基于樣帶—地理探測器的陸橋通道沿線建制市建成區(qū)綠地率區(qū)域差異影響機(jī)理研究

徐影秋 劉志強(qiáng) 王俊帝 洪亙偉

1 樣帶自然地理梯度概況Survey of the natural geographic gradient along the transect1-1 地貌類型Landform types1-2 ≥10℃積溫Accumulated temperature≥10℃1-3 年均降水量Average annual precipitation1-4 海拔高程Altitude elevation1-5 年均溫Average annual temperature1-6 濕潤度Humidity

城市綠地是改善城市生態(tài)環(huán)境、推動城市綠色發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。建成區(qū)綠地率作為表征城市綠地建設(shè)水平的重要指標(biāo)之一，自20世紀(jì)90年代以來大幅提升。然而，不同地區(qū)自然資源稟賦、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素迥異，市域建成區(qū)綠地率異質(zhì)性和非均衡性顯著。探明建成區(qū)綠地率區(qū)域差異的影響機(jī)理，是城市綠地優(yōu)質(zhì)發(fā)展的重要前提。追溯相關(guān)研究主要分為3方面：1）測度上從三（四）大區(qū)域、省域、市域、縣域或典型城市等多尺度研究；2）機(jī)理研究多定性探索自然地理、社會經(jīng)濟(jì)等方面因素與建成區(qū)綠地率格局的相關(guān)性[1-5]；3）方法由數(shù)理統(tǒng)計向空間計量模型演變。上述研究均基于行政級別范圍，忽視了特定區(qū)域特征，且不能定量甄別影響因素的作用力，難以客觀揭示差異格局的內(nèi)在影響機(jī)理。

中國疆域廣博、綠地建設(shè)地域性強(qiáng)，如何研判不同區(qū)域建成區(qū)綠地率差異？何為導(dǎo)致區(qū)域差異的影響因素？不同因子影響的區(qū)域又該如何進(jìn)行針對性綠地建設(shè)？樣帶（transect）是沿著某主要因素形成的具一定梯度規(guī)律的帶狀地域范圍，能有效識別事物內(nèi)部差異性影響[6]。由隴海、蘭新鐵路線組成的陸橋通道，是“一帶一路”的重要一軸[7-8]，沿線形成一條具有自然地理和人文經(jīng)濟(jì)梯度分異的典型樣帶。選其進(jìn)行區(qū)域性綠地建設(shè)研究，具有典型性特征，通過廓清陸橋通道城市綠地建設(shè)分異規(guī)律，為制定城市綠地因地制宜建設(shè)政策提供科學(xué)依據(jù)。

事物空間分布均受特定自然和社會因素等影響，地理探測器（Geodetector）是度量事物空間分異性并探測其影響力的一種統(tǒng)計學(xué)方法[9-10]，能客觀揭示區(qū)域主導(dǎo)因子及多因子交互作用，已廣泛應(yīng)用于自然及社會科學(xué)領(lǐng)域。鑒于此，以陸橋通道沿線樣帶為研究范圍，在厘清其市域建成區(qū)綠地率差異基礎(chǔ)上，利用地理探測器識別近20年來建成區(qū)綠地率區(qū)域差異區(qū)域異的主導(dǎo)因素及內(nèi)在機(jī)理。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

1.1.1 樣帶概況

陸橋通道是“現(xiàn)代絲綢之路”第二亞歐大陸橋中國段的主軸線[11]，經(jīng)蘇、皖、豫、陜、甘、新6省，是橫貫中國東、中、西部最主要的鐵路。樣帶呈現(xiàn)以下特征：1）跨三級階梯，有顯著的高程、降水量等梯度（圖1）；2）作為連接三大區(qū)域的“金腰帶”，東、中、西部經(jīng)濟(jì)梯度明顯。在中國“開”字型到“八橫八縱”交通規(guī)劃中，陸橋通道成為推動中西部開發(fā)、實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)飛躍的重要引擎[12]。

表1 樣帶縣級市及以上城市一覽表（2016年）Tab.1 List of sample cities at county-level and above along the transect (2016)

表2 交互探測表達(dá)式Tab.2 Interactive detection expressions

表3 地理探測因子集Tab.3 Geographic detection index system of influencing factors

1.1.2 研究范圍和單元

為保證研究時空范圍連續(xù)性和行政區(qū)劃完整性，遵照2016年中國行政區(qū)劃調(diào)整，在陸橋通道鐵路沿線基礎(chǔ)上，以其沿線所經(jīng)6省的完整省域為范圍，縣級市及以上城市為單元、1996—2016年為時段，并對數(shù)據(jù)不全的城市進(jìn)行處理①，最終選取139個城市單元（表1）。

1.2 地理探測器

相較于傳統(tǒng)影響因素分析方法，地理探測器有3方面優(yōu)勢：1）有效探測類型變量的影響程度，包括數(shù)值型數(shù)據(jù)和定性數(shù)據(jù)；2）可檢驗單變量空間分異性，也可檢驗兩個變量空間分布的一致性；3）能探測兩因子交互作用，這是地理探測器區(qū)別于一般回歸模型的獨(dú)特優(yōu)勢，并對影響值大小排序，識別主導(dǎo)因素[13-15]。選用地理探測器因子探測和交互探測模型，綜合測算陸橋通道樣帶市域建成區(qū)綠地率區(qū)域差異的解釋力。

1）因子探測：主要探測因子對建成區(qū)綠地率區(qū)域差異的解釋程度。

2）交互探測：主要探測因子間相互作用關(guān)系（表2）。

1.3 影響因素指標(biāo)選取、數(shù)據(jù)來源和類型劃分

建成區(qū)綠地率差異成因復(fù)雜，自然環(huán)境和人類社會活動[16-18]均與其關(guān)系密切。根據(jù)科學(xué)性、可得性和可行性原則，選取3類共15個指標(biāo)構(gòu)成地理探測因子集（表3）。利用地理探測器對類型變量的探測有效性，各類因素數(shù)據(jù)來源及劃分方式見表4。1）自然環(huán)境因素有6個指標(biāo)，均賦值為類型變量。年均降水量參照中國等降水量線分為4個類型；濕潤度依照全國干濕狀況劃分為5類；海拔高程依據(jù)三大階梯劃分[19]；年均溫、日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃積溫、地貌類型均根據(jù)中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，分別總結(jié)劃分為5、4、5類。2）社會經(jīng)濟(jì)因素有8個指標(biāo)，均按自然斷裂點法分為5類，數(shù)據(jù)源自1996—1997年《城市建設(shè)統(tǒng)計年報》、1998—2016年《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒（報）》和1997—2017年《中國城市統(tǒng)計年鑒》。3）政策制度根據(jù)園林城市評價結(jié)果，將城市單元分為“是/不是”園林城市2類[20]。

2 沿線樣帶市域建成區(qū)綠地率區(qū)域差異

掌握樣帶市域建成區(qū)綠地率區(qū)域差異是判斷其分異機(jī)理的基礎(chǔ)。利用標(biāo)準(zhǔn)差（σt）、變異系數(shù)（CV）②分析建成區(qū)綠地率總體差異；采用錫爾系數(shù)（T）③進(jìn)行差異分解，廓清樣帶各區(qū)域差異貢獻(xiàn)度。

2.1 時序演變

1）沿線樣帶總體及東、中、西部市域建成區(qū)綠地率均呈穩(wěn)步上升態(tài)勢，這與其作為我國“八橫八縱”規(guī)劃的重點地帶相關(guān)。2）樣帶市域建成區(qū)綠地率區(qū)域差異明顯，呈“東—中—西”部遞減的三級梯度格局（圖2）。

2.2 區(qū)域差異

1）1996年以來樣帶建成區(qū)綠地率不均衡特征長期存在。σt變化平緩，CV下降明顯（圖3）。2）樣帶東部分異最小，中部最大。東、中、西部差異總體貢獻(xiàn)率Ta1、Ta2、Ta3（錫爾系數(shù)組內(nèi)差異）為9.83%、40.31%、27.91%，西部差異有不斷強(qiáng)化趨勢，其將是導(dǎo)致樣帶綠地建設(shè)總體差異的重要因素，究其原因：2013年西部深化改革，試點城市建成區(qū)綠地率提升導(dǎo)致兩極化嚴(yán)重（圖4）。下文將深入探測沿線樣帶城市綠地建設(shè)分異問題的影響因素。

表4 自然環(huán)境及政策制度因素指標(biāo)類型劃分表Tab.4 Classification of indicators for natural environmental/policy factors

2 樣帶及各區(qū)域市域建成區(qū)綠地率演變(1996—2016年)Evolution of the green rate of built district along the transect wholly and regionally (1996—2016)

3 樣帶市域建成區(qū)綠地率差異演變(1996—2016年)Time series evolution of green rate of built district along the transect (1996—2016)

4 樣帶市域建成區(qū)綠地率錫爾系數(shù)(1996—2016年)Theil ratio of green rate of built district along the transect (1996—2016)

3 沿線樣帶市域建成區(qū)綠地率區(qū)域差異的影響機(jī)理

3.1 影響因素地理探測

3.1.1 因子探測

1）總體探測。年均溫是樣帶市域建成區(qū)綠地率總體差異的核心影響因子（表5，圖5-1）。各類因素都發(fā)揮著不同程度影響，自然因素作用穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)因素波動變化，政策在2001年后貢獻(xiàn)較大。由于整體分析會掩蓋內(nèi)部差異性，下面進(jìn)行分區(qū)探測。

2）分區(qū)探測。①樣帶東部建成區(qū)綠地率領(lǐng)先，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢是關(guān)鍵。由于東部城市開發(fā)逐漸穩(wěn)定，后期經(jīng)濟(jì)影響力減弱，而自然因素長期性作用越發(fā)顯著，年均溫總體影響達(dá)第一。②樣帶中部建成區(qū)綠地率差異呈縮小態(tài)勢，園林城市政策是首要影響因子?？傮w上自然和社會經(jīng)濟(jì)作用較均質(zhì)，都發(fā)揮著重要影響。③年均溫對樣帶西部兩極化起最大決定作用。5個時段內(nèi)主要影響均來自自然因素。2014年后三產(chǎn)結(jié)構(gòu)開始發(fā)揮影響，成為第二核心因子（表5，圖5-2～5-4）。

3.1.2 交互探測

交互探測顯示，任意2個因子交互均表現(xiàn)為非線性加強(qiáng)或雙因子加強(qiáng)（表6）。1）年均溫與濕潤度交互影響力最大，印證了自然地理本底的先天支撐力和約束力。2）自然與社會經(jīng)濟(jì)變量有協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，“自然—經(jīng)濟(jì)—政策”因素兩兩交互明顯強(qiáng)于單一類型因素的交互力。

3.2 建成區(qū)綠地率區(qū)域差異的影響機(jī)理

1）自然的天然制約力是根源。自然地理本底奠定了樣帶建成區(qū)綠地率“東高西低”基本差異格局。自然因素表現(xiàn)出強(qiáng)烈的“短板效應(yīng)”，建成區(qū)綠地率高的多集中于樣帶東、中部水熱條件良好的平原區(qū)。事實上長期以來熱量和水分一直穩(wěn)定的作為影響綠地的最基礎(chǔ)力量[21]157，后期年均溫、海拔高程等影響力攀升也印證了這一點。

2）政策導(dǎo)向的宏觀調(diào)控是關(guān)鍵原因。在中國以政策主導(dǎo)的建設(shè)背景下，政策這只“有形的手”是調(diào)控綠地建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[22]?！耙粠б宦贰背h引領(lǐng)下的旅游、綠化等政策使陸橋通道獲得更多資金、技術(shù)等投入，但2016年樣帶西部的園林城市數(shù)量僅四成，缺少政策扶持是主要原因，并拉低其建成區(qū)綠地率。

3）經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是直接推動因素。樣帶綠地建設(shè)經(jīng)濟(jì)指向性增強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)水平是建成區(qū)綠地率區(qū)域差異的直接推動力。陸橋通道沿線形成陸橋經(jīng)濟(jì)帶，東部是經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)區(qū)域，一定的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)保證其更有能力去承擔(dān)城市綠地建設(shè)，而中、西部經(jīng)濟(jì)缺乏活力，市域間建成區(qū)綠地率極化嚴(yán)重。

表5 因子探測Tab.5 Detection of influencing factors along the transect

表6 交互探測Tab.6 Detection of interaction factors along the transect

5 樣帶及各區(qū)域影響因子貢獻(xiàn)率Contribution rate of influencing factors along the transect wholly and regionally5-1 樣帶The whole transect5-2 樣帶東部East of the transect5-3 樣帶中部Centre of the transect5-4 樣帶西部West of the transect

4）產(chǎn)業(yè)支撐、土地供給和基礎(chǔ)設(shè)施是外部主導(dǎo)動力。產(chǎn)業(yè)是基礎(chǔ)，土地是基本立地條件，設(shè)施建設(shè)是抓手。①產(chǎn)業(yè)調(diào)整推動綠地發(fā)展，這也解釋了克拉瑪依等自然承載力低的城市建成區(qū)綠地率提升的原因。②土地反映城市綠地建設(shè)的潛力，中國“增量”綠地建設(shè)方式?jīng)Q定其依托建成區(qū)面積而發(fā)展的模式。③基礎(chǔ)設(shè)施和可達(dá)性建設(shè)能拉動建成區(qū)綠地率增長。

5）區(qū)域特定要素是重要影響因素。在樣帶分區(qū)域探測中：①東部建成區(qū)綠地率均較高，園林綠化投資有正向促進(jìn)作用；②中部對用地規(guī)模表現(xiàn)出較強(qiáng)依賴性[23]25；③人口決定力僅在樣帶西部得到體現(xiàn)，20世紀(jì)末在“鼓勵中小城市發(fā)展”背景下人口涌入西部促其建成區(qū)綠地率提升[21]157，但自然因素未來仍會是產(chǎn)生差異的根本因素。

4 結(jié)論與對策

4.1 結(jié)論

當(dāng)前城市綠地建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入由重量向量質(zhì)并舉的新時期[24]，利用地理探測器宏觀把握1996—2016年陸橋通道沿線樣帶市域建成區(qū)綠地率分異問題根源和作用機(jī)理，為不同自然和經(jīng)濟(jì)區(qū)位的城市綠地建設(shè)提供參考。主要結(jié)論如下：

1）區(qū)域差異測度表明，樣帶市域建成區(qū)綠地率存在明顯的時空分異，總體水平呈“東—中—西”部遞減的梯度特征。樣帶分異呈現(xiàn)東西部兩頭高、中部低的“U”型格局，自然條件優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)水平高的東部樣帶綠地建設(shè)最為均衡，西部分異成為建成區(qū)綠地率區(qū)域差異的重要原因。

2）因子和交互探測顯示，樣帶城市綠地建設(shè)差異是“自然—經(jīng)濟(jì)—政策”多因素非線性耦合作用的結(jié)果，自然因素起根本性作用且長期穩(wěn)定，突出表現(xiàn)為年均溫；經(jīng)濟(jì)—政策方面園林城市政策、人均二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值為主要解釋力。分區(qū)探測顯示園林綠化固定資產(chǎn)投入占比、人均建設(shè)用地面積和人口密度的影響分別在東、中、西部得到較大體現(xiàn)。

3）樣帶市域建成區(qū)綠地率區(qū)域差異是自然環(huán)境、政策導(dǎo)向、經(jīng)濟(jì)水平、產(chǎn)業(yè)支撐、土地供給和設(shè)施建設(shè)等共同作用的結(jié)果。①自然環(huán)境起基礎(chǔ)支撐作用，樣帶自然梯度奠定了全局性、穩(wěn)定性影響。②政策是“有形的手”，引導(dǎo)宏觀調(diào)控。③樣帶形成一定梯度的陸橋經(jīng)濟(jì)帶，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)是直接推動力。④產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、土地供給和基礎(chǔ)設(shè)施是區(qū)域差異的外部主導(dǎo)動力。

4.2 對策

自然地理是樣帶市域建成區(qū)綠地率分異的基礎(chǔ)和根源，城市綠地建設(shè)應(yīng)尊重自然地域客觀差異規(guī)律。政策引導(dǎo)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展是調(diào)控重點，應(yīng)發(fā)揮政策關(guān)鍵引領(lǐng)作用，以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為推手，通過產(chǎn)業(yè)、用地和設(shè)施等外部手段共同提升城市綠地建設(shè)水平。此外，針對特定區(qū)域，應(yīng)依據(jù)主要影響力分類施治、因“市”制宜。①綠化投資型：東部綠地建設(shè)和城市融合度高，適當(dāng)加大綠化財政補(bǔ)貼優(yōu)化發(fā)展。②用地依賴型：中部作為樣帶“雙向支撐點”[23]24，應(yīng)發(fā)揮用地規(guī)模的優(yōu)勢集聚效應(yīng)實現(xiàn)綠地增長與建設(shè)用地脫鉤。③自然制約型：以產(chǎn)業(yè)綠色化為抓手，通過陸路通道“以線帶片”開發(fā)西部第三產(chǎn)業(yè)，拉動建成區(qū)綠地率提升。

值得一提的是，研究一定程度上拓展城市綠地建設(shè)水平差異、機(jī)理研究的思路，為風(fēng)景園林學(xué)科提供了新的方法支撐。樣帶能打破行政區(qū)劃壁壘，對揭示梯度差異因素具顯著作用；地理探測器實現(xiàn)了對自然地理環(huán)境影響程度的定量、精準(zhǔn)呈現(xiàn)，并探測“自然—經(jīng)濟(jì)—政策”多維因素的綜合影響程度，進(jìn)而由“面”及“點”、為不同區(qū)域和不同發(fā)展階段的城市綠地建設(shè)提供針對性調(diào)控措施。當(dāng)然，地理探測器也有一些局限，如指標(biāo)代入時，自變量須為類型量、每個分層中要求至少有兩個樣本點等。另外，城市綠地建設(shè)因素復(fù)雜，后期可進(jìn)一步考慮環(huán)保、法律等影響，近年來教育對“綠色”意識提高、綠地建設(shè)影響也不可忽視。

注釋(Notes)：

① 本文“建成區(qū)綠地率”是建成區(qū)綠地面積占建成區(qū)面積的比重，公式為：建成區(qū)綠地率=建成區(qū)綠地面積/建成區(qū)面積x100%。數(shù)據(jù)源于住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《城市建設(shè)統(tǒng)計年報》（1996—1997）、《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年報》（1998—2005）和《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》（2006—2016），缺少某年份數(shù)值的城市，均采用該城市前后兩年數(shù)值平均值替代。研究單元剔除了定西、隴南等11個數(shù)據(jù)缺失較多的城市。

② 標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)可消除單位和平均數(shù)不同對結(jié)果的影響。標(biāo)準(zhǔn)差（σt）能反映絕對差異程度，指樣本中各變量值與其平均值離差平方和平均值的算術(shù)平方根。變異系數(shù)（CV）能反映相對差異程度，值用樣本標(biāo)準(zhǔn)差除以平均值。

③ 根據(jù)錫爾系數(shù)（T）原理，將T分解為樣帶東、中、西部的城市組內(nèi)差異Ta和組間差異Tb，具體參考劉志強(qiáng)等對錫爾系數(shù)差異分解的運(yùn)用，見參考文獻(xiàn)[1]。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

圖1來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心；圖2～5均由徐影秋進(jìn)行數(shù)據(jù)測算和繪制；表1樣帶各省城市單元和地區(qū)劃分依據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2016年《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》，各城市的位置坐標(biāo)和行政邊界數(shù)據(jù)取自國家基礎(chǔ)地理信息中心1∶400萬數(shù)據(jù)庫的行政區(qū)圖；表2具體參考王勁峰等地理探測器原理介紹，參考文獻(xiàn)[10]；表3、4自然環(huán)境因素來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，社會經(jīng)濟(jì)因素數(shù)據(jù)來自1996—2016年《（中國）城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒（報）》和1997—2017年《中國城市統(tǒng)計年鑒》，政策制度因素依據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部園林城市評價結(jié)果，間接數(shù)據(jù)由徐影秋整理計算，并根據(jù)研究需要整理劃分主要類型；表5、6均由徐影秋進(jìn)行數(shù)據(jù)測算和繪制。