城市自然生态系统服务功能及其健康功效

城市自然生态系统服务功能及其健康功效

 

越来越多的研究证据显示，城市自然有益人体健康，为人体健康和福祉提升提供诸多物质和非物质服务，具有广泛的生理、心理和社会健康效益。例如，谭少华等将城市自然健康益处归纳为治理与康复功能、缓解精神压力与消除疲劳、增强身体健康、陶冶情操和增进社会交往5个层面[1]；李树华等在“绿色医学”提案的基础上，将城市自然之于人体健康功效归纳为生理、心理和社会健康3个方面[9]。

但当前国内有关城市自然健康功效的认知范式多集中在直接指向健康改善的最终结果，而忽视与健康相关的中间潜在服务过程，仅从生理、心理与社会健康维度进行最终的健康服务功效归纳。为进一步系统认识城市自然健康功效，笔者在MA和IPBES的基础上，将自然健康效益概述为中间潜在服务功能和最终的人体健康功效两大方面。

 

2.1城市自然的中间潜在服务功能

 

城市自然具有显著的生态效益，通过调节服务、物质和非物质贡献提供中间过程的潜在生态服务功能，具体包括：1)调节气候，城市自然能调节和改善城市气候条件，包括缓解热岛效应、吸收交通尾气NOx排放、净化PM2.5和气溶胶、调节CO2和O2平衡、祛除异味及释放空气负氧离子等功能[10]；

 

2)提升城市环境舒适度，尤其是树木、花草等可以提升和美化城市环境质量，改善环境感知舒适度，营造适宜居住的环境品质[11]，例如城市森林能够通过蒸腾作用改善城市周边环境湿度与温度，提升城市环境舒适性[12]；

 

3)缓冲危害，城市自然可以通过贮存、隔离、过滤、稀释和转化过程降低废弃污染物、洪水、噪声和土壤酸碱化等环境危害，例如，通过植物光合作用和生物酸碱稀释的自然内在调节机制可以改善土壤侵蚀和酸碱度，维持土壤肥力[13]；

 

4)保障生境和维持生物多样性，城市自然能提供生物所必需的生态条件和生存环境来维持生物多样性，如提供植物生长、花粉传播、动物筑巢和取食栖息的场所，产生抑菌杀毒和抵御疾病的微生物，增强人体免疫能力[3]；

 

5)提供食物、能量和生物资源，城市自然生产系统能为人类提供多样化的食物种类和化石燃料，维持生活和生产所必需的食物、能量和生物资源，保障人类生存健康[13]。

 

2.2城市自然的人体健康功效

 

城市自然对人体的最终健康功效直接体现在以下3个方面。

 

1)自然暴露的直接生理健康益处。自然暴露能改善人体生理状况，大量自然暴露、森林浴和自然剂量效应的对比试验证实，自然暴露对死亡率、心血管疾病、糖尿病、肥胖和神经-内分泌-免疫系统网络存在积极的功效[14]。例如，Beil等通过对比森林、公园、广场和商业街4种自然程度不同的环境对象，发现暴露在自然要素更高的环境中20min后，其唾液淀粉酶、唾液皮质醇水平显著下降[15]。

 

2)与自然互动的心理益处。相较于生理健康功效，对自然的感知、接触与体验能够直接作用于个体心理健康，缓解人群精神压力，改善情绪效价和提升认知能力。例如，Cohen-Cline等选取双胞胎儿童作为研究对象，排除遗传和幼年成长环境的差异影响，分析了城市绿地与焦虑/抑郁、压力的关系，发现更多的自然接触能够有效缓解焦虑/抑郁情绪和压力[16]。

 

3)间接促进有益健康行为。城市自然通过提供一系列休闲、娱乐和交往等生态系统文化服务间接促进体力活动的发生，增进社会交往等有益健康的行为，同时提供社会支持，提升社会凝聚力与社会安全。

 

3自然-健康效益实现的级联逻辑

 

自然健康效益实现的潜在级联逻辑是其健康效益发挥和机理揭示的关键，国内外诸多学者围绕自然健康效益进行了广泛探索，认为二者的因果关系由城市自然、健康效益结果，以及介于二者之间的多重潜在级联过程构成，因此，如何厘清中间的级联转化过程成为自然健康效益研究的重点。过去有关城市自然-健康效益的相关性结论和先验性因果机理在某种程度上支撑了自然健康效益的级联过程和现实因果路径解析。

ESs“供给-需求-服务流”研究范式认为自然到人类健康福祉的实现要经过ESs(调节服务、物质和非物质贡献)的中间转化过程，自然生态系统所提供的产品和服务是一种未被利用的潜在服务功能，只有该功能被人群接触、体验或使用才能转化为人体生理和心理的实际健康益处[17]。Bratman和Remme等的最新研究成果揭示城市自然从有形的物理属性到健康效益结果的实现，需要经过ESs的中间转化和一系列级联过程，自然健康效益的实现要经过“自然生态系统-服务功能-自然暴露-自然体验”的现实因果路径[18-19]；杨春等基于“服务量-暴露水平-接触体验-效益”的现实理论路径提出“城市绿地-健康效益”实现的因果机理[3]。



基于此，笔者认为自然健康效益实现要经过“自然-中间潜在转化过程-健康效益”的级联转化过程，本文将城市自然“‘潜在服务功能’转化成‘实际服务功能’”的级联转化过程概括为自然健康效益实现的级联逻辑，包括“自然属性-自然潜能-自然暴露-自然使用-健康获益”的级联转化过程，即城市自然提供的物理服务功能和潜能(如降温、降噪)经过自然暴露和自然使用后，转化为人群能够获取到的生理和心理健康功效，使城市自然健康效益得以实现(图2)。

 

3.1自然属性

 

自然是城市生态系统的重要组成部分，这里指城市中广泛存在的蓝绿空间，包括城市公园绿地、防护绿地、广场用地、附属绿地、区域绿地，以及林地和水域等。自然的属性是人们对自然类型、构成、尺度、空间特征、使用属性和质量认识的综合体现，是生态系统结构、过程、功能和服务产生的基础。自然属性通过物质属性、能量和信息及其相互作用过程决定其生态系统功能，而其功能保证了自然生态系统服务潜能的持续供给，并通过广泛的调节、物质和非物质贡献提供气候调节、生境改善、生物多样性维持和生态产品供给等自然潜能。

例如城市林地、绿地和河流是典型的原始自然要素和生态资产，具有明显的固碳、降温、供给水源、能量流动和维持生物多样性的服务功能[13]，这些潜在的功能可以有效改善人居环境品质，减少空气污染、高温高热及噪声等不良环境暴露风险，并提供富有吸引力、恢复性和娱乐性的潜在服务功能。需要明确的是，自然属性提供的调节服务、物质和非物质贡献仅是一种未被使用的潜在服务功能。

例如，城市周边未经人工改造的原始森林虽具有丰富的自然要素和生态资产价值，能提供环境净化、固碳、降温等生态服务功能，但却因极少被人直接使用体验，其健康效益仅限于生态价值和物理服务潜能。

 

3.2自然潜能

 

自然潜能表征不同城市自然属性所具有的功能类型和服务水平，即城市自然属性的潜在服务功能。例如，植被作为城市自然中最重要的自然要素和生态资产，能够提供净化空气、释氧、固碳及维持生物多样性的服务潜能；水能够提供基本物质供给，具有降温和调节气候的功能。

自然潜能是自然健康效益实现的级联转化前置基础，是自然属性特征及其功能的指示表征，当前有关城市自然健康效益的认知范式主要集中在自然健康效益的结果研究层面，忽视了中间过程的自然潜能，往往将自然之于健康的中间潜能表述为自然健康效益的作用机理，并没有对中间潜能和最终健康效益结果进行区分。进一步理解来看，自然潜能是一种未被人类利用的“潜在服务功能”，只有该功能流向需求一方，被使用的部分才是“实际服务功能”。因此需要对自然潜能进行区分理解，明确自然所具有的潜在服务功能类型，识别不同自然类型的潜在服务功能差异。

对此，罗伯特·科斯坦萨等将自然潜能概述为气候调节、水文调节、废物处理、水供给、食物生产、原材料供给、土壤形成、养分循环、授粉和生物控制等17个方面[5]；杨春等基于ESs将自然潜能归纳为释氧、提供营养、固碳、调节气候、降温、提供生境和维持生物多样性等14个方面[3]；IPBES从调节、物质和非物质贡献3个方面进一步将自然潜能总结为提供生物生境、调节气候、净化空气质量、食物和能量供给等19个方面[13]。在MA和IPBES的基础上，本研究将自然潜能概括为调节气候、提升城市环境舒适度、缓冲危害、提供生境和维持生物多样性，以及提供食物、能量和生物资源五大方面。

 

3.3自然暴露

 

自然属性和潜能决定自然“潜在服务功能”的类型、水平和质量，而自然暴露则是ESs实现“潜在服务功能”转化成“实际服务功能”的中间调节过程和关键环节，表征人群获得自然潜能的机会大小，以地理空间为基础的自然暴露水平通常以数量、距离和质量水平的临近程度和累积机会表示[18]。大量短期和长期性的自然剂量-健康效益研究表明，自然暴露水平潜在揭示了人群从自然获益的机会和收益大小，自然暴露水平与人的生理和心理健康指标具有积极的正相关关系，自然暴露度越高，自然使用的机会越大，自然属性的“潜在服务功能”转化成“实际服务功能”的机会越高，自然潜能才越有可能被转化为人能够获取到的实际服务功能和健康效益。

例如，针对不同自然暴露水平的老年人平均寿命纵向调查显示，居住在自然水平越好地区的老年群体，其平均寿命越高[20]；在中国广州开展的城市自然暴露对心理健康影响的横断面研究表明，自然暴露与生活满意度、幸福感和情绪等具有明显的正相关关系，自然暴露面积每增加1hm2，个体幸福感得分增加0.45%，其中自然暴露对女性、低教育水平和中低收入人群的影响更为显著[21]。

 

3.4自然使用

 

自然使用是影响自然“潜在服务功能”转化成“实际服务功能”的另一个中间调节环节和级联过程[22]，表征人们自然暴露的形式(接触和体验)、频次或强度，是在自然暴露条件下实现自然潜能转化成人体获取最终健康效益的必然过程。影响自然使用的因素主要包括人的视觉、听觉、嗅觉和触觉感知，强调人不同的自然使用方式(体力活动、静坐、散步和观赏等)所获得的生理和心理活动结果，是自然使用过程中形成的自然感知偏好结果[23]，通过自然使用能够刺激五感、激发联想、促进活动、感受自然能量和气场。

卡普兰夫妇从远离、魅力、程度和兼容4个方面提出了不同自然使用方式的健康结果差异，认为从自然暴露到自然使用需要经过自然接触、自然体验和自然互动的渐进影响过程，自然使用的强度越高，自然潜能转化成实际服务功能的效果就越好，人的生理和心理健康状态改善越明显[3，18]。

 

3.5健康效益

 

健康效益是自然属性和潜能经过自然暴露和自然使用转化后的最终健康状况结果，通常表征人体生理和心理健康状况的改善(恶化)结果。流行病理学/环境心理学领域的大量自然剂量-效应实证研究提供了自然健康效益量化的研究范式，即遵循“选择自然要素属性-选定被试对象-预设实验前提-进行实验刺激-测评相应健康指标”的实验路径[24]，提前设定刺激的自然属性类型和接受刺激的被试人群(如老年人、女人和青少年)，通过控制自然暴露、自然使用和人群属性等调节变量，利用线性回归分析和生产函数揭示特定心理和生理健康指标的影响大小，主要集中在情绪、记忆力、认知能力、压力、注意力等心理变量，以及血压、肾上腺素、皮质醇、唾液酶和脑电波等生理指标，是“自然属性-自然潜能-自然暴露-自然使用”级联转化过程后的最终健康效益结果。