城市綠地與居民健康福祉相關性研究進展
——基于生態系統服務供需匹配視角

肖華斌,何心雨,王 玥，王潔寧，姜芊孜

山東建筑大學,建筑城規學院, 濟南 250101

習近平總書記在十九大報告中指出：“中國特色社會主義進入新時代,我國社會主要矛盾已經轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾”。中央城市工作會議也明確提出：“堅持以人為本,不斷提升城市環境質量、人民生活質量,城市工作要把創造優良人居環境作為中心目標”。中國城市正面臨著快速改變的城市環境和生活方式帶來的眾多健康挑戰,城市健康環境發展的不充分、不平衡現象尤為突出[1]。居民健康福祉與城市人居環境質量密切相關,探討以居民健康為導向的城市人居環境規劃與調控,是滿足居民日益增長的健康需求,改善不充分、不平衡發展的關鍵。

城市綠地是城市生態系統中一類重要的多功能組分,發揮著重要的生態、休閑、娛樂等功能,能夠改善城市居民生理及心理健康狀況、緩解工作壓力、增強幸福感[2]。同時城市綠地也是城市綠色基礎設施和公共服務設施的重要組成部分,其提供的服務具有準公共產品的特性,能夠影響城市居民體力活動多樣性,滿足居民多層次需求。然而,國內外快速城市化地區普遍存在著城市綠地破碎化現象,導致其服務能力不斷降低,引發生態系統服務(Ecosystem Services,ES)供需總量失衡、空間與類型不匹配等問題[3-4]。現行的城市綠地評價過分強調“數量”達標[5],綠地系統規劃依賴經驗主義,依據規劃而建設的城市綠地系統無法充分發揮其自身效益。因此,在存量規劃背景下,特別是在高密度中心城區,供需平衡與效率提升為目標的城市綠地空間分布格局與高效服務模式研究,是解決城市綠地供需矛盾,促進城市居民健康環境的有效途徑。

1 城市綠地與健康福祉

城市綠地作為一種重要的公共資源及公共服務設施,可為城市提供多樣化生態系統服務[6]。生態系統服務指人類從生態系統所獲得的直接或間接收益和福祉,是人類生存發展所必須的環境依托[7],從提供生態產品和服務、促進有益的健康行為兩方面,提升城市居民身心健康水平[8]。多項研究表明,城市綠地與公共健康高度正相關,并且其相關性表現在生理、心理和社會健康3個維度[8]。城市綠地在優化空氣質量、降低疾病發病率、調節大氣溫濕度等方面有顯著的作用[9]。同時城市綠地作為居民健康活動的理想選擇,可提供豐富的自然感知,具有緩解疲勞、愉悅身心等積極作用[10],可有效增加戶外體力活動的頻率與時長[11]。城市綠地與居民空間分布差異直接影響其健康服務的效能發揮,居民步行范圍內可達的城市綠地是促進居民健康的關鍵因素[12-13]。匹配城市綠地供需空間并優化城市綠地系統結構,是緩解這一問題的有效手段[2]。

通過Citespace軟件,以“城市綠地”與“居民健康”及其相近概念為主題在Web of Science與中國知網(CNKI)檢索并按相關度篩選出2009—2019近10年約600篇英文與400篇中文文獻,進行關鍵詞共現圖譜與聚類分析(圖1),發現國內外相關研究數量均呈上升趨勢。國外相關研究呈現:(1)研究集聚性強、各集群下研究領域重疊度高的特點；(2)主要關鍵詞集中在城市綠地、鄰里尺度步行可達性、城市建成環境、健康空間分異等方面,并在2017—2019年期間重點聚焦城市公園和健康福祉的研究；(3)研究尺度逐漸精細化,以Brown、Xiao、Samuelesson等為代表的專家學者開始關注鄰里尺度下特殊人群的綠地可達性或某類生態系統服務健康效益的定量化研究[14-16]。與此同時,近十年內國內相關研究呈現：(1)持續關注生態系統服務、社會公平、景觀設計、健康風險評價、健康城市等熱點問題；(2)相關研究內容逐步由理論研究轉向探討以城市綠地(綠色空間、綠色基礎設施)為主體的定量研究,并涵蓋供需平衡、績效評估及綠地公平性等方面；(3)自2015年起,以孫斌棟、王蘭、馬妍等為代表的專家學者開始重點關注以建成環境、居民慢行或休閑性體力活動和健康福祉三者關系為切入點,探討生態系統服務評估在城市綠地建設中的應用方式從而為引導出行行為和城市規劃設計提供量化依據的相關研究內容[17-19]。

從生態系統服務供需視角研究城市綠地與居民健康福祉主要體現在：(1)供給側：城市綠地綠地生態系統服務類型以及其估與測度方法；(2)需求側：居民健康福祉需求測度方法及時空表達；(3)供需匹配：城市綠地生態系統服務供需匹配方法與空間公平；(4)提升與調控：城市綠地時空結構優化與高效服務(圖2)。

圖2 基于生態系統服務供需匹配的城市綠地與居民健康研究框架Fig.2 Research framework of urban green space and resident health based on supply and demand matching of ecosystem services

2 城市綠地生態系統服務類型與評估研究

2.1 生態系統服務分類方式演變

隨著對生態環境效益與高品質人居環境訴求的日益增長,人們對城市綠地的生態系統服務功能要求越來越高[5]。由于生態系統結構的復雜性和功能的多樣性,ES的分類方式及其演變過程也復雜多樣[6,20]。千年生態系統評估項目將ES分為供給服務、調節服務、文化服務和支持服務4類。基于ES自身特征可將其歸為13和17類[21]。在厘清ES供需間傳輸及變化過程(即ES流動)的基礎上,根據空間特征和傳播方向可以將其歸納為原位服務和非原位服務兩大類,其中非原位服務又包含全方位服務和方向性服務,方向性服務由流動方向服務和使用者遷移服務組成(圖3)[13,22,23]。生態系統服務流的產生非常復雜,大多數生態系統服務從產生到實現的過程包含供給區、連接區和需求區3個區域[24]。其中,生態系統服務供給區(service-providing area,SPA)是進行生態系統服務形成和變化機制研究的基本單元,能夠提供產品或服務[25]。基于生態系統的土地覆被和土地利用類型,局地氣候調節、空氣質量調節等調節服務供給區多集中于森林、水體、綠地、草原和濕地等,糧食、淡水等供給服務主要由農業、森林和水庫等提供,休閑與旅游、景觀美學等文化服務供給區多為城市綠地、海灘和休閑設施區等[26]。作為服務供給區的城市綠地主要包括公園綠地、防護綠地、廣場用地、附屬綠地和其他綠地等,其中公園綠地、防護綠地、廣場用地和其他用地分別對應休閑游憩、日常防護、景觀風貌和生態保護培育的主導功能,附屬綠地的主導功能主要取決于所屬用地地塊的功能和服務需求[27-29]。

圖3 服務供給區(SPA)與服務受益區(SBA)之間的空間特征關系Fig.3 Spatial characteristic relationship between service supply area and service benefit area of ecosystem services

2.2 生態系統服務功能評估與測度

生態系統服務的功能評估和測度需要集合調查、統計和模擬等多元的研究方法,當前國內外的評估方法主要有觀測指標分析、模型模擬和專家判別與公共參與[7,30-31]。觀測指標分析運用廣泛,其準確性和實用性主要表現于生態系統服務相對量的表征；模型模擬在考慮生態系統服務內在機制方面已經相對成熟,但難以避免參數的不確定性和誤差[30]；專家判別與公共參與主要針對生態系統服務的無形和非物質特征,可作為補充手段[7,20]。生態系統服務制圖是指利用生態系統服務評價方法對對特定時空尺度上生態系統服務進行量化的過程,相關方法為決策者評價不同尺度下生態系統服務提供了直觀形象的參考依據。生態系統服務流是測度生態系統服務的實際供給的方法,主要包括：(1)利用空間分布式模型對生態系統服務的供給與需求、傳遞路徑及傳遞過程進行量化分析與制圖分析；(2)對生態系統服務從生產到消費過程中,受益方所接受到的生態系統服務量的評估[32]。

3 城市居民健康福祉需求測度與時空表達研究

3.1 居民健康福祉需求測度方法

針對未來城市面臨的健康挑戰,居民需要通過對城市綠地生態系統服務的消費不斷滿足和提升自身健康福祉[33]。城市綠地通過提供優化環境質量、創造交往空間、增進自然感知等一系列生態系統服務,滿足居民健康需求[34],包括感官需求、活動需求與情感需求等。城市居民健康需求作為其對綠地生態系統服務需求的重要類別,其測度研究少有針對性展開,集中在生態系統服務需求測度上。生態系統服務需求是生態系統服務流的效力發生環節與終點環節[20],根據生態系統服務消費方式可以劃分為競爭性需求和非競爭性需求,競爭性需求強調城市居民在使用生態系統服務時對其的占據或消耗性,非競爭性需求在消費時極少消耗生態系統服務產品本身。城市生態系統服務需求測度研究主要包括需求總量測度和需求類別測度兩方面,在進行需求總量測度時,城市綠地被視為提供各類與健康相關的生態系統服務的整體,研究城市居民人口密度[35]、可達范圍[36]等需求主體分布與行為,或綜合其社會經濟特征構建評價體系[37],作為需求范圍及程度測度及空間表達的依據。城市居民對生態系統服務需求偏好具有空間差異[38],諸多研究通過問卷調查、訪談、監測等途徑調查獲取居民意愿[39],并基于被調查者地理位置進行空間制圖。此外,部分研究將城市環境問題視為對生態系統服務的需求,通過分析現狀熱島強度[40]、污染物擴散等生態環境狀況,確定生態系統服務需求類別及空間分布。

3.2 新數據環境下需求細化時空表達

通信技術發展帶來海量實時的多元精細化空間數據流[41],為健康導向下城市居民分布、行為及意愿偏好測度帶來新方法(表1)。基于手機信令,空間化表達城市居民晝夜分布[42]或識別到達就近綠地的頻次[43],通過可穿戴設備監測被調查者在綠地空間目光聚集與情緒變化,相比傳統的人口統計及實地調查數據更海量化、精細化,可實現城市尺度下精細單元統計分析與空間表達[41]。

表1 新數據環境下居民健康需求測度方法及表達

4 城市綠地供需空間匹配與空間公平研究

4.1 城市綠地供需匹配方法

效率和公平是體現城市綠地供需匹配的兩個重要指標,城市綠地供需空間分布及相關性影響著其生態系統服務效率[20]。作為提升城市綠地生態系統服務效率的有效手段,權衡分析為遴選與優化態系統服務類型、辨析態系統服務內在機制、提高城市綠地生態系統服務水平與推進科學高效的決策提供了一種綜合有效的方法[44,45]。生態系統服務間關系包含權衡、協同和兼容三種類型[46],權衡和協同普遍存在于支持服務與文化服務之間,以及調節服務與文化服務之間[7]。情景分析與多目標分析是生態系統服務權衡決策的有效手段[30]。城市綠地分布的公平性從屬于環境正義和社會正義范疇,對于城市居民健康福祉具有重要意義[47]。作為生態系統服務流動的起點和終點,供給和需求的不匹配會導致城市綠地空間分布不均衡等社會公平問題。為了實現城市綠地發展和利用的最佳狀態,即達到供需平衡的狀態,城市綠地需要與居民健康需求相匹配,實現供需耦合[5,20,48]。城市綠地供給與居民健康需求匹配分為總量匹配和類別匹配兩種,其研究方法有基于過程的模型評估法,基于土地利用/土地覆蓋的供需關系矩陣法,基于野外調查數據和統計學方法預測供給,以及基于公眾參與和問卷調查法預測需求[48]。可達性作為評價城市綠地對居民服務功能的一個指標,可以衡量城市綠地空間布局的合理性和公平性[49-51]。

4.2 城市綠地可達性與空間公平

國外學者主要從居民滿意度、服務社會分異和空間公平等角度關注城市綠地布局的空間公平性問題,對于可達性和公平性的研究較為成熟[50],現如今不僅局限于研究質量的公平性,而且開始研究與生態系統服務相關的、影響居民健康福祉利益的環境要素。國內對于綠地公平性的研究已經步入了定量分析的階段,如采用地理信息系統網絡分析與緩沖分析方法[52]、因子空間疊置分析方法[36]或基尼系數和洛倫茲曲線的方法[53]定量測度不同類型城市綠地的公平性程度。研究表明,城市公園等城市綠地的可達性與公平性呈顯著相關,且空間公平性與到城市居民的生活環境和健康質量有直接關系。

5 城市綠地生態系統服務提升與調控研究

針對城市生態系統服務供需失衡這一根本性矛盾,在生態系統服務供需平衡體系下探討城市綠地的規劃設計和生態安全格局構建顯得極具現實意義[3]。生態系統服務的供給和需求都存在著一定的尺度效應[54],從強調城市綠地供給轉向多尺度各類供需主體平衡,基于供需主體功能結構與運行機制研究得到城市綠地各尺度供需平衡耦合模式,有助于實現城市用地優化。其次,依據城市綠地規模、空間特征、時空結構與供需時序分析,優化城市綠地時空結構,能夠構建合理的城市綠地景觀安全格局。

功能提升可以通過優化生態系統服務供需機制、提高景觀異質性和增加城市綠地類型豐富度來實現[3]。通過合理評估城市綠地供需閾值效應,增強服務供給與可達性,優化城市綠地景觀要素配置,能夠有效進行城市綠地供需平衡水平調控。西方國家通過綠色空間指數評估促進城市綠地建設,如通過增加屋頂綠化、墻體綠化等多種其他類型綠地,以緩解舊城區域不透水地表面積較大、建筑密度較高等帶來的一系列城市問題[55]。國內則是通過空間形態重構提升生態系統服務效能,如通過植被覆蓋率更高的緩沖帶、低影響開發技術等措施提高雨洪調節、水質凈化等調節服務[,通過景觀材質的選擇、濱水駁岸的設計提高濱水美學、住區健康等文化服務[56],通過生態背景林功能優化構筑綠色屏障,復合景觀、防護、生態隔離功能,同時優化植被配置。此外,依據城市綠地生態系統供需平衡視角,立足于滿足城市與場地尺度的綠地高效服務時空組織結構,在城市尺度上,引入綠色容積率等綠地容量指標調控用地容量,通過調節城鄉土地利用影響城鄉空間生態績效[57],從而實現對城市綠地生態系統服務功能強弱的合理“控制”。其次,基于空間效能視角建構城市綠地廊道與生態網絡,將城市空間“融合”于綠色自然空間,能夠打破城鄉界線,有效“連接”并提升城鄉整體綠地生態系統服務效率[3,58]。在場地尺度上,通過灰、綠色基礎設施相結合,形成協同共生、循環再生的基礎設施支撐體系,可以維持城市生態服務功能的完整性及生命活力[59]。同時可以通過提高植被覆蓋率、優化植被配置以及調控城市綠地熱舒適度等提升城市綠地單一類別生態系統服務[56],構建高效的城市綠地韌性空間與組織模式。在城市綠地內部的設計中,可以通過優化植被配置以及調控城市綠地熱舒適度等提升城市綠地單一類別生態系統服務,如喬灌草型較于草地型,更豐富的植物群落結構有更好的降溫效果,且在綠地增濕效果上,喬木型優于草地型[60]。

6 結論與展望

近年來國內外對城市綠地(綠色空間、藍綠空間、生態空間等)生態系統服務促進人類福祉,尤其是健康福祉方面研究日益增多。對城市綠地服務供給與居民健康福祉需求的研究主要集中在：宏觀層面探討城市綠地供需總量匹配、服務范圍和空間可達性、社會公平和社會正義等方面；微觀層面討論調節環境舒適度、降低疾病發病率以及提升居民幸福感等方面。在當前社會發展不平衡不充分新背景下,面對居民健康需求日益增長、人居環境優化提質的新要求,城市綠地生態系統服務供需研究在理論框架、研究方法及技術途徑等方面需進一步深化與提升。隨著學科交叉與新數據出現,研究理論從較單一的風景園林學轉向整合景觀生態學、生態經濟學、城鄉規劃學和城市社會學等相關學科的交叉融通發展,研究對象從宏觀尺度的城市綠地供需平衡(數量和空間)轉向微觀尺度公園綠地生態系統服務需求偏好,但目前研究還存在四方面不足：(1)研究內容多集中評估城市綠地生態系統服務價值總量,城市居民(使用主體)需求視角下的特定類別生態系統服務研究較少；(2)研究邏輯以數量-人口、空間-公平等整體的城市綠地供需平衡為主,未能厘清供給類型與需求類別對應的耦合模式；(3)研究方法大多采用依賴統計數據定量分析的程序性理論模型,以新數據為主體的精細化、規范性時空行為空間研究方法還未形成；(4)研究結果停留在對供需平衡目標下城市綠地優化策略探討層面,缺乏對城市綠地高效服務組織模式在綠地系統規劃中應用的實踐總結。

今后研究應在明確城市綠地生態系統服務空間特征關系與居民健康需求層級的供需匹配基礎上,整合多源數據環境下供需測度方法和空間表達。同時在明確城市綠地生態系統服務間的權衡關系的前提下,對多目標生態系統服務供需平衡情景進行模擬,總結多維度城市綠地高效服務的空間形態、功能結構與要素組織,并應用城市綠地空間格局研究與綠地系統規劃實踐中,拓展人居環境優化提質的理論與方法。