綠色發展空間，且由于該類型城市對于人口的吸引力有限，在后期公園綠地增速明顯快于人口增速。

2.4 基于人口密度的分析

為探究不同密度城市人口—公園綠地的發展關系，通過自然斷點法將其劃分為高、中、低3類②“人口密度” 沒有公認標準，是反映人口稠密和分布格局的一個指標，從世界人口度分級看，中國普遍屬于第一級別“人口密集區＞100 人/km2”，不具有顯著性。因此采用自然斷裂點法對人口密度進行自然分類，將研究單元整體劃分為3個等級，即高 (＞180 人/km2)、中等 (90～180 人/km2)和低密度城市 (＜90 人/km2)。，分別測算不同人口密度城市人口與公園綠地之間的異速生長指數b值。從1996—2016 年的b值來看，呈 “高 (1.29)＞中 (1.24)＞低密度(0.84)” 層級遞減的演變趨勢； 從不同年份測算結果來看 (表3)，各類型城市b值呈現非比例增長關系，人口密度越高，城市土地利用向集約化發展，公園綠地面積擴張越快，三者呈現強烈的正相關趨勢。

表3 不同人口密度城區人口與公園綠地異速生長指數 (b 值)

中、高密度城市保持正異速生長。中、高密度城市由于其發展趨于成熟，用地趨于集約化，為公園綠地發展提供了更多空間。這兩類城市雖然人口基數較大，但對于有限的綠地空間有較強的規劃、利用意識，整體仍保持高效的指數增長關系。低密度城市由負異速生長轉變為正異速生長，這類城市在發展初期對人口吸引力較弱，同時由于城市化進程緩慢，城市結構有待完善，對公園綠地擴張缺乏支撐作用，導致其發展緩慢，因此人口雖增長緩慢，但仍快于公園綠地的增速。近年來隨著城市發展水平不斷提高，人們對于美好生活環境的需求促使公園綠地得到大力發展，而人口 “外流” 減緩了城區人口的增速，在發展后期兩者異速生長指數不斷向理想值靠近。

2.5 基于人均建設用地面積的分析

為進一步剖析不同人均建設用地城市人口與公園綠地的異速生長關系，將人均城市建設用地面積劃分為高、中、低3 個等級。借助異速生長模型測算 1996—2016 年的b值，呈 “中等水平(1.21)＞低水平 (1.15)＞高水平 (0.85)” 的“中間高、兩端低” 的分布格局； 進一步測算不同等級城市代表年份的生長指數b值可知 (表4)，公園綠地整體保持非線性增長趨勢。

表4 不同人均建設用地面積城區人口與公園綠地異速生長特征值 (b 值)

中等水平城市呈現顯著的正異速生長特征。這類城市相較于高水平城市建設用地尚未飽和，存在更多可開發利用的土地，為公園綠地發展提供了較為充足的空間； 同時中等水平城市發展均衡，人口結構合理，公園綠地擴張能充分滿足人口增速帶來的需求。高、低水平城市均由負異速轉變為正異速生長。低水平城市人口密度較大，在發展初期公園綠地增長依賴用地擴張的被動發展模式難以為繼，人地矛盾尖銳，仍處于 “增量” 的初級發展階段； 隨著城市布局的優化調整，公園綠地增速在后期實現反超。高水平城市在前期用地發展粗放，公園綠地建設效率低下，始終慢于人口擴張速度，近年來隨著城市的不斷發展，用地趨于集約化發展，公園綠地增速明顯加快，逐漸趕上人口增速，但相比中等水平城市仍存在一定差距。

3 結論與建議

3.1 結論

1)從單一結構視角看: 從地區分析，3 大地區間城區人口與公園綠地異速生長指數由東部→中部→西部依次遞減，東部始終為正異速生長，而西部一直保持為負異速生長。從城市規模分析，異速生長指數呈現中等城市＞大城市＞小城市的發展格局，均實現了負異速向正異速生長的轉變。從人口密度分析，各類型城市異速生長指數呈現人口密度高→中→低層級遞減關系，中、高密度城市保持正異速生長，低密度城市趨于同速增長。從人均建設用地面積分析，異速生長指數呈中等水平＞低水平＞高水平的演變軌跡，中等水平城市保持正異速生長，高、低水平城市實現負→正異速生長的轉變。

2)以整體聯動視角剖析: 同一時期，小城市人均建設用地最大，但人口密度最小； 中等城市人均用地居中，但人口密度最高； 而大城市人均建設用地最小，人口密度較高。中等規模城市用地結構相對合理，具備一定經濟基礎并處于擴張階段，城市規模能與人均建設用地發展相適應。大城市擁有更多資源和優勢，雖受到有限用地的約束，人均建設用地面積也處于較低水平，但土地集約程度較高。小城市人均建設用地水平雖然較高，卻面臨人口外流的窘境，人口密度較低。

3.2 建議

1)對于 “正異速” 生長的城市，應因地制宜，走 “精明增長” 的發展道路。這類型城市規模、人均建設用地面積適中，人口與用地擴張保持合理比例，因此盡管人口密度高，公園綠地發展情況仍優于其他類型城市，但隨之帶來的 “邊界效應”①一般意義上的邊界指城市的范圍，本文引用 “邊界效應” 體現城市人口數量、公園綠地面積發展存在一個合理的發展閾值，兩者不可能無限、盲目擴張。需引起重視。當發展潛力飽和后，如何繼續使公園綠地面積保質、高效擴張以滿足人口需求，避免空間過度負載是城市未來面臨的重大挑戰。在后續的城市發展規劃以及相關政策的制定過程中，應繼續精明發展，堅持集約高效的發展模式。

2)對于趨于 “同速” “負異速” 生長的城市，應綜合城市發展階段，充分挖掘潛力。西部雖有被動的區位影響因素，但其核心原因是公園綠地低效擴張，應堅持資金的投入和政策的支持，優化城市體系和用地布局，為公園綠地提供良好發展基礎。小城市粗獷的用地擴張與人口增長速率 “失配”，應重視人口—公園綠地間的耦合關系，建立良性的人口和綠地資源循環渠道。低密度城市應加快基礎設施建設，嚴格控制其他用地擠占公園綠地空間現象； 部分大城市未來將逐漸由人口 “虹吸” 轉為 “溢出”[19]，低密度城市通過不斷提升城市發展水平吸引人口集聚刺激公園綠地擴張，既可以緩解高密度城市人口壓力，也可轉變自身公園綠地被動發展模式。高人均建設用地水平城市人口增長滯緩，缺乏推動公園綠地發展的 “內因性” 要素，應堅持 “以人為本”，改善城市品質吸引人口集聚，進而促進公園綠地增長。