信阳市城市空间破碎化的格局特征及机制研究

常 青,倪瑞星,武艳青,韩 勇

(信阳师范学院 信阳发展研究院/地理科学学院，河南 信阳 464000)

0 引言

快速城镇化背景下，空间破碎化已成为城市空间演进的重要特征之一[1]，是城市品质提升和可持续发展的重要制约因素，是城市空间格局与过程分析的新内容[2]。空间破碎化是探索城市空间生产的重要概念[3]，但是其优劣程度不能一概而论。一方面，西方城市批判主义观点认为，城市发展需要城市空间和社会的破碎化[4]。空间破碎化有利于提高城市用地多样性[5]和空间可达性[6]。另一方面，城市空间破碎化导致城市物质能量流动受阻、城市用地分散杂乱、社会隔离等问题，影响城市的可持续发展[7]。

城市空间破碎化的测度是反映空间破碎化格局，评估空间破碎化效应，揭示空间破碎化形成与演变机理的重要基础。城市规模外延扩张和功能内涵提升是推动城市空间演变的重要驱动力。在此过程中，大城市行政区域的频繁替换和加速转型引发土地利用景观格局的强烈变化，异质化、破碎化成为其景观格局的一般特征。从土地利用类型变化来看，城市建设用地侵占农业用地，造成农业用地景观破碎化程度加剧[8-9]是影响城市空间破碎化的主体。然而，传统的景观生态学方法对建成区尺度下的空间破碎化测度略显无力。相应地，地理学以“土地利用”与“人的活动”为基本对象的城市空间研究思路为空间破碎化研究提供了理论借鉴。理论层面，朱佩娟等[2]就城市空间破碎化概念和特征等问题进行了详细阐述。她认为，城市空间破碎化是不同功能要素相互联系与作用而形成的碎化现象，是在自然或人文因素的影响下，形态上均质连续、结构上联系紧密、功能上协同高效的整体空间趋向于割裂、异质、低效和不连续的过程与状态，集中表现为城市空间单元破碎化、空间分割加强、空间联系弱化和空间整体功能下降，并建构了“形态—联系—功能”多维度城市空间破碎化测度框架与测度指标[10]。当前，基于遥感数据和土地利用现状数据的城市景观破碎化研究未能反映城市空间破碎化格局的真实图景，城市空间破碎化格局测度需进一步完善细化、并得到验证。

鉴于此，本研究借鉴景观生态学要素斑块特征、景观异质性与景观要素空间相互关系的研究思路，结合地理分析方法，建构空间破碎化测度指标。理论上，关于城市内地域分异的分析是地理分析的一个基础工作，它提供了一个全面的、具有基本效用的描述性假设[11]。相关研究表明，路网对自然景观的切割作用非常明显，造成景观破碎化效应[12]。现实中，街道是分割城市空间的关键要素，街道围合斑块内是不同功能的空间单元，如社区、政府、企业等。故此，本研究以街道围合斑块描述空间形态破碎化格局，以POIs(Points of interests)点反映空间功能破碎化格局，展开对信阳市城市空间破碎化格局的测度研究，并通过地理加权回归分析两者之间的关系，解读空间破碎化机理。

1 研究区域与数据

1.1 区域概况

信阳市位于河南省最南部、鄂豫皖三省交接处，是我国南北地理、气候、文化的过渡带。截至2020年末，信阳市建成区面积104 km2，市辖区人口101.73 万人(图1)。从历史沿革来看，1970年，信阳专区改称信阳地区；1998年，信阳地区撤地设市。这一区划变动带来的问题是，长期以来信阳市地、市、县同处一城，制约了信阳城市的统一规划建设和发展。撤地设市后，城市建设重心外向延伸，城市内部功能提升相对滞后。在城镇化建设方面，信阳市城市建设自1949年初，长期被定位为以轻(麻)纺、化工工业为主，形成了具有商业、旅游业条件的中小城市格局。近年来，伴随产业结构调整和城市市区“去工业化”过程，轻纺工业和化工等企业宣告破产或转移至城市边缘地区或县城，房地产开发项目占据上述空间，内部市区和外围市区城市化并行推进。

图1 研究区位置图Fig. 1 Location of research area

1.2 研究方法

借鉴景观生态学和经济地理学方法，本研究主要选取分维数指数(FD)和区位熵(LQ)两个指标反映空间破碎化程度。技术层面上，分维数指数是对斑块规则性和填充能力的定量刻画。理论上，严格执行城市规划的空间比没有规划或规划执行不严的空间在城市形态上表现得更为规则，功能定位更加明确。故此，分维数指数能有效标识出城市空间形态的破碎化特征。区位熵用于反映某一特定功能属性在空间上的均衡程度，是对斑块主要功能的定量刻画公式及指标解读如表1所示。

1.3 数据源及处理

本研究的基础数据分为两类，第一类为空间形态数据，即街道围合斑块数据。第二类为空间功能数据，即POIs数据。其中，街道围合斑块数据来源于谷歌地图(比例尺1∶10 000)，研究借助CAD软件绘制上述比例尺下的所有街道；导入ArcGIS进行地理配准和空间投影，利用Data management工具实现线转面，获得本研究的斑块数据。POIs数据来源于ArcGIS在线数据库。研究对数据进行清洗、矫正。例如，POIs原数据中出现富丽华城东门、富丽华城西门和富丽华城南门等多个点。本研究仅将其视为一个功能要素，删除多余点并确保它在街道围合斑块内。

表1 指标、公式及其内涵Tab. 1 Indicators, formulas and their interpretation

2 结果分析

2.1 空间形态破碎化格局

基于斑块数量、平均斑块面积、最大、最小斑块面积和分维数指数描述建成区空间形态破碎化特征。数据显示，信阳市老城区斑块密度(6.64块/km2)大于新城区(6.10块/km2)。老城区因道路网错综复杂，空间被分割数量较多、不规则性较强，在城市中心区以及部分沿河地带尤为明显。信阳市老城区与新城区斑块密度的差异与两区域的功能定位有重要关系。由于信阳老城区主要为服务本地原住居民和外来务工人员的工作区、住宅区，导致老城区内建筑体量小、单体多，加之老城区发展时间长、原住居民住房建设的不规则性等，导致道路网较为杂乱密集，使被城市道路分割的城市空间斑块数增多。而信阳市新城区以机关单位、产业区、大型社会性基础设施和住宅小区为主，相对老城区建筑体量大、单体少，道路网规范，斑块被分割数量少，斑块密度小。

分维数指数反映了人们改造空间的能力，尤其反映了人们填充空间形态、丰富空间功能的能力。整体来看，信阳市老城区斑块分维数指数平均值(1.027)略高于新城区(1.023)，但整体差距不大。按自然间断点分类法，将各斑块分维数值进行可视化表达(图2左)。结果显示，斑块分维数高值斑块沿京广铁路线分布特征明显。除此之外，其他地区破碎化空间分异特征不明显。本研究通过ArcGIS平台对分维数指数进行热点分析，以Gi_Bin字段识别统计显著性热点和冷点，并进行可视化表达(图2右)，以进一步识别破碎化的空间分异特征。图像显示，分维数指数高值区沿京广铁路线东侧分布，整体呈现出两个热点区域和分散状冷点区域。信阳市建成区空间形态破碎化特征可概括如下：

首先，新城区是空间形态破碎低值区。该区域街道呈“井”字形走向，表现出较为规则的城市空间斑块形状。信阳市羊山新区建设受西方发达国家城市规划影响较大。例如，新区道路命名完全按照纽约曼哈顿地区以序数来命名街道，并遵循了“东西为道、南北为街”的原则。其次，新老城区过渡地区是空间形态破碎高值区。该区域主要涵盖图2右所示的火车站以北的红色范围。该区域破碎化程度较高的主要原因来自于空间开发的滞后性。囿于火车站以南地区功能提升和新城区扩张发展，该地区出现了城市发展中的“空档期”，处于随机增长阶段。最后，东南部铁路沿线是空间形态破碎化高值区。该地区一方面反映了铁路对城市空间破碎化的影响较大，另一方面，该地区处于火车站核心与平桥区核心的对冲地区，快速城市建设与历史空间叠置加剧了空间形态破碎化程度。

图2 分维数指数及分维数指数热点分析图Fig. 2 Maps of fractal dimension index and fractal dimension index hot spot analysis

2.2 空间功能破碎化格局

针对建成区第三产业集聚特征，重点选取城市空间占用情况最为明显的住宅小区，商业服务(餐饮设施、购物场所和休闲娱乐场所)和公共服务设施(医院、学校)六类POIs数据进行区位熵分析。为更好地反映城市功能的空间破碎化特征，借助ArcGIS平台对各类型POIs数据的区位熵进行热点分析，以Gi_Bin字段识别统计显著性热点和冷点，并进行可视化表达(图3)。

图3 功能设施区位熵热点分析示意图Fig. 3 Schematic diagram of hot spot analysis of location entropy for functional facilities

首先，居住功能的空间破碎化特征在城市边缘地区和城市双中心的(火车站中心和平桥区人民政府驻地核心)邻界地区表现尤其明显，而在火车站以南中心表现出空间功能破碎低值区。居住功能空间破碎化分异特征背后反映出不同类型驱动力影响的结果。其中，空间破碎高值区反映为在城市外延扩张作用下以房地产项目为导向的功能填充；而空间破碎低值区反映为在城市功能内涵提升作用下以商住一体为导向的商业空间开发带来的老城区改造与更新过程。

其次，就商业服务功能来看，其中餐饮服务空间分布较为分散，以火车站为南北轴线，餐饮服务功能在轴线以西地区表现出较强的空间集聚特征。休闲娱乐功能表现出向心和离心双集聚特征。从信阳市整体来看，休闲娱乐功能要素区位熵高值区离火车站中心地区较远；同时，平桥区行政中心西北方向斑块内部以休闲娱乐功能填充为主。购物场所空间分布内向集聚特征明显，但集聚原因有所不同。一是以火车站为核心的区域体现为以城市综合体为空间载体的功能填充过程。故此，单从设施数量来看，该区域的商业功能填充能力要远大于居住功能。二是以浉河区人民政府东南方向、平桥区人民政府西北方向为代表的连续斑块为代表的建材广场和汽配城等专卖购物场所的建设。

最后，就公共服务设施来看，教育设施区位熵热点出现在城市边缘地区。而医疗服务设施区位熵热点地区表现出中心性空间特征，分别以火车站核心和平桥区人民政府核心呈填充的高值区。

2.3 空间破碎化驱动机制

为探索城市空间形态破碎与空间功能破碎之间的联系，以各斑块分维数指数为因变量、各类型功能设施区位熵值为自变量进行地理加权回归。基于AICc方法对上述关系进行回归模拟。结果显示，各类型功能区位熵对斑块分维数指数存在不同程度的影响，反映了参数在不同空间的非稳定性特征。R2值显示(图4)，住宅小区和购物场所与斑块分维数指数拟合程度较高，表示上述两类功能对斑块的填充能力较强，也反映出当前信阳市建成区空间破碎化程度受商住一体化房地产开发项目的影响最大。

在规模外延扩张和功能内涵提升的城市化进程中，信阳市建成区空间破碎表现出不同程度的空间异质性特征。首先，居住功能对空间形态破碎化影响程度较大的斑块出现在火车站中心和平桥区人民政府中心的邻界地带。该地区在历史上属于信阳市火车站核心的边缘地区，以农业用地和工业用地为主要类型。伴随城镇化建设和产业结构转型，以房地产项目为主导的内部填充与破产企业撤离(如化工厂、肉联厂、高压开关厂等)，使得新开发项目与原厂职工家属区相互重叠，增加了空间破碎化程度。其次，以餐饮服务、休闲娱乐和购物场所为代表的商业服务业表现出功能填充的空间差异。以购物中心、会展中心、博物馆和剧场等城市大型项目建设成为填充城市空间的重要功能设施，并集中在新老城区过渡地区。购物场所对空间的功能填充来源于三种形态：一是商住一体化建筑；二是大型专业卖场；三是低质购物场所。表现出两种空间特征：一是在城市外围地区的低质集聚；二是在城市核心区通过商住一体化和大型商业集聚区建设形成了购物、娱乐和餐饮为一体的集聚中心。最后，以教育设施和医疗设施为代表的公共服务设施对空间破碎化的影响程度相对较低，一方面表现为公共服务设施在城市内部相对均质的供给特征；另一方面，教育和医疗空间对城市边缘区空间破碎化的影响程度较大。

图4 功能设施区位熵与分维数指数 地理加权回归Local R2示意图Fig. 4 Schematic diagram of location entropy and fractal dimension index geographical weighted regression Local R2 for functional facilities

总之，信阳市建成区空间破碎化影响因素呈现出新、老城区分化的特点。新城区受交通运输项目、办公商用建筑和居住项目建设影响较大；而老城区受“三旧”改造(旧厂房、旧村庄和棚户区)、办公商用建筑和商住一体化项目建设影响较大。结合数据分析与信阳市情，从要素组织层面来看，研究认为造成信阳城市空间破碎及其空间异质性的驱动机制可概括为：首先，行政区划调整的持续影响。信阳市从改革开放至20世纪末的20年间，地、市、县三级政府同处一城，制约了信阳城市的统一规划建设和发展，造成老城区城市形态不规则，地域空间被分割程度较大，空间功能不明确。其次，城市功能重组和空间重构的双重驱动造成新旧空间生产机制断裂。新中国成立以来，信阳城市建设长期被定位为以轻工业、化学工业为主的中小城市格局。伴随产业升级与结构转型，以棉纺厂、塑料厂和化工厂为代表的轻工业退出历史舞台。同时，大规模再开发项目(包括商品住房和公共服务，以及商业和办公空间)对上述产业空间进行重构，造成城市新旧空间生产机制的断裂，城区边缘空间和过渡性地区破碎化程度加剧。最后，城市空间的非均衡发展造成部分地区的“随机性增长”。囿于城市规模扩张和功能内涵提升的阶段性特点，土地区位条件较差的地区尚未进入开发范围，逐渐成为城区的边缘性空间。住房陈旧(以计划经济时期的单位住房和个人自建住房为主)，公共服务设施落后，住户老龄化，现代化商业场所缺失是当前此类地区的基本特点。

3 结论

本研究从空间形态破碎化和空间功能破碎化及其两者的相互联系入手，展开对信阳市建成区空间破碎化的定量分析和机制研判。主要结论如下：

首先，信阳市新老城区空间形态破碎化程度不同。新城区空间形态破碎化程度低于老城区，其反映了在城市空间外延扩展过程中，新城区在城市规划引导下，城市空间形态趋于规则。此外，信阳市城市空间功能破碎化异质性特征明显。其中，住宅功能以边缘填充为主要特征；商业服务和公共服务均表现出不同程度的空间异质性特征，其反映了土地利用功能存在一定程度的资源配置空间非均衡性特征。

其次，信阳市城市空间破碎化是历史性与现代化共同作用的结果。当前，信阳市仍处于转型发展阶段，计划经济和市场经济初期的产业空间烙印、不同执政理念叠加出的空间创伤、行政区划调整带来的空间破碎、不同利益主体对城市规划的空间干预进一步加剧了空间破碎，阻碍了信阳这一中小城市社会空间协调发展。也就是说，信阳城市空间增长换挡、产业结构调整与历史空间消化三期叠加共同作用于空间破碎化程度的变化。

最后，在城市空间外延扩张和功能内涵提升的双重驱动下，以空间分割和空间填充为表现形式的城市建设均将表现出空间破碎化特征。一方面，不规则的街道围合斑块反映了地区随机增长的可能，地区功能单一、低质，存在被边缘化趋势。另一方面，规则的街道围合斑块多出现在城市新建成区域，该地区空间破碎化的主要问题反映在功能要素的不均衡分布及低质填充。

通过街道围合斑块和POIs数据的定量分析能有效反映城市建成区空间破碎化的格局特征。然而，在城市空间破碎化测度方面，根据城市空间破碎化的特征，从景观生态学“斑块—廊道—基质”的分析框架来看，本研究仅停留于对空间形态破碎和空间功能破碎的研究。如何建构空间形态—空间联系—空间功能的城市空间破碎化测度模型将是此类问题进一步推进的重点。