引言
城市绿地空间格局可用于定量分析城市绿地的现状，研究结果能为城市绿地的建设提供理论依据[1]。相关研究已表明绿地空间格局的变化是影响城市生态系统、社会、经济的重要因素[2]。当城市绿地面积达到城市总面积的40%及以上时，绿地能很好地发挥其生态功能；而当其未达到总面积的40%时，绿地系统的内部结构和空间状况则对总体生态效益的发挥具有更重要的作用[1]。可见深入探究城市绿地系统空间格局对城市的生态完善、社会和谐、经济发展均有着重要意义。
目前与之相关的研究方法与内容，多基于Worldview、Quick Bird、Landsat 等影像数据源，通过RS、GIS、Fragstats 等技术平台[2]，采用空间自相关莫兰指数（Moran’s I）、景观格局指数、网络分析、梯度分析等方法[1,3-5]，借助景观格局、连通度等指数对区域、城市、街区尺度绿地景观格局的历史演变、绿地系统破碎化、多样化程度的评价等方面进行研究[6-9]，为城市绿地系统的发展提供相应的指导。但既有研究成果主要从宏观层面反映绿地系统空间格局的特征及其存在的问题，未能落实到具体的空间区位规划层面。
近年兴起于国外的形态学空间格局分析法（MSPA: Morphological Spatial Pattern Analysis），将土地利用数据重新分类后，提取林地、湿地等自然生态要素作为前景，其他用地类型作为背景，并将前景按形态分为互不重叠的核心、孔隙等7 类绿地格局形态[10]（图1）。该方法不仅可用于评估不同尺度空间绿地系统的网络格局，而且能更精确地分辨出景观的类型与结构[11]。更重要的是，结合7 类绿地格局的生态学含义（表1），能明晰绿地系统空间格局存在的问题及其所在的具体空间区位，为制定针对性的改善策略提供科学依据[12-13]，从而弥补既有研究方法的不足。
表1 MSPA 各生态要素色彩及其生态学含义
资料来源：作者根据参考文献[13-14]整理绘制
图1 MSPA 方法原理图
伦敦作为公认的“绿色城市”和“最适宜居住的城市”[14]，其城市与绿地系统的建设引起了国内城市规划、风景园林等领域众多学科专家的关注。但既有相关研究重在定性梳理相关政策的变迁[15-16]，侧重对具体规划案例[17]、规划管理体系的解读[18]及其对中国的启示等[19-21]。目前尚未有研究定量探究伦敦绿地空间格局演化。
鉴于此，本文拟选取6 个时间节点的伦敦遥感影像作为获取绿地系统相关信息的基础资料，而后通过GIS 平台与MSPA 形态学空间格局分析方法，定量分析伦敦绿地系统的时空分布、变化特征及导致其变化的主要驱动力，进而探究其空间格局的演化规律及其与相应政策的关联性和启示，以期为我国绿地系统格局的优化和相应政策的制定提供借鉴与参考。
1 研究地区和研究数据
1.1 研究地区概况
大伦敦地区（Greater London，下文统称伦敦）约位于0.5°W—0.3°E、51.3°N—51.7°N 间，横跨泰晤士河，包含英国首都伦敦及其周边32 个自治市，面积约为1 560 km2，属于全年温和湿润的温带海洋性气候（图2）。大伦敦绿色空间的重要特征是其完整的环城绿化带。为此，伦敦制定了一系列相关政策对绿带进行保护与管理，如1938 年大伦敦地区区域规划委员会通过的《绿带法》（Green Belt Act）中强调植被用地包括人类主要的定居与活动地[15]；再如自1976年伦敦第二次开放空间规划实施以来，为应对绿地系统发展过程中出现的诸多问题而制定了相关法规与政策[22,25]。本文对1975 年以来与绿地相关的法规政策及其内容进行了梳理并依据此确定了影像资料获取的6 个时间节点（表2）。
表2 1975 年以来伦敦发布的与绿地相关的政策及其内容
资料来源：作者根据参考文献[16-17]整理绘制
图2 伦敦的经纬度和绿地分布情况
资料来源：作者根据百度地图绘制
1.2 数据来源与处理
本文数据主要来源于美国地质勘探局（USGS: United States Geological Survey）网站和伦敦政府官方网站（https://data.london.gov.uk/）。结合遥感影像的云量等参数条件，在1975—2018 年间依次 获取了1975 年7 月、1985 年6 月、1990 年8 月、2000 年6 月、2010 年6 月和2018 年6 月共6个时间节点的影像数据信息Landsat1-5MSS、Landsat4-5TM、Landsat7ETM+、Landsat8OLI①Landsat 加数字为卫星编号，后面的字母表示传感器类型。其中，MSS 为多光谱成像仪，TM 为专题制图仪，ETM+为增强型专题制图仪，OLI为陆地成像仪。，其中除了1975 年影像的空间分辨率为60 m×60 m，其余均为30 m×30 m。
本文首先基于ENVI5.3 平台对伦敦区域的遥感影像进行校正、融合与增强处理，在样本选取与分离度检验后进行监督分类，将研究区域的用地类型分为植被（包含农业用地）、建设用地、裸地和水域4 类。其次，通过ArcMap10.5 将植被用地重新赋值为2，其他用地类型赋值为1，得到二值图及相应的数据。在此基础上，利用Guidos Toolbox 软件中的形态学空间格局分析方法分析6 个时间节点的绿地系统空间格局形态，进而探讨其与相关政策的关联性。
2 伦敦绿地系统演变及其与相关政策的关联性
通过ENVI5.3 平台对伦敦6 个时间点的土地利用情况进行可视化分析，依据绿地占土地总面积的比例及其变化情况，本文将1975—2018 年的伦敦绿地系统演化情况分为1975—1985 年、1985—2000 年、2000—2018 年三个发展阶段（图3,图4）。
图3 1975—2018 年伦敦土地利用情况
图4 1975—2018 年伦敦土地利用变化
2.1 绿地系统时空分布与演化
2.1.1 1975—1985 年绿地分布呈破碎化和分散化
该阶段裸地在伦敦土地利用中分布广泛，至1985 年，绿地面积下降了5.06%，面积占比下降至37.84%，其中环城农业带是被破坏最为严重的绿地。相关数据显示，1981—1991 年间环城农业用地仅有15 100 hm2，减少了11%，而非农业用途土地的再利用方式违背了环城绿带建设的基本原则[23]。1975—1985 年，建设用地和裸地分别增加了1.77%、26.3 %（表3），且散布于整个市域，使得绿地系统呈现破碎化的面貌，而水域在整个研究时段内则较为稳定（图3）。这可说明建设用地与裸地面积的增加是绿地减少的主要原因。
表3 伦敦各类土地面积及占比
2.1.2 1985—2000 年绿地分布趋向集中化
1985—2000 年间，带状绿地逐渐起“连接”性作用，因此该时段是绿地系统得以修复与再生的阶段。1985—1990年这5 年间，虽然植被用地缓慢增多，但被破坏或未被合理利用的环城绿带土地依然较多且分布相对集中，主要分布在北部的恩菲尔德（Enfield）和雷德布里奇（Redbridge）、东北部的黑弗灵（Havering）等自治市域，其中西部希思罗机场附近区域的绿地破坏尤为严重（图3）。而1990—2000 年间的数据显示，10 年间绿地面积增加了12.73%,伦敦绿地得以迅速修复与再生。至2000 年，植被用地占整个市域面积的43.35%，体现出绿地系统的整体性特征（表3）。
2.1.3 2000—2018 年绿地分布呈整体性
2000 年以来，伦敦绿地逐渐恢复与完善。总体而言，该阶段绿地系统圈层分布与“绿链”特征尤为完整。自2000年来，伦敦的绿地面积稳中有升，基本维持在700 km2 左右，2018 年其面积占比为44.45%（表3）。作为占地面积最大的用地，建设用地面积自1975 年来较为稳定，基本维持在880 km2 左右，2018 年下降了5.01%（表3）。此外，东北部雷德布里奇的“绿链”周边和东南部的布罗姆利仍散布有零星的裸地（图3）。
2.1.4 小结
通过4 种土地利用类型和植被用地面积占比的变化情况可知：1975—1985 年间裸地面积大、分布范围广，绿地系统呈现相对分散、破碎的特征；1985—1990 年间，植被面积缓慢上升，裸地面积有所减少、分布集中，但1990 年后绿地面积得以快速恢复与再生；到2010 年，绿地系统已凸显出整体性发展趋势。此后，植被面积占比维持在40%以上，呈现稳中有增的发展态势。
2.2 绿地系统空间格局演化
2.2.1 1975—1985 年绿地系统空间格局呈破碎化发展趋势
1975—1985 年，绿地系统空间格局破碎化发展趋向鲜明。一方面，就面积指标而言，除环类型外，其余的核心、孤岛等6 类景观类型的面积均有所减少。核心型绿地空间面积下降了5.75%，而环类型作为同一核心区内部相互连接的通道，面积有所增长（图5,表4），说明研究区内大型绿地斑块面积减少，也意味着诸如大型公园、风景名胜区等作为生态网络中的“源”的组分遭到一定程度的破坏，印证了相关研究提出的由于采矿、垃圾处理等活动，许多绿地遭损坏或退化的结论[13]。这导致了绿地生态服务功能的减弱和生物栖息地的破坏。另一方面，就面积比而言，孤岛与边缘的面积占比在1985 年分别增长至8.79%和31.27%（表4），但两者的面积却分别减少至53.04 km2 和188.7 km2，面积及其占比变化趋势相反。这说明诸如小型公园、居住绿地等绿色斑块有所增加。此外，该时段桥连接和分支分别减少了2.03 km2和6.79 km2，反映出绿地系统存在明显的破碎化发展趋势。但这些点状的绿色斑块的确为居民提供了更多休闲游憩的场所，也为后来绿地的网络化发展提供了可能。
表4 基于MSPA 的伦敦绿地系统分类数据
注：面积比为该类型占绿地系统的面积比例。
图5 基于MSPA 的伦敦绿地空间格局形态
2.2.2 1985—2000 年绿地系统空间格局趋向于整合化发展
核心、孤岛与分支三种类型的绿地格局变化明显：核心型绿地面积显著增加，而孤岛型与分支型则显著减少。至2000 年，核心型面积增长了103.04 km2，约占绿地系统的49.39%（表4），说明包括生物栖息地在内的大型绿地斑块增多。孤岛面积减少了21.36 km2，分支则减少了24.17 km2，意味着如大型公园与居住区相连的道路绿带有所减少。其余4 种类型则呈现出先减后增的变化。其中，孔隙和桥连接分别增加了12.01 km2 和5.1 km2，达到整个研究时段的最高值。这意味着大型绿地斑块与内部非植被用地间的过渡性绿带增多，且防风林带等被用于连接相邻大型绿地斑块的带状绿地增加也较为显著。同时也间接说明了通过带状绿地连结绿色斑块可以促进绿地系统格局的整体性与统一性。实际上这反映出该阶段伦敦绿地进行了叠加网络式的发展，即通过营造具有步行游憩、骑行等不同功能的线性绿色廊道，将小型公园等绿色斑块系统地连接起来，形成完善且整体化的绿地系统。
2.2.3 2000—2018 年绿地系统空间格局网络化特征鲜明
该阶段核心与孔隙型绿地面积占比下降尤为明显，而孤岛与分支类型面积则大幅增加。核心绿地面积减少了30.94 km2，孤岛与分支分别增长了18.74 km2 和34.04 km2，桥连接自2010 年来也有所上升（表4）。这一方面说明随着城市的发展，大型绿地斑块可能分化为面积较小的核心斑块，甚至会出现局部“破碎化”特征，但该特征的出现晚于绿地面积占土地总面积比例超过40%这一时间，因此此时的“破碎化”实际上体现的是绿地结构更合理、绿地利用更高效、绿地功能更多样的特征；另一方面，由于行道绿化、居住区绿化等线性绿地类型的增多，斑块之间依然彼此相连。换言之，该阶段伦敦绿地系统空间格局由大型化、核心化向网络化方向发展，功能的复合性特征增强，满足了人们多样化的绿色空间需求。此外，至2018 年，边缘与孔隙面积及其占比均有所下降，说明核心与内部非植被用地间的过渡地带，以及风景名胜区、生物栖息地等绿地斑块与周边非植被用地类型的过渡地带，遭受了破坏，成为绿地系统各组分中较为脆弱的部分。在日后的城市发展与绿地系统完善的过程中，应对边缘和孔隙两类绿地进行重点保护，避免重现曾经“先破坏后治理”的尴尬局面。
2.2.4 小结
1975—2000 年间核心类型绿地显著增加，而孤岛、桥连接和分支等带状绿地却明显减少；2000 年后，则呈现前者减少而后三者增长的相反变化。这说明绿地系统空间格局整体呈现“分散—聚集—分散”的发展特征。尤其至2018年，核心面积较2000 年减少了30.94 km2，但桥连接面积仍占31.06 km2，分支亦增长了34.04 km2。这意味着如防风林带、大型公园与居住区相连的道路绿带显著增加，说明至2018年，伦敦绿地面积占比维持在43%左右的情况下，空间格局呈现显著的网络化发展特征。总之，对绿地空间格局及其演化的分析，明晰了伦敦绿地系统空间格局三个发展阶段依次呈现出破碎化与分散化、整合化和网络化的特征。
2.3 绿地系统空间格局与政策的关联性
2.3.1 1975—1985 年与绿地相关政策的实施促进了部分区域绿地空间格局的优化
该阶段相应的政策主要涉及开放空间与绿廊建设两个方面。但无论是1951 年针对开放空间不足等问题开展的《开放空间规划》，还是1976 年要求公园按照自身的规模等级来配置的《大伦敦发展规划》，均忽略了1944 年阿伯克隆比（Abercrombie）提出的开放空间系统建设的思想[14]，因而，绿地系统破碎化、核心与孤岛减少等问题并未得到解决。正如相关研究已表明的，截至1980 年代末，英格兰诸如伦敦金丝雀码头（Canary Wharf）一类的“棕地”面积近456.7 km2[20]；1949—1992 年间对环城绿带的抽样研究中，公园土地减少18%，灌木树篱减少26%，绿地中的废弃地和污染地却不断增多[14]。这一时期绿地系统空间格局整体呈现出两极分化的局面，如伦敦东南部的“绿链”公园等政策落实充分的地区，呈现出较优化的绿地结构特征，但更多区域的绿地情况并未得以改善。
总之，该时段内相关政策的实施与绿地空间格局形态的演化并未取得完全一致的效果。尽管新的绿地规划政策促进了桥连接、分支和环的增长，加强了绿地斑块间的联系，但核心面积减少的趋势仍然明显。这说明绿地系统作为一个动态变化的开放系统，因受诸多因素的影响，在某一时段内会出现并非完全按照相应规划策略演化的“自组织”发展现象。
2.3.2 1985—2000 年与绿地相关政策的实施促成了较完善的绿地空间体系
该时段的主要政策多与棕地修复和线性廊道网络建设有关。受首都集聚效应影响，大伦敦人口从1986 年的680万上升至2013 年的840 万[24]，导致住房需求不断增加，进而使得伦敦空间发展趋向区域范围拓展[25]。为解决人口增长与城市蔓延问题，英国于1992 年制定了“紧凑城市”政策，于1998 年提出在城市“棕地”等区域建设社区的策略，对绿地面积和建设用地变化产生了持续长远的影响，促使新建住宅用地利用“棕地”的比例从1989 年的55%升至2010 年的76%[26]。这意味着推动棕地修复的过程中，大型绿地核心斑块得以增多。同时，为了缓解大型绿地核心斑块与内部非植被用地的冲突，在两者间起过渡作用的孔隙类型绿地得以增加。期间，为完善城市绿地系统，英国还提出了一系列以增加带状绿地为主的绿地规划与发展策略，如1986 年伦敦生态小组提出的绿色生态廊道建设和1991 年伦敦《绿色战略报告》提出的一系列叠加的网络策略均促进了桥连接、环类绿地的增多[27]。新建成的步行绿道作为休闲线路连接了火车站、学校、公园等区域，约1 609 km 的自行车绿道连接了伦敦的多个地方中心；生态绿道为野生动物提供了迁徙、栖息的通道，并通过河流网络将溪水、湿地等联系起来，形成了较为完善的绿地空间体系[14]（图6）。
图6 英国城市绿地系统网络
资料来源：参考文献[15]
总之，该阶段政策与核心、孔隙等绿地格局形态指数的变化具有一致性，政策的制定对绿地系统空间格局的整体性发展起到了促进作用。
2.3.3 2000—2018 年与绿地相关政策的实施促进了绿地空间格局多样化
该阶段的政策一方面突出了政府与民众的互动；另一方面，从小型点状斑块、带状绿地、大型面状斑块等方面为绿地空间的优化提出了全方位、多层次的完善策略，强调绿地空间格局的多样化。
2000 年后，人口增长导致土地升值，诱发绿地变建设用地以获取短期经济利益的现象，导致大型绿地核心斑块的分解。由此，一方面在《迈向城市复兴》研究报告的引领下，城市复兴运动全面兴起，以伦敦、谢菲尔德等为代表的城市实施了“携手共建”（2004 年）和“活跃公民”（2005 年）等政策以鼓励公众参与城市设计[20]。另一方面，2004 年副首相办公室（The Office of the Deputy Prime Minister）发布了与泰晤士河道绿地建设相关的战略性文件，并提出了“蓝丝带水道网计划”[28]，在强调土地开发的同时，加强和保护多样化的、地方特征明显的景观，强调“增长、公平和可持续发展”，形成了长约69 km、宽约32 km 的水道绿带，其西部为开发程度大的城市建设区，东部则形成最具区域特征的野生景观区，呈现出城市与自然过渡，包含工业痕迹、原始森林、乡村地带和泥潭地等的多样化景观面貌[14]。2008 年以来，伦敦进行了一系列改善城市绿地系统的项目，包括大绿色基金、口袋公园、街道植树计划等。其中，2008—2012年间，城市公园建设得到着重加强。2013—2016 年进一步改善了伊灵、希灵顿等11 个自治市的公园、绿道、湿地与河流等绿色基础设施，由此形成的开放空间将城镇中心、公共交通枢纽、就业和住宅区紧密联系起来。期间还在26 个伦敦自治市建立了100 多个口袋公园。2015—2016 年冬种植40 000 棵树来完善城市森林系统。此外，支持了81 项保护树木和林地的项目，改善了林地的可达性，并通过屋顶绿化、校园内的废弃空间再利用等方式提高了人们保护植被的意识[29]。截至目前，伦敦约有3 000 个不同规模的公园，覆盖了伦敦近18%的土地[30]。这些绿色网络将城市中心、工作区和居住地连接起来，形成了多功能的公共空间系统。就经济价值而言，伦敦公共绿地蕴含着超过910 亿英镑的资产总值，每年公共绿地提供娱乐活动的价值约9.26 亿英镑；就公众健康而言，公共绿地每年可减少9.5 亿英镑的医疗费用；此外，绿地还在温度调节和碳存储方面发挥了重要的作用[28]。这体现了目前伦敦绿地系统功能的多样化、复合化特征及其重要的生态学意义。
总之，该阶段伦敦的绿地系统已较为完善。一方面这得益于国家、地方性和专项性的行政法令和非政府组织、社区、个人等参与提出的绿地完善措施；另一方面，伦敦在该阶段从以孤岛为主要类型的点状绿地、以边缘等为主的线状绿地、以核心为主要类型的面状绿地，从三个维度共同加强了绿地系统的网络化发展，这与7 类绿地空间格局的变化颇为一致。
2.3.4 小结
1975—2018 年间绿地系统空间格局的演化与相应规划政策并非完全一致，具有“自组织”发展的规律（表5）。其中，带状绿地作为不同绿地斑块间物质、信息交流的通道，起着“同化”与“异化”的作用。此外，构建多层次的规划体系，鼓励民众参与等策略，对绿地系统格局的优化与完善均起着促进作用。
表5 各阶段绿地发展及其与政策的关系
3 对我国城市绿地系统空间格局优化的启示
3.1 绿地空间格局演化的“自组织”规律与“同化与异化”作用
绿地系统是一个复杂开放的系统，其空间格局的发展是一个不断完善的动态过程，会受诸多因素的影响而出现某一时段内与相应规划策略不完全一致的“自组织”发展现象。这使得研究时段内伦敦绿地系统格局呈现出“破碎化—大型化、核心化、斑块化—网络化”的演化特征。该特征一定程度上打破了常规认为的绿地斑块越大、越完整，其相应的格局越优化，对于城市的发展也越有利的惯性认识。相反，当城市绿地系统发展到一定程度后，大型绿地斑块会趋向于网络化发展。
基于形态学空间格局分析方法的城市绿地系统研究也显示核心斑块存在“分—合—分”的发展轨迹。在“分—合”的过程中，带状绿地承担着重要的“连接与集聚”作用，或称之为不同绿地斑块间的“同化（协同）”作用。分支、桥连接等带状绿地可将破碎化的小型绿地斑块结合起来，由此加强其间信息流、物质流的交换，并使之达到有序平衡状态，从而发展成为大型核心景观格局形态。当城市绿地总量与核心达到一定阈值后，绿地空间格局会趋向于优化发展，即“合—分”的网络化发展阶段。此时，带状绿地则起着“分离与联系”作用，或称之为同一绿地斑块的“异化（竞争）”作用。这能促使大型核心绿地斑块分化成面积较小的核心斑块，即实现绿地系统空间格局的多样性发展，由此往复循环，促使绿地系统空间格局不断完善（图7）。因此，在绿地系统的建设过程中应避免“盲目求大”的建设思路，而应保持绿地形态格局的多样性。在促进绿地系统空间格局系统化、整体化发展的同时，需尊重各自的差异性。此外，在“公园城市”建设理念引导的城市建设过程中，应尤其重视起过渡作用的孔隙，同时注重对边缘的保护与建设。
图7 绿地系统演化路径
3.2 构建多层次的规划体系与“上下结合”的规划思路
伦敦绿地系统的规划是从生态角度出发对绿地系统的整体性构建。针对不同时段各绿地系统组分的区位、构建形式及其存在的问题，绿地系统规划提出了相应的解决措施。其既受宏观国土规划与中观城市规划的引导，又尊重微观层面的专题性规划，由此一并构成了伦敦多层级的规划体系。这样既能因时、因地制宜，统筹“点、线、面”不同绿地组分的整体性发展，又能尊重彼此间的差异。最终促成绿地空间格局整体性与多样性的统一。
此外，为营造美好的生活环境，实现世界上第一个公园城市的目标，伦敦进行了全面、系统的上层建筑设计，形成了“自下而上”与“自上而下”结合的规划思路。基于上至国家与地方行政法令，下至如伦敦自行车组织等非官方组织及个人意见征集等多个维度，伦敦建立了相对公开、民主且完善的规划思路集成渠道。其中“个人调研寻找科学依据—吸引皇家鸟类保护协会、伦敦野生动物信托基金会等官方组织支持—在线请愿—获得市长回应和支持—民众、设计师与城市管理者展开讨论”这一路径成为其中的重要方式之一。这能进一步激发民众对绿地、对自然的保护意识，以及对其生活环境进一步完善的意愿与创造性思维，最终形成为构建和谐宜居生活境域而共同努力的良性循环（图8）。因此，在秉承“以人为本”与“生态优先”的城市绿地建设过程中，应重视民众个人或团体所扮演的重要角色，建立完善的民意征集机制和渠道，鼓励民众积极参与该过程。
图8 “上—下”结合的规划思路示意图
4 结论
绿地系统能将人工设施和自然环境有机结合起来，形成一个人工建筑与自然环境相协调的有机整体[31]。本文以伦敦绿地系统为研究案例，量化了空间分布情况与不同区位的绿地空间的破坏程度，认为1975 年来伦敦绿地发展经历了破碎化、整合化和网络化三个阶段。通过形态学空间分析方法对伦敦绿地系统的演变及其与政策的关联性作了评价。该方法作为一种绿地形态格局分析方法，能由表及里地探究绿地的时空变化情况和空间格局的一般特征与发展规律，可为绿地系统相关政策的制定、调整、完善提供科学性依据。
整体而言，英国绿地系统景观格局的演化与相关的规划政策有着密不可分的关联且两者发展存在一致性，但也会出现某一时段内并非完全按照相应的规划策略来演化的“自组织”发展现象。也就是说，城市绿地系统，尤其是核心类绿地形态有着“分—合—分”的“自组织”发展规律。期间，桥连接、分支等带状格局形态的绿地在其中起着“同化”与“异化”的作用。另外，绿地系统建设得越完善（绿地占比达到40%以上），越应重视对环、边缘等起过渡性作用的绿地的保护与建设。
注：文中未注明资料来源的图表均为作者绘制。
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