人本需求視角下基于鄉鎮單元主導功能的特大城市半城市化地區生態系統服務優化研究
——以上海為例

閻 凱

陳 晨*

劉 爽

楊 丹

李志鵬

生態系統在人類生活環境中扮演著不可或缺的角色，其服務功能包括食品、淡水的供給，氣候、溫度的調節，多樣性的維護，以及精神文化和娛樂價值[1]，是當前多個學科的研究重點[2]。然而，伴隨著高速城鎮化進程，快速增長的建設資本(建筑環境)和社會資本取代了以生態系統服務價值為核心的自然資本，成為人們主流的價值取向，導致城市生態系統服務功能下降，城市生態網絡系統無法發揮原有的積極作用使人類獲益[3]，這一現象在特大城市郊區的“半城市化地區”尤為顯著。

在特大城市中，“半城市化地區”位于中心城區和衛星城區的外圍，是城市建成環境與自然環境高度混合的過渡地帶，其生態系統服務功能的構成更為多元和復雜[4]，其對生態系統服務優化的需求迫切且富有挑戰性。既有研究通常是“供給”導向下的增量研究，而當地的人類價值取向變化下的實際需求對生態系統造成的負面效應卻較少受到關注。實際調研中，很多作為城市綠色核心保護范圍的半城市化地區鄉鎮單元，本應承擔更多供給、調節的生態系統服務功能，但由于自身發展需求，生態用地被大量蠶食。可見，當地“需求”的負面效應直接影響城市生態系統服務提供的“供給”效益質量，導致在空間地域上的“供給-需求”錯位、失衡等問題，一定程度上造成了地方規劃管理實踐上的被動性和盲目性。

因此，生態規劃系統本身需要做出深刻變革，通過功能性空間規劃來控制半城市化地區的負面效應[5]。城市行政單元管理政策和規劃決策很大程度上影響著土地管理方式，直接或間接影響自然生態系統變化[6-7]，而鄉鎮單元則是廣大半城市化地區國家行政管理的最直接的行政單元。本文以上海為例，探討人本需求視角下基于鄉鎮單元主導功能的特大城市半城市化地區生態系統服務優化策略。

1 文獻綜述與理論建構

1.1 生態系統服務價值評估的常用方法及局限性

對生態系統服務價值的評估一直是一項富有挑戰性的工作，其評估方法大致可以分為2類。第一類是成本效益分析，通過價值評估或支付意愿評估等貨幣方法的創新嘗試[1，8-10]，對生態系統的服務價值進行定量測度。上述方法通常可以進行空間模擬和特征標定繪制，使生態系統服務評估可視化。已有研究普遍基于土地分類的價值估算，通過具體的經濟價值評估判斷特定地區的生態系統服務能力，逐漸出現了例如GIS、InVEST、FUTURES、CA-markov、CLUE-S、SPANs等一系列生態系統評估軟件[11-13]。這種方法在理論邏輯上得到了普遍認同[14]167，但由于生態系統的復雜性和差異性，學者對研究領域和標定物定價方法的選取往往“以一帶全”，導致結果出現準確性和一致性不足的問題[15]。

第二類是基于生態系統服務供需的生態系統服務價值評估，包括碳足跡、碳匯計算、生態完整性評估等核心方法[1][14]57[16-17]，并取得了若干研究成果[12-13，18-19]。盡管生態系統服務的研究目標都指向人類福祉，但是僅從生態系統服務端推導生態系統服務價值，無法充分考慮人的真實生態需求，而從多元化的人本需求角度對生態服務價值進行的系統性研究較少。

城市生態系統服務被普遍視為相關決策支撐的重要依據[7]，將需求方納入生態系統服務評估非常重要。本文擬將生態系統服務的“供給-需求”在某一段時間內的具體空間地域中進行有效匹配，將評估結果作為應用層面支持城市生態規劃的重要依據。

表1 修正的生態系統服務價值概念

1.2 面向多元化人本需求的生態系統服務價值評估方法建構

目前，傳統生態服務價值評估通常以抽象的人類福祉為目標，但很少有方法可以處理當地需求與地方生態系統提供服務之間的關系[2]。在生態系統服務既有框架的基礎上，試圖對生態系統服務價值評估的具體內容進行轉換，從而一定程度上彌補相關研究的不足。筆者在相關研究成果[1，12，20-21]的基礎上，進一步整理獲得符合中國現實發展邏輯和滿足現有數據條件的支持、調節、供給、文化娛樂游憩4類生態系統服務價值量概念表(表1)。此外，某些人本需求可能會產生大量負生態效益，也應被計入整體核算中。

本文認為，如果不能與城市發展的需求發生緊密關聯，那么生態系統服務價值的研究雖然可以優化生態環境，卻很難滿足城市發展的多元化需求。已有大量針對生態系統服務供需狀況的研究面臨的最大問題是生態系統服務評估未能有效指導和影響土地管理決策[7]。因此，本文旨在從滿足人本需求的角度來量化評估生態系統服務功能價值，探討與城市化相關的土地利用與生態服務供需之間的空間不匹配問題，并將其反饋到土地管理及城市開發決策之中，由此構建人本需求導向下的上海城市生態系統服務價值優化方法：通過鄉鎮行政單元下的生態系統服務價值分析來梳理鄉鎮單元用地的主導功能，利用生態補償機制的原理，進行適合單元發展主導需求的規劃引導(圖1)。

圖1 基于生態主導功能導向的上海城市生態網絡系統服務價值優化步驟示意

2 研究方法與數據

本文的研究對象是半城市化地區，但半城市化地區的空間界定尚未形成統一的標準。采用陳晨等的方法[22]，以“鄉鎮街道”為地域單元，通過破碎度和農業用地比例2項指標，基于上海市2015年的土地利用柵格數據定量識別上海市的半城市化區域①(圖2)。在此基礎上，研究過程分為以下4步。

第一步：土地利用及土地覆蓋變化空間數據整理。通過疊加、聚合等方法解讀特定時間的土地利用狀況。

第二步：各鄉鎮街道生態系統服務價值估算。與傳統生態價值評估方法中以貨幣價值量、碳匯量等作為計算單位不同，本研究從人的多元需求出發，評估上海市半城市化地區各鄉鎮街道單元各類型的生態服務價值，即將生態系統服務價值當量換算為可服務的人口數量，分為供給、調節、支持和文化娛樂游憩4個方面，方便不同人群理解單元內4個方面的真實狀況，打破學科間對于貨幣價值當量極差的認識鴻溝，更好地為規劃管理者提供清晰、直觀的決策依據，有利于土地政策與生態系統服務相匹配。其基本計算思路如下。1)供給：選取糧食作物產量為核心指標，將糧食作物的產量與人均消耗量進行需求對比，確定每個鄉鎮街道能夠供養的人數。2)調節：選取氣候監測為核心指標，通過對比PM2.5消減量與城市人口受影響情況，得到每個鄉鎮生態系統可“調節”的人口數。3)支持：選取碳儲量為核心指標，計算公式為：碳儲量P=面積×碳密度，根據每個鄉鎮單元各類生態用地面積，匯總計算得到各鄉鎮街道單元的生態系統支持人數=碳儲量P/成人每年碳足跡。4)文化娛樂游憩：突破傳統生態系統服務價值計算方法中使用文化設施數量等不可變指標的做法，選取人口游憩活動為核心指標，通過人口活躍度的實時情況與用地容量進行對比。本研究中人口活動指標通過人口樣本數據擴樣產生，人口樣本數據來自聯通手機信令數據，最終可計算獲得各鄉鎮街道的游憩人數總量②。

第三步：通過計算半城市化地區的生態服務價值與實際鄉鎮管理單元的常住人口需求進行對比，梳理半城市化地區的生態系統服務供需空間格局。

第四步：生態服務價值聚類，即以鄉鎮街道為單元對生態系統服務進行聚類分析。使用K-Means算法，以鄉鎮街道為單元，對供給、調節、支持、文化娛樂游憩4類生態服務價值進行聚類分析。根據各分析單元生態系統的主導功能，對半城市化地區的生態系統服務功能進行分類，并提出優化策略。

數據來源包括：1)采購自地理國情監測云平臺的15m×15m柵格的上海市土地覆蓋數據，分為耕地、林地、草地、水域、建設用地(包括城鄉、工礦、交通、居住用地)和未利用土地6個大類29個小類(2015)；2)人口普查數據和統計年鑒中的人口數據(2015)；3)上海市統計年鑒中的經濟社會屬性數據；4)聯通公司近40萬客戶在2016年3月的手機信令數據。

圖2 上海市城市地區、農業地區和半城市化地區的鄉鎮單元分類[20]

圖3 各鄉鎮生態系統可供養人數與常住人口比較

圖4 各鄉鎮生態系統可調節人數與常住人口比較

圖5 各鄉鎮生態系統可支持人數與常住人口比較

圖6 各鄉鎮文化娛樂游憩人口數量

3 上海半城市化地區的生態系統服務價值及空間格局

3.1 供給格局：圈層結構

研究結果表明，上海供給功能較強的鄉鎮主要集中在半城市化地區，其中，又以崇明島地區，嘉定區徐行鎮，青浦區朱家角鎮，金山區亭林鎮、葉榭鎮，奉賢區奉城鎮、莊行鎮、柘林鎮，以及浦東川沙新鎮和祝橋鎮較為突出。將各鄉鎮生態系統可供給人數與常住人口進行比較，從全市來看，根據計算結果得出的上海市生態系統總供給人口為1 380.26萬人，2015年末上海市常住人口總數為2 415.27萬人，遠遠超出了生態系統的總供給能力。為了對這種供求差異進行空間差異性分析，將可供給人數與常住人口進行比較，發現半城市化地區是最為多元化的地區(圖3紅色線框標注的區域)：近郊圈層的半城市化地區供給服務能力遠遠低于本鎮人口規模，是供求缺口最大的地區(圖3淡黃色、褐色和深褐色地區)；而遠郊圈層的半城市化地區供給服務能力超出了本鎮人口規模，存在剩余(圖3深綠色地區)。中心城區普遍存在供給能力低于常住人口的情況，但缺口水平相對均衡，處于中等水平。

3.2 調節格局：圈層+廊道結構

從可調節的總人數來看，上海鄉鎮單元層面生態系統服務調節功能較為突出的鄉鎮單元為崇明區新海鎮、東平鎮，青浦區朱家角鎮、金澤鎮，以及奉賢區海灣鎮。實際上，這些地區也正是上海市森林、濕地、水體較為集中的地區。為了對這種供求差異進行進一步的空間差異性分析，將各單元的可調節人數與常住人口進行比較，發現除上述調節功能最為突出的鄉鎮單元外，寶山區的羅涇鎮、高橋鎮，以及青浦區、金山區、崇明區和浦東區部分鄉鎮的調節功能尚可滿足本鄉鎮人口需求(圖4)。可以發現，半城市化地區在調節功能上的多元化性更強，從可調節人口不足(圖4紅色、橘紅色和黃色區域)到可調節人口盈余(圖4深綠色和綠色區域)的空間格局特征不再呈現前述明顯的圈層狀態，而是出現了明顯的“圈層+廊道結構”的特征。

3.3 支持格局：圈層結構

總體而言，各鄉鎮生態系統可支持人數空間分布特征與供給功能類似。結果顯示，上海市生態系統總支持人口為378.73萬人，遠遠低于常住人口2 415.27萬人的需求。為了對這種供求差異進行空間差異性分析，將各鄉鎮單元的支持人數與常住人口進行比較，也可以發現上海市絕大多數鄉鎮生態系統的支持能力均低于本鄉鎮人口數量，僅奉賢區的海灣鎮和崇明島，以及浦東區的部分鄉鎮可滿足本鄉鎮的生態支持需求(圖5深藍色區域)。值得注意的是，各鄉鎮街道生態系統的支持能力與本單元人口數量缺口最大的地區大量集中在半城市化地區。

3.4 文化娛樂游憩格局：交通樞紐+大型游憩項目結構

半城市化地區各鄉鎮文化娛樂游憩人數如圖6所示，計算時取消了城市地區的游憩人口而只關注半城市化地區的游憩人口，這樣可以消除以城市地區為目標的旅游人口集聚造成的結果偏差。

從空間格局看，半城市化地區的文化娛樂游憩人口大量分布于上海市東南郊地區，尤其在浦東區的祝橋鎮、惠南鎮、川沙新鎮、周浦鎮、康橋鎮、張江鎮、三林鎮和閔行區的浦江鎮較為集中，原因是這些鄉鎮臨近浦東國際機場、上海迪士尼公園、浦江郊野公園等承載較多游客的地區。此外，奉賢區的南橋鎮、金匯鎮和嘉定區的安亭鎮游憩人口也相對較多。總體來看，上海市半城市化地區游憩人口的空間格局也呈現“交通樞紐+大型游憩”的特征。

圖7 生態系統服務功能聚類結果(注：相對于平均水平的標準化值)

4 半城市化地區生態系統服務功能的特征類型與優化策略

4.1 基于生態主導功能的生態單元特征類型聚類

根據上文計算的供給、調節、支持、文化娛樂游憩4項指標，對上海市半城市化地區的鄉鎮街道單元進行K-means聚類分析，并將聚類結果鎖定在6類。為了更好地描述各個類型的特征，對聚類后各類別內所有鄉鎮單元的4項指標求解標準化后的平均值，大于0代表該類平均值大于總平均值，反之代表小于總平均值(圖7)。將其可視化后得到上海市半城市化地區鄉鎮單元的生態系統服務功能聚類結果(圖8)。

與圖8相對應，類型1和類型2兩個地區有一定的共同點。從格局來看，均位于生態核心區附近，大部分位于城市生態保留區內，部分周邊空間是城市生態與建設爭奪區，少部分位于城市建設控制區。從生態系統的服務需求來看，可分為2種。類型1地區包括5個鄉鎮街道，即周浦鎮、張江鎮、康橋鎮、安亭鎮和三林鎮。這類地區在空間格局上是中心城區周邊或者靠近郊區新城的鄉鎮街道，它們的文化娛樂游憩服務價值顯著高于總平均值，供給、支持服務價值低于總平均值，調節服務價值略低于總平均值，可以稱為“游憩休閑型單元(1)”類型。類型2地區包括4個鄉鎮，即川沙新鎮、惠南鎮、祝橋鎮和浦江鎮，它們的文化娛樂游憩價值顯著高于總平均值，供給和支持高于總平均值，調節接近平均值，可以稱為“游憩休閑型單元(2)”類型。

類型3地區從空間格局來看，是靠近海邊、湖邊的鄉鎮，主要位于城市生態核心區，部分位于生態保留區，少部分位于城市生態與建設爭奪區，包括3個鄉鎮，即朱家角鎮、海灣鎮和金澤鎮。從生態系統的服務需求來看，調節功能服務價值遠大于平均值，調節作用非常明顯；供給和支持服務價值顯著高于總平均值，文化娛樂游憩服務價值略低于總平均值，可以稱為“生態調節型單元”類型。

類型4地區從空間格局來看，極少部分位于城市生態核心區和城市城鄉建設區，少部分位于城市生態保留區和城市建設控制區，部分位于城市生態與建設爭奪區，共包括24個鄉鎮街道，即車墩鎮、新場鎮和廊下鎮等。從生態系統的服務需求來看，供給、調節、支持和文化娛樂游憩4類服務價值都大致處在半城市化地區的平均水平，具有較強的代表性，可以稱為“均衡型單元”類型。

類型5地區從空間格局來看，部分位于城市生態核心區，大部分位于城市生態保留區，部分位于城市生態與建設爭奪區，共包括16個街道，即長興鎮、豎新鎮和呂巷鎮等。從生態系統的服務需求來看，這類地區供給、支持服務價值顯著大于總平均值，調節服務價值與平均水平持平，文化娛樂游憩服務價值略小于總平均值，可以稱為“生產型單元”類型。

類型6地區是半城市化地區中最靠近城市的地區。從用地功能來看，極少部分位于城市生態保留區，部分位于城市生態與建設爭奪區，大部分位于城市建設控制區，少部分位于城市城鄉建設區，共包括30個鄉鎮街道，即中山街道、永豐街道和奉賢區海灣旅游區等。從生態系統的生態服務需求來看，供給和支持服務價值顯著低于總平均值，調節和文化娛樂游憩服務價值略低于總平均值，可以稱為“快速城市化單元”類型。

4.2 鄉鎮單元典型生態類型的定位與優化

城市生態系統服務功能在落地、管制和實施過程中，需要對生態網絡系統進行行政單元解構管理，上述游憩休閑型單元、生態調節型單元、均衡型單元、生產型單元和快速城市化單元的生態服務功能類型劃分，有利于進行有針對性的規劃引導。

“游憩休閑型單元”地區是城市重要的文化軟實力載體，是城市人文生態休閑的必經之地。從單元功能來看，其核心功能是提供大量可供人類休閑、游玩等“精神消費”的空間，滿足各類文化休閑空間活動，也是展示城市軟實力的重要組成部分，具體可分為2種單元類型。1)生態良好，交通便捷，承載大量市民休憩活動，適合作為城市市民的第二居所區域。2)大量文化、娛樂和游憩活動舉辦地。從空間格局來看，類型1地區分布在距離主城區較近，滿足大量市民周末快速出行、生活休閑的區域；類型2地區是大型的旅游景點或交通樞紐周邊。未來應特別關注“游憩休閑型單元”的舒適性，在交通便捷的基礎上，尋求更多可供休憩、停留的空間，延長游客在本地的休閑游憩時間，增加度假型商業空間，完善文化娛樂游憩休閑體系。

“生態調節型單元”地區是城市的重要生態資源，是城市生態網絡系統的重要節點區域。生態調節型單元類型作為城市重要的生態資源，核心的功能是限流但不節流，通過合理的疏導和管控，讓更多人了解自然，對城市發揮更大的生態調節功能。從單元功能來看，此類單元具有優質生態本底，動植物多樣性高，植物豐度高，是城市重要的調節區域，也是城市重要的物質產出地。空間格局上，此類單元靠近海邊、湖邊、森林茂密區域，擁有較多農田。未來應合理使用其優質的生態資源，適度增加滿足游憩休閑需求的服務設施，并從優質的生態資源中引導相關活動，完善生態理念和生態教育體系，成為城市中重要的科普場所。

“均衡型單元”地區是整個城市重要的均衡空間，支撐了整個城市的4項基本功能，但整個單元的發展方向并不明確。這類單元的供給、調節、支持和文化娛樂游憩服務價值均處在城市平均水平，是城市郊區工業的承載地區，是城市基本的生產空間，是郊區的生活休閑發展空間，也是城市調節生態發展的生態空間，整體功能能夠滿足單元片區內人群的正常使用。空間格局方面，大多是中心城區周邊或者靠近郊區新城的鄉鎮街道，位于生產性單元和快速城市化單元的過渡地帶。未來應發揮自身優勢并結合周邊單元的功能優勢找準定位，在城市建設發展與生態休閑2個維度中，有舍有得適度發展。

“生產型單元”地區是城市重要的生產空間，供給了整個城市的基礎生活物資。這類單元是整個城市生產功能的基礎，是糧食生態、基礎物資生產的核心，也是城市碳儲藏的重要區域，一般位于城市重要的生產走廊與基本農田區域。未來建設中應繼續集約化、規模化發展，力求突破單元界限，整合更完整的生產空間，發揮最大效應，滿足城市未來的基礎生產需求。

“快速城市化單元”地區是城市發展外溢的主要區域。這類單元是城市化發展最重要的承載區域，供給與支持服務遠不能滿足整個片區的發展需求，最重要的功能是承載主城區的外溢人口，滿足單元經濟發展需求，空間上位于半城市化地區內最靠近城市的地區。應當合理控制規模，限制城市人口快速擴散，集約、“精明”發展，某些生態優質區域應當劃定管控界限，保留發展郊區生態優勢空間。

5 結語

已有對城市生態系統服務優化的研究在“供給”導向方面取得了豐碩成果，但據此形成的生態規劃管控要求在落地實施時經常遇到阻力，原因是很少考慮到當地的人類價值取向變化下的實際需求對生態系統造成的反饋效應，造成了生態系統服務在空間地域上“供給-需求”的錯位與失衡，給基層行政單元在生態保護方面的規劃管理造成困難，這一現象在生態用地和建設用地交錯的特大城市郊區的半城市化地區最為顯著，因而要求生態規劃系統本身做出深刻變革。

以上海為例，特大城市半城市化地區的生態系統服務價值具有高度多樣化的特征，同時也是生態系統服務供需矛盾最突出的地區。本文基于人本需求識別鄉鎮單元的生態主導功能，并據此提出上海市半城市化地區生態系統服務的優化思路，可以有效指導我國特大城市半城市化地區的基層行政單元(如鄉鎮單元)應對生態保護的規劃管理效率，使局部單元的生態服務價值優化與總體城市生態系統服務提升的目標達成一致。

圖8 聚類獲得的上海市6類半城市化地區的空間格局

通過評估并將生態網絡系統根據行政管理邊界解構為單元類型，在人本需求導向下進行生態系統服務功能劃分，為實現高效的土地資源管理和土地規劃管控奠定基礎。但是，一方面，自下而上地按照基層行政單元(如鄉鎮街道)現狀評估獲得的單元整體定位，如何整合到自上而下的高級行政單元(如省、市、縣)生態發展戰略中，還需要進一步探討；另一方面，按照行政單元解構形成的單元整體定位與行政單元中生態網絡系統建設具有較大的差異性。由于研究尺度不同，生態單元總體定位并不能完全定性行政單元內部的生態網絡系統建設，需要從資源狀況、產業分布、人口變化等更多社會、經濟層面考慮，以便完善生態網絡系統單元內部的功能服務。

實際上，通過人本需求視角的生態系統服務價值評價，采用生態供給、調節、支持、文化娛樂游憩功能中的某一方面內容進行評價，還不能全面代表整個生態服務價值，但通過此方法可以更直觀地理解生態系統在某一功能服務方面的作用，為后續規劃實務提供依據。地方政府應根據實際樣方調研、片區發展特色，從定位角度提出符合區域生態網絡系統、周邊用地“減量化”及文化娛樂游憩功能的措施，提升整體單元的文化娛樂游憩功能服務，做到更加精細化的管理。

注：文中圖片除注明外，均由作者繪制。

致謝：感謝同濟大學建筑與城市規劃學院沈清基教授對本文的指導和建議。

注釋：

① 該方法先定義典型的城市地區和農村地區，剩余的地區就是半城市化地區。基于經驗數據和城市地區/農村地區人機交互驗證(95%置信區間)，通過設定閾值的方法對上述半城市化地區進行界定。

② 具體算法：通過對工作時間(9：00—17：00)和夜間(23：00—6：00)每個樣本主要位置點的提取，將個體的軌跡位置分為居住地所在位置、工作地所在位置和非居住地非工作地的其他位置。隨后將樣本按居住地匯總到街道鄉鎮層面，將樣本數據與2015年上海市統計年鑒數據進行比對，基于性別、年齡等重要人口學表征數據進行擴樣，主要的擴樣方法參照人口擬合的方法。在此基礎上，游憩人數總量=“所有出現過的設備號數量”-“工作地、居住地在本鄉鎮街道內的設備號”，然后按照鄉鎮街道進行匯總獲得游憩人數總量。