蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間規(guī)模與格局演變特征

許 浩，金 婷，劉 偉

(南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，江蘇 南京 210037)

都市圈是指一個或多個核心城市,以及與核心城市具有緊密社會、經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的,具有一體化傾向的鄰接城鎮(zhèn)與地區(qū)構(gòu)成的圈層式結(jié)構(gòu)[1]，在我國城市化發(fā)展進(jìn)程中起承上啟下的重要作用[2-3]?？焖俪鞘谢瘶O大影響了都市圈空間格局[4]與生態(tài)環(huán)境[5-6]。蘇錫常都市圈是改革開放以后長江中下游城市化進(jìn)程最為迅速、土地利用變化最大的地區(qū)之一，區(qū)域性生態(tài)環(huán)境問題亟須重視[7-9]。2016年，《長江三角洲城市群發(fā)展規(guī)劃》中明確提出蘇錫常都市圈應(yīng)“加快生態(tài)空間修復(fù)和城鎮(zhèn)空間重塑”[10]。在2019年印發(fā)的《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》[11]中提出了一系列強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境的措施，蘇錫常都市圈面臨難得的發(fā)展機(jī)遇。

“藍(lán)綠空間”包括藍(lán)色空間和綠色空間兩類景觀空間，是構(gòu)建可持續(xù)、有彈性、適應(yīng)性強(qiáng)的城市生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵。本研究中的綠色空間指所有植被覆蓋的區(qū)域，藍(lán)色空間指區(qū)域內(nèi)的所有自然及人工水體(本研究中的藍(lán)綠空間均不區(qū)分人工與自然屬性)。藍(lán)綠空間結(jié)合能夠提高生物多樣性[12]、改善城市熱島效應(yīng)[13-15]與城市空氣質(zhì)量[16-17]，并對人類健康產(chǎn)生積極影響[18-19]。研究區(qū)域空間中的藍(lán)綠空間是探究區(qū)域性生態(tài)環(huán)境問題的切入點(diǎn)。目前，已有學(xué)者針對區(qū)域空間中的藍(lán)綠空間格局展開研究：劉瑞清等[20]利用景觀格局指數(shù)及GIS網(wǎng)格分析研究了浙江省綠地的時空變化特征；湯姚楠等[21]利用景觀格局指數(shù)及土地轉(zhuǎn)移矩陣研究了徐州城鄉(xiāng)綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)演變及其異質(zhì)性；武鵬飛等[22]利用洛倫茲曲線及基尼系數(shù)結(jié)合緩沖區(qū)分析方法研究了官廳水庫流域景觀分布的時空差異；王芳等[23]利用景觀格局指數(shù)、動態(tài)變化模型等研究方法，分析太湖流域景觀空間格局動態(tài)演變。這些研究多關(guān)注藍(lán)色或綠色單一類型空間，研究層次為區(qū)域空間整體，忽略了內(nèi)部城市藍(lán)綠空間格局演變的差異性。從當(dāng)前對蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間的相關(guān)研究[24-27]來看，也發(fā)現(xiàn)了上述問題。鑒于此，筆者從規(guī)模與景觀格局兩個角度探究蘇錫常都市圈及各城市藍(lán)綠空間時空演變特征，并提出保護(hù)策略，以期為制定國土空間規(guī)劃與保護(hù)都市圈生態(tài)環(huán)境提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

蘇錫常都市圈包括蘇州、無錫、常州3市，是我國南方重要的人口、經(jīng)濟(jì)、文化密集區(qū)，位于長江三角洲入海前的沖積平原上(119°08′～121°20′E，30°47′～32°04′N)，區(qū)域總面積17 669.79 km2。屬亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候，四季分明，雨量充沛。地形以平原為主，水網(wǎng)縱橫，湖泊眾多，水域面積占比32%，包括中國第三大淡水湖太湖；西部、東南部及太湖東北部為丘陵山區(qū)，面積占比20%。2019年蘇錫常都市圈常住人口達(dá) 2 207.74萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)38 489.1億元，人均地區(qū)生產(chǎn)總值為174 546元，是全國平均水平的2.46倍[28]。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

2003年，江蘇省正式開始建設(shè)蘇錫常都市圈，因此以2003年為起始時間來研究藍(lán)綠空間演變有一定的必要性。本研究所用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是蘇錫常都市圈2003年、2008年、2013年和2018年共4期的Landsat TM(2003年、2008年)、Landsat OLI(2013年、2018年)遙感影像數(shù)據(jù)，每期取4幅遙感影像，條帶號為118～120，行列號為38～39，為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量和較高的可比性，盡量選取影像質(zhì)量高、云覆蓋少、夏季的遙感影像。遙感數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.gscloud.cn)，空間分辨率為30 m。

在ENVI 5.3軟件支持下，經(jīng)過圖像輻射校正、幾何配準(zhǔn)、大氣校正、圖像增強(qiáng)處理、拼接與裁剪等處理，根據(jù)《國土空間調(diào)查、規(guī)劃、用途管制用地用海分類指南(試行)》[29]結(jié)合蘇錫常都市圈土地利用實(shí)際情況，將研究區(qū)土地利用類型分為耕地、林地、草地、陸地水域、建設(shè)用地、其他土地6類，得到各期的土地利用數(shù)據(jù)。為保證解譯精度，在各矢量圖中產(chǎn)生檢驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行精度檢驗(yàn)，解譯精度達(dá)85%，均達(dá)到本研究所需(圖1)。根據(jù)本研究對藍(lán)綠空間的定義，藍(lán)色空間即所提取的土地利用數(shù)據(jù)中的陸地水域，綠色空間即林地與草地。

底圖審圖號：蘇S(2020)022號。下同。

1.3研究方法

1.3.1 動態(tài)變化模型

1)動態(tài)變化幅度模型。動態(tài)變化幅度(F)反映了研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)某景觀類型變化的總體趨勢，其計算公式如下：

式中：F為某景觀類型變化幅度，Ua和Ub分別表示研究初期和末期某景觀類型的面積。

2)動態(tài)度模型。土地利用動態(tài)度(K)可以定量描述研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)某景觀類型的變化程度，對比較變化差異和預(yù)測未來變化趨勢有積極作用，其計算公式如下:

式中，T為研究時間范圍。

3)相對動態(tài)度模型。相對動態(tài)度模型可反映研究區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的景觀類型變化差異，其計算公式如下：

式中：Ka和Kb分別為研究初期及末期某區(qū)域某種景觀類型的面積；Ca和Cb分別為研究初期及末期研究區(qū)某景觀類型的面積。

1.3.2 景觀格局指數(shù)

景觀格局指數(shù)的變化可以反映景觀格局的變化，利用景觀格局指數(shù)可以定量描述景觀格局演變，結(jié)合景觀格局與景觀過程的聯(lián)系，可以更好地闡述景觀空間格局的差異性。在都市圈藍(lán)綠空間這類較大尺度的研究中，對其結(jié)構(gòu)影響最大的外力主要是城市化過程中人的活動，景觀的破碎化程度、連通度和多樣性程度是其重要的屬性特征。因此，本研究結(jié)合前人研究的經(jīng)驗(yàn)，選取斑塊密度指數(shù)(PD)、景觀形狀指數(shù)(LSI)及斑塊結(jié)合度指數(shù)(COHESION)來定量描述研究區(qū)內(nèi)藍(lán)綠空間在斑塊類型水平上各自的演變特征。此外，選取香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)及聚集度指數(shù)(AI)分析研究區(qū)內(nèi)藍(lán)綠空間在景觀水平上的動態(tài)變化規(guī)律。各指數(shù)計算公式及生態(tài)意義詳見參考文獻(xiàn)[30]。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間規(guī)模演變特征

2003年以來，隨著人類活動的增加，蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間規(guī)模也相應(yīng)產(chǎn)生變化，總體動態(tài)變化幅度為-3.52%。其中綠色空間顯著減少，綠色空間受到強(qiáng)烈干擾，面積大幅降低，動態(tài)變化幅度為-15.98%；藍(lán)色空間相對穩(wěn)定，動態(tài)變化幅度為-0.5%(圖2)。如圖2所示，2003—2018年間，蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間規(guī)模呈現(xiàn)出顯著的階段性動態(tài)變化，可將其分為2個階段，具體表現(xiàn)為：2003—2013年，蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間動態(tài)度均為負(fù)值，藍(lán)綠空間規(guī)模持續(xù)減少。其中綠色空間后5年動態(tài)度小于前5年，綠色空間減少速率變慢；藍(lán)色空間后5年動態(tài)度大于前5年，藍(lán)色空間減少速度加快。2013—2018年，蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間動態(tài)度均為正值，表明藍(lán)綠空間規(guī)模均有所增加。

圖2 2003—2018年蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間動態(tài)變化

2003—2018年間，各城市藍(lán)綠空間的總體相對動態(tài)度均為正值，說明3市的藍(lán)綠空間變化趨勢與都市圈相似，呈先減后增的階段性變化。2003—2013年，3個城市的綠色空間規(guī)模均呈負(fù)增長趨勢(表1)，相對動態(tài)度表現(xiàn)為常州>無錫>蘇州，常州綠色空間的減少較快，其減少量大于無錫，遠(yuǎn)大于蘇州，占減少總量的54.69%；2013—2018年，3個城市的綠色空間規(guī)模均呈正增長趨勢，相對動態(tài)度表現(xiàn)為常州>蘇州>無錫，常州綠色空間的增加較快，常州與無錫的藍(lán)色空間總體增加。結(jié)合表1與圖3可知，常州綠色空間的動態(tài)變化分布集中在茅山山脈、天目山余脈及長江沿岸等；藍(lán)色空間動態(tài)分布集中在金壇區(qū)西南部、溧陽北部、長蕩湖沿岸、滆湖沿岸等。蘇州綠色空間分布集中在西山、東山、大陽山、張家港段的長江沿岸及陽澄湖沿岸等；藍(lán)色空間動態(tài)變化分布廣，集中在吳江區(qū)南部、昆山南部、常熟南部、陽澄湖沿岸、澄湖沿岸、太湖沿岸、長江沿岸等。無錫綠色空間的動態(tài)變化分布集中在靈山、惠山、天目山余脈及江陰段的長江沿岸等；藍(lán)色空間集中在宜興北部、滆湖沿岸、太湖沿岸、江陰南部等。

表1 2003—2018年蘇錫常各成員城市藍(lán)綠空間動態(tài)變化

圖3 2003—2018年蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間動態(tài)變化分布

2.2 蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間景觀格局演變特征

2.2.1 類型水平

研究區(qū)4個時期藍(lán)色空間各個類型水平景觀指數(shù)均高于綠色空間(圖4)，說明藍(lán)色空間的破碎度更高，景觀形狀更為復(fù)雜，布局也更為聚集。2003—2018年，藍(lán)色空間的PD呈先減后趨于平緩的整體減少趨勢，COHESION呈先減后增的整體增加趨勢。表現(xiàn)為：2003—2013年，藍(lán)色空間的PD及COHESION均減少，2013—2018年，藍(lán)色空間的PD趨于平緩而COHESION有所增加。這表明研究區(qū)內(nèi)的藍(lán)色空間雖然受人類活動影響，但在2003—2013年景觀形狀趨于完整，分布趨于分散；在2013—2018年斑塊密度趨于穩(wěn)定，分布趨于聚集。研究區(qū)藍(lán)色空間的LSI在2003—2008年減少，在2008—2018年增加。2003—2018年，綠色空間的PD持續(xù)增加。綠色空間的LSI總體呈增加趨勢，具體表現(xiàn)為在2003—2008年減少，在2008—2018年增加。說明隨著城市化進(jìn)程加快，綠色空間受人類干擾程度加大；隨著斑塊密度的增加，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性提高，破碎化程度較大。綠色空間的COHESION整體呈減少趨勢，變化較為復(fù)雜，說明綠色空間斑塊有被其他景觀類型分割打破的趨勢，分布趨于分散。因區(qū)域規(guī)劃建設(shè)影響，綠色空間的COHESION變化不穩(wěn)定，2003—2008年與2013—2018年綠色空間均有連片趨勢。

圖4 2003—2018年蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間類型水平和景觀水平的景觀指數(shù)

結(jié)合表2可知，2003—2018年，各城市綠色空間的PD均在增加，各城市藍(lán)色空間的PD則呈整體減少趨勢，說明各城市綠色空間趨于破碎，藍(lán)色空間趨于完整。其中：常州藍(lán)色空間與綠色空間的PD較高，較蘇州、無錫更破碎，受人類干擾程度更大；蘇州藍(lán)色空間的PD總體變化幅度較大，2018年的藍(lán)色空間較2003年更為規(guī)整。蘇州綠色空間的PD較低，說明蘇州的綠色空間雖然受到人為干擾，但斑塊較無錫與常州更趨規(guī)整，破碎化程度低。研究周期內(nèi)，常州與無錫藍(lán)色空間的LSI總體呈增加趨勢，蘇州總體呈減少趨勢，說明常州與無錫的藍(lán)色空間景觀形狀趨于復(fù)雜，受人為干擾增大，蘇州的藍(lán)色空間受人為干擾減少，形狀趨于規(guī)整。各市綠色空間的LSI總體呈增加趨勢，景觀形狀均趨于復(fù)雜。其中，蘇州2003年綠色空間的LSI較高，其景觀形狀較常州、無錫兩市更為復(fù)雜。2003—2018年，常州藍(lán)色空間的COHESION總體呈減少趨勢，蘇州、無錫呈增加趨勢，說明蘇州與無錫藍(lán)色空間的連通度更高，藍(lán)色空間布局趨于聚集，常州趨于分散，常州、蘇州綠色空間的COHESION整體呈減少趨勢，無錫呈增加趨勢，且COHESION較高，說明常州、蘇州的綠色空間布局趨于分散，無錫的綠色空間斑塊趨于聚集，且較常州、蘇州更為聚集。

表2 2003—2018年蘇錫常各成員城市藍(lán)綠空間類型水平景觀指數(shù)

2.2.2 景觀水平

由景觀水平的景觀指數(shù)(圖4)可見，蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間的SHDI并不高，主要是由于藍(lán)綠空間的面積分配不均勻?qū)е?。?003—2018年，SHDI呈總體減少趨勢，說明景觀多樣性減少，景觀異質(zhì)性減弱；CONTAG呈先增后減的總體增加趨勢，說明景觀空間不斷被分割，連接性減弱，破碎化程度增加；AI呈先增后減的總體增加趨勢，藍(lán)綠空間在布局上趨于聚集(表3)。

表3 2003—2018年蘇錫常各成員城市藍(lán)綠空間景觀水平景觀指數(shù)

由表3可知，總體看各市藍(lán)綠空間的SHDI及CONTAG與都市圈藍(lán)綠空間的整體變化趨勢一致，常州與無錫藍(lán)綠空間的AI呈下降趨勢，蘇州呈上升趨勢，說明2003—2018年間，常州與無錫藍(lán)綠空間趨于分散，蘇州趨于聚集。常州藍(lán)綠空間的SHDI、CONTAG及AI總體變化幅度較大，說明2018年常州藍(lán)綠空間的景觀類型面積分布較2003年更趨均勻，景觀空間更趨于破碎與分散。蘇州藍(lán)綠空間的SHDI較低，CONTAG及AI偏高，其景觀連接性較好，景觀空間變化較為穩(wěn)定，景觀多樣性較低，整體分布更為聚集。無錫藍(lán)綠空間的景觀格局指數(shù)較為接近都市圈的整體藍(lán)綠空間指數(shù)，說明無錫市的景觀類型與蘇州、常州兩市相比較為齊全，分布較為均勻，景觀破碎化程度也較高。

3 結(jié) 論

以2003年、2008年、2013年、2018年4期遙感影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，通過計算動態(tài)變化模型及景觀格局指數(shù)，從規(guī)模與景觀格局兩個角度對蘇錫常都市圈及各成員城市2003—2018年間藍(lán)綠空間演變特征進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論。

1)藍(lán)綠空間規(guī)模變化特征：2003—2018年間，蘇錫常都市圈綠色空間先減后增，變化劇烈；藍(lán)色空間規(guī)?？傮w穩(wěn)定。綠色空間在沿山區(qū)域減少趨勢明顯，包括研究區(qū)西側(cè)的茅山山脈與太湖西側(cè)的天目山余脈、太湖東側(cè)的大陽山及研究區(qū)內(nèi)的長江東段沿岸。藍(lán)色空間在沿湖區(qū)域減少趨勢明顯，包括長蕩湖沿岸、滆湖沿岸、太湖沿岸、陽澄湖沿岸等。近15年來，蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間動態(tài)變化呈現(xiàn)出明顯的階段性特征，即2003—2013年是減少期，綠色空間減速趨緩，藍(lán)色空間持續(xù)減少；2013—2018年是增長期，綠色空間相比藍(lán)色空間增幅更大。

2)藍(lán)綠空間景觀格局變化特征：在斑塊類型水平上，研究期內(nèi)蘇錫常都市圈藍(lán)色空間的破碎度較綠色空間更高，景觀形狀更為復(fù)雜，布局也更為聚集。藍(lán)色空間復(fù)雜度及連通性均先減后增，但破碎度整體呈減少趨勢，復(fù)雜度與連通性呈增加趨勢。綠色空間破碎度持續(xù)增加，復(fù)雜度呈增加趨勢，連通性總體減少。在景觀水平上，研究期內(nèi)蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間多樣性程度總體減少，連通度、聚集度整體增加。

3)各城市藍(lán)綠空間變化特征：研究期內(nèi)蘇錫常各市的藍(lán)綠空間動態(tài)變化趨勢與整個都市圈相同，但城市間存在較大差異。常州藍(lán)綠空間的動態(tài)變化較大，蘇州次之，無錫最小。其中，常州綠色空間的變化劇烈，蘇州較為平緩。這與地形地貌有很大關(guān)系，常州溧陽及金壇有連綿的丘陵，受人為干擾較大。常州與無錫的藍(lán)色空間總體增加，蘇州減少。從斑塊水平上來看，各城市綠色空間破碎度逐年增加，常州綠色空間更為破碎。常州與蘇州綠色空間的連通度呈減少趨勢，無錫呈增加趨勢。各城市藍(lán)色空間的破碎度呈減少趨勢。常州藍(lán)色空間更為破碎，蘇州藍(lán)色空間的破碎度變化較為劇烈。常州與無錫藍(lán)色空間更趨復(fù)雜，蘇州更趨規(guī)整。常州藍(lán)色空間連通度減少，蘇州與無錫增加。從景觀水平上來看，各城市藍(lán)綠空間多樣性減少、連通度增加，常州與無錫藍(lán)綠空間趨于分散，蘇州趨于集聚。常州藍(lán)綠空間的多樣性程度、連通度及聚集度變化較為劇烈，蘇州多樣性程度較低，連通度及聚集度較高。鑒于此，對蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間格局提出如下保護(hù)策略:

其一，保護(hù)藍(lán)綠空間用地規(guī)模。2003—2018年間，蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間規(guī)模減小，綠色空間尤為明顯。因此蘇錫常都市圈應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對藍(lán)綠空間的生態(tài)管控，保護(hù)其用地規(guī)模，控制城市擴(kuò)張，對不同城市應(yīng)統(tǒng)一嚴(yán)格保護(hù)林地與生態(tài)水域，加強(qiáng)對茅山、天目山、太湖、滆湖、長蕩湖等重要藍(lán)綠空間的管控，堅(jiān)守生態(tài)保護(hù)紅線，限制各類建設(shè)項(xiàng)目占用林地與生態(tài)水域，控制河流周邊城市建設(shè)用地的開發(fā)強(qiáng)度。加強(qiáng)三市之間藍(lán)綠空間規(guī)模的落實(shí)與規(guī)劃控制和管理，協(xié)調(diào)管控長江沿岸及太湖沿岸。

其二，強(qiáng)化藍(lán)綠空間格局連通性。從研究結(jié)果來看，蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間破碎度較高，尤其綠色空間更趨破碎，連通度減少。因此應(yīng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上整合藍(lán)綠空間資源，連接內(nèi)外大型綠地、小面積零星分布的綠地、湖泊、河流等各藍(lán)綠空間，將零散的藍(lán)綠空間集中化，降低藍(lán)綠空間破碎度，提高藍(lán)綠空間的連通性。建議以太湖、滆湖、長蕩湖、陽澄湖等大型湖泊為骨架，茅山、天目山等林地為橋梁，構(gòu)建大型蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，形成山水林田湖草的生態(tài)廊道，不斷完善都市圈山水格局的連通性。

其三，實(shí)施藍(lán)綠空間分區(qū)保護(hù)政策。蘇錫常都市圈內(nèi)部藍(lán)綠空間布局不平衡，各城市、各區(qū)域藍(lán)綠空間格局變化不同。應(yīng)根據(jù)各區(qū)域生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)特征、人類活動與生態(tài)環(huán)境相互作用及環(huán)境的區(qū)域分異規(guī)律，對都市圈藍(lán)綠空間格局進(jìn)行分區(qū)保護(hù)與優(yōu)化。在高度城市化的中心城區(qū)增加點(diǎn)狀綠地以及人工湖泊、池塘等水體景觀。在城市邊緣區(qū)的藍(lán)綠空間尺度大，連續(xù)性強(qiáng)，范圍廣，應(yīng)根據(jù)它們在城市結(jié)構(gòu)中的功能與結(jié)構(gòu)重要性、景觀生態(tài)敏感性程度和使用需求，采取差異化管理策略[31]。環(huán)太湖地區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)太湖水環(huán)境治理，建設(shè)濕地自然保護(hù)區(qū)、太湖生態(tài)農(nóng)業(yè)示范區(qū)等；在長江沿岸地區(qū)，應(yīng)合理利用長江岸線資源，加強(qiáng)岸線保護(hù)，拓展江堤林帶。在西部與南部的丘陵山區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)水土保持，整治退化的生態(tài)景觀，完善自然保護(hù)區(qū)、森林公園、風(fēng)景名勝區(qū)等不同級別的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

受遙感影像分辨率的制約，本研究提取的綠色空間以林地為主，藍(lán)色空間以中大型水域?yàn)橹?，基于更高分辨率影像的蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間變化的時空演變特征有待進(jìn)一步的研究分析。未來應(yīng)進(jìn)一步對蘇錫常都市圈藍(lán)綠空間的變化趨勢進(jìn)行模擬預(yù)測。