常 青,倪瑞星,武艷青,韓 勇

(信陽師范學(xué)院 信陽發(fā)展研究院/地理科學(xué)學(xué)院，河南 信陽 464000)

0 引言

快速城鎮(zhèn)化背景下，空間破碎化已成為城市空間演進(jìn)的重要特征之一[1]，是城市品質(zhì)提升和可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素，是城市空間格局與過程分析的新內(nèi)容[2]。空間破碎化是探索城市空間生產(chǎn)的重要概念[3]，但是其優(yōu)劣程度不能一概而論。一方面，西方城市批判主義觀點(diǎn)認(rèn)為，城市發(fā)展需要城市空間和社會(huì)的破碎化[4]?？臻g破碎化有利于提高城市用地多樣性[5]和空間可達(dá)性[6]。另一方面，城市空間破碎化導(dǎo)致城市物質(zhì)能量流動(dòng)受阻、城市用地分散雜亂、社會(huì)隔離等問題，影響城市的可持續(xù)發(fā)展[7]。

城市空間破碎化的測度是反映空間破碎化格局，評(píng)估空間破碎化效應(yīng)，揭示空間破碎化形成與演變機(jī)理的重要基礎(chǔ)。城市規(guī)模外延擴(kuò)張和功能內(nèi)涵提升是推動(dòng)城市空間演變的重要驅(qū)動(dòng)力。在此過程中，大城市行政區(qū)域的頻繁替換和加速轉(zhuǎn)型引發(fā)土地利用景觀格局的強(qiáng)烈變化，異質(zhì)化、破碎化成為其景觀格局的一般特征。從土地利用類型變化來看，城市建設(shè)用地侵占農(nóng)業(yè)用地，造成農(nóng)業(yè)用地景觀破碎化程度加劇[8-9]是影響城市空間破碎化的主體。然而，傳統(tǒng)的景觀生態(tài)學(xué)方法對(duì)建成區(qū)尺度下的空間破碎化測度略顯無力。相應(yīng)地，地理學(xué)以“土地利用”與“人的活動(dòng)”為基本對(duì)象的城市空間研究思路為空間破碎化研究提供了理論借鑒。理論層面，朱佩娟等[2]就城市空間破碎化概念和特征等問題進(jìn)行了詳細(xì)闡述。她認(rèn)為，城市空間破碎化是不同功能要素相互聯(lián)系與作用而形成的碎化現(xiàn)象，是在自然或人文因素的影響下，形態(tài)上均質(zhì)連續(xù)、結(jié)構(gòu)上聯(lián)系緊密、功能上協(xié)同高效的整體空間趨向于割裂、異質(zhì)、低效和不連續(xù)的過程與狀態(tài)，集中表現(xiàn)為城市空間單元破碎化、空間分割加強(qiáng)、空間聯(lián)系弱化和空間整體功能下降，并建構(gòu)了“形態(tài)—聯(lián)系—功能”多維度城市空間破碎化測度框架與測度指標(biāo)[10]。當(dāng)前，基于遙感數(shù)據(jù)和土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的城市景觀破碎化研究未能反映城市空間破碎化格局的真實(shí)圖景，城市空間破碎化格局測度需進(jìn)一步完善細(xì)化、并得到驗(yàn)證。

鑒于此，本研究借鑒景觀生態(tài)學(xué)要素斑塊特征、景觀異質(zhì)性與景觀要素空間相互關(guān)系的研究思路，結(jié)合地理分析方法，建構(gòu)空間破碎化測度指標(biāo)。理論上，關(guān)于城市內(nèi)地域分異的分析是地理分析的一個(gè)基礎(chǔ)工作，它提供了一個(gè)全面的、具有基本效用的描述性假設(shè)[11]。相關(guān)研究表明，路網(wǎng)對(duì)自然景觀的切割作用非常明顯，造成景觀破碎化效應(yīng)[12]?，F(xiàn)實(shí)中，街道是分割城市空間的關(guān)鍵要素，街道圍合斑塊內(nèi)是不同功能的空間單元，如社區(qū)、政府、企業(yè)等。故此，本研究以街道圍合斑塊描述空間形態(tài)破碎化格局，以POIs(Points of interests)點(diǎn)反映空間功能破碎化格局，展開對(duì)信陽市城市空間破碎化格局的測度研究，并通過地理加權(quán)回歸分析兩者之間的關(guān)系，解讀空間破碎化機(jī)理。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

1.1 區(qū)域概況

信陽市位于河南省最南部、鄂豫皖三省交接處，是我國南北地理、氣候、文化的過渡帶。截至2020年末，信陽市建成區(qū)面積104 km2，市轄區(qū)人口101.73 萬人(圖1)。從歷史沿革來看，1970年，信陽專區(qū)改稱信陽地區(qū)；1998年，信陽地區(qū)撤地設(shè)市。這一區(qū)劃變動(dòng)帶來的問題是，長期以來信陽市地、市、縣同處一城，制約了信陽城市的統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)和發(fā)展。撤地設(shè)市后，城市建設(shè)重心外向延伸，城市內(nèi)部功能提升相對(duì)滯后。在城鎮(zhèn)化建設(shè)方面，信陽市城市建設(shè)自1949年初，長期被定位為以輕(麻)紡、化工工業(yè)為主，形成了具有商業(yè)、旅游業(yè)條件的中小城市格局。近年來，伴隨產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和城市市區(qū)“去工業(yè)化”過程，輕紡工業(yè)和化工等企業(yè)宣告破產(chǎn)或轉(zhuǎn)移至城市邊緣地區(qū)或縣城，房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目占據(jù)上述空間，內(nèi)部市區(qū)和外圍市區(qū)城市化并行推進(jìn)。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig. 1 Location of research area

1.2 研究方法

借鑒景觀生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)地理學(xué)方法，本研究主要選取分維數(shù)指數(shù)(FD)和區(qū)位熵(LQ)兩個(gè)指標(biāo)反映空間破碎化程度。技術(shù)層面上，分維數(shù)指數(shù)是對(duì)斑塊規(guī)則性和填充能力的定量刻畫。理論上，嚴(yán)格執(zhí)行城市規(guī)劃的空間比沒有規(guī)劃或規(guī)劃執(zhí)行不嚴(yán)的空間在城市形態(tài)上表現(xiàn)得更為規(guī)則，功能定位更加明確。故此，分維數(shù)指數(shù)能有效標(biāo)識(shí)出城市空間形態(tài)的破碎化特征。區(qū)位熵用于反映某一特定功能屬性在空間上的均衡程度，是對(duì)斑塊主要功能的定量刻畫公式及指標(biāo)解讀如表1所示。

1.3 數(shù)據(jù)源及處理

本研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分為兩類，第一類為空間形態(tài)數(shù)據(jù)，即街道圍合斑塊數(shù)據(jù)。第二類為空間功能數(shù)據(jù)，即POIs數(shù)據(jù)。其中，街道圍合斑塊數(shù)據(jù)來源于谷歌地圖(比例尺1∶10 000)，研究借助CAD軟件繪制上述比例尺下的所有街道；導(dǎo)入ArcGIS進(jìn)行地理配準(zhǔn)和空間投影，利用Data management工具實(shí)現(xiàn)線轉(zhuǎn)面，獲得本研究的斑塊數(shù)據(jù)。POIs數(shù)據(jù)來源于ArcGIS在線數(shù)據(jù)庫。研究對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、矯正。例如，POIs原數(shù)據(jù)中出現(xiàn)富麗華城東門、富麗華城西門和富麗華城南門等多個(gè)點(diǎn)。本研究僅將其視為一個(gè)功能要素，刪除多余點(diǎn)并確保它在街道圍合斑塊內(nèi)。

表1 指標(biāo)、公式及其內(nèi)涵Tab. 1 Indicators, formulas and their interpretation

2 結(jié)果分析

2.1 空間形態(tài)破碎化格局

基于斑塊數(shù)量、平均斑塊面積、最大、最小斑塊面積和分維數(shù)指數(shù)描述建成區(qū)空間形態(tài)破碎化特征。數(shù)據(jù)顯示，信陽市老城區(qū)斑塊密度(6.64塊/km2)大于新城區(qū)(6.10塊/km2)。老城區(qū)因道路網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，空間被分割數(shù)量較多、不規(guī)則性較強(qiáng)，在城市中心區(qū)以及部分沿河地帶尤為明顯。信陽市老城區(qū)與新城區(qū)斑塊密度的差異與兩區(qū)域的功能定位有重要關(guān)系。由于信陽老城區(qū)主要為服務(wù)本地原住居民和外來務(wù)工人員的工作區(qū)、住宅區(qū)，導(dǎo)致老城區(qū)內(nèi)建筑體量小、單體多，加之老城區(qū)發(fā)展時(shí)間長、原住居民住房建設(shè)的不規(guī)則性等，導(dǎo)致道路網(wǎng)較為雜亂密集，使被城市道路分割的城市空間斑塊數(shù)增多。而信陽市新城區(qū)以機(jī)關(guān)單位、產(chǎn)業(yè)區(qū)、大型社會(huì)性基礎(chǔ)設(shè)施和住宅小區(qū)為主，相對(duì)老城區(qū)建筑體量大、單體少，道路網(wǎng)規(guī)范，斑塊被分割數(shù)量少，斑塊密度小。

分維數(shù)指數(shù)反映了人們改造空間的能力，尤其反映了人們填充空間形態(tài)、豐富空間功能的能力。整體來看，信陽市老城區(qū)斑塊分維數(shù)指數(shù)平均值(1.027)略高于新城區(qū)(1.023)，但整體差距不大。按自然間斷點(diǎn)分類法，將各斑塊分維數(shù)值進(jìn)行可視化表達(dá)(圖2左)。結(jié)果顯示，斑塊分維數(shù)高值斑塊沿京廣鐵路線分布特征明顯。除此之外，其他地區(qū)破碎化空間分異特征不明顯。本研究通過ArcGIS平臺(tái)對(duì)分維數(shù)指數(shù)進(jìn)行熱點(diǎn)分析，以Gi_Bin字段識(shí)別統(tǒng)計(jì)顯著性熱點(diǎn)和冷點(diǎn)，并進(jìn)行可視化表達(dá)(圖2右)，以進(jìn)一步識(shí)別破碎化的空間分異特征。圖像顯示，分維數(shù)指數(shù)高值區(qū)沿京廣鐵路線東側(cè)分布，整體呈現(xiàn)出兩個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域和分散狀冷點(diǎn)區(qū)域。信陽市建成區(qū)空間形態(tài)破碎化特征可概括如下：

首先，新城區(qū)是空間形態(tài)破碎低值區(qū)。該區(qū)域街道呈“井”字形走向，表現(xiàn)出較為規(guī)則的城市空間斑塊形狀。信陽市羊山新區(qū)建設(shè)受西方發(fā)達(dá)國家城市規(guī)劃影響較大。例如，新區(qū)道路命名完全按照紐約曼哈頓地區(qū)以序數(shù)來命名街道，并遵循了“東西為道、南北為街”的原則。其次，新老城區(qū)過渡地區(qū)是空間形態(tài)破碎高值區(qū)。該區(qū)域主要涵蓋圖2右所示的火車站以北的紅色范圍。該區(qū)域破碎化程度較高的主要原因來自于空間開發(fā)的滯后性。囿于火車站以南地區(qū)功能提升和新城區(qū)擴(kuò)張發(fā)展，該地區(qū)出現(xiàn)了城市發(fā)展中的“空檔期”，處于隨機(jī)增長階段。最后，東南部鐵路沿線是空間形態(tài)破碎化高值區(qū)。該地區(qū)一方面反映了鐵路對(duì)城市空間破碎化的影響較大，另一方面，該地區(qū)處于火車站核心與平橋區(qū)核心的對(duì)沖地區(qū)，快速城市建設(shè)與歷史空間疊置加劇了空間形態(tài)破碎化程度。

圖2 分維數(shù)指數(shù)及分維數(shù)指數(shù)熱點(diǎn)分析圖Fig. 2 Maps of fractal dimension index and fractal dimension index hot spot analysis

2.2 空間功能破碎化格局

針對(duì)建成區(qū)第三產(chǎn)業(yè)集聚特征，重點(diǎn)選取城市空間占用情況最為明顯的住宅小區(qū)，商業(yè)服務(wù)(餐飲設(shè)施、購物場所和休閑娛樂場所)和公共服務(wù)設(shè)施(醫(yī)院、學(xué)校)六類POIs數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)位熵分析。為更好地反映城市功能的空間破碎化特征，借助ArcGIS平臺(tái)對(duì)各類型POIs數(shù)據(jù)的區(qū)位熵進(jìn)行熱點(diǎn)分析，以Gi_Bin字段識(shí)別統(tǒng)計(jì)顯著性熱點(diǎn)和冷點(diǎn)，并進(jìn)行可視化表達(dá)(圖3)。

圖3 功能設(shè)施區(qū)位熵?zé)狳c(diǎn)分析示意圖Fig. 3 Schematic diagram of hot spot analysis of location entropy for functional facilities

首先，居住功能的空間破碎化特征在城市邊緣地區(qū)和城市雙中心的(火車站中心和平橋區(qū)人民政府駐地核心)鄰界地區(qū)表現(xiàn)尤其明顯，而在火車站以南中心表現(xiàn)出空間功能破碎低值區(qū)。居住功能空間破碎化分異特征背后反映出不同類型驅(qū)動(dòng)力影響的結(jié)果。其中，空間破碎高值區(qū)反映為在城市外延擴(kuò)張作用下以房地產(chǎn)項(xiàng)目為導(dǎo)向的功能填充；而空間破碎低值區(qū)反映為在城市功能內(nèi)涵提升作用下以商住一體為導(dǎo)向的商業(yè)空間開發(fā)帶來的老城區(qū)改造與更新過程。

其次，就商業(yè)服務(wù)功能來看，其中餐飲服務(wù)空間分布較為分散，以火車站為南北軸線，餐飲服務(wù)功能在軸線以西地區(qū)表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間集聚特征。休閑娛樂功能表現(xiàn)出向心和離心雙集聚特征。從信陽市整體來看，休閑娛樂功能要素區(qū)位熵高值區(qū)離火車站中心地區(qū)較遠(yuǎn)；同時(shí)，平橋區(qū)行政中心西北方向斑塊內(nèi)部以休閑娛樂功能填充為主。購物場所空間分布內(nèi)向集聚特征明顯，但集聚原因有所不同。一是以火車站為核心的區(qū)域體現(xiàn)為以城市綜合體為空間載體的功能填充過程。故此，單從設(shè)施數(shù)量來看，該區(qū)域的商業(yè)功能填充能力要遠(yuǎn)大于居住功能。二是以浉河區(qū)人民政府東南方向、平橋區(qū)人民政府西北方向?yàn)榇淼倪B續(xù)斑塊為代表的建材廣場和汽配城等專賣購物場所的建設(shè)。

最后，就公共服務(wù)設(shè)施來看，教育設(shè)施區(qū)位熵?zé)狳c(diǎn)出現(xiàn)在城市邊緣地區(qū)。而醫(yī)療服務(wù)設(shè)施區(qū)位熵?zé)狳c(diǎn)地區(qū)表現(xiàn)出中心性空間特征，分別以火車站核心和平橋區(qū)人民政府核心呈填充的高值區(qū)。

2.3 空間破碎化驅(qū)動(dòng)機(jī)制

為探索城市空間形態(tài)破碎與空間功能破碎之間的聯(lián)系，以各斑塊分維數(shù)指數(shù)為因變量、各類型功能設(shè)施區(qū)位熵值為自變量進(jìn)行地理加權(quán)回歸?；贏ICc方法對(duì)上述關(guān)系進(jìn)行回歸模擬。結(jié)果顯示，各類型功能區(qū)位熵對(duì)斑塊分維數(shù)指數(shù)存在不同程度的影響，反映了參數(shù)在不同空間的非穩(wěn)定性特征。R2值顯示(圖4)，住宅小區(qū)和購物場所與斑塊分維數(shù)指數(shù)擬合程度較高，表示上述兩類功能對(duì)斑塊的填充能力較強(qiáng)，也反映出當(dāng)前信陽市建成區(qū)空間破碎化程度受商住一體化房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目的影響最大。

在規(guī)模外延擴(kuò)張和功能內(nèi)涵提升的城市化進(jìn)程中，信陽市建成區(qū)空間破碎表現(xiàn)出不同程度的空間異質(zhì)性特征。首先，居住功能對(duì)空間形態(tài)破碎化影響程度較大的斑塊出現(xiàn)在火車站中心和平橋區(qū)人民政府中心的鄰界地帶。該地區(qū)在歷史上屬于信陽市火車站核心的邊緣地區(qū)，以農(nóng)業(yè)用地和工業(yè)用地為主要類型。伴隨城鎮(zhèn)化建設(shè)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，以房地產(chǎn)項(xiàng)目為主導(dǎo)的內(nèi)部填充與破產(chǎn)企業(yè)撤離(如化工廠、肉聯(lián)廠、高壓開關(guān)廠等)，使得新開發(fā)項(xiàng)目與原廠職工家屬區(qū)相互重疊，增加了空間破碎化程度。其次，以餐飲服務(wù)、休閑娛樂和購物場所為代表的商業(yè)服務(wù)業(yè)表現(xiàn)出功能填充的空間差異。以購物中心、會(huì)展中心、博物館和劇場等城市大型項(xiàng)目建設(shè)成為填充城市空間的重要功能設(shè)施，并集中在新老城區(qū)過渡地區(qū)。購物場所對(duì)空間的功能填充來源于三種形態(tài)：一是商住一體化建筑；二是大型專業(yè)賣場；三是低質(zhì)購物場所。表現(xiàn)出兩種空間特征：一是在城市外圍地區(qū)的低質(zhì)集聚；二是在城市核心區(qū)通過商住一體化和大型商業(yè)集聚區(qū)建設(shè)形成了購物、娛樂和餐飲為一體的集聚中心。最后，以教育設(shè)施和醫(yī)療設(shè)施為代表的公共服務(wù)設(shè)施對(duì)空間破碎化的影響程度相對(duì)較低，一方面表現(xiàn)為公共服務(wù)設(shè)施在城市內(nèi)部相對(duì)均質(zhì)的供給特征；另一方面，教育和醫(yī)療空間對(duì)城市邊緣區(qū)空間破碎化的影響程度較大。

圖4 功能設(shè)施區(qū)位熵與分維數(shù)指數(shù) 地理加權(quán)回歸Local R2示意圖Fig. 4 Schematic diagram of location entropy and fractal dimension index geographical weighted regression Local R2 for functional facilities

總之，信陽市建成區(qū)空間破碎化影響因素呈現(xiàn)出新、老城區(qū)分化的特點(diǎn)。新城區(qū)受交通運(yùn)輸項(xiàng)目、辦公商用建筑和居住項(xiàng)目建設(shè)影響較大；而老城區(qū)受“三舊”改造(舊廠房、舊村莊和棚戶區(qū))、辦公商用建筑和商住一體化項(xiàng)目建設(shè)影響較大。結(jié)合數(shù)據(jù)分析與信陽市情，從要素組織層面來看，研究認(rèn)為造成信陽城市空間破碎及其空間異質(zhì)性的驅(qū)動(dòng)機(jī)制可概括為：首先，行政區(qū)劃調(diào)整的持續(xù)影響。信陽市從改革開放至20世紀(jì)末的20年間，地、市、縣三級(jí)政府同處一城，制約了信陽城市的統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)和發(fā)展，造成老城區(qū)城市形態(tài)不規(guī)則，地域空間被分割程度較大，空間功能不明確。其次，城市功能重組和空間重構(gòu)的雙重驅(qū)動(dòng)造成新舊空間生產(chǎn)機(jī)制斷裂。新中國成立以來，信陽城市建設(shè)長期被定位為以輕工業(yè)、化學(xué)工業(yè)為主的中小城市格局。伴隨產(chǎn)業(yè)升級(jí)與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，以棉紡廠、塑料廠和化工廠為代表的輕工業(yè)退出歷史舞臺(tái)。同時(shí)，大規(guī)模再開發(fā)項(xiàng)目(包括商品住房和公共服務(wù)，以及商業(yè)和辦公空間)對(duì)上述產(chǎn)業(yè)空間進(jìn)行重構(gòu)，造成城市新舊空間生產(chǎn)機(jī)制的斷裂，城區(qū)邊緣空間和過渡性地區(qū)破碎化程度加劇。最后，城市空間的非均衡發(fā)展造成部分地區(qū)的“隨機(jī)性增長”。囿于城市規(guī)模擴(kuò)張和功能內(nèi)涵提升的階段性特點(diǎn)，土地區(qū)位條件較差的地區(qū)尚未進(jìn)入開發(fā)范圍，逐漸成為城區(qū)的邊緣性空間。住房陳舊(以計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期的單位住房和個(gè)人自建住房為主)，公共服務(wù)設(shè)施落后，住戶老齡化，現(xiàn)代化商業(yè)場所缺失是當(dāng)前此類地區(qū)的基本特點(diǎn)。

3 結(jié)論

本研究從空間形態(tài)破碎化和空間功能破碎化及其兩者的相互聯(lián)系入手，展開對(duì)信陽市建成區(qū)空間破碎化的定量分析和機(jī)制研判。主要結(jié)論如下：

首先，信陽市新老城區(qū)空間形態(tài)破碎化程度不同。新城區(qū)空間形態(tài)破碎化程度低于老城區(qū)，其反映了在城市空間外延擴(kuò)展過程中，新城區(qū)在城市規(guī)劃引導(dǎo)下，城市空間形態(tài)趨于規(guī)則。此外，信陽市城市空間功能破碎化異質(zhì)性特征明顯。其中，住宅功能以邊緣填充為主要特征；商業(yè)服務(wù)和公共服務(wù)均表現(xiàn)出不同程度的空間異質(zhì)性特征，其反映了土地利用功能存在一定程度的資源配置空間非均衡性特征。

其次，信陽市城市空間破碎化是歷史性與現(xiàn)代化共同作用的結(jié)果。當(dāng)前，信陽市仍處于轉(zhuǎn)型發(fā)展階段，計(jì)劃經(jīng)濟(jì)和市場經(jīng)濟(jì)初期的產(chǎn)業(yè)空間烙印、不同執(zhí)政理念疊加出的空間創(chuàng)傷、行政區(qū)劃調(diào)整帶來的空間破碎、不同利益主體對(duì)城市規(guī)劃的空間干預(yù)進(jìn)一步加劇了空間破碎，阻礙了信陽這一中小城市社會(huì)空間協(xié)調(diào)發(fā)展。也就是說，信陽城市空間增長換擋、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與歷史空間消化三期疊加共同作用于空間破碎化程度的變化。

最后，在城市空間外延擴(kuò)張和功能內(nèi)涵提升的雙重驅(qū)動(dòng)下，以空間分割和空間填充為表現(xiàn)形式的城市建設(shè)均將表現(xiàn)出空間破碎化特征。一方面，不規(guī)則的街道圍合斑塊反映了地區(qū)隨機(jī)增長的可能，地區(qū)功能單一、低質(zhì)，存在被邊緣化趨勢(shì)。另一方面，規(guī)則的街道圍合斑塊多出現(xiàn)在城市新建成區(qū)域，該地區(qū)空間破碎化的主要問題反映在功能要素的不均衡分布及低質(zhì)填充。

通過街道圍合斑塊和POIs數(shù)據(jù)的定量分析能有效反映城市建成區(qū)空間破碎化的格局特征。然而，在城市空間破碎化測度方面，根據(jù)城市空間破碎化的特征，從景觀生態(tài)學(xué)“斑塊—廊道—基質(zhì)”的分析框架來看，本研究僅停留于對(duì)空間形態(tài)破碎和空間功能破碎的研究。如何建構(gòu)空間形態(tài)—空間聯(lián)系—空間功能的城市空間破碎化測度模型將是此類問題進(jìn)一步推進(jìn)的重點(diǎn)。