綠地與城市功能空間的時空關聯特征

邵大偉 伍萱 吳殿鳴

摘要：綠地與城市功能空間具有交互促進或抑制的作用關系，該作用的空間形式及強度演化規律仍有待揭示。在15分鐘生活圈和斑塊尺度，借助規劃與土地部門的土地利用數據，利用經驗貝葉斯驗證的空間自相關和MPI、MNN指數，對南京主城區2004、2012、2017年綠地與城市功能空間的空間關聯水平進行探究。結果表明：①綠地與各功能空間的數量分布具有一定相斥性，強弱分化逐步加劇。②在15分鐘生活圈尺度，綠地與水域、交通、居住的整體空間相關性最強，與水域、交通的關聯性持續較強，與居住則具有一定滯后性。綠地與各功能空間形成綠地核心區、城市核心區和一般發展區。③在斑塊尺度，綠地與交通、居住、水域、商服的空間聚集性突出，與交通的關聯性持續加深加強，其余則有先減弱后增強的趨勢。成果可深化綠地與城市空間交互作用理論，為綠地與城市功能空間的高效協同發展、宜居美好生活環境的營造提供科學依據。

關鍵詞：綠地；城市功能空間；空間關聯；時空特征；南京

文章編號 1673-8985（2023）05-0086-06 中圖分類號 TU984 文獻標志碼 A

0 引言

綠地是穩定城市人居環境的生態基礎，承擔著協調自然要素與高度人工化地域環境、供給休閑游憩空間的重要功能。城市綠地與城市空間的發展相輔相成，在空間格局和功能服務上耦合、協同[1]。城市綠地受到交通、居住、水域等功能空間的帶動逐漸擴展，但交通密集、居住需求、水域集聚也會在一定程度上束縛、擠壓綠地的布局或生長空間。黨的十八大以來，國家高度關注綠地與城市空間關系問題，“生活空間宜居適度，生態空間山清水秀”和“增強城市宜居性”成為城市發展的基本方向，并強調綠色空間與生活活動的關聯，“強化綠地服務居民日?；顒拥墓δ?，居家附近能夠見到綠地、親近綠地” [2]。隨后，“城市雙修”、公園城市建設、黨的十九大報告都不斷強調綠地與城市空間的協同發展，以優化空間結構和布局，實現綠地高質量、高效供給，更好滿足人民群眾對美好人居環境的需求。

關于綠地與城市空間的相關研究，國外起步較早，在城市分區思想、有機疏散和田園城市等經典理論中，對城市空間的布局模式及其與綠地的品質、形態和配置關系均進行了系統思考。西方學者對城市空間擴展及內部空間演化開展了大量研究，在空間計量分析的基礎上形成了同心圓、扇形、多核等結構理論[3]；也對其中綠地與城市空間整體及不同功能空間的互動關系進行了深入揭示，如綠地環境促進郊區化的發展、不同圈層或片區的綠地分異等?，F有研究更多仍圍繞城市空間或綠地的整體演變特征、綠地與居住生活空間的互動關系及效應等[4-5]。國內分別針對綠地、城市功能空間研究形成了較為豐富的成果，也成為當前的熱點研究領域。綠地與城市功能空間研究現主要集中在兩個層面：一是靜態、整體宏觀關系和類型空間關系。劉濱誼、劉頌等[6]提出了“綠地與城市空間耦合理論”，重在理論架構、功能效應要素及因子的評價等方面，為綠地與城市空間發展明確了思路和理論基礎。姜佳怡等[7]逐漸將POI等數據引入研究中，探究功能區識別與綠地空間的關系，但均未在空間耦合演化的實證層面進一步擴展。謝念斯等[8]認為，住房、市政固定資產投資是與綠地格局演變關聯度最高的因子。也有學者針對某一類功能空間，探究其與綠地空間的關聯，如住房居住、交通可達性、市政管線、商業、水域空間等[9-13]。二是功能空間的微觀景觀規劃設計。由于綠地包含附屬綠地類型，功能空間自身對綠地也會存在內部影響，主要體現在居住區、商業、醫院、學校、道路、濱水綠地的景觀規劃設計方面[14-15]。

綠地與城市各功能空間之間的關聯關系、水平及強度尚未能有效系統探明，仍以單一功能類型為主。加之城市處于不斷進化的過程中，綠地呈現有機進化的規律[16]，綠地與城市空間的耦合也具有其自身的模式、過程、功能性，綠地與城市功能空間關聯關系的變化、演進規律也未能得到有效揭示。相關研究的缺失不利于城市綠地系統布局理論的深化，也會制約當前城市空間的綠色生態轉型、公園城市體系的構建和美好人居生活環境的供給。與此同時，當前對于城市尤其是內部空間的研究，亞米級高分辨率遙感影像、POI和手機信令等大數據資源的利用快速增加，但高分辨率影像數據在功能空間類型識別、POI和手機信令數據在面域空間提取及長時序動態規律揭示方面仍存在一定不足?；诖?，本文聚焦城市的快速擴張、穩定提質的發展階段，結合城市空間呈現出差異化的發展目標和特征，利用規劃和土地部門的城市土地利用數據，借助數量、空間關系識別、量化方法，以典型城市為例，分時段揭示綠地與城市功能空間的空間關聯特征及其規律，以期深化、拓展城市綠地空間及其耦合理論，為綠地系統的優化發展和布局調控提供科學依據，進而促進城市空間的生態轉型發展。

1 案例地選取

南京作為中國東部大城市的典型代表，具有“山水城林”的空間特色，人居環境優良。2000年以來，以主城區為主體的城市核心區進入了快速發展階段，建成區面積由201 km?增長到2018年的818 km?，增長了3.07倍，城市空間快速蔓延、重構。同期，園林綠地面積、公園面積分別由10 587 hm?和1 725 hm?增長到92 202 hm?和7 243 hm?，分別增長了7.71倍和3.20倍，園林綠地面積和代表綠地建設質量的公園面積增幅均高于城市建成區的擴展。在此背景下，綠地與城市功能空間之間存在怎樣的作用關系、又是如何演進的，亟待有效探明。本文進一步選取了南京城市發展和功能集聚的核心范圍——主城區，由城市外環線和沿江岸線所圍合（見圖1），共約243 km?。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

2000年后，中國大都市區城市空間結構發生顯著變化，城市空間擴展加劇，副城、工業園快速設立。2012年，城市空間范圍漸趨穩定，進入相對平穩和深度優化階段。為此，結合數據的可獲取性、可比性、權威性原則，選取2004、2012、2017年土地利用現狀數據，對南京市綠地和城市功能空間進行探究。為增強數據的統一性，將用地數據在1∶10 000的比例尺度下進行幾何校對和矢量化處理。

城市用地類型可有效反映城市空間的功能構成和組織關系。在國家城市用地分類標準的基礎上，針對南京市自身特點和土地分類體系，共分為綠地、公共服務、交通、居住、商服、市政服務、水域、工業生產和農業生產9類。由于附屬綠地包括在其他類型的用地空間中，難以區分和計量，因此本文中的綠地功能空間不包括附屬綠地。

2.2 研究方法

面狀要素的空間關聯關系可借助空間自相關、平均鄰近指數（Mean Proximity Index，MPI）、平均最近距離（Mean Nearest-Neighbor Distance，MNN）等進行描述?？臻g自相關一般基于空間單元進行描述，結合綠地服務距離要求和15分鐘生活圈構建導向，以1 000 m（15 min步程）網格作為觀測單元①，揭示綠地與城市功能空間的空間相關性；MPI和MNN則可從斑塊尺度進行觀測，探析空間分布的聚集特征。

（1）經驗貝葉斯修正的空間自相關分析（Spatial Autocorrelation Indicators Adjusted by Empirical Bayes）

綠地與各功能空間用地類型面積存在較大差異，尤其是綠地從幾百平方米到數平方公里，尺度分異明顯。為有效進行分析，引入經驗貝葉斯修正的空間自相關分析方法以消除方差不穩定問題，避免得出空間統計的虛假推斷[17]2061，其計算公式如下：

（2）平均鄰近指數（MPI）與平均最近距離（MNN）

在斑塊級別上，MPI為給定搜索半徑后，某斑塊的面積除以其他同類型斑塊的最近距離的平方之和除以此類型的斑塊總數。MPI能夠度量同類型斑塊間的鄰近程度及景觀的破碎程度：其值越小，表明同類型斑塊間的離散程度高或景觀破碎程度高；其值越大，表明同類型斑塊間的鄰近度高，連接性好。MNN在斑塊級別上等于從某斑塊到同類型的斑塊的最近距離之和除以具有最近距離的斑塊總數。其值越大，反映出同類型斑塊間的距離越遠，分布越離散；其值越小，說明相互之間的距離相近，呈團聚分布[20]。在斑塊級別，MPI、MNN計算公式分別為：

3 結果分析

3.1 綠地與城市功能空間的數量相關特征

綠地與城市功能空間分布在數量層面具有一定排他性，強弱分化加劇。綠地與城市各功能空間在1 km網格單元內主要呈現顯著負相關（見表1），存在非綠地功能空間便會在一定程度上限制綠地分布。其中，負相關關系最為顯著的為居住、交通、公共服務、商業服務功能空間，且在研究周期內持續增強；水域、農業生產、市政服務與綠地基本表現為隨機分布的狀態，關聯度較低，且顯著水平持續減弱。大型生態綠地斑塊多會填滿1 km的格網單元，而以居住、公共、商業服務類空間為主的單元，綠地分布面積較小、比例較低，主要呈現為鑲嵌、穿插的輔助配置形式，導致在數量層面的負相關關系較為突出。

3.2 綠地與城市功能空間的空間相關特征

數量相關性僅側重數值關系，未考量要素單元的空間位置和鄰接關系。進一步借助雙變量空間自相關方法，逐對分析綠地與城市各功能空間的空間關聯關系和水平。綠地與城市各功能空間在網格單元間呈現出極顯著的正相關關系，即存在空間集聚、強關聯的分布現象。

3.2.1 整體空間相關性

綠地與水域、交通、居住的整體空間相關性最高。2017年兩兩之間的自相關指數分別達到0.790、0.715、0.654，均通過0.01顯著水平檢驗（見表2）。相比而言，公共服務、市政服務、農業生產與綠地的空間關聯相對較低，空間關系相對疏遠。水域、交通、居住是與綠地空間關聯性最強的功能空間類型。

從時間變化來看，反映空間關聯水平的自相關指數在2004年和2012年相對較為穩定，2012年略有下降，主要受到城市向外圍擴張過程中綠地建設的滯后性影響，空間要素方面往往優先布置居住、產業、生活基本配套設施，而綠地等改善型環境設施跟進相對較慢。城市外延式發展轉向內涵式提升發展后，2017年綠地與城市功能空間的關聯性呈現出極大的增強。①水域與綠地的空間關聯始終處于最高水平，且與其他類型的差距逐漸加大，綠地“以水為伴”“藍綠交融”的空間特質較為突出。②交通空間與綠地的關聯度僅次于水域，一方面交通帶動城市空間擴展，綠地受此影響逐漸增置，道路設施也是激發居民使用、保障休閑游憩到訪的媒介。另一方面，綠地設施對道路環境也起到良好的屏障和景觀改善作用。③居住空間與綠地的關聯水平快速提升，于2017年超過工業生產空間。居住空間和工業生產空間在研究區域內呈現出“一增一減”“一進一退”的明顯變化差異，居住空間快速擴展，在河西新區、邁皋橋等古城外圍不斷蔓延，而工業生產空間則在“退二進三”的政策導向下急劇縮減。④公共服務、商業服務、市政服務、農業生產等空間一直處于中等水平，公共服務、農業生產和市政服務的變化較為平穩，商業服務空間與綠地的關聯水平提升較大，得益于生活圈的構建和居民生活消費水平的提升，購物消費、娛樂休閑等要素逐步分散、均衡布置，與綠地關系日趨緊密。

3.2.2 局部空間相關性

綠地與城市各功能空間的局部自相關冷熱點較為分明，熱點在各時段均主要集中在紫金山、玄武湖及其周邊區域（見圖2），形成綠地核心區。熱點區域表現為“東西向收縮、南北向延伸”的趨勢，主要緣于建成區在古城南北兩側的城市擴展，功能配置更加均衡。

在城市擴展過程中，古城區的綠地分布數量持續較少，處于相對劣勢地位，形成冷點的城市核心區。2004年，綠地與居住、交通、公共服務、商業服務功能空間在新街口以南地區形成雙低冷點，南京長江大橋與南京西站（原下關火車站）周邊區域也是相對冷點區域。2004年河西地區多未建設開發，除交通和公共服務具有一定配套、可與綠地較好配置外，其余均有一定的冷點區域，多出現在最為邊緣的西南部。綠地與水域、農業生產、工業生產的冷點則主要分布于古城區的南北兩側。

在經歷2012年城市逐步擴張的過渡后，2017年南京城市功能空間配置由松散轉向緊湊。①居住與綠地分布均等化增強，冷點區域有所擴展，但依然主要集中在主城區、河西新區、下關及邁皋橋等城市或城區的核心，受到高成本地租的濾出效應影響，居住、綠地相對較少。②綠地與交通空間在古城南部和河西新區南部存在較多集中的冷點區域，古城南部的夫子廟及其周邊，歷史遺跡較多，綠地與交通布局較少，聯系較弱；河西南部多為公共場館，少有大型對外交通設施。③綠地與公共服務空間的冷點由夫子廟沿護城河向西北方向的下關逐漸延伸，連片分布。在護城河水系、歷史遺跡集中地區，綠地、公共服務設施布局較為困難。④綠地與商服空間較之公共服務空間多了河西新區南部的冷點區域，其原因仍然為公共服務場館以及部分工業生產、農業生產空間分布的影響。⑤綠地與市政服務空間的冷點區域相對較少，市政服務設施的用地數量有限，面積較小，內部差異不大。⑥綠地與水域空間自相關指數較低的區域主要由城市南部邊緣區向內部收縮，2017年在夫子廟、明故宮南部形成大范圍的冷點區域，另一部分冷點主要集中在南京長江大橋與紫金山之間、玄武湖東側的區域。⑦綠地與農業生產、工業生產空間的冷點區域主要集中在古城區的南北兩側，且農業、工業生產基本形成互補的形式，同時南北部也是特殊用地、公共服務設施（河西新區）要素廣泛分布的區域。

3.3 綠地與城市功能空間的空間聚集特征

1 000 m的觀測尺度較為符合城市15分鐘生活圈尺度的構建需求，該尺度單元包含了基本的城市功能。由于城市空間尤其是綠地尺度分異現象較為突出，有必要深入斑塊層面，進一步探測其空間關聯關系。將綠地與某一功能空間看作一個關聯系統，對比相互之間的MPI和MNN，分析相互之間的空間集聚與分散格局（見表3）。

城市綠地斑塊之間由離散向團聚趨勢發展。由于需要將綠地與各功能空間看作一個整體，首先對綠地進行了單獨分析。2004、2012、2017年的MNN快速減小，分別為311.48 m、213.44 m、91.10 m，其中2004—2012年減少尤為明顯。MPI未表現出持續提高的趨勢，其指數值在2004年和2017年相當且較高，而在2012年大幅下降，鄰近性相對較低。鄰近指數需要對斑塊面積進行測算，由于2012年小尺度綠地快速增加，數量有較大程度提升，但平均面積僅為9.91 hm?，比2004年減少了一半，同時綠地斑塊數量僅為2017年的1/3，遂導致其MPI相對較低。

交通、居住、水域、商業空間是與綠地空間關聯最高的空間類型。2017年公共服務空間與綠地空間的關聯中等，與市政服務、工業生產的關聯較低。對比綠地自身經歷了空間分布集聚—分散—高度集聚、距離持續下降的變化過程，結合其與各功能空間的指數變化可判斷：交通與綠地的MPI持續提升、MNN持續下降，表明交通空間集聚擴展，且出現細化、深度關聯的特征；居住空間與綠地的集聚度提升，但MNN保持了基本穩定，表明城市擴張階段在城市范圍內的要素分布增多，兩者關聯的作用距離具有拉大趨勢，隨著小尺度綠地的均衡化布置，基本保持了原有的空間布局模式；公共服務、商業服務、市政服務、水域空間，以及農業和工業生產空間與綠地的空間關聯水平均為先下降后上升，公共服務、商業服務與綠地變化主要受到公共服務、商業服務擴張后綠地配置的滯后性影響，工農業生產與綠地則主要受制于城市工農業功能空間快速退化和集中化的影響。

4 結論與對策

4.1 主要結論

依托土地利用現狀數據，利用經驗貝葉斯驗證的空間自相關、MPI、MNN等方法，從1 km網格（15分鐘生活圈）和斑塊尺度，探究了2004、2012、2017年3個時間節點上，南京主城區綠地與城市功能空間的空間關聯關系，相關結果表明：

（1）綠地與各功能空間具有一定相斥性，并逐漸分化。就數量分布關系看，在15分鐘生活圈尺度內，綠地與各功能空間分布具有一定排斥性。綠地集中分布的區域多為山體、水域周邊坡度變化較為豐富的區域，居住、公共服務等功能空間則多會選擇地勢平坦、易于建筑布置的空間。綠地較多的單元少有其他功能空間，而其他功能空間集中的單元綠地分布相對較少。隨時間推移，強弱分化較為突出。

（2）綠地與水域、交通、居住的空間相關性最強。15分鐘生活圈尺度上，綠地與城市功能空間在各單元之間的空間集聚趨勢顯著，水域、交通、居住是與綠地的空間關聯性最強的功能空間類型。水域、交通與綠地的關聯性持續較強，居住與綠地則具有一定滯后性。隨著主城區工業生產功能的快速衰退，綠地與工業生產空間逐漸趨于脫鉤發展。

（3）綠地與各功能空間形成綠地核心區、城市核心區、一般發展區。就15分鐘生活圈尺度的局部聚集特征而言，在紫金山南北兩側和幕燕風景區形成了綠地與功能空間高關聯的綠地核心區，在新街口及其以南、河西新區、下關、邁皋橋等城市或區域中心形成低關聯的城市核心區，其余則為一般關聯強度發展區。

（4）綠地與交通、居住、水域、商服的空間聚集性突出。在斑塊尺度上，交通、居住、水域、商業空間是與綠地空間關聯最高的空間類型。綠地與交通空間聚集持續加深、加強，綠地與居住服務距離穩定，水域、商業空間與綠地則隨城市擴張先減弱，后隨著空間成熟度、完善度的提升而快速增強。15分鐘生活圈與斑塊尺度兩者規律基本一致，順序略有變化，水域有所減弱，主要受到水域尺度較大和分布集中的影響，MPI被拉低。道路交通對綠地具有一定的驅動作用，同步演化，尺度關聯性、聚集性均持續加強。其余則均有先減弱后增強的變化過程，城市先擴張，綠地與功能空間后填充。

本文在1 000 m網格和斑塊尺度觀測了綠地與城市各功能空間的關聯關系，空間規律具有尺度依賴性，在其他尺度范圍的相互關系仍需要進行有效探究；同時研究側重雙向交互影響，在綠地對城市功能空間的影響及反作用方面又具有何種特征，也需要進一步深化和拓展。

4.2 對策建議

在生態文明引領、公園城市建設、“三生空間”協同發展的背景下，為了在城市空間中積極推進綠地與各功能空間的高效耦合發展，結合本文探測的規律，可采取以下對策。

（1）強化分區分類管控對策。結合綠地核心區、城市核心區、一般發展區等空間分異規律，城市綠地核心區應持續加大管控力度，防止居住、商服等功能的過度滲透，在南北方向增加綠地以構建綠軸，并進一步鞏固東西方向綠色軸線；城市核心區應結合商服、歷史遺跡、行政辦公等功能空間，采取融合、立體化、再開發等形式，增置綠地要素；一般發展區在滿足基本生活服務設施功能的基礎上，營造良好的生態景觀環境，積極錯位發展，形成特色科教區、行政辦公區、文化場館區、濱河景觀區和農業觀光區。

（2）鞏固核心關聯邏輯鏈條。綠地在城市空間中，與交通、水域、居住、商服等空間功能的互相依仗、耦合協同，是提升綠地數量、優化布局的主要類型空間。同時，綠地對其功能空間也具有較好的促進或基礎維護作用，針對相關區域主要為城市核心區、空間相對緊湊的特點，可利用城市更新、口袋公園建設等有利政策，進一步結合交通、水域的防護緩沖區或景觀帶，以及低級別道路、水域增置口袋綠地，居住與商服空間周邊增設面向休閑游憩的中小型綠地，不斷拓展綠地與城市功能空間的互動關系。

（3）積極優化弱關聯類空間。綠地與公共服務、農業生產、工業生產等功能空間的關聯強度較弱，一方面公共服務空間內部存在可觀的綠地資源，可以適度有條件開放共享，另一方面可結合公共服務場所增置休閑文化廣場、體育健身游園；農業生產空間則可積極融入綠地系統，將主導方向轉變為觀光農業、休閑農業、采摘體驗農業；工業生產在快速縮減的同時，仍需要加強防護綠地的配置，做好隔離和緩沖防護。以此不斷增強綠地空間與上述功能空間的聯系強度，拓寬綠地的增擴路徑，充分發揮綠地的綜合效益。

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