適應性循環視角下綠色空間與城市發展的耦合研究*
——以成都市1949—2018年為例

曾昭君 葉 強 ZENG Zhaojun, YE Qiang

0 引言

國內外學者探索城市可持續發展模式的過程中，綠色空間的建設與城市發展的耦合關系始終是研究與實踐的重要議題[1-3]。綠色空間是城市重要的自然空間[4-5]，其服務水平受到城市發展的約束，同時影響著城市發展的水平[6-7]。表現在空間和時間上，則是與城市物質空間發展的交互脅迫[8]，從而形成城市生態—社會耦合系統[9]。該系統具有復雜適應系統的特征[10]，系統內的個體能夠與環境以及其他個體進行交流，不斷進行演化學習，并根據學到的經驗改變自身的結構和行為方式[11]。近年來，隨著城市不確定性因素如極端天氣、公共衛生事件頻繁發生，對城市耦合系統的沖擊日益明顯[12]，如何科學評估和提高耦合系統的適應性已經成為城市發展模式研究的熱點[13-14]。而辨識耦合系統適應性的形成機制，剖析系統內部各要素的相互作用方式、演進規律等對提高系統適應性至關重要。綠色空間與城市空間作為城市生態—社會系統的重要組成部分，必須對二者的耦合特征以及對耦合系統適應水平的影響機制展開深入討論。

適應性循環理論及模型是在演進彈性理論下產生的描述復雜系統隨時間演進的一種模型[15]，反映出復雜系統在自我演進以及受到外界沖擊前后，系統內部各子系統之間耦合作用發生強弱變化，系統形成生長（或倒退）、維持、釋放、重組四個階段的循環演替。在演進過程中，系統的彈性、脆弱性也隨之變化，其適應性則在這循環過程中實現自我調節[16]。該理論為解釋系統在演進過程中適應性的變化提供了科學依據，也對剖析適應性的形成機制提供了理論基礎。相對于傳統的系統論，適應性循環理論并不追求絕對的終極結果，而更關注系統演進的過程，系統狀態不再是靜止和唯一的，而是動態的、可轉換的。此外，它將系統內部子系統的耦合程度與系統的適應能力聯系起來，通過判別耦合系統的作用關系，可以推導出系統適應水平的變化趨勢。這種理論和分析模型將使研究結論更加客觀，使決策更具包容性和彈性[17]。在此理論基礎上，本文聚焦時間演進尺度，建立起綠色空間與城市發展的耦合特征與系統適應性之間的動態關聯，通過定量分析系統耦合特征的變化及影響因素，進而判斷系統適應水平的變化規律及趨勢。

1 適應性循環視角下綠色空間與城市發展的耦合機理

1.1 綠色空間與城市發展的耦合機理模型構建

綠色空間與城市發展構成的生態—社會耦合系統具有復雜系統的屬性，遵循適應性循環規律。依此搭建綠色空間與城市發展的耦合系統演進模型，如圖1所示?？梢钥吹剑诔鞘邪l展過程中，綠色空間與城市發展的耦合作用不斷發生著加強—減弱/零—重新加強的循環，二者形成的耦合系統則不斷發生著生長—維持—釋放—重組的循環過程。每個過程的時間長短不是絕對的，且有可能跳過某個階段。具體的變化規律如下：

圖1 適應性循環視角下綠色空間與城市發展的耦合機理模型Fig.1 the adaptive cycle framework of the coupling system of green space and urban space structure

1.1.1 生長 / 倒退階段（r）

這一階段城市多為有序發展階段，表現為空間擴張、人口增加等，城市的空間結構初現，而城市中的綠色空間的面積減少，服務水平也逐漸降低。另一種情況是綠色空間有序發展而城市發展停滯或倒退，表現為城市收縮，人口減少等，綠色空間隨之面積增加，生態系統逐漸進行自我修復。由于綠色空間與城市發展的耦合作用剛剛開始，相互影響較弱，因此耦合系統的適應水平較高，但呈現逐漸降低的趨勢，同時系統的彈性減弱，脆弱性增加。

1.1.2 維持階段（κ）

這一階段綠色空間與城市發展的耦合狀態表現為強耦合，二者相互抑制。如綠色空間的面積、結構明顯受城市空間結構的限制，如城市擴張帶來綠色空間破碎化，而綠色空間的銳減帶來城市環境惡化，直接影響城市發展水平等。隨著系統內部相互作用逐漸增強，耦合系統進入穩定發展、高效運轉的狀態，而這種強耦合必然導致自身靈活性降低，彈性下降，面對外來沖擊時更加脆弱，耦合系統的適應水平越來越低。如果是由倒退階段到這一階段，綠色空間是更加有序的發展，但城市的發展表現為倒退、混亂，但耦合系統缺少有效的社會治理機制應對沖擊，因此依然處于十分脆弱的狀態。

1.1.3 釋放階段（Ω）

綠色空間與城市發展的耦合作用達到臨界狀態，在外在沖擊如自然災害、疫情、導向性政策的干擾下，相互作用關系減弱，甚至脫離，耦合關系變為弱耦合或零耦合。綠色空間不再或較少受到城市空間結構的控制，也不再對其產生影響，或影響微弱。系統的運轉處于停滯或內部自我演替的狀態，稱之為釋放階段。這一階段中，耦合系統雜亂無序，不確定向哪個方向發展，但系統將重新開始適應環境，因此適應水平變高，彈性開始增加。

1.1.4 重組階段（γ）

在經歷沖擊之后，綠色空間與城市發展各自都在快速發展，但二者相互作用十分微弱，耦合關系仍為弱耦合或零耦合。如舊城更新，是城市物質空間的自我完善；如對大型綠色空間的嚴格保護，是促進植物群落的自我修復。耦合系統在這一階段表現為重組和新生，可能是重復上一個周期的發展模式，亦可能在外界沖擊影響下生成新的發展模式，系統狀態要么最活躍，要么最衰敗，具有明顯的不確定性。但這一時期耦合系統的彈性最大，適應水平也最強，是城市發展過程中耦合系統最理想的狀態。

1.2 耦合特征評價指標體系建構

為進一步定量判斷耦合系統的演進狀態，可以建立綠色空間服務水平、城市發展水平兩大指標體系來測算兩個系統的耦合度和關聯度，得出二者的耦合狀態變化階段和軌跡（表1）。本文在遵循科學性、可操作性、普適性的原則基礎上，首先通過文獻統計法對相關研究中出現的有關指標進行統計，篩選出現頻次較高的指標，并結合國家近年來出臺的國土空間規劃評價體系[18]，形成初步指標體系；其次，對指標進行內涵分析和歸類，初步確定從環境衛生、空間擴張、土地效益、人口結構、社會公平五個方面反映城市發展水平的特征；從生態效益、社會效益兩方面反映綠色空間服務水平，并對不同方面進行指標分解與細化；第三，對新中國成立以來的各城市年鑒進行查閱，篩選連續易得的指標。最終形成能有效反映連續時間尺度的綠色空間服務水平和城市發展水平的評價指標體系。

表1 綠色空間服務水平與城市發展水平評價指標體系Tab.1 the adaptive circular framework of the coupling system of green space and urban space structure

1.3 耦合特征計算方法

在明晰綠色空間服務水平與城市發展水平的耦合評價指標體系的基礎上，參考其他學者在城市系統耦合研究方面的理論與實踐[19-21]，運用灰色關聯分析方法，建構關聯度和耦合度模型，具體步驟參考黃曉軍等人的研究方法[22]，首先運用極差法對歷年數據進行標準化處理，然后運用關聯度計算公式（1）計算綠色空間服務水平與城市發展水平各項指標間的關聯程度，計算數值越大，說明兩個指標關聯性越大。最后引入耦合度模型，計算綠色空間與城市發展耦合系統各個年份的耦合度，見式（2）。其中數值越大，表明耦合度越大，系統相互作用越明顯，由于關聯系數均為正值，所以這里只能判斷出耦合強度，無法分辨是正相關還是負相關。耦合強度越大，說明耦合系統的適應水平越低。最后根據耦合度連續年份的數據進一步計算變化率，見式（3），得出耦合度的演進規律，進而反映耦合系統適應水平的變化特征。

其中，γij是關聯度，N是指標個數。

式（2）、（3）中，Ck為第k個年份的耦合度，m、l分別為綠色空間與城市發展構成兩個系統的指標數。

2 研究對象及數據來源

2.1 研究對象

選取成都市為研究對象，以中心城區為研究范圍，以1949年—2018年為研究時序，具體研究范圍如圖2-3所示。主要有以下兩個原因：第一，成都市作為我國省會城市之一，在70年的城市發展過程中，既表現出土地多次擴張、經濟飛速發展等特點，也深受外部沖擊如暴雨、熱島、地震等災害困擾。城市演進過程代表了我國多數大中城市，其綠色空間與城市發展的耦合演進特征具有普遍性；第二，成都市在人居環境建設方面一直走在全國前列，2018年又成為習近平總書記提出的“公園城市”首發地，具有極強示范性。運用適應性循環理論探索城市發展模式，有助于提高 “公園城市”理念與實踐的創新性和科學性，加強成都的示范作用。

圖2 研究范圍Fig.2 research scope

2.2 數據來源

研究中有關綠色空間和城市發展的數據來源于《成都統計年鑒》《成都市城市建設統計年鑒（1949—1998）》《成都五十年》，以及《成都市城市總體規劃（2011—2020）》《成都市城市總體規劃（2016—2035）》《成都市綠地系統規劃（2004）》《成都市綠地系統規劃（2013—2020）》。

3 適應性循環視角下的耦合特征分析方法應用：以1949—2018年成都市為例

3.1 綠色空間與城市發展耦合系統演進特征分析

3.1.1 耦合度大小分析

利用公式（1）（2）測算出成都市綠色空間與城市發展在1949—2018年的歷年關聯度和耦合度。根據耦合度的大小，將70年的數據按照組距分組的方式劃分為7組，如表2所示。

表2 綠色空間與城市發展耦合度分級表Tab.2 classification table of coupling degree between green space and urban space structure

從表中可以看出，新中國成立以來至2018年的70年中，成都綠色空間與城市發展的耦合度都在0.614 7～0.869 0的范圍，這說明在歷史演進過程中，二者始終處于較強耦合狀態。耦合度等級與其對應的年份數目呈現中間多，兩頭少的紡錘體特點，大部分年份的耦合度數值位于中間第3、4、5級別，即中強高至超強，占總年份的69%，其中，耦合度范圍在0.687 4～0.723 7的年份最多，達到30個，占70年的43%；第1和第7級別的年份數最少，各為2個，各占總年份數的3%；第2和第6級別的年份數分別為8個、14個，各占總年份數的11%和14%。這說明成都市自新中國成立以來綠色空間與城市發展的耦合系統的總體適應水平不高，這是城市在以消耗自然環境為代價的發展階段中必然出現的狀態，但極端的不適應或適應狀態出現較少。從具體年份來看，耦合度中強級別的年份跨度從20世紀50年代末至20世紀90年代初，21世紀以來年份較少，說明在2000年之前耦合系統的適應性較低，且維持時間較長。耦合度超強及以上的年份中，主要集中在新中國成立后的4年以及1996—2012年，說明兩個時間段的綠色空間與城市發展相互作用明顯，耦合系統的適應能力極低。2012年以后的年份以中度及中強耦合度為主，說明成都在近期的發展中，外界干擾及系統內部調整增多，綠色空間與城市發展相互作用明顯減弱，耦合系統適應水平較高。

3.1.2 耦合度變化特征判別

為分析綠色空間與城市發展耦合變化趨勢，根據公式（3）計算歷年耦合度變化率，運用組距分組的方式進行劃分，將其分為7組，如表3所示。

表3 綠色空間與城市發展的耦合度變化率Tab.3 change rate of coupling degree between green space and urban space structure

從計算結果可以看出，耦合度變化率在第1級即0.05%～3.47%的年份最多，占全部年份的56.52%，說明70年的多數時期中，成都市綠色空間與城市發展耦合度的變化幅度不大，呈現出連續緩慢上升或下降的特征。第1級包含的39個年份中，以2000年以前的年份居多，說明這一時期的耦合系統較為穩定。第2級即耦合度變化率在3.47%～6.9%范圍的年份數量次之，占到27.54%，既有獨立年份，也有相鄰年份，且覆蓋了每個年代，可見每十年中，綠色空間與城市發展的耦合度都有一次較明顯的升高或降低，說明耦合系統每十年有一次明顯受外部沖擊而調整的過程。其中1995年至2018年間的年份出現最多，可推斷成都市1995年以后的耦合度波動較大，耦合系統經歷了較為頻繁的調整。第3—7級的變化幅度屬于極端值，包含的年份數量都較少，各級別的年份數最多4個，最少1個，除第7級外都包含上升和下降的變化。從年份看，極端變化主要出現在1983—2009年，這正是改革開放以后經濟快速發展的階段。

圖3 成都市中心城區土地面積變化柱狀圖Fig.3 histogram of land area change in the central city of chengdu

3.1.3 耦合階段劃分

根據歷年耦合度和耦合度變化率的特征，將1949—2018年間耦合系統的演進過程劃分為六個階段，如圖4所示。

短暫衰退期（1949—1952年），這一時期較為短暫，表現為每年綠色空間與城市發展的耦合作用強，但變化幅度較小，耦合系統的適應水平較低。分析其背景，新中國成立前城市發展的停滯甚至倒退，帶來結果是綠色空間無人管理維護，反而自我恢復生長，耦合系統處于長期衰退的狀態，新中國成立后，成都市暫處于過渡時期，職能部門經歷新建及調整，城市大規模建設改造尚未開始，耦合系統維持衰退的狀態，但由于系統較為脆弱，在面對外部沖擊時，耦合系統極易轉為釋放狀態。

緩慢生長期（1953—1982年），綠色空間與城市發展的耦合度從1952年陡降，之后總體呈現緩慢下降又緩慢上升的趨勢，耦合度維持在0.69—0.76之間，以中強、強耦合為主，且變化幅度較小，說明在外部環境刺激下，耦合系統快速釋放并進入新的循環，進入生長和維持階段。耦合系統的適應水平由逐漸增加轉為逐漸降低，且未發生明顯的突變。從歷史發展看，這是成都市實施第一個五年計劃到改革開放剛起步的30年，城市經歷了多次糾亂反正，經濟恢復時期城市進行改造擴建，以系統內部各子系統的自我修繕和擴建為主，相互作用較弱，耦合度陡降；1958—1960年間，城市發展主要圍繞工業建設開展，綠色空間建設被忽略；20世紀70年代后，城市發展幾乎停滯，綠色空間遭到破壞，兩個系統之間長期處于脫節的狀態，耦合度繼續緩慢下降，之后在改革開放初期緩慢上升。

快速釋放期（1983—1985年），從圖4可以看出，這三年的耦合度為70年間最低值，耦合度變化率出現了較極端的陡降和陡增，可見綠色空間與城市發展的耦合系統發生了由維持到釋放、重組的突破性轉變，適應水平較高。到1985年耦合度增加，耦合系統進入新的循環。從歷史發展來看，主要受到以下重要因素的影響：1978年十一屆三中全會后，成都市對綠色空間建設的重要性認識發生了質的轉變；1982年，成都市被國務院確定為全國24座歷史文化名城之一；以及1984年修編城市總體規劃。這些決策和意識推動了耦合系統的演進。

圖4 綠色空間與城市發展的耦合度及耦合度變化率折線圖Fig.4 line chart of coupling degree and coupling degree change rate between green space and urban spatial structure

穩定適應期（1986—1992年），這一階段綠色空間與城市發展的耦合度長期保持在0.7左右，且變化幅度不超過0.82%，形成了十分穩定的7年。耦合系統由上一階段的釋放、重組進入生長期，綠色空間與城市空間均有序發展，耦合系統的適應水平不高，但也未受到明顯的外部沖擊。

震蕩調整期（1993—2012年），在20年的時間中，綠色空間與城市發展的耦合度忽大忽小，最多相差0.21，耦合度變化率陡增或陡降，最大絕對值為24.01%，波動十分明顯。可見這一時期外界沖擊較為頻繁，促使耦合系統不斷進行周期循環，長期處于大幅調整的狀態。分析其背景，成都市在1993年編制了有史以來第一個城市體系規劃，掀起了城鄉建設的高潮。此后政策、市場的調整頻繁，各子系統之間的作用方式也隨之快速變化，這必然引起系統內部耦合水平的忽高忽低，適應能力極不穩定。

波動適應期（2013—2018年），這一階段綠色空間與城市發展的耦合度和變化率的數值較上一時期均明顯減小，耦合度以中、中強級別為主，變化率范圍在1—4級，最大為13.07%。從演進過程看，耦合度大小和變化率都呈現出波動下降的特點。這說明耦合系統的適應水平在逐漸提高，且進行著較為頻繁的循環。成都自2013年以來，雖然氣候變化帶來的極端災害等不確定因素依然存在，但隨著大量建設綠色空間、優化綠色格局的策略逐漸實施，耦合系統呈現出良性適應的狀態，能夠對抗一定的外部沖擊。

3.2 耦合系統的耦合度大小變化特征的影響因素

為進一步揭示綠色空間與城市發展耦合特征的形成機制，需要剖析耦合系統在演進過程中各因素的相互作用程度和方式。對計算得出的關聯度數據進行求平均值，并按大小進行排序，如表4所示，剖析影響耦合特征的主要因素及作用方式。

3.2.1 城市發展對綠色空間服務水平的影響因素

從表4中可以看出，城市發展水平評價指標中的地均固定資產投資（Y31）、人均居住面積(Y53)、道路面積(Y22)與綠色空間水平關聯度最大，均達到0.8以上，成為影響綠色空間服務水平的主導因素。其中地均固定資產投資反映了土地建設成本的高低，這直接關系著綠色空間建設和維護成本；人均居住面積的大小反映了居民居住水平的高低，體現出居住環境的差異，而綠色空間是決定居住環境的重要因素，因此人均居住面積也與綠色空間服務水平有著高度關聯；道路面積增加與城市空間的擴張、結構的優化有著密切聯系，而城市擴張的過程中，必然帶來綠色空間的變化，如面積減少、系統破碎化等，因此道路面積的與綠色空間水平也構成較強的關聯性。

3.2.2 綠色空間對城市發展水平的影響因素

表4顯示，綠色空間服務水平評價指標中的人均公園綠地面積（X13）、人均公園面積（X21）與城市發展水平關聯度最大。分別為0.82、0.80。這兩個人均指標反映的是每人擁有公共綠色空間、城市公園的面積，是國內外在過去較長一段時間用來評價綠色空間服務水平的主要指標，其數值大小也成為各決策部門的考核依據。要使人均擁有公共綠色空間增加，在人口不斷增加的基礎上，就需要更多的城市用地，這就必然引起城市發展在用地上的擴張和道路面積的增加。因此，這兩個要素在較長時期內成為綠色空間對城市發展最主要的影響因素。

表4 綠色空間與城市發展耦合系統的指標關聯度Tab.4 index correlation between green space and urban spatial structure coupling system

3.3 耦合系統的演進趨勢及優化策略

3.3.1 耦合系統演進趨勢預測

根據綠色空間與城市發展的耦合系統適應性循環演進規律進行分析，成都市綠色空間與城市發展的耦合關系可能出現以下情景：情景一，綠色空間與城市發展的耦合度繼續降低，耦合度變化率較為穩定，耦合系統仍在釋放和重組的階段，適應性較強；情景二，耦合度轉為增強，系統進入生長階段，適應水平開始降低；在外部環境如政策刺激、自然及人為災害等的不確定性事件的影響下，耦合度會產生波動，情景會不斷轉換。結合成都市近年來的實際情況來看，環城生態圈的完善、公園城市的建設都將促使綠色空間的生態和社會服務水平大幅提高，與城市發展的耦合度趨向減弱，耦合系統的適應性會相對較強。這使城市在面對當前全球疫情、雨洪災害等突發事件的沖擊時，能夠有效的應對和消納沖擊，因此耦合系統相對波動適應期來說會較為穩定。但長期來看，長期尺度來看，容易產生綠色空間過度建設、城市運轉效率低下等新的問題。

3.3.2 規劃對策及建議

從耦合特征的計算公式及結果來看，指標數量一定的基礎上：單個指標間的關聯度越大，當年綠色空間與城市發展的耦合度就越大；其中關聯度較大的指標對耦合度的影響最大，這些指標的變化明顯控制著耦合系統不同狀態的轉化。因此，決策者在判斷耦合系統適應水平的變化趨勢之后，可以通過調節指標尤其是主導性指標的關聯度來影響系統的演進狀態。如耦合度過高時，可降低主要影響指標之間關聯度，耦合度過低時，則適當提高。需要明確的是，作為復雜的生態—社會系統，不可能存在一種措施使系統達到絕對的適應，人為的干預旨在減少過度耦合或過度釋放時產生的負面效應，但同時也可能帶來新的隱患，如系統適應水平升高，城市運轉效率則降低，系統適應水平較低時，遇到不確定因素時則損失巨大等等。因此，需要針對多情景來制定策略，并且對耦合系統的狀態及發展趨勢進行動態調整。

根據成都市近70年來的綠色空間與城市發展耦合現狀，結合我國當前對提高城市韌性，建設公園城市的發展目標，提出以下發展策略和優化建議。

第一，要深入理解公園城市的目標，盡快改變單純增加綠色空間的建設模式，探索更高效的綠色發展模式?？梢砸刖G色基礎設施（green infrastructure）的理念和措施，提高綠色空間的復合功能，這一模式既包括綠色空間系統的自我優化，也強調綠色空間與其他物質空間如交通、市政管網等的緊密結合，在土地緊缺的中心城區還提倡將建筑空間與綠色空間有機結合等等。

第二，從具體指標間的關聯度來看，綠色空間服務水平中的人均綠色空間面積、人均公園面積、園林綠化維護建設資金與城市發展水平中的人均城市建設用地面積、人均道路面積、地均固定資產投資、地均GDP產值、人均居住面積等指標關聯度較高，這些指標主導著耦合度的變化，可以通過提升或降低主導指標的關聯度來有效調整耦合系統的適應水平。具體實施建議如下：一、提倡綠色空間的低成本建設理念，盡可能采用節能材料、經濟性苗木、易維護的設施等進行建設，打造人性化、自然化的節約型綠色空間，使其建設成本不隨固定資產、GDP產值的提升而明顯增加；二、集約化利用土地，提升土地的復合功能，城市居住、道路等空間的擴張過程中盡量不犧牲服務水平較高的綠色空間，保障綠色空間系統的完整性和穩定性；三、通過優化綠色空間的內部結構提升綠色空間服務水平，從而降低對城市發展帶來的限制。如加強對大型綠地生態效益的提升，發揮生物群落的自我修復功能，而在中心城區中則盡可能保留點狀微綠地及古樹，強化綠色空間的休閑、文化、生態復合效益。

4 結論與展望

研究依據適應性循環原理，解析了綠色空間與城市發展在歷史演進過程中的耦合關系及其對應的耦合系統的適應水平；為定量測算耦合系統的耦合度，建立了綠色空間服務水平與城市發展水平的評價指標體系；以成都市為例，歸納出耦合系統1949—2018年間耦合度的變化規律，根據耦合特征劃分出不同的演進階段，并分析了耦合特征形成的主要影響因素。與其他關注系統靜態耦合的研究相比，本研究可以幫助學者和決策者動態的辨識綠色空間與城市發展的作用關系，把握其主導影響因素。決策者可以運用適應性循環理論，根據城市不同發展階段，兼顧長期歷史演進和短期發展需求對耦合系統的耦合度及變化率進行科學合理的調節，促進耦合系統形成良性循環。最后，本研究考慮歷史尺度連續數據的可獲得性，只能反映出綠色空間、城市發展的總體水平，對系統內部結構特征分析尚存在局限性。在今后研究中，將聚焦近10年的時間尺度，進一步調整優化評價體系，更有效的反映耦合系統的空間演進特征。

圖表來源：

圖1-4：作者繪制

表1-4：作者繪制