冯黎 陈明坤 白宇 周里云
健康城市作为一种以人的健康为中心的城市规划理念,对于促进居民身心健康具有积极的影响,成为后疫情时代人们关注的焦点。健康城市的概念最早可追溯到19世纪40年代(1842年),英国召开都市健康会议,建议成立英国城市健康协会,协会负责解决都市健康问题。1985—1986年,WHO欧洲办事处为了在城市中实现“人人享有卫生保健”,首次发起“健康城市”运动,并立即得到了世界卫生组织的认可。1998年的雅典“健康城市国际会议”标志着健康城市活动已成为欧洲乃至全球性的运动[1]。2016年,中共中央国务院发布《“健康中国2030”规划纲要》作为推进健康中国建设的行动纲领。习近平总书记指出,“健康是促进人的全面发展的必然要求,是经济社会发展的基础条件,是民族昌盛和国家富强的重要标志,也是广大人民群众的共同追求”[2]。
城市森林是指在城市及其周边范围内以木本植物为主体且达到一定的规模和覆盖度,能对周围的环境产生重要影响,并具有明显的生态价值和人文景观价值的森林生态系统。美国政府在1962年首先提出了城市森林(urban forest)一词,近60年来不同的专家学者从多角度阐述了城市森林的概念,对城市森林的空间范围、构成主体和功能特点逐渐形成了相对统一的认识:1)空间范围更加注重与区域生态系统的衔接与联动,从城市建成区向城市周围辐射,研究范围逐渐扩展到市域;2)构成主体更加综合,从以木本植物为主逐渐演变为由植物、动物、微生物及周围环境组成的整体森林生态系统;3)功能更加多元,从单一的生态功能或休闲游憩功能,逐渐演变为兼具生态、景观、游憩等多方面的功能[3]。城市森林主要通过改善环境质量和促进游憩活动两个方面,促进城市、人群以及社会的健康,进而支撑健康城市的建设。城市森林是健康城市建设的重要环节,后疫情时代,如何借助城市生态空间、绿地系统的合理规划,改善居住环境、防控疫情传播、舒缓精神压力、促进身心健康成为学界关注的热点。
Maantay等认为城市规划和健康领域各自专业优势的有机结合,有利于共同应对城市发展中的慢性疾病与健康问题[4]。西方研究学者对北美都市区建成环境与公共健康的关系已有丰富的研究成果,并深入讨论了如何采取有效的规划和设计策略,改善城市建成环境,鼓励体力活动和促进健康[5]。王兰等认为减少污染和促进锻炼是健康城市规划的两种路径,并从土地使用、空间形态、道路交通、绿地及开放空间4个方面阐述各规划要素与公共健康的关联[6]。向晶通过分析城市森林公园对城市生活质量的影响,认为城市森林公园是构建健康城市的重要一环[7]。已有研究表明:城市森林布局对城市热岛的分布有巨大的影响,在绿化覆盖率相当的情况下,大面积集中的森林斑块的降温效果明显高于小面积的森林斑块[8];网络化的廊道系统能够增加森林生态系统的整体连通性,促进生态系统健康[9];同时,森林廊道能够连通城市建设区内外的森林斑块,将新鲜的空气和自然风引导入城,改善城市内部的环境健康,引导市民亲近自然,从而促进人群的健康[10]。国内外对于城市森林的研究多集中在城市建设区范围或局限于森林公园、森林廊道等单一类型,城市建设区范围外的大面积森林对建设健康城市意义重大,而目前对市域层面的城市森林空间布局规划的研究仍然匮乏。
本研究探讨了市域空间范围内城市森林空间布局策略,旨在解决多类用地交叉重叠的现实矛盾,为健康城市建设提供有力支撑。
健康城市的内涵主要指由健康的人群、健康的环境和健康的社会构成的和谐有机整体[1]。森林是地球生物圈中最重要的栖息地之一,被誉为“地球之肺”。城市森林相较于一般的城市绿地,能够提供更多的高绿量和绿视率环境,具有更高的生态效益和社会效益[11],对健康城市建设至关重要。
根据Forman提出的“集中与分散相结合”景观生态规划格局[12],本研究将城市森林分为森林源地、森林节点及森林廊道3种空间要素。森林源地指面积较大、连通性较好的森林斑块,一般分布于城市建成区外,依托大面积的生态保护区、风景名胜区以及森林公园等,其主要作用是涵养水源、保护野生动物并为城市提供绿色健康的生态基底,促进环境和人群的健康。森林节点指面积较小、分布较为分散的森林斑块,在城镇集中建设区外,主要以郊野游憩公园、四旁绿化等形式存在;在城镇集中建设区内,则主要以公园绿地、附属绿地等形式存在。森林节点的主要作用:一方面为野生动物提供了暂驻的栖息场所,提高了生物多样性;另一方面作为居民游憩交往的主要场所,具有促进社区成员交往互动、参与室外锻炼、疏解身心压力以及减少社会犯罪等作用[7]。森林廊道是森林斑块之间生物迁徙及物质能量流动的主要通道,主要依托河流绿带、道路防护林地形成,网络化的森林廊道能够提高森林生态系统的稳定性,同时也可引导森林斑块与人工斑块的融合渗透,提供健康的环境背景、活动场所和社会氛围。
因此,由森林源地、森林节点和森林廊道有机组合的森林空间布局,能够有效改善环境质量和促进游憩活动,提升城市森林对健康城市的支撑作用,促进环境、人群及社会3个维度的健康(图1)。
图1 城市森林与健康城市的关系示意图Schematic diagram of the relationship between urban forests and healthy cities
森林源地、森林节点及森林廊道是城市森林促进城市健康的3类主要空间要素。形态学空间格局分析(morphological spatial pattern analysis, MSPA)方法是Soille等基于数学形态学原理对栅格图像的空间格局进行度量、识别和分割的一种图像处理方法,能够科学地辨识出研究区内的各类结构性要素[13],主要应用于物种保护和森林破碎化问题的研究,具有在多尺度应用的适宜性[14]。本研究采用MSPA方法,识别核心区、桥接区、孔隙、边缘区、环道区、支线与孤岛7类景观组分,其中核心区指面积较大的生态斑块;桥接区是指连接到至少两个核心区的带状生态用地;孔隙是指核心区内部与异质空间斑块相接的边缘地带;边缘区是指核心区外边缘;环道区是指连接核心区内部孔隙的带状生态用地;支线是指仅一端连接到核心区的带状生态用地;孤岛是指孤立的小斑块。依据生态学功能特征将其归纳整合入森林源地、森林节点及森林廊道3类空间,从构建健康城市的视角出发,提出森林源地重要性评价、森林节点补充和构筑3级森林廊道网络的方法,计划通过对森林空间结构调整,形成大集中、小分散的城市森林空间结构,进而改善环境健康,促进人群和社会的健康。数据分析主要使用的软件为ArcGIS10. 2、Guidos Toolbox、Conefor 2.6等。
城市森林空间要素识别应基于须保护的森林空间。结合第3次全国国土调查数据,城镇开发边界外的现状森林生态空间,除与基本农田空间重叠的部分,其余应能保尽保。计算须保护的森林面积,公式(1)如下所示:
式中,S保表示须保护的森林面积;S现表示现状森林面积;S内表示城镇开发边界内的森林面积;S农表示城镇开发边界外与基本农田重叠的森林面积。
以须保护的森林空间S保为“前景”,建设用地、耕地、草地等其他用地作为“背景”,将数据转换为30 m×30 m的二值栅格数据。基于Guidos Toolbox软件平台,采用八邻域分析方法,对数据进行MSPA处理,每一个森林斑块将会得出一个值,分别对应核心区、桥接区、孔隙、边缘区、环道区、支线与孤岛7类景观组分中的一种,城市森林空间构成要素——森林源地、森林节点及森林廊道,与MSPA析出的7类景观组分具有明显的对应关系。可将核心区、孔隙及边缘区归纳整合为森林源地;孤岛整合为森林节点,桥接区、环道区及支线整合为森林廊道,据此识别出3类森林空间要素。
基于MSPA方法识别的森林源地往往数量众多,对城市健康的作用效力仍有较大差异。因此,对森林源地的保护不能一概而论,还须对识别出的森林源地进行重要性分级。
斑块面积和斑块连通性是森林源地发挥其生态效能的主要影响因素,因此,斑块面积和斑块连通性可作为森林源地重要性评价的依据。由Pascual-Hortal等首次提出的连通性积分指数(integral index of connectivity, IIC)将生境斑块面积和生境斑块之间的连通性整合到一个指数中[15],能够敏感地反映景观格局的变化,且具有通用性。IIC取值范围为0~1,连通性越好取值越接近1。假设所有的景观都被栖息地占据,即整个研究区域都是森林源地时,IIC = 1。它由公式(2)给出:
式中,ai、aj是斑块i、j的面积,nlij是斑块i和j之间的最短路径的连接数,AL是研究区域总面积。
然而,由IIC指数计算得出的是当前景观的整体连通性,无法通过IIC指数直接判断斑块重要性。dIIC指数指通过移除特定斑块后景观格局的变化,从而判断斑块的重要性,其计算公式(3)如下:
式中,IIC表示移除特定斑块前的值,IIC′表示移除特定斑块后的值。dIIC取值范围为0~1,较高的dIIC表示斑块重要性较高。
以提取的森林源地(核心区、孔隙及边缘区)为分析对象,利用Conefor 2.6软件,参考相关研究[16],将斑块连通距离阈值设置为500 m,连通盖率设置为0.5,分别计算每个森林源地的dIIC值,依据dIIC值的大小进行重要性排序并划分重要森林源地和一般森林源地,实施针对性保护。
城镇集中建设区内的森林节点是市民游憩锻炼与社交活动的主要场所,应根据城区人口分布特征,结合城市的绿地系统规划,系统补充森林节点,满足市民日常锻炼与社交活动需求;森林节点的均衡合理布局同时也可促进社会公平,形成健康的社会氛围。城镇集中建设区外的森林节点,是野生动物迁徙的踏脚石与避难所,具有一定的环境健康效益,同时也是人民休闲度假、开展林下游憩活动的主要空间,宜依托现状零散森林斑块,扩展强化其面积及连通性,由小节点集聚增强为大节点,扩大其健康效能。
森林节点的补充可通过营建公园绿地、防护绿地、生态绿地等近自然森林,城市绿化转型为城市森林化,提升乔木种植比例来实现。城镇开发边界内可分为城镇集中建设区、城镇弹性发展区和特别用途区,由此提出森林节点补充与增强公式(4):
式中,S集表示城镇集中建设区面积;S弹表示城镇弹性发展区面积;S特表示特别用途区面积;S补表示城镇开发边界内可补充的森林面积;G表示绿地率;F表示森林覆盖率。
基于MSPA识别的森林廊道往往数量众多且形态复杂,难以落实到规划建设中,尚需结合河流、道路廊道综合考虑。
基于森林源地分级结果,结合桥接区、环道区及支线的分布以及河流、道路廊道的分布,构建1、2、3级廊道体系,形成网络化森林廊道系统。其中,1级廊道是连接重要森林源地之间的带状森林,可结合高快速路网防护林带和1级河岸绿带构建,其适宜宽度为100 m以上,基本满足动植物迁徙、传播以及生物多样性保护的功能,能够较好地促进生态环境健康。2级廊道是连接重要森林源地与一般森林源地之间的带状森林,可结合公路防护林带和2级河岸绿带构建,其适宜宽度为30~60 m,可为鸟类及小型哺乳动物提供迁徙的通道,同时可引入郊野游憩、户外骑游等健康场景。3级廊道是连接一般森林源地之间的带状森林,可结合一般城乡道路防护林带构建,其适宜宽度为12~30 m,可作为健康森林廊道的“毛细血管”,连接社区、公园与郊野环境[17]。
四川省天府新区是国务院批复设立的第11个国家级新区,天府新区成都直管区是四川天府新区的核心区,也是公园城市首提地,是成都市“双核共兴”的2个中心城区之一,总面积564 km²(图2)。区域下辖9个街道。至2035年,规划总人口为180万人(其中城镇人口165万人)。地处成都平原南部边缘地带,区域内地形东高西低,东倚龙泉山,中部主要为浅丘,海拔高度为436~979 m。位于中国城市园林植物区划中的中亚热带常绿、落叶阔叶林区,气候类型属中亚热带季风湿润气候,年降雨量856 mm,汛期(6—9月)降水量占全年的60%~75%,年均气温16.3℃。区域内主要土壤类型为黄壤和红棕壤,土地垦殖指数高,土地肥沃、土层深厚;东部龙泉山地区土质瘠薄,石砾含量高,保水保肥能力差。区域内主要河流有锦江、鹿溪河、东风渠、赤水河和柴桑河5条河流。
图2 天府新区成都直管区区位图The location of Chengdu Direct Management Area under Tianfu New Area
天府新区成都直管区山地面积140 km2,占全域24.82%;对天府新区成都直管区2021年第三次全国调查数据(以下简称国土三调数据)进行分析可知,水域及水利设施用地36.6 km2,占全域6.42%(成都市域4.31%);林地面积109.69 km2,占全域19.45%(成都市域28.72%);耕地面积154.88 km2,占全域27.46%(成都市域32.14%)。蓝绿空间(耕地、种植园用地、林地、草地、湿地、水域及水利设施用地、其他土地)面积427.82 km2,占全域75.85%(成都市域79.14%),生态空间丰富。
3.2.1 现状城市森林空间评析
采用MSPA方法对现状城市森林进行分析得出:核心区斑块总数1 822个,总面积5 184 hm2,占森林总面积的38%,其中,面积大于10 hm2的斑块仅66个,主要分布于东部的龙泉山与西部的毛家湾绿楔、北部的新兴绿楔一带,已初步形成“一山两楔”森林空间雏形。孤岛斑块总数8 104个,总面积2 003 hm2,占森林总面积的15%,斑块破碎化程度较高。桥接区总面积1 012 hm2,占森林总面积的7%(图3)。综上所述,森林斑块破碎化程度较高,森林廊道系统性、连通性有待增强。。
图3 基于MSPA方法的天府新区成都直管区森林形态空间格局分析MSPA-based analysis of the spatial pattern of forest morphology in Chengdu Direct Management Area under Tianfu New Area
3.2.2 城市森林总量及质量评析
依据2016年森林资源二类调查数据(以下简称林业二调数据),天府新区成都直管区现状森林面积143.15 km2,森林覆盖率为25.38%,森林覆盖率较低。
现状森林主要为人工次生林,树种多样性较低,森林结构层次单一,自我调节能力较弱。现状森林群落包括主要乔木树种64种,其中分布面积最多的10种占森林总面积的88.69%,枇杷、柑橘等果林占森林总量的36%。森林树种以常绿树(巨桉、马尾松、柏木)为主,常绿树与落叶树种面积比为8.4∶1.6;乡土类阔叶树种、彩色叶树种偏少,未体现出丰富的乡土植物资源。森林资源中,密林占森林总量的55.4%,中郁闭度林占比43.42%,低郁闭林占比1.19%(根据森林资源规划设计调查GIS矢量数据中各个森林小斑块的郁闭度数据统计得出),林地郁闭度还有较大的优化提质空间(图4)。纯林面积占森林总量比79.22%,混交林占比较少(图5)。
图4 天府新区成都直管区现状森林郁闭度The current forest canopy density of Chengdu Direct Management Area under Tianfu New Area
图5 天府新区成都直管区现状森林树种结构The structure of forest tree species of Chengdu Direct Management Area under Tianfu New Area
3.2.3 城市森林用地矛盾评析
林业、规划、国土部门用地分类标准不一,管理方式缺乏协同,数据统计口径存在一定差异。国土三调数据中的林地占全域比例为19.45%。而在林业二调数据中,林地占全域比例9.18%,且重叠比例仅为7.42%(图6)。
图6 天府新区成都直管区林业二调与国土三调林地关系The relationship between forestry second adjustment and land third adjustment of Chengdu Direct Management Area under Tianfu New Area
林地保护利用规划、土地利用规划等交叉重叠。仅约1/3(占全域8.09%)的现状森林位于土地利用规划的规划林地上,2/3的现状森林与土地利用规划的耕地、园地、其他农用地、建设用地和未利用地重叠(图7)。城市建设发展征占林地。超过1/4(占全域5.2%)的现状森林(面积29.33 km2)位于区域城镇规划建设区范围,随着城市建设发展,现状森林面临一定程度的缩减。
图7 天府新区成都直管区现状森林与土地利用规划关系The relationship between current forest and land use planning of Chengdu Direct Management Area under Tianfu New Area
综合考虑存在的矛盾与问题,响应“多规合一”政策,通过城乡规划、林学、风景园林、地理信息等专业人员多专业协作,综合多个数据平台信息进行叠加分析,结合现场踏勘核实,以国土三调数据为基础,林业二调数据、土地利用规划数据以及现场调研信息为补充,提出“保、补、增、筑”城市森林空间布局创新策略,以期实现城乡规划、土地利用规划、林地保护利用规划和生态绿地系统规划等多规融合;从土地利用分类的角度,挖掘森林源地、森林节点及森林廊道潜力空间,实现全域城乡空间一体和森林空间落地,促进健康城市建设。
3.3.1 保护森林源地
划定城镇开发边界,防止城镇建设无序扩张进而缩减、侵占森林空间。对于城镇开发边界外的现状森林生态空间,除与基本农田空间重叠的部分,其余应能保尽保。利用ArcGIS,分析国土三调数据,得出区域现状森林面积为70.65 km2,其中,城镇开发边界内的森林面积为13.82 km2,城镇开发边界外的森林与基本农田相重叠的面积为11.95 km2。代入公式(1),最终得出需保护的现状森林面积为44.88 km2,占研究范围面积的7.96%(图8)。
图8 需保护的森林空间分布图The spatial distribution map of forests to be protected
3.3.2 补充城镇开发边界内森林节点
天府新区成都直管区作为公园城市首提地,应坚持园中建城、城园相融的建设模式,加强城镇开发边界内绿地率和森林覆盖率等指标管控,补足建成区森林面积,实现绿地的森林化营建。
依据《天府新区成都直管区国土空间总体规划(2019—2035年)》,区域城镇集中建设区面积168.5 km2,城镇弹性发展区和特别用途区总面积为28.4 km2。依据《成都市城市总体规划(2016—2035年)》[18],天府新区成都直管区城镇集中建设区绿地率可达40%,预计绿地内的森林覆盖率可达35%。依据国土三调和基本农田规划数据,预估城镇弹性发展区和特别用途区内耕地占比40%,保守估计森林覆盖率可达60%。依据公式(4)得出天府新区成都直管区城镇开发边界内可补充森林面积40.63 km2,占天府新区成都直管区总面积的7.2%(图9)。
图9 待补充森林的空间分布图The spatial distribution map of forests to be supplemented
3.3.3 增强城镇开发边界外的森林节点
以国土三调数据为基础,结合林业二调数据和实地现场踏勘,叠加分析得出可增加的6类森林空间:种植园用地、草地、高速公路两侧50 m范围的防护绿地、龙泉山上坡度>25°可退耕还林的农用地、裸土地、空闲地。以上各空间均不与基本农田和城镇开发边界重叠。通过GIS计算,得出6类增绿空间的总面积为140.09 km2,占天府新区成都直管区总面积的24.84%(图10)。
图10 拟增加森林的空间分布图The spatial distribution map of forests to be increased
3.3.4 构筑结构化森林廊道
利用天府新区成都直管区山–水–林–田–湖多元生态要素汇聚的优势,围绕区域空间形态格局,依托龙泉山城市森林公园、城市规划建设区周边等重点区域,针对性、时序化地增大绿量,强化扩展现状森林斑块面积,结合望山廊道、城市道路及滨水生态带等构筑结构化森林绿廊,串联重点森林斑块,构筑“绿斑–绿轴–绿廊–绿楔–绿网”交织的网络化森林生态骨架,增强城市森林的生态功能和生物多样性,形成区域生态安全格局生态基础。
基于天府新区成都直管区的资源现状与健康效益评估,结合MSPA方法识别的森林源地、森林节点及森林廊道得出以下森林空间布局规划建意见。
1)森林源地主要分布于东部的龙泉山区域以及新兴绿楔、毛家湾绿楔区域。龙泉山作为成都市“一心两翼三轴多中心”城市空间布局的“一心”,应坚持“景观化、景区化、可进入、可参与”的规划理念,大力实施生态修复和景观建设,促进生态环境健康和丰富市民的游憩活动;新兴绿楔与毛家湾绿楔作为天府新区成都直管区的两片主要通风廊道,应将生态空间延伸入城市内部,实现“引绿入城”,改善城市的环境健康。
2)锦江、鹿溪河、东风渠、赤水河、柴桑河是贯穿城市组团与自然郊野的5条主要蓝带,现已具有一定的森林廊道基础,《天府新区成都直管区国土空间总体规划(2019—2035年)》中提到:非城镇段蓝线外200 m的范围划定生态控制线,禁止除水利工程、消防等市政交通基础设施及驿站等公共服务设施以外的建设行为,且不得影响河道安全和生态环境保护。可依托河流廊道,构筑连通城市建设区内外的森林游憩网络,同时促进动物在栖息地之间的迁徙活动,促进人的健康与生态健康,实现人与自然和谐共生。
3)森林节点散布于城镇集中建设区内外。依托道路两侧、社区公园、游园、微绿地等均衡分布的森林游憩点,打造“森林+”生活居住环境,实现身心健康与社会健康。
天府新区成都直管区城市森林规划应结合现状资源,合理布局森林源地、森林节点和森林廊道,建设形成“一座东山彩林、两片绿楔郊野森林、五带滨水景观森林、十个森林公园和湿地公园,百种花、千种树、气息扑面、森林弥望、万点微森林”规划空间结构(图11)。“一座东山彩林”即龙泉山城市森林公园,“两片绿楔郊野森林”即新兴绿楔、毛家湾绿楔大美乡村森林,“五带滨水景观森林”即锦江、鹿溪河、东风渠、赤水河、柴桑河等河流生态带,“十个森林公园和湿地公园”即天府公园、兴隆湖公园、鹿溪河生态湿地、青松湿地、三根松湿地、蜡梓湿地、雁栖湖湿地、大林湖湿地、白沙湖湿地(鹿溪郊野公园)、籍田湖湿地等区域综合性公园和湿地公园,“万点微森林”即城市建设用地地块内形成的城市森林节点,最终形成“青山映彩、绿楔入城、蓝绿交织、廊园密布”的城市森林风貌。
图11 天府新区成都直管区城市森林空间规划结构图The spatial planning structure of urban forest in Chengdu Direct Management Area under Tianfu New Area
健康是人类生存的根本保障,健康的环境、社会关系是人民追求美好生活的基础。以往关于健康城市领域的研究多集中于城市建设区范围内的土地利用规划和绿地系统规划,而建设区外围大规模森林空间对健康城市的作用没有得到足够的重视,兼之由于保护意识不强,城市扩张和人类活动侵占和破坏森林,导致森林生态空间破碎,大大降低了城市森林对健康城市建设的支撑作用。本研究以城市森林为研究对象,剖析了城市森林与健康城市的关系,借用MSPA方法,提出森林源地、森林节点和森林廊道有机结合的森林空间布局,构建覆盖城市建设区内外的森林空间布局规划,以支持健康城市建设。
空间规划结果的可实施性是检验其是否合格的基本条件。林地保护规划、土地利用规划等不同用地交叉重叠,规划范围内现状用地条件的错综复杂是城市森林空间规划的难点。本研究立足于现状矛盾与问题,创新性地提出“保、补、增、筑”森林空间布局创新策略,以期实现全域城乡空间一体和森林空间落地。然而,研究还存在以下不足之处。
基于MSPA方法,能够较好地提取出森林源地、森林节点及森林廊道等空间要素,然而基于现状破碎的桥接区、环道区及支线结合道路、河流等线性廊道空间,构建潜在森林廊道的方法存在较大的主观性,需要在进一步的研究中改进。
本研究为健康城市森林空间规划提供了一种思路和方法,但此次研究主要为空间布局方面,对于健康城市森林的营建方式还未涉及,这部分内容将在今后的研究中继续深化。通过推进全域森林的规划和营建实施,以及行业主管部门对城乡生态建设项目进行系统、专项的管控,最终形成可借鉴的中国城市森林建设示范。
致谢(Acknowledgments):
本研究的基础为《天府新区成都直管区公园城市——全域森林空间布局规划(2019—2035年)》项目,主要完成单位为成都市公园城市建设发展研究院(成都市风景园林规划设计院)、四川天府新区成都管委会环境保护和统筹城乡局以及成都天府新区规划设计研究院有限公司,对项目团队成员陈明坤、王宏、彭永、杨永强、李谦、黎丽娟、方川、孟雨竹、王国清、李林娟、王方舟、陈怡佳表示感谢。
图片来源(Sources of Figures):
文中图片均由作者绘制;图2底图来源于四川测绘地理信息局[审图号为川审(2016)018号]。