城市绿地与居民健康福祉相关性研究进展——基于生态系统服务供需匹配视角

肖华斌,何心雨,王 玥，王洁宁，姜芊孜

山东建筑大学,建筑城规学院, 济南 250101

习近平总书记在十九大报告中指出：“中国特色社会主义进入新时代,我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾”。中央城市工作会议也明确提出：“坚持以人为本,不断提升城市环境质量、人民生活质量,城市工作要把创造优良人居环境作为中心目标”。中国城市正面临着快速改变的城市环境和生活方式带来的众多健康挑战,城市健康环境发展的不充分、不平衡现象尤为突出[1]。居民健康福祉与城市人居环境质量密切相关,探讨以居民健康为导向的城市人居环境规划与调控,是满足居民日益增长的健康需求,改善不充分、不平衡发展的关键。

城市绿地是城市生态系统中一类重要的多功能组分,发挥着重要的生态、休闲、娱乐等功能,能够改善城市居民生理及心理健康状况、缓解工作压力、增强幸福感[2]。同时城市绿地也是城市绿色基础设施和公共服务设施的重要组成部分,其提供的服务具有准公共产品的特性,能够影响城市居民体力活动多样性,满足居民多层次需求。然而,国内外快速城市化地区普遍存在着城市绿地破碎化现象,导致其服务能力不断降低,引发生态系统服务(Ecosystem Services,ES)供需总量失衡、空间与类型不匹配等问题[3-4]。现行的城市绿地评价过分强调“数量”达标[5],绿地系统规划依赖经验主义,依据规划而建设的城市绿地系统无法充分发挥其自身效益。因此,在存量规划背景下,特别是在高密度中心城区,供需平衡与效率提升为目标的城市绿地空间分布格局与高效服务模式研究,是解决城市绿地供需矛盾,促进城市居民健康环境的有效途径。

1 城市绿地与健康福祉

城市绿地作为一种重要的公共资源及公共服务设施,可为城市提供多样化生态系统服务[6]。生态系统服务指人类从生态系统所获得的直接或间接收益和福祉,是人类生存发展所必须的环境依托[7],从提供生态产品和服务、促进有益的健康行为两方面,提升城市居民身心健康水平[8]。多项研究表明,城市绿地与公共健康高度正相关,并且其相关性表现在生理、心理和社会健康3个维度[8]。城市绿地在优化空气质量、降低疾病发病率、调节大气温湿度等方面有显著的作用[9]。同时城市绿地作为居民健康活动的理想选择,可提供丰富的自然感知,具有缓解疲劳、愉悦身心等积极作用[10],可有效增加户外体力活动的频率与时长[11]。城市绿地与居民空间分布差异直接影响其健康服务的效能发挥,居民步行范围内可达的城市绿地是促进居民健康的关键因素[12-13]。匹配城市绿地供需空间并优化城市绿地系统结构,是缓解这一问题的有效手段[2]。

通过Citespace软件,以“城市绿地”与“居民健康”及其相近概念为主题在Web of Science与中国知网(CNKI)检索并按相关度筛选出2009—2019近10年约600篇英文与400篇中文文献,进行关键词共现图谱与聚类分析(图1),发现国内外相关研究数量均呈上升趋势。国外相关研究呈现:(1)研究集聚性强、各集群下研究领域重叠度高的特点；(2)主要关键词集中在城市绿地、邻里尺度步行可达性、城市建成环境、健康空间分异等方面,并在2017—2019年期间重点聚焦城市公园和健康福祉的研究；(3)研究尺度逐渐精细化,以Brown、Xiao、Samuelesson等为代表的专家学者开始关注邻里尺度下特殊人群的绿地可达性或某类生态系统服务健康效益的定量化研究[14-16]。与此同时,近十年内国内相关研究呈现：(1)持续关注生态系统服务、社会公平、景观设计、健康风险评价、健康城市等热点问题；(2)相关研究内容逐步由理论研究转向探讨以城市绿地(绿色空间、绿色基础设施)为主体的定量研究,并涵盖供需平衡、绩效评估及绿地公平性等方面；(3)自2015年起,以孙斌栋、王兰、马妍等为代表的专家学者开始重点关注以建成环境、居民慢行或休闲性体力活动和健康福祉三者关系为切入点,探讨生态系统服务评估在城市绿地建设中的应用方式从而为引导出行行为和城市规划设计提供量化依据的相关研究内容[17-19]。

从生态系统服务供需视角研究城市绿地与居民健康福祉主要体现在：(1)供给侧：城市绿地绿地生态系统服务类型以及其估与测度方法；(2)需求侧：居民健康福祉需求测度方法及时空表达；(3)供需匹配：城市绿地生态系统服务供需匹配方法与空间公平；(4)提升与调控：城市绿地时空结构优化与高效服务(图2)。

图2 基于生态系统服务供需匹配的城市绿地与居民健康研究框架Fig.2 Research framework of urban green space and resident health based on supply and demand matching of ecosystem services

2 城市绿地生态系统服务类型与评估研究

2.1 生态系统服务分类方式演变

随着对生态环境效益与高品质人居环境诉求的日益增长,人们对城市绿地的生态系统服务功能要求越来越高[5]。由于生态系统结构的复杂性和功能的多样性,ES的分类方式及其演变过程也复杂多样[6,20]。千年生态系统评估项目将ES分为供给服务、调节服务、文化服务和支持服务4类。基于ES自身特征可将其归为13和17类[21]。在厘清ES供需间传输及变化过程(即ES流动)的基础上,根据空间特征和传播方向可以将其归纳为原位服务和非原位服务两大类,其中非原位服务又包含全方位服务和方向性服务,方向性服务由流动方向服务和使用者迁移服务组成(图3)[13,22,23]。生态系统服务流的产生非常复杂,大多数生态系统服务从产生到实现的过程包含供给区、连接区和需求区3个区域[24]。其中,生态系统服务供给区(service-providing area,SPA)是进行生态系统服务形成和变化机制研究的基本单元,能够提供产品或服务[25]。基于生态系统的土地覆被和土地利用类型,局地气候调节、空气质量调节等调节服务供给区多集中于森林、水体、绿地、草原和湿地等,粮食、淡水等供给服务主要由农业、森林和水库等提供,休闲与旅游、景观美学等文化服务供给区多为城市绿地、海滩和休闲设施区等[26]。作为服务供给区的城市绿地主要包括公园绿地、防护绿地、广场用地、附属绿地和其他绿地等,其中公园绿地、防护绿地、广场用地和其他用地分别对应休闲游憩、日常防护、景观风貌和生态保护培育的主导功能,附属绿地的主导功能主要取决于所属用地地块的功能和服务需求[27-29]。

图3 服务供给区(SPA)与服务受益区(SBA)之间的空间特征关系Fig.3 Spatial characteristic relationship between service supply area and service benefit area of ecosystem services

2.2 生态系统服务功能评估与测度

生态系统服务的功能评估和测度需要集合调查、统计和模拟等多元的研究方法,当前国内外的评估方法主要有观测指标分析、模型模拟和专家判别与公共参与[7,30-31]。观测指标分析运用广泛,其准确性和实用性主要表现于生态系统服务相对量的表征；模型模拟在考虑生态系统服务内在机制方面已经相对成熟,但难以避免参数的不确定性和误差[30]；专家判别与公共参与主要针对生态系统服务的无形和非物质特征,可作为补充手段[7,20]。生态系统服务制图是指利用生态系统服务评价方法对对特定时空尺度上生态系统服务进行量化的过程,相关方法为决策者评价不同尺度下生态系统服务提供了直观形象的参考依据。生态系统服务流是测度生态系统服务的实际供给的方法,主要包括：(1)利用空间分布式模型对生态系统服务的供给与需求、传递路径及传递过程进行量化分析与制图分析；(2)对生态系统服务从生产到消费过程中,受益方所接受到的生态系统服务量的评估[32]。

3 城市居民健康福祉需求测度与时空表达研究

3.1 居民健康福祉需求测度方法

针对未来城市面临的健康挑战,居民需要通过对城市绿地生态系统服务的消费不断满足和提升自身健康福祉[33]。城市绿地通过提供优化环境质量、创造交往空间、增进自然感知等一系列生态系统服务,满足居民健康需求[34],包括感官需求、活动需求与情感需求等。城市居民健康需求作为其对绿地生态系统服务需求的重要类别,其测度研究少有针对性展开,集中在生态系统服务需求测度上。生态系统服务需求是生态系统服务流的效力发生环节与终点环节[20],根据生态系统服务消费方式可以划分为竞争性需求和非竞争性需求,竞争性需求强调城市居民在使用生态系统服务时对其的占据或消耗性,非竞争性需求在消费时极少消耗生态系统服务产品本身。城市生态系统服务需求测度研究主要包括需求总量测度和需求类别测度两方面,在进行需求总量测度时,城市绿地被视为提供各类与健康相关的生态系统服务的整体,研究城市居民人口密度[35]、可达范围[36]等需求主体分布与行为,或综合其社会经济特征构建评价体系[37],作为需求范围及程度测度及空间表达的依据。城市居民对生态系统服务需求偏好具有空间差异[38],诸多研究通过问卷调查、访谈、监测等途径调查获取居民意愿[39],并基于被调查者地理位置进行空间制图。此外,部分研究将城市环境问题视为对生态系统服务的需求,通过分析现状热岛强度[40]、污染物扩散等生态环境状况,确定生态系统服务需求类别及空间分布。

3.2 新数据环境下需求细化时空表达

通信技术发展带来海量实时的多元精细化空间数据流[41],为健康导向下城市居民分布、行为及意愿偏好测度带来新方法(表1)。基于手机信令,空间化表达城市居民昼夜分布[42]或识别到达就近绿地的频次[43],通过可穿戴设备监测被调查者在绿地空间目光聚集与情绪变化,相比传统的人口统计及实地调查数据更海量化、精细化,可实现城市尺度下精细单元统计分析与空间表达[41]。

表1 新数据环境下居民健康需求测度方法及表达

4 城市绿地供需空间匹配与空间公平研究

4.1 城市绿地供需匹配方法

效率和公平是体现城市绿地供需匹配的两个重要指标,城市绿地供需空间分布及相关性影响着其生态系统服务效率[20]。作为提升城市绿地生态系统服务效率的有效手段,权衡分析为遴选与优化态系统服务类型、辨析态系统服务内在机制、提高城市绿地生态系统服务水平与推进科学高效的决策提供了一种综合有效的方法[44,45]。生态系统服务间关系包含权衡、协同和兼容三种类型[46],权衡和协同普遍存在于支持服务与文化服务之间,以及调节服务与文化服务之间[7]。情景分析与多目标分析是生态系统服务权衡决策的有效手段[30]。城市绿地分布的公平性从属于环境正义和社会正义范畴,对于城市居民健康福祉具有重要意义[47]。作为生态系统服务流动的起点和终点,供给和需求的不匹配会导致城市绿地空间分布不均衡等社会公平问题。为了实现城市绿地发展和利用的最佳状态,即达到供需平衡的状态,城市绿地需要与居民健康需求相匹配,实现供需耦合[5,20,48]。城市绿地供给与居民健康需求匹配分为总量匹配和类别匹配两种,其研究方法有基于过程的模型评估法,基于土地利用/土地覆盖的供需关系矩阵法,基于野外调查数据和统计学方法预测供给,以及基于公众参与和问卷调查法预测需求[48]。可达性作为评价城市绿地对居民服务功能的一个指标,可以衡量城市绿地空间布局的合理性和公平性[49-51]。

4.2 城市绿地可达性与空间公平

国外学者主要从居民满意度、服务社会分异和空间公平等角度关注城市绿地布局的空间公平性问题,对于可达性和公平性的研究较为成熟[50],现如今不仅局限于研究质量的公平性,而且开始研究与生态系统服务相关的、影响居民健康福祉利益的环境要素。国内对于绿地公平性的研究已经步入了定量分析的阶段,如采用地理信息系统网络分析与缓冲分析方法[52]、因子空间叠置分析方法[36]或基尼系数和洛伦兹曲线的方法[53]定量测度不同类型城市绿地的公平性程度。研究表明,城市公园等城市绿地的可达性与公平性呈显著相关,且空间公平性与到城市居民的生活环境和健康质量有直接关系。

5 城市绿地生态系统服务提升与调控研究

针对城市生态系统服务供需失衡这一根本性矛盾,在生态系统服务供需平衡体系下探讨城市绿地的规划设计和生态安全格局构建显得极具现实意义[3]。生态系统服务的供给和需求都存在着一定的尺度效应[54],从强调城市绿地供给转向多尺度各类供需主体平衡,基于供需主体功能结构与运行机制研究得到城市绿地各尺度供需平衡耦合模式,有助于实现城市用地优化。其次,依据城市绿地规模、空间特征、时空结构与供需时序分析,优化城市绿地时空结构,能够构建合理的城市绿地景观安全格局。

功能提升可以通过优化生态系统服务供需机制、提高景观异质性和增加城市绿地类型丰富度来实现[3]。通过合理评估城市绿地供需阈值效应,增强服务供给与可达性,优化城市绿地景观要素配置,能够有效进行城市绿地供需平衡水平调控。西方国家通过绿色空间指数评估促进城市绿地建设,如通过增加屋顶绿化、墙体绿化等多种其他类型绿地,以缓解旧城区域不透水地表面积较大、建筑密度较高等带来的一系列城市问题[55]。国内则是通过空间形态重构提升生态系统服务效能,如通过植被覆盖率更高的缓冲带、低影响开发技术等措施提高雨洪调节、水质净化等调节服务[,通过景观材质的选择、滨水驳岸的设计提高滨水美学、住区健康等文化服务[56],通过生态背景林功能优化构筑绿色屏障,复合景观、防护、生态隔离功能,同时优化植被配置。此外,依据城市绿地生态系统供需平衡视角,立足于满足城市与场地尺度的绿地高效服务时空组织结构,在城市尺度上,引入绿色容积率等绿地容量指标调控用地容量,通过调节城乡土地利用影响城乡空间生态绩效[57],从而实现对城市绿地生态系统服务功能强弱的合理“控制”。其次,基于空间效能视角建构城市绿地廊道与生态网络,将城市空间“融合”于绿色自然空间,能够打破城乡界线,有效“连接”并提升城乡整体绿地生态系统服务效率[3,58]。在场地尺度上,通过灰、绿色基础设施相结合,形成协同共生、循环再生的基础设施支撑体系,可以维持城市生态服务功能的完整性及生命活力[59]。同时可以通过提高植被覆盖率、优化植被配置以及调控城市绿地热舒适度等提升城市绿地单一类别生态系统服务[56],构建高效的城市绿地韧性空间与组织模式。在城市绿地内部的设计中,可以通过优化植被配置以及调控城市绿地热舒适度等提升城市绿地单一类别生态系统服务,如乔灌草型较于草地型,更丰富的植物群落结构有更好的降温效果,且在绿地增湿效果上,乔木型优于草地型[60]。

6 结论与展望

近年来国内外对城市绿地(绿色空间、蓝绿空间、生态空间等)生态系统服务促进人类福祉,尤其是健康福祉方面研究日益增多。对城市绿地服务供给与居民健康福祉需求的研究主要集中在：宏观层面探讨城市绿地供需总量匹配、服务范围和空间可达性、社会公平和社会正义等方面；微观层面讨论调节环境舒适度、降低疾病发病率以及提升居民幸福感等方面。在当前社会发展不平衡不充分新背景下,面对居民健康需求日益增长、人居环境优化提质的新要求,城市绿地生态系统服务供需研究在理论框架、研究方法及技术途径等方面需进一步深化与提升。随着学科交叉与新数据出现,研究理论从较单一的风景园林学转向整合景观生态学、生态经济学、城乡规划学和城市社会学等相关学科的交叉融通发展,研究对象从宏观尺度的城市绿地供需平衡(数量和空间)转向微观尺度公园绿地生态系统服务需求偏好,但目前研究还存在四方面不足：(1)研究内容多集中评估城市绿地生态系统服务价值总量,城市居民(使用主体)需求视角下的特定类别生态系统服务研究较少；(2)研究逻辑以数量-人口、空间-公平等整体的城市绿地供需平衡为主,未能厘清供给类型与需求类别对应的耦合模式；(3)研究方法大多采用依赖统计数据定量分析的程序性理论模型,以新数据为主体的精细化、规范性时空行为空间研究方法还未形成；(4)研究结果停留在对供需平衡目标下城市绿地优化策略探讨层面,缺乏对城市绿地高效服务组织模式在绿地系统规划中应用的实践总结。

今后研究应在明确城市绿地生态系统服务空间特征关系与居民健康需求层级的供需匹配基础上,整合多源数据环境下供需测度方法和空间表达。同时在明确城市绿地生态系统服务间的权衡关系的前提下,对多目标生态系统服务供需平衡情景进行模拟,总结多维度城市绿地高效服务的空间形态、功能结构与要素组织,并应用城市绿地空间格局研究与绿地系统规划实践中,拓展人居环境优化提质的理论与方法。