苏锡常都市圈蓝绿空间规模与格局演变特征

许 浩，金 婷，刘 伟

(南京林业大学风景园林学院，江苏 南京 210037)

都市圈是指一个或多个核心城市,以及与核心城市具有紧密社会、经济联系的,具有一体化倾向的邻接城镇与地区构成的圈层式结构[1]，在我国城市化发展进程中起承上启下的重要作用[2-3]。快速城市化极大影响了都市圈空间格局[4]与生态环境[5-6]。苏锡常都市圈是改革开放以后长江中下游城市化进程最为迅速、土地利用变化最大的地区之一，区域性生态环境问题亟须重视[7-9]。2016年，《长江三角洲城市群发展规划》中明确提出苏锡常都市圈应“加快生态空间修复和城镇空间重塑”[10]。在2019年印发的《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》[11]中提出了一系列强化生态环境的措施，苏锡常都市圈面临难得的发展机遇。

“蓝绿空间”包括蓝色空间和绿色空间两类景观空间，是构建可持续、有弹性、适应性强的城市生态系统的关键。本研究中的绿色空间指所有植被覆盖的区域，蓝色空间指区域内的所有自然及人工水体(本研究中的蓝绿空间均不区分人工与自然属性)。蓝绿空间结合能够提高生物多样性[12]、改善城市热岛效应[13-15]与城市空气质量[16-17]，并对人类健康产生积极影响[18-19]。研究区域空间中的蓝绿空间是探究区域性生态环境问题的切入点。目前，已有学者针对区域空间中的蓝绿空间格局展开研究：刘瑞清等[20]利用景观格局指数及GIS网格分析研究了浙江省绿地的时空变化特征；汤姚楠等[21]利用景观格局指数及土地转移矩阵研究了徐州城乡绿地生态网络演变及其异质性；武鹏飞等[22]利用洛伦兹曲线及基尼系数结合缓冲区分析方法研究了官厅水库流域景观分布的时空差异；王芳等[23]利用景观格局指数、动态变化模型等研究方法，分析太湖流域景观空间格局动态演变。这些研究多关注蓝色或绿色单一类型空间，研究层次为区域空间整体，忽略了内部城市蓝绿空间格局演变的差异性。从当前对苏锡常都市圈蓝绿空间的相关研究[24-27]来看，也发现了上述问题。鉴于此，笔者从规模与景观格局两个角度探究苏锡常都市圈及各城市蓝绿空间时空演变特征，并提出保护策略，以期为制定国土空间规划与保护都市圈生态环境提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

苏锡常都市圈包括苏州、无锡、常州3市，是我国南方重要的人口、经济、文化密集区，位于长江三角洲入海前的冲积平原上(119°08′～121°20′E，30°47′～32°04′N)，区域总面积17 669.79 km2。属亚热带季风海洋性气候，四季分明，雨量充沛。地形以平原为主，水网纵横，湖泊众多，水域面积占比32%，包括中国第三大淡水湖太湖；西部、东南部及太湖东北部为丘陵山区，面积占比20%。2019年苏锡常都市圈常住人口达 2 207.74万人，地区生产总值达38 489.1亿元，人均地区生产总值为174 546元，是全国平均水平的2.46倍[28]。

1.2 数据来源及处理

2003年，江苏省正式开始建设苏锡常都市圈，因此以2003年为起始时间来研究蓝绿空间演变有一定的必要性。本研究所用的基础数据是苏锡常都市圈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)遥感影像数据，每期取4幅遥感影像，条带号为118～120，行列号为38～39，为保证数据质量和较高的可比性，尽量选取影像质量高、云覆盖少、夏季的遥感影像。遥感数据来自中国科学院科学数据中心(http://www.gscloud.cn)，空间分辨率为30 m。

在ENVI 5.3软件支持下，经过图像辐射校正、几何配准、大气校正、图像增强处理、拼接与裁剪等处理，根据《国土空间调查、规划、用途管制用地用海分类指南(试行)》[29]结合苏锡常都市圈土地利用实际情况，将研究区土地利用类型分为耕地、林地、草地、陆地水域、建设用地、其他土地6类，得到各期的土地利用数据。为保证解译精度，在各矢量图中产生检验点进行精度检验，解译精度达85%，均达到本研究所需(图1)。根据本研究对蓝绿空间的定义，蓝色空间即所提取的土地利用数据中的陆地水域，绿色空间即林地与草地。

底图审图号：苏S(2020)022号。下同。

1.3研究方法

1.3.1 动态变化模型

1)动态变化幅度模型。动态变化幅度(F)反映了研究区一定时间范围内某景观类型变化的总体趋势，其计算公式如下：

式中：F为某景观类型变化幅度，Ua和Ub分别表示研究初期和末期某景观类型的面积。

2)动态度模型。土地利用动态度(K)可以定量描述研究区一定时间范围内某景观类型的变化程度，对比较变化差异和预测未来变化趋势有积极作用，其计算公式如下:

式中，T为研究时间范围。

3)相对动态度模型。相对动态度模型可反映研究区内不同区域的景观类型变化差异，其计算公式如下：

式中：Ka和Kb分别为研究初期及末期某区域某种景观类型的面积；Ca和Cb分别为研究初期及末期研究区某景观类型的面积。

1.3.2 景观格局指数

景观格局指数的变化可以反映景观格局的变化，利用景观格局指数可以定量描述景观格局演变，结合景观格局与景观过程的联系，可以更好地阐述景观空间格局的差异性。在都市圈蓝绿空间这类较大尺度的研究中，对其结构影响最大的外力主要是城市化过程中人的活动，景观的破碎化程度、连通度和多样性程度是其重要的属性特征。因此，本研究结合前人研究的经验，选取斑块密度指数(PD)、景观形状指数(LSI)及斑块结合度指数(COHESION)来定量描述研究区内蓝绿空间在斑块类型水平上各自的演变特征。此外，选取香农多样性指数(SHDI)、蔓延度指数(CONTAG)及聚集度指数(AI)分析研究区内蓝绿空间在景观水平上的动态变化规律。各指数计算公式及生态意义详见参考文献[30]。

2 结果与分析

2.1 苏锡常都市圈蓝绿空间规模演变特征

2003年以来，随着人类活动的增加，苏锡常都市圈蓝绿空间规模也相应产生变化，总体动态变化幅度为-3.52%。其中绿色空间显著减少，绿色空间受到强烈干扰，面积大幅降低，动态变化幅度为-15.98%；蓝色空间相对稳定，动态变化幅度为-0.5%(图2)。如图2所示，2003—2018年间，苏锡常都市圈蓝绿空间规模呈现出显著的阶段性动态变化，可将其分为2个阶段，具体表现为：2003—2013年，苏锡常都市圈蓝绿空间动态度均为负值，蓝绿空间规模持续减少。其中绿色空间后5年动态度小于前5年，绿色空间减少速率变慢；蓝色空间后5年动态度大于前5年，蓝色空间减少速度加快。2013—2018年，苏锡常都市圈蓝绿空间动态度均为正值，表明蓝绿空间规模均有所增加。

图2 2003—2018年苏锡常都市圈蓝绿空间动态变化

2003—2018年间，各城市蓝绿空间的总体相对动态度均为正值，说明3市的蓝绿空间变化趋势与都市圈相似，呈先减后增的阶段性变化。2003—2013年，3个城市的绿色空间规模均呈负增长趋势(表1)，相对动态度表现为常州>无锡>苏州，常州绿色空间的减少较快，其减少量大于无锡，远大于苏州，占减少总量的54.69%；2013—2018年，3个城市的绿色空间规模均呈正增长趋势，相对动态度表现为常州>苏州>无锡，常州绿色空间的增加较快，常州与无锡的蓝色空间总体增加。结合表1与图3可知，常州绿色空间的动态变化分布集中在茅山山脉、天目山余脉及长江沿岸等；蓝色空间动态分布集中在金坛区西南部、溧阳北部、长荡湖沿岸、滆湖沿岸等。苏州绿色空间分布集中在西山、东山、大阳山、张家港段的长江沿岸及阳澄湖沿岸等；蓝色空间动态变化分布广，集中在吴江区南部、昆山南部、常熟南部、阳澄湖沿岸、澄湖沿岸、太湖沿岸、长江沿岸等。无锡绿色空间的动态变化分布集中在灵山、惠山、天目山余脉及江阴段的长江沿岸等；蓝色空间集中在宜兴北部、滆湖沿岸、太湖沿岸、江阴南部等。

表1 2003—2018年苏锡常各成员城市蓝绿空间动态变化

图3 2003—2018年苏锡常都市圈蓝绿空间动态变化分布

2.2 苏锡常都市圈蓝绿空间景观格局演变特征

2.2.1 类型水平

研究区4个时期蓝色空间各个类型水平景观指数均高于绿色空间(图4)，说明蓝色空间的破碎度更高，景观形状更为复杂，布局也更为聚集。2003—2018年，蓝色空间的PD呈先减后趋于平缓的整体减少趋势，COHESION呈先减后增的整体增加趋势。表现为：2003—2013年，蓝色空间的PD及COHESION均减少，2013—2018年，蓝色空间的PD趋于平缓而COHESION有所增加。这表明研究区内的蓝色空间虽然受人类活动影响，但在2003—2013年景观形状趋于完整，分布趋于分散；在2013—2018年斑块密度趋于稳定，分布趋于聚集。研究区蓝色空间的LSI在2003—2008年减少，在2008—2018年增加。2003—2018年，绿色空间的PD持续增加。绿色空间的LSI总体呈增加趋势，具体表现为在2003—2008年减少，在2008—2018年增加。说明随着城市化进程加快，绿色空间受人类干扰程度加大；随着斑块密度的增加，结构复杂性提高，破碎化程度较大。绿色空间的COHESION整体呈减少趋势，变化较为复杂，说明绿色空间斑块有被其他景观类型分割打破的趋势，分布趋于分散。因区域规划建设影响，绿色空间的COHESION变化不稳定，2003—2008年与2013—2018年绿色空间均有连片趋势。

图4 2003—2018年苏锡常都市圈蓝绿空间类型水平和景观水平的景观指数

结合表2可知，2003—2018年，各城市绿色空间的PD均在增加，各城市蓝色空间的PD则呈整体减少趋势，说明各城市绿色空间趋于破碎，蓝色空间趋于完整。其中：常州蓝色空间与绿色空间的PD较高，较苏州、无锡更破碎，受人类干扰程度更大；苏州蓝色空间的PD总体变化幅度较大，2018年的蓝色空间较2003年更为规整。苏州绿色空间的PD较低，说明苏州的绿色空间虽然受到人为干扰，但斑块较无锡与常州更趋规整，破碎化程度低。研究周期内，常州与无锡蓝色空间的LSI总体呈增加趋势，苏州总体呈减少趋势，说明常州与无锡的蓝色空间景观形状趋于复杂，受人为干扰增大，苏州的蓝色空间受人为干扰减少，形状趋于规整。各市绿色空间的LSI总体呈增加趋势，景观形状均趋于复杂。其中，苏州2003年绿色空间的LSI较高，其景观形状较常州、无锡两市更为复杂。2003—2018年，常州蓝色空间的COHESION总体呈减少趋势，苏州、无锡呈增加趋势，说明苏州与无锡蓝色空间的连通度更高，蓝色空间布局趋于聚集，常州趋于分散，常州、苏州绿色空间的COHESION整体呈减少趋势，无锡呈增加趋势，且COHESION较高，说明常州、苏州的绿色空间布局趋于分散，无锡的绿色空间斑块趋于聚集，且较常州、苏州更为聚集。

表2 2003—2018年苏锡常各成员城市蓝绿空间类型水平景观指数

2.2.2 景观水平

由景观水平的景观指数(图4)可见，苏锡常都市圈蓝绿空间的SHDI并不高，主要是由于蓝绿空间的面积分配不均匀导致。在2003—2018年，SHDI呈总体减少趋势，说明景观多样性减少，景观异质性减弱；CONTAG呈先增后减的总体增加趋势，说明景观空间不断被分割，连接性减弱，破碎化程度增加；AI呈先增后减的总体增加趋势，蓝绿空间在布局上趋于聚集(表3)。

表3 2003—2018年苏锡常各成员城市蓝绿空间景观水平景观指数

由表3可知，总体看各市蓝绿空间的SHDI及CONTAG与都市圈蓝绿空间的整体变化趋势一致，常州与无锡蓝绿空间的AI呈下降趋势，苏州呈上升趋势，说明2003—2018年间，常州与无锡蓝绿空间趋于分散，苏州趋于聚集。常州蓝绿空间的SHDI、CONTAG及AI总体变化幅度较大，说明2018年常州蓝绿空间的景观类型面积分布较2003年更趋均匀，景观空间更趋于破碎与分散。苏州蓝绿空间的SHDI较低，CONTAG及AI偏高，其景观连接性较好，景观空间变化较为稳定，景观多样性较低，整体分布更为聚集。无锡蓝绿空间的景观格局指数较为接近都市圈的整体蓝绿空间指数，说明无锡市的景观类型与苏州、常州两市相比较为齐全，分布较为均匀，景观破碎化程度也较高。

3 结 论

以2003年、2008年、2013年、2018年4期遥感影像数据为数据源，通过计算动态变化模型及景观格局指数，从规模与景观格局两个角度对苏锡常都市圈及各成员城市2003—2018年间蓝绿空间演变特征进行分析，得到以下结论。

1)蓝绿空间规模变化特征：2003—2018年间，苏锡常都市圈绿色空间先减后增，变化剧烈；蓝色空间规模总体稳定。绿色空间在沿山区域减少趋势明显，包括研究区西侧的茅山山脉与太湖西侧的天目山余脉、太湖东侧的大阳山及研究区内的长江东段沿岸。蓝色空间在沿湖区域减少趋势明显，包括长荡湖沿岸、滆湖沿岸、太湖沿岸、阳澄湖沿岸等。近15年来，苏锡常都市圈蓝绿空间动态变化呈现出明显的阶段性特征，即2003—2013年是减少期，绿色空间减速趋缓，蓝色空间持续减少；2013—2018年是增长期，绿色空间相比蓝色空间增幅更大。

2)蓝绿空间景观格局变化特征：在斑块类型水平上，研究期内苏锡常都市圈蓝色空间的破碎度较绿色空间更高，景观形状更为复杂，布局也更为聚集。蓝色空间复杂度及连通性均先减后增，但破碎度整体呈减少趋势，复杂度与连通性呈增加趋势。绿色空间破碎度持续增加，复杂度呈增加趋势，连通性总体减少。在景观水平上，研究期内苏锡常都市圈蓝绿空间多样性程度总体减少，连通度、聚集度整体增加。

3)各城市蓝绿空间变化特征：研究期内苏锡常各市的蓝绿空间动态变化趋势与整个都市圈相同，但城市间存在较大差异。常州蓝绿空间的动态变化较大，苏州次之，无锡最小。其中，常州绿色空间的变化剧烈，苏州较为平缓。这与地形地貌有很大关系，常州溧阳及金坛有连绵的丘陵，受人为干扰较大。常州与无锡的蓝色空间总体增加，苏州减少。从斑块水平上来看，各城市绿色空间破碎度逐年增加，常州绿色空间更为破碎。常州与苏州绿色空间的连通度呈减少趋势，无锡呈增加趋势。各城市蓝色空间的破碎度呈减少趋势。常州蓝色空间更为破碎，苏州蓝色空间的破碎度变化较为剧烈。常州与无锡蓝色空间更趋复杂，苏州更趋规整。常州蓝色空间连通度减少，苏州与无锡增加。从景观水平上来看，各城市蓝绿空间多样性减少、连通度增加，常州与无锡蓝绿空间趋于分散，苏州趋于集聚。常州蓝绿空间的多样性程度、连通度及聚集度变化较为剧烈，苏州多样性程度较低，连通度及聚集度较高。鉴于此，对苏锡常都市圈蓝绿空间格局提出如下保护策略:

其一，保护蓝绿空间用地规模。2003—2018年间，苏锡常都市圈蓝绿空间规模减小，绿色空间尤为明显。因此苏锡常都市圈应进一步加强对蓝绿空间的生态管控，保护其用地规模，控制城市扩张，对不同城市应统一严格保护林地与生态水域，加强对茅山、天目山、太湖、滆湖、长荡湖等重要蓝绿空间的管控，坚守生态保护红线，限制各类建设项目占用林地与生态水域，控制河流周边城市建设用地的开发强度。加强三市之间蓝绿空间规模的落实与规划控制和管理，协调管控长江沿岸及太湖沿岸。

其二，强化蓝绿空间格局连通性。从研究结果来看，苏锡常都市圈蓝绿空间破碎度较高，尤其绿色空间更趋破碎，连通度减少。因此应在现有基础上整合蓝绿空间资源，连接内外大型绿地、小面积零星分布的绿地、湖泊、河流等各蓝绿空间，将零散的蓝绿空间集中化，降低蓝绿空间破碎度，提高蓝绿空间的连通性。建议以太湖、滆湖、长荡湖、阳澄湖等大型湖泊为骨架，茅山、天目山等林地为桥梁，构建大型苏锡常都市圈蓝绿空间生态网络，形成山水林田湖草的生态廊道，不断完善都市圈山水格局的连通性。

其三，实施蓝绿空间分区保护政策。苏锡常都市圈内部蓝绿空间布局不平衡，各城市、各区域蓝绿空间格局变化不同。应根据各区域生态环境结构特征、人类活动与生态环境相互作用及环境的区域分异规律，对都市圈蓝绿空间格局进行分区保护与优化。在高度城市化的中心城区增加点状绿地以及人工湖泊、池塘等水体景观。在城市边缘区的蓝绿空间尺度大，连续性强，范围广，应根据它们在城市结构中的功能与结构重要性、景观生态敏感性程度和使用需求，采取差异化管理策略[31]。环太湖地区，应加强太湖水环境治理，建设湿地自然保护区、太湖生态农业示范区等；在长江沿岸地区，应合理利用长江岸线资源，加强岸线保护，拓展江堤林带。在西部与南部的丘陵山区，应加强水土保持，整治退化的生态景观，完善自然保护区、森林公园、风景名胜区等不同级别的保护网络。

受遥感影像分辨率的制约，本研究提取的绿色空间以林地为主，蓝色空间以中大型水域为主，基于更高分辨率影像的苏锡常都市圈蓝绿空间变化的时空演变特征有待进一步的研究分析。未来应进一步对苏锡常都市圈蓝绿空间的变化趋势进行模拟预测。