劉耀彬，邱 浩，戴 璐

(1.南昌大學中國中部經(jīng)濟社會發(fā)展研究中心，南昌 330031；2.南昌大學經(jīng)濟管理學院，南昌 330031)

改革開放四十年來，我國城鎮(zhèn)化水平由改革開放初期的19.4%提升至2019年的60.6%，超過世界城鎮(zhèn)化水平近5個百分點，作為國家推進城鎮(zhèn)化的主體形態(tài)，城市群起重要作用.伴隨著經(jīng)濟飛速發(fā)展和大城市集聚功能的日益增強，城市群向一體化、網(wǎng)絡(luò)化等方向演變，城市群網(wǎng)絡(luò)化正成為當下中國乃至世界城市群的發(fā)展特征，對推動形成大中小城市協(xié)調(diào)發(fā)展的城鎮(zhèn)格局具有重大意義[1].然而城市群在網(wǎng)絡(luò)化進程中需要面對嚴峻的資源與環(huán)境束縛，城市群已然成了群聚性城市病爆發(fā)及生態(tài)環(huán)境矛盾重重的“重災區(qū)”[2].隨著國家再次強調(diào)將城市群作為新型城鎮(zhèn)化的主體形態(tài)，以及建設(shè)生態(tài)文明發(fā)展目標的提出，明確區(qū)域生態(tài)環(huán)境要素對城市群的脅迫關(guān)系，揭示生態(tài)安全約束下城市群空間網(wǎng)絡(luò)化規(guī)律具有重大理論和現(xiàn)實意義.

城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)著城市群空間結(jié)構(gòu)向高層次演化的趨勢，是人類社會與自然環(huán)境相互協(xié)調(diào)的空間場所[3].隨著相關(guān)理論的成熟及計算機的快速發(fā)展，城市群空間網(wǎng)絡(luò)逐步成為研究的熱點問題.現(xiàn)有研究主要通過對基礎(chǔ)設(shè)施[4-5]、企業(yè)組織[6-7]和經(jīng)濟要素[8-9]等視角展開多尺度城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分析.其中，基礎(chǔ)設(shè)施主要是基于交通和通訊等數(shù)據(jù)刻畫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各城市作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點履行著交通和通信樞紐的職能；企業(yè)組織依托上下游產(chǎn)業(yè)鏈或母子企業(yè)的組織關(guān)系來把握城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演變規(guī)律；經(jīng)濟要素主要通過經(jīng)濟要素的流動、旅游流等來反映城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).另外，分析城市群網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)離不開對城市群空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的把握，城市群網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的強弱是城市群發(fā)展階段與水平的體現(xiàn)，現(xiàn)有研究主要使用引力模型來剖析城市間的空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)[10-11].總體上看，現(xiàn)有的城市群空間網(wǎng)絡(luò)雖研究視角多元化，但多停留在社會經(jīng)濟層面，從區(qū)域資源與生態(tài)環(huán)境的角度對城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)進行的研究相對不足.

生態(tài)環(huán)境是城市群產(chǎn)生與發(fā)展的重要基底因素，不同的生態(tài)安全狀況對城市群的約束力也不盡相同[12].如何實現(xiàn)生態(tài)安全約束下的城市健康發(fā)展是目前城鎮(zhèn)化進程所面臨的重大難題.目前學者普遍認為城市群建設(shè)改變了區(qū)域生態(tài)環(huán)境基底，由此引發(fā)一系列城市群生態(tài)安全問題，抑或是聚焦在生態(tài)安全領(lǐng)域中某一具體方面，比如不透水地表[13]、水資源利用[14]、土地利用[15]、濕地[16]等，而對城市群與生態(tài)安全整個研究領(lǐng)域的關(guān)系國內(nèi)學者也進行了研究，但以城市群進程中生態(tài)安全格局分析為主，并且主要將京津冀[17]、長三角[18]、珠三角[19]等視為典型區(qū)進行探索性分析.常用的區(qū)域生態(tài)安全評價模型有景觀格局指數(shù)評價法、PSR模型、生態(tài)系統(tǒng)服務價值法等.有鑒于此，相關(guān)研究從單一評價方法對城市群建設(shè)所引起生態(tài)安全問題做了比較深入的研究，但是以生態(tài)安全為約束條件并綜合多種評價方法，全面深入地研究生態(tài)安全對城市群約束作用同樣具有不可或缺的意義.尤其是近些年伴隨著人地矛盾加劇，生態(tài)安全在城市群建設(shè)中的約束作用日趨顯著，對生態(tài)安全約束下城市群網(wǎng)絡(luò)化的研究亟待深入.

環(huán)鄱陽湖城市群作為江西省最發(fā)達的區(qū)域，致力于打造“中部崛起”的又一核心增長極.鄱陽湖是國際級重要濕地，在提供多重生態(tài)功能和維系區(qū)域生態(tài)安全方面意義重大.但伴隨城鎮(zhèn)化進程，湖區(qū)內(nèi)濕地的退化、消失和景觀類型的破壞現(xiàn)象時有發(fā)生，生態(tài)安全問題與城市群建設(shè)如何協(xié)調(diào)發(fā)展的問題亟待解決，在生態(tài)安全約束下考慮城市群空間網(wǎng)絡(luò)特征，揭示城市群空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)規(guī)律具有重大意義.因此，本文以環(huán)鄱陽湖城市群為例，綜合考慮區(qū)域景觀格局和生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性來構(gòu)建生態(tài)安全指數(shù)，定量測度生態(tài)安全約束下的環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動態(tài)演變及關(guān)聯(lián)特征，以期優(yōu)化城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為區(qū)域生態(tài)環(huán)境的保護和城市群的可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù).

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

環(huán)鄱陽湖城市群包含42個縣(區(qū))，2017年末總?cè)丝? 642.85萬人，占全省78.82%，GDP為16 218.28億元，占全省77.90%，是江西省重要經(jīng)濟增長區(qū)域，也是江西省生態(tài)安全保護的重點區(qū)域.但近年來環(huán)鄱陽湖城市群地區(qū)生態(tài)安全與城鎮(zhèn)化發(fā)展的矛盾日益凸顯，尤其是湖域生態(tài)安全對城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，很大程度制約區(qū)域可持續(xù)發(fā)展.因此，以環(huán)鄱陽湖城市群為典型區(qū)，探索以生態(tài)安全為背景考慮環(huán)鄱陽湖城市群經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要.

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 The location of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究采用土地利用、遙感影像、人口、GDP 等數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源.需要說明的是，文中城市群各節(jié)點城市質(zhì)量基于行政單元尺度，而生態(tài)安全分析則是基于格網(wǎng)尺度.將土地利用矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為100 m分辨率的柵格數(shù)據(jù)，基于生成的若干網(wǎng)格及其包含的景觀類型結(jié)構(gòu)與功能，反映區(qū)域生態(tài)安全狀況，而后將行政單元尺度的城市社會經(jīng)濟等屬性數(shù)據(jù)空間化，并與土地利用數(shù)據(jù)相結(jié)合，用以分析生態(tài)安全約束下的城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而達到多源數(shù)據(jù)的集成和不同尺度的融合.使用的數(shù)據(jù)說明如表1.

表1 數(shù)據(jù)來源及說明Tab.1 Data source and description

1.3 研究方法

1.3.1 生態(tài)安全指數(shù) 景觀結(jié)構(gòu)及其變動是區(qū)域生態(tài)環(huán)境體系的綜合反映，受城鎮(zhèn)化建設(shè)影響，景觀結(jié)構(gòu)日益呈現(xiàn)出復雜性、異質(zhì)性等趨勢[20].生態(tài)安全的測度是景觀生態(tài)學的核心內(nèi)容，同時也是保障區(qū)域生態(tài)安全的重要技術(shù)途徑.城鎮(zhèn)化水平的提升帶動城鎮(zhèn)建設(shè)用地的拓展，從而引起未利用地、耕地、草地等景觀類型面積的萎縮，使得景觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，景觀結(jié)構(gòu)安全指數(shù)能夠反映景觀受到干擾后的結(jié)構(gòu)特征，但不能反映出景觀類型抵抗外界干擾能力，更不能體現(xiàn)景觀類型對外界敏感性程度不同的特性，因此，從景觀結(jié)構(gòu)角度不能客觀把握區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況.景觀具有水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)等眾多功能，每種景觀類型所提供的生態(tài)服務具有差異性，均可采用生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行量化.綜合考慮以上因素，本文按照“景觀結(jié)構(gòu)安全+生態(tài)系統(tǒng)服務價值→生態(tài)安全”的邏輯思路，探討考慮生態(tài)系統(tǒng)服務的景觀結(jié)構(gòu)對區(qū)域生態(tài)安全的影響及其時空分異規(guī)律，精確識別環(huán)鄱陽湖城市群生態(tài)安全及其變化的時空格局，對區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化及生態(tài)安全評價等方面具有重要的理論和實際價值.

景觀結(jié)構(gòu)安全指數(shù)是區(qū)域景觀格局信息的凝練表達，包含景觀干擾度指數(shù)(Ei)和景觀脆弱度指數(shù)(Fi).具體指標含義參閱文獻[21]，景觀結(jié)構(gòu)安全指數(shù)(LSIi)的計算方法如表2.

表2 景觀結(jié)構(gòu)安全指數(shù)計算方法Tab.2 The calculation method of landscape structure security index

生態(tài)系統(tǒng)提供了物質(zhì)原料、氣候調(diào)節(jié)、生命支持系統(tǒng)等多重生態(tài)功能，生態(tài)系統(tǒng)服務價值核算的結(jié)果，既是生態(tài)文明建設(shè)決策的重要依據(jù)之一，同時也是區(qū)域空間資源優(yōu)化配置的客觀基礎(chǔ).因此，依據(jù)Costanza等[23]開創(chuàng)的生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值評估方法，參考謝高地等[24]、白瑜和彭荔紅[25]對我國生態(tài)系統(tǒng)服務功能的劃分和價值參數(shù)取值的研究成果，對景觀類型進行適當修正，核算結(jié)果如表3所示.

表3 研究區(qū)各景觀類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)Tab.3 Ecosystem service value (ESV) coefficients per unit area of different landscape type in the study area 元·hm-2

根據(jù)系統(tǒng)論中“要素-結(jié)構(gòu)-功能”的觀點，在系統(tǒng)內(nèi)部，結(jié)構(gòu)是功能實現(xiàn)的前提與基礎(chǔ).景觀作為具有一定結(jié)構(gòu)與功能的復合系統(tǒng)，其動態(tài)特性不僅僅受外部干擾，還會受自身交互作用影響，一方面，景觀結(jié)構(gòu)是景觀功能得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)，另一方面，景觀功能是景觀結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)，是景觀格局的表征.參考趙筱青等[20]的研究結(jié)果，在測度景觀生態(tài)安全時，給予景觀結(jié)構(gòu)和功能相同的權(quán)重.因此，基于以上兩個過程的測算，依據(jù)研究區(qū)景觀格局信息得到景觀結(jié)構(gòu)安全指數(shù)，并與研究區(qū)各景觀類型所能提供的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值相結(jié)合，得到研究區(qū)生態(tài)安全指數(shù)公式，具體為：

(1)

式中，ESk表示第k個評價單元的生態(tài)安全指數(shù)；LSIi為景觀結(jié)構(gòu)安全指數(shù)；ESVi為單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值；n為評價單元內(nèi)景觀類型數(shù)量.

1) 傳統(tǒng)引力模型僅用人口和 GDP表征城市質(zhì)量，度量結(jié)果顯然存在偏差.城市質(zhì)量是城市綜合實力的反應，與其對其他城市的吸引力息息相關(guān)，為了更加準確的度量環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)，結(jié)合區(qū)域城市發(fā)展特征，本文選取了具有代表性的4個指標：人口(M1)、GDP(M2)、社會消費品零售總額(M3)和固定資產(chǎn)投資額(M4)來衡量城市綜合質(zhì)量.在進行歸一化處理后采用均值法進行綜合核算，城市綜合質(zhì)量計算公式為：

M=(M1+M2+M3+M4)/4.

(2)

2) 傳統(tǒng)引力模型的另一個不足體現(xiàn)在公式中的D，原指兩物體間的空間距離，許多學者簡單地采用兩城市中心間的空間距離作為衡量兩城市距離的指標，這既與實際情況不符，又不能準確體現(xiàn)吸引力隨距離衰減的情況.當下我國道路交通交錯縱橫，城市距離已不再僅僅簡單取決于空間上的距離，而應綜合考慮多重因素，將空間距離、時間距離和貨幣成本距離進行融合.城市作為一個節(jié)點往往是通過多種交通方式相互關(guān)聯(lián)，但由于本文的研究著眼于縣域?qū)用?，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點城市之間以公路運輸為主，因此，在考慮數(shù)據(jù)可得性的前提下，本文基于百度地圖(http://map.baidu.com)平臺，通過計算機自動篩選出的網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點兩兩城市間的最短公路交通距離Hij和在此條件下的所用時長Lij和貨幣成本Cij分別進行無量綱歸一化處理，而后采用均值法得到Dij來綜合反映環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)中城市間的綜合距離.計算公式為：

Dij=(Hij+Lij+Cij)/3.

(3)

引力模型強調(diào)事物的空間關(guān)聯(lián)性，受地理鄰近度影響，而依賴于景觀類型的生態(tài)安全指數(shù)，其分布存在空間相關(guān)，將二者進行有機融合是地理學第三定律，即地理變量配置相似性的體現(xiàn).因此，本文以測定生態(tài)安全約束下城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動態(tài)演變特征及關(guān)聯(lián)為目的，將傳統(tǒng)引力模型修正為：

(4)

式中，Tij表示兩城市之間的引力值；n為城市群內(nèi)所有城市的數(shù)量；ESi、ESj分別代表兩城市的生態(tài)安全指數(shù)；Mi、Mj分別表征兩城市的綜合城市質(zhì)量；Dij代表兩城市間的綜合距離；b為距離的摩擦系數(shù)，在本研究中取b=2[26].G為引力常數(shù)，本文取G=1.

2 結(jié)果分析

2.1 生態(tài)安全變動分析

2.1.1 景觀結(jié)構(gòu)安全變化 為了提高對環(huán)鄱陽湖城市群生態(tài)安全的認識，借鑒劉耀彬等[27]對環(huán)鄱陽湖城市群界定和劃分圈層的結(jié)果，以鄱陽湖為中心，由鄱陽湖向外分別是環(huán)湖核心區(qū)和環(huán)湖邊緣區(qū).根據(jù)前文構(gòu)建的景觀結(jié)構(gòu)安全指數(shù)對研究區(qū)景觀結(jié)構(gòu)安全總體變動狀況進行描述，并逐一分析景觀破碎度、分離度、優(yōu)勢度指數(shù)的變化和單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值的空間分布狀況.同時，為了更好地研究景觀結(jié)構(gòu)安全空間變化規(guī)律，采用空間統(tǒng)計學方法對研究結(jié)果進行檢驗.

1) 景觀結(jié)構(gòu)安全總體變動分析.2005年—2015年，受城鎮(zhèn)化進程影響，城鎮(zhèn)用地增長了40.24%，其它建設(shè)用地增長了81.87%，而與此同時，草地和未利用地的比重卻急劇下降，分別下降21.87%和15.23%.并且在研究期內(nèi)，占據(jù)傳統(tǒng)優(yōu)勢地位的耕地，其比重也下降了4.36%，與之相似的還有林地，其比重略有下降，下降了2.08%.在此情形下，環(huán)鄱陽湖城市群的優(yōu)勢景觀類型發(fā)生了轉(zhuǎn)變，城鎮(zhèn)用地和其他建設(shè)用地擠占或取代了原有的耕地和草地景觀.城鎮(zhèn)建設(shè)用地的擴展的同時，斑塊數(shù)增加的有水域、耕地、林地，但耕地和林地的面積相比卻有所減少.就破碎度而言，水域破碎度增加十分明顯，表明鄱陽湖地區(qū)在城市化過程中，伴隨著城鎮(zhèn)建設(shè)用地的擴張，水域日益呈破碎化發(fā)展特征.就分離度而言，分離度下降的景觀主要是城鎮(zhèn)建設(shè)，其他景觀類型分離度雖變化不大，但均不同程度的增加，這一現(xiàn)象說明城鎮(zhèn)建設(shè)中追求片狀推進，并且受其影響，未利用地、水域、草地、耕地和林地與之發(fā)展方向相反，斑塊化、破碎化趨勢逐漸明顯，隨之而來的便是景觀連通性被減弱.以上分析表明，研究區(qū)呈現(xiàn)出了自然景觀和城市景觀逐漸分異的趨勢，人類生產(chǎn)活動逐漸成為景觀類型改變最根本性的因素.此外受湖域地區(qū)這一基本和長久的自然因素影響，水資源數(shù)量和分布狀況也是影響區(qū)域景觀格局的主導因子.

(1) 景觀破碎度變動分析.2005年城鎮(zhèn)用地的破碎度最高(0.139)，與破碎度最低的林地相差了0.130，可以看出，研究期初林地呈片狀分布.經(jīng)過10多年的發(fā)展，研究區(qū)景觀破碎度發(fā)生了較大變化，首先破碎度明顯升高的有未利用地，水域、林地和耕地，尤其是未利用地變化巨大，與2005年同比升高了62.10%，而只有草地破碎度有稍微降低，但也僅比2005年降低了3.76%，表明研究區(qū)占主導地位的景觀類型破碎度均升高，包括林地、耕地和水域，這一變化會引起各斑塊間的連通性降低，同時也會加劇斑塊的不穩(wěn)定性.城鎮(zhèn)建設(shè)用地也呈現(xiàn)出點狀分布的特點，其相比研究期初破碎度升高.以上種種現(xiàn)象表明研究區(qū)在城市化過程中，呈現(xiàn)出的建設(shè)用地不僅面積快速增加，并且具有整體點狀、局部片狀的特點，引起其它景觀破碎度升高.

(2) 景觀分離度變動分析.研究期內(nèi)，耕地分離度指數(shù)從0.086提高到0.104，增加了21.12%，林地分離度也增加了20.45%.從空間分布上看，2005年分離度較高的區(qū)域主要集中在環(huán)鄱陽湖城市群的邊緣區(qū)，低值區(qū)也主要集中在環(huán)湖邊緣區(qū)，可知環(huán)鄱陽湖城市群邊緣區(qū)分離度指數(shù)因景觀類型不同而兩極分化嚴重.到2015年，分離度兩極分化更為嚴重，最低值為0.128，而最高值為20.755，且與2005年相比，分離度高值區(qū)面積增加，呈現(xiàn)出由環(huán)湖邊緣區(qū)向環(huán)湖核心區(qū)蔓延的趨勢，在空間分布上與建設(shè)用地等相互交叉，重疊分布.

(3) 景觀優(yōu)勢度變動分析.景觀優(yōu)勢度是對針對斑塊重要性的測度，并受景觀類型空間分布的影響，而且不同景觀類型其優(yōu)勢度也會不同.從時間維度看，由表3可知，研究期內(nèi)景觀優(yōu)勢度整體變化不大，趨于穩(wěn)定，城鎮(zhèn)用地、草地和未利用地優(yōu)勢度稍高，耕地和林地的優(yōu)勢度相比而言處于低水平狀態(tài).從空間維度看，環(huán)鄱陽湖城市群區(qū)域內(nèi)環(huán)湖邊緣區(qū)優(yōu)勢度較高值占絕大多數(shù)，而優(yōu)勢度較低值則主要分布在環(huán)湖核心區(qū)邊緣地帶，未利用地廣泛分布于此.

通過表4和圖2對比分析發(fā)現(xiàn)，從時間上看，研究期內(nèi)未利用地的干擾度增幅最大，從2005年的1.390變?yōu)?015年的1.549，提高了11.47%，其次是水域，提高了4.22%，干擾度降低最明顯的是其他建設(shè)用地，從2005年的0.808將為2010年的0.710，降低了12.03%，從空間上看，2005年干擾度高值區(qū)面積較大，大多分布在環(huán)湖邊緣區(qū)周邊，到2010年干擾度高值區(qū)面積無明顯變化，但低值區(qū)卻分布范圍廣泛，并且研究區(qū)干擾度指數(shù)均保持在3.70以下.2015年相比前期，干擾度發(fā)生變動的區(qū)域主要集中在環(huán)鄱陽湖城市群南部，并且呈現(xiàn)上升趨勢.綜合來看，環(huán)鄱陽湖城市群的邊緣地帶的干擾度易出現(xiàn)波動，是需要重點關(guān)注的生態(tài)敏感區(qū).

表4 研究區(qū)景觀結(jié)構(gòu)安全數(shù)據(jù)統(tǒng)計Tab.4 The landscape structure security index data statistics in the study area

圖2 研究區(qū)3個時期景觀干擾度空間分布Fig.2 The space distribution of landscape disturbance degree in the study area in 2005，2010 and 2015

2) 景觀結(jié)構(gòu)安全的空間自相關(guān)性.景觀類型分布受地理空間影響，常常表現(xiàn)出空間相關(guān)效應.借助2005年、2010年和2015年環(huán)鄱陽湖城市群內(nèi)各景觀結(jié)構(gòu)安全空間分布數(shù)據(jù)與空間自相關(guān)模型計算得到3個年份環(huán)鄱陽湖城市群景觀結(jié)構(gòu)安全度的全局Moran’sI值(表5).結(jié)果表明，歷年景觀結(jié)構(gòu)安全的全局Moran’sI指數(shù)均為負值，2005年和2010年不能在拒絕零假設(shè)的前提下，存在顯著的空間自相關(guān)，而2015年則可以選擇在拒絕零假設(shè)的前提下，將置信度設(shè)置為90%，認為在該研究區(qū)內(nèi)存在較為顯著的負向空間自相關(guān)，也即環(huán)鄱陽湖城市群不同的鄰近景觀不具有很強相似性，印證了研究區(qū)景觀分離度趨于兩極分化的結(jié)果.通過表5比較研究區(qū)不同時期全局 Moran’sI的變動情況，Moran’sI從2005年的-0.012 4下降至2010年的-0.015 2，接著降速有所提高降至2015年的-0.022 8.說明研究各景觀類型生態(tài)安全在整體空間上由不存在顯著的空間自相關(guān)到存在顯著的負向空間自相關(guān)關(guān)系，各景觀類型生態(tài)安全度也由期初的隨機分布，逐漸演變?yōu)榭臻g分散，這里的相關(guān)性分析也與前文得到的研究區(qū)景觀破碎度增加，斑塊連通性被弱化的結(jié)果不謀而合.

表5 研究區(qū)不同時期的景觀結(jié)構(gòu)安全度Tab.5 Landscape structure security degree in the study area in 2005，2010 and 2015

2.1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析 生態(tài)系統(tǒng)服務與生態(tài)安全息息相關(guān)，是連接自然系統(tǒng)和社會系統(tǒng)的紐帶.本文基于環(huán)鄱陽湖城市群景觀類型數(shù)據(jù)進行生態(tài)服務價值核算，并對研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值(ESV)空間分布進行分析.在Arcgis平臺使用自然斷點法將核算結(jié)果進行分級展示，通過圖3的可視化結(jié)果可知，環(huán)鄱陽湖城市群整體單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值較高，并且單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值高值區(qū)主要集中環(huán)湖邊緣區(qū)，具體而言東北部以浮梁縣和婺源縣為主，東南部集中在資溪縣、宜黃縣和樂安縣為主，西北部則以靖安縣和武寧縣為主.相比單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值高值區(qū)，低值區(qū)的分布較為細碎和零散，但在研究區(qū)的中部和北部還是可以看到明顯的三大團狀，從北到南依次為九江市沿江區(qū)域，鄱陽湖濕地西南部以及以南昌市區(qū)為主的片狀區(qū)域.

圖3 研究區(qū)單位面積生態(tài)服務價值空間分布Fig.3 The spatial distribution of ecosystem service value (ESV) in the study area

2.1.3 生態(tài)安全評價 利用生態(tài)安全指數(shù)計算公式(式1)計算出每個景觀類型小區(qū)塊的生態(tài)安全值，然后在ArcGIS 10.2平臺上進行等級劃分，計算各生態(tài)安全級別所占的面積，在此基礎(chǔ)上對研究區(qū)3個時期生態(tài)安全空間分布情況進行對比分析.

1) 生態(tài)安全等級劃分.統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從2005年到2015年生態(tài)安全值有所減小，各景觀類型平均生態(tài)安全值從2005年36.818減少到2015年的35.109，即生態(tài)安全度有所降低.從生態(tài)安全峰值來看，從2005年到2015年生態(tài)安全度亦有所降低，但變動不大.以上均說明環(huán)鄱陽湖城市群生態(tài)風險加大，生態(tài)安全度低的變得更低，高的也向低的靠攏.基于可比性原則，根據(jù)生態(tài)安全值變化，以2005年生態(tài)安全值為基期，在ArcGIS10.2中將生態(tài)安全值按照JENKS自然間斷點分級法重分類劃分為5個等級：低生態(tài)安全度(0

圖4 研究區(qū)3個時期生態(tài)安全度空間分布Fig.4 The space distribution of ecological security degree in the study area in 2005，2010 and 2015

2) 生態(tài)安全空間分布分析.由圖4可知，整體來看，研究期內(nèi)部分區(qū)域經(jīng)歷了從較高/中等生態(tài)安全度向較低/低生態(tài)安全度的變化，生態(tài)安全度有所降低.從局部分布上看，弋陽縣大部分區(qū)域由較高生態(tài)安全度轉(zhuǎn)變?yōu)楦呱鷳B(tài)安全度，都昌縣部分區(qū)域由中等生態(tài)安全度向較高生態(tài)安全度轉(zhuǎn)變，生態(tài)安全狀況趨于好轉(zhuǎn).比較敏感且變化明顯區(qū)域主要分布在環(huán)鄱陽湖城市群腹地、東部邊緣地帶，其中南昌市區(qū)附近低生態(tài)安全度區(qū)域明顯增加，九江市區(qū)和星子縣周圍區(qū)域較低生態(tài)安全度區(qū)域也有所增長，余干縣部分區(qū)域由中等生態(tài)安全度向較低/低生態(tài)安全度轉(zhuǎn)化，鷹潭市大部分區(qū)域經(jīng)歷了由2005年中等生態(tài)安全度到2015年低生態(tài)安全度的轉(zhuǎn)變，且區(qū)內(nèi)高生態(tài)安全度區(qū)域幾近全部消失，德興市與婺源縣境內(nèi)少部分區(qū)域經(jīng)歷了由較低生態(tài)安全度向低生態(tài)安全度的變化，生態(tài)安全度持續(xù)降低.

由生態(tài)安全等級面積(表6)對比分析可知，研究區(qū)高生態(tài)安全度區(qū)域總體稍有增長，但波動性較大，低生態(tài)安全區(qū)面積從2005年的13 151.37 km2增加到2015年的14 797.16 km2，增加了12.51%，相比而言，較高、中等和較低生態(tài)安全區(qū)面積卻均呈現(xiàn)減少勢頭，較2005年變動比例分別為-4.76%、-8.37%和-1.38%，分別減少了626.06 km2、1 100.77 km2、181.61 km2.通過ArcGIS統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，環(huán)鄱陽湖城市群區(qū)域內(nèi)有4.19%的生態(tài)安全小區(qū)塊(39個景觀類型小區(qū)塊)的生態(tài)安全度明顯降低，說明鄱陽湖城市群部分區(qū)域生態(tài)安全在惡化，需重點關(guān)注.

表6 生態(tài)安全等級面積統(tǒng)計Tab.6 The ecological security grade and area distribution of the study area

2.2 基于引力模型的城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動態(tài)演變分析

圖5 研究區(qū)不考慮生態(tài)安全約束時的空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)Fig.5 The spatial network correlation without considering ecological security constraints in the study area in 2005，2010 and 2015

1) 2005年，南昌市區(qū)在環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中是最為核心的城市，與其他城市的關(guān)聯(lián)度相對較高，特別是與周邊城市的網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)度明顯要高于研究區(qū)其他城市.而撫州市區(qū)、九江市區(qū)和景德鎮(zhèn)市區(qū)與其他城市的關(guān)聯(lián)度較為一般，其余城市關(guān)聯(lián)度值更小，環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整體上呈現(xiàn)出“西密東疏”特征，表明2005年南昌市區(qū)在整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中輻射作用強影響力大，整體上是一種以南昌市區(qū)為單核心的松散網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).

2) 2010年，環(huán)鄱陽湖城市群中南昌市區(qū)與其他城市的關(guān)聯(lián)強度總體最高，緊隨其后的是九江市區(qū)，其他大多數(shù)城市間關(guān)聯(lián)強度均小于1(有605對)，在環(huán)鄱陽湖城市群網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中地位相對孤立，而且需要指出的是，南昌市區(qū)與東部城市關(guān)聯(lián)度相對偏低，需依賴一些城市的中介作用才能與東部城市發(fā)生聯(lián)系.表明研究區(qū)東部少數(shù)城市在環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)中處于被邊緣化的地位，未能融入研究區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，東西部不平衡特征明顯.

3) 2015年，環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和2010年相比變化不大，南昌市區(qū)與周邊城市的關(guān)聯(lián)進一步提升，以南昌市區(qū)為核心的網(wǎng)絡(luò)中心地位進一步得到鞏固，東南部地區(qū)的空間關(guān)聯(lián)度也得到提升，邊緣城市數(shù)目有所減少，但研究區(qū)東部和西部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不平衡和結(jié)構(gòu)松散的特征未得到改觀.

經(jīng)對比分析發(fā)現(xiàn)：(1) 2005年—2015年，南昌市區(qū)在環(huán)鄱陽湖城市群中始終保持核心地位，與周邊城市保持緊密關(guān)聯(lián)，具有較強的吸引和輻射作用.但研究區(qū)大量城市間關(guān)聯(lián)強度較低，邊緣化城市多，未能徹底融入城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，核心-邊緣結(jié)構(gòu)特征顯著.(2) 環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整體呈現(xiàn)“西密東疏”的特征，空間網(wǎng)絡(luò)不平衡特征凸顯，整體空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)育不成熟，部分城市間關(guān)聯(lián)強度下降，空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈松散趨勢.

2.2.2 生態(tài)安全約束下的城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動態(tài)分析 在對城市質(zhì)量指標綜合處理的基礎(chǔ)上引入生態(tài)安全指數(shù)(式4)，得到生態(tài)安全約束下的環(huán)鄱陽湖城市群間引力值核算數(shù)據(jù)表，以2005年各城市關(guān)聯(lián)強度中位數(shù)為基數(shù)分別繪制3個年份的城市網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)圖，以直觀展現(xiàn)生態(tài)安全約束下環(huán)鄱陽湖城市群各個城市在空間上的關(guān)聯(lián)強度(圖6)，并對其空間演變進行動態(tài)分析.

1) 2005年，環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)初具形態(tài).生態(tài)安全約束下，南昌市區(qū)在環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)中的核心地位依舊，呈點狀輻射周邊的形態(tài).但不可忽視的是，南昌市區(qū)、景德鎮(zhèn)市區(qū)和撫州市區(qū)三者的交匯地帶空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏散，余江縣更是未與周邊任一中心城市發(fā)生較強的關(guān)聯(lián).

2) 2010年，環(huán)鄱陽湖城市群表現(xiàn)較為突出的是景德鎮(zhèn)市區(qū)與浮梁縣之間的關(guān)聯(lián)得到大幅提升，強化了景德鎮(zhèn)市區(qū)在整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的中心地位.研究區(qū)東部的鷹潭市區(qū)、貴溪市和弋陽縣基本呈現(xiàn)出線型結(jié)構(gòu)，且與其他中心城市關(guān)聯(lián)較少，處于游離狀態(tài)，未完全融入到環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)中.

3) 2015年，環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本形成，且四者中部的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，均與周邊中心城市建立了較強關(guān)聯(lián).區(qū)域內(nèi)城市空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)度得到加強，多中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)同發(fā)展趨勢明顯，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)育程度日益成熟.

生態(tài)安全約束下環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)如下特征：(1) 2005年—2015年，環(huán)鄱陽湖城市群多中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸成型，游離在城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)邊緣的城市減少.(2) 經(jīng)過近10年的發(fā)展，研究區(qū)空間關(guān)聯(lián)強度隨年份的遞進大致呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢，在空間上逐漸形成發(fā)育成熟的城市群網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)，并在時間維度中不斷的向周邊輻射，多中心協(xié)同發(fā)展趨勢明顯.

圖6 生態(tài)安全約束下城市空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)Fig.6 The spatial network correlation restricted by ecological security in the study area in 2005，2010 and 2015

2.3 基于生態(tài)安全約束的城市群空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)對比分析

2.3.1 基于生態(tài)安全約束的城市群整體關(guān)聯(lián)強度對比分析 通過引力模型分別對不考慮生態(tài)安全約束情形和考慮生態(tài)安全約束情形進行核算得到環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(圖5和圖6)，并以2015年為例，依據(jù)其關(guān)聯(lián)度得到環(huán)鄱陽湖城市群兩種情形下的Circos環(huán)狀圖(圖7).該圖能清晰的表明研究區(qū)城市間的關(guān)聯(lián)強度.該圖能清晰的表明研究區(qū)城市間的關(guān)聯(lián)強度.其中，環(huán)狀結(jié)構(gòu)外層各字母表示不同城市，環(huán)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)層條帶的寬窄反映城市關(guān)聯(lián)的強度，從同一城市出發(fā)，條帶所指向的方向是不同城市間關(guān)聯(lián)關(guān)系.

圖7 考慮生態(tài)安全約束與否的城市網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)強度結(jié)構(gòu)Fig.7 Urban network correlation strength structure considering ecological security constraints or not in the study area

在不考慮生態(tài)安全約束時，關(guān)聯(lián)強度高峰值集中在以南昌市區(qū)為中心的周邊城市，尤其是南昌市區(qū)-新建縣，低峰值分布密集且廣泛，空間網(wǎng)絡(luò)整體聯(lián)結(jié)性有待提高，南昌市區(qū)與各城市(除新建縣外)關(guān)聯(lián)強度均偏小，差異不明顯，基本處于穩(wěn)定的均質(zhì)狀態(tài)，空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)單核心松散連接特征.

生態(tài)安全約束情形下，各城市關(guān)聯(lián)強度均有較大漲幅，打破了不考慮生態(tài)安全約束情形下的穩(wěn)定松散狀態(tài)，呈現(xiàn)出明顯的異速非均衡發(fā)展態(tài)勢，空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，向多核心密集連接方向發(fā)展.可見研究區(qū)城市空間關(guān)聯(lián)強度除直接受城市綜合質(zhì)量和綜合交通距離影響外，也受制于生態(tài)安全狀況.作為區(qū)域的經(jīng)濟交通中心，南昌市區(qū)整合各種資源的條件顯然比其他城市便利，而且城市綜合質(zhì)量不斷增強，同時還是區(qū)域重要的交通樞紐，交通網(wǎng)絡(luò)密度大且覆蓋范圍廣，因此以南昌市區(qū)為核心空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)凸顯.在考慮生態(tài)安全約束時，以南昌市區(qū)為中心的輻射狀形態(tài)格局雖仍較為明顯，但邊緣城市數(shù)目明顯減少，中心城市數(shù)目增加，區(qū)域空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向多中心密集連接方向.

2.3.2 基于生態(tài)安全約束的城市群首位關(guān)聯(lián)強度對比分析 對研究區(qū)單個城市而言，與其他城市的關(guān)聯(lián)強度是極不均衡的，較為緊密的關(guān)聯(lián)往往集中于該城市同其它少數(shù)城市之間，如在不考慮生態(tài)安全約束情形下，南昌市區(qū)同新建縣關(guān)聯(lián)強度值高達1 989.41，但同環(huán)湖邊緣區(qū)大部分城市間不足8.21.因此，以2015年為例通過對比是否考慮生態(tài)安全約束的情形來分析某一城市的首位聯(lián)系城市(圖8)，可以進一步揭示環(huán)鄱陽湖城市群網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)特征.

圖8 考慮生態(tài)安全約束與否的城市首位關(guān)聯(lián)強度空間格局Fig.8 Spatial pattern of urban first correlation strength considering ecological security constraints or not in the study area

在不考慮生態(tài)安全約束時，由圖8可知，區(qū)域中以南昌市區(qū)為首位關(guān)聯(lián)城市的有16個，并且主要集中在研究區(qū)中西部，以南昌市區(qū)為首位關(guān)聯(lián)城市的城市占全區(qū)域的39.02%，其在全區(qū)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中占據(jù)中心位置，呈放射狀向周圍輻射.

生態(tài)安全約束情形下，環(huán)鄱陽湖城市群的網(wǎng)絡(luò)集群結(jié)構(gòu)逐漸顯現(xiàn)，并以南昌市區(qū)、九江市區(qū)、撫州市區(qū)和景德鎮(zhèn)市區(qū)為核心.其中，南昌市區(qū)成為周邊城市的首位關(guān)聯(lián)城市，主要受其作為研究區(qū)的幾何中心、經(jīng)濟中心和交通中心影響.而九江市區(qū)位于環(huán)鄱陽湖城市群的北部，城市綜合質(zhì)量較好，且交通設(shè)施基礎(chǔ)好，因而也成為周邊城市的首位關(guān)聯(lián)城市.城市群首位關(guān)聯(lián)城市中核心城市已呈現(xiàn)出多點開花式特點，區(qū)域空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進一步凸顯.可見，城市綜合質(zhì)量和綜合交通距離是影響城市群空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的基本因素，城市綜合質(zhì)量越高，其集聚擴散能力越強，與其他城市之間的相互關(guān)聯(lián)的要素越廣泛，強度越大，生態(tài)安全是影響城市群空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的重要因素，在環(huán)鄱陽湖城市群多中心空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成與發(fā)展進程中起推動作用.

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本文基于景觀生態(tài)學理論，將景觀結(jié)構(gòu)安全與生態(tài)服務價值相結(jié)合構(gòu)建生態(tài)安全指數(shù)，利用改進的引力模型探討了2005年—2015年間生態(tài)安全約束下環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動態(tài)演變及關(guān)聯(lián)特征，研究得到如下結(jié)論.

1) 綜合景觀格局指數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)服務價值的生態(tài)安全評價方法能有效識別研究區(qū)的生態(tài)安全狀況，發(fā)現(xiàn)2005年—2015年環(huán)鄱陽湖城市群生態(tài)環(huán)境有所惡化，整體生態(tài)安全度降低，區(qū)域生態(tài)風險提高，部分區(qū)域經(jīng)歷了從高生態(tài)安全度向低生態(tài)安全度的轉(zhuǎn)化.這一變動的原因是由于近年來環(huán)鄱陽湖區(qū)域在城市化進程中，伴隨著城鎮(zhèn)建設(shè)用地的大幅度增加，使得林地、水域等景觀面積萎縮，并向斑塊破碎化方向發(fā)展，區(qū)域自然景觀和城市景觀逐漸分異.

2) 生態(tài)安全狀況是城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變動的重要影響因素，對城市群發(fā)展起約束作用.不考慮生態(tài)安全約束時，研究期內(nèi)南昌市區(qū)的核心地位顯著，與毗鄰城市關(guān)聯(lián)度高，研究區(qū)東部城市邊緣化現(xiàn)象凸顯，環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整體呈松散演變特征，“核心-邊緣”結(jié)構(gòu)明顯；而在生態(tài)安全約束情形下，環(huán)鄱陽湖城市群多中心的城市網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)趨勢明顯，城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐步發(fā)育成型，并逐漸向周邊輻射，空間關(guān)聯(lián)帶動效應顯著.

3) 結(jié)合生態(tài)安全指數(shù)的引力模型是測度研究區(qū)關(guān)聯(lián)狀況行之有效的方法.在不考慮生態(tài)安全約束時，多數(shù)城市關(guān)聯(lián)強度低且處于穩(wěn)定的均質(zhì)狀態(tài)，以南昌市區(qū)為首位關(guān)聯(lián)城市的單核心特征明顯；而在生態(tài)安全約束下環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)呈現(xiàn)異速非均衡發(fā)展的特點，由不考慮生態(tài)安全約束情形下的以南昌市區(qū)為核心的疏散結(jié)構(gòu)向多中心發(fā)展模式轉(zhuǎn)型，空間關(guān)聯(lián)度整體增強，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化，在這一過程中主要受到生態(tài)安全這一因素的影響.

3.2 討論

本文構(gòu)建的基于景觀結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)服務價值的生態(tài)安全指數(shù)，并以環(huán)鄱陽湖城市群為例，嘗試從景觀生態(tài)安全角度分析城市群網(wǎng)絡(luò)進程中的生態(tài)安全約束問題.但生態(tài)安全兼具綜合性與復雜性，本文探索性的從景觀結(jié)構(gòu)及其生態(tài)功能的角度來評價生態(tài)安全，尚未完整考慮區(qū)域的社會、經(jīng)濟、設(shè)施等眾多影響因子，所得結(jié)果具有相對性.并且受數(shù)據(jù)獲取、模型精度和相關(guān)評價標準的限制，本文僅選取了3個時間點的4個城市質(zhì)量指標來探討分析環(huán)鄱陽湖城市群空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，對于如何改善城市空間關(guān)聯(lián)的模型與方法也有待深入探討.因此，從多層次、多角度方面展開生態(tài)安全約束下的城市化演進具有重要意義，值得進一步研究.