近年全球新冠疫情的大流行激发了大众对健康生活方式的高度关注, 高密度城市地区的居民更加向往具有充分自然接触机会的居住环境^[1]。作为城市地区中重要的绿色空间, 城市公园绿地在促进居民福祉和身心健康方面发挥着关键作用^[2—3]。城市公园绿地在为人类社会提供调节与支持服务的同时^[4—5], 还提供了重要的生态系统文化服务^[6—7]。生态系统文化服务(cultural ecosystem services, CES)是指人类从生态系统中获得精神满足、认知能力发展、审美体验、娱乐等非物质收益^[8—10]。在城市“社会-经济-自然”复合生态系统中, 城市公园绿地与居民日常生活紧密联系, 对促进居民身心健康、提升社会福祉、改善居民生活品质具有重要作用^[11—12]。作为与城市居民联系最紧密的生态空间类型, 城市公园通常是提供生态系统文化服务的主要载体, 能够提供给复合的多类CES, 例如既提供美学价值又提供娱乐价值^{[3, 8]}。然而, 随着我国快速的城镇化进程, 城市地区普遍面临建成区内公园绿地分布不均、供需错配等问题^[13—15]。近年来, 生态系统服务供需关系研究成果日益增长, 但主要集中在生态系统服务总体价值的供需评估与制图^[16—18]、不同尺度的供需时空特征与驱动机制^[19—20]、基于供需关系的国土空间管理^[21]等方面。目前, 对于CES供需匹配的研究较多聚焦于文化服务的现状供给水平评估^[22—23], 虽然部分研究基于供需视角对城市公园绿地的公平性进行探讨, 但指标选择仍然主要集中在表征公园绿地现状供给水平的可达性、密度(数量)、空间分布等方面^[24—28]。在研究方法上, 由于CES具有非物质性与依赖主观感知等特质, 不同研究中的评估方法差异较大。在前期研究中, 条件价值法、旅行成本法、支付意愿法等货币化价值评估方法被大量应用^[29—31]。然而, 以往的货币化价值法在可能准确难以表征类型丰富的CES价值。近年来, 大量研究综合考虑主观偏好表达与客观空间映射, 采用了非货币化的CES量化方法, 例如, 利用公众参与制图(PPGIS)、多源城市空间数据分析、社交媒体文本与图像分析等^[32—35]。总的来看, 城市公园绿地CES的评估体系尚未形成统一, 系统性探讨城市公园绿地的CES供需匹配评估体系, 有利于拓展生态系统文化服务的研究深度。

我国山地面积约占到全国陆地面积的2/3, 山地城市数量众多、分布广泛^[36]。山地城市具有不同于平原地区的独特自然环境条件。在人口不断向城市集聚的压力下, 面临更严峻的用地紧张、地形复杂、绿地分布不均等问题^[37]。首先, 山体阻隔和河流下切形成的高低起伏地貌, 决定了山地城市大多采用“多中心、多组团”格局^[38], 导致了城市公园绿地往往分布于各组团周边山体。而在人口集聚的城市中心区, 尤其是发展较早的老城区, 绿地数量与规模都相对紧缺, 城市公园绿地的CES供给和需求之间存在差距^[39]。其次, 各城市组团内的人口密度、用地条件、发展时序、建设情况都具有较大差异, CES需求程度也差异较大。而由于自然山体的阻隔, 大量规模较大、地势平坦的城市新区公园绿地建设也难以有效缓解中心组团绿地供应短缺的问题^[40]。目前, 相关研究主要从从供给层面对山地城市绿地的游憩服务功能方面展开丰富研究, 但由于各类文化服务之间难以精确定量划分界限, 例如, 城市公园绿地提供游憩服务的同时也提供了的审美体验和精神价值。因此, 构建城市公园绿地CES的供需评估体系, 是进一步精细化评估与管理山地城市绿地资源的前提^[41]。本文以典型山地城市重庆市中心城区为例, 聚焦人类社会活动聚集的城市建成区范围, 选取多层次客观环境指标和社会经济指标, 利用多源数据量化山地多中心城市公园绿地CES供需水平, 采用非货币定量方法识别CES供需匹配关系, 以期为重庆市中心城区的城市公园绿地资源保护与可持续利用提供支持。

1 研究区概况与数据来源 1.1 研究区概况

重庆市位于长江上游, 是我国典型的西部山地城市, 地貌以丘陵、山地为主, 坡地面积较大。主城区内河谷、坡地、山脊交错分布, 地势由西北向东南倾斜, 缙云山、中梁山、铜锣山、明月山自北向南形成平行岭谷, 嘉陵江和长江由西向东在此交汇。城区内地形复杂多样, 有近一半的城市建成区分布在坡度25%以上的坡地上^[41—42]。受到自然山体河流的阻隔, 重庆市中心城区保持了清晰的“多中心、多组团”城市空间结构。本文依据《重庆市城乡总体规划(2007—2020)》选取重庆市中心城区建成区作为研究区, 将重庆市中心城区划分为21个组团, 是重庆市中心城区人口、经济、社会发展的集中区域(图 1)。

《2021年城市建设统计年鉴》数据显示, 重庆市人均公园绿地面积较高(16.67m²)^[43]。然而, 通过遥感影像图解译、网络地图POI和AOI数据, 结合实地调研与人工识别发现, 在重庆中心城区组团范围内的人均公园绿地面积不足10m²/人, 远低于全国平均水平(14.87m²/人)。同时, 中心城区各组团公园绿地数量与规模均有明显差异, 地势平坦、设施完善的城市新区公园绿地数量与面积显著高于人口集聚、发展较早的老城区；各城市组团内的人口密度、用地条件、建设情况都具有较大差异。整体来看, 重庆中心城区组团存在城市公园绿地分布不均、人均面积不足的问题。

1.2 数据来源

研究中使用的数据主要包括多源空间矢量数据以及社会经济数据: (1)土地利用现状数据来源于全球10m地表覆盖数据(http://www.globallandcover.com/)；(2)人口数据来源于重庆市中心城区各区第七次人口普查公报；(3)POI数据：通过高德地图API获取, 共获得中心城区全类别POI共793577个；(4)居住小区数据源自安居客网站(https://chongqing.anjuke.com/), 包括经济适用房、普通住宅、公租房、别墅等四种类型, 公租房小区信息来源于重庆市公共租赁房管理局网站；(5)路网数据源自开放街道地图网站(https://www.openstreetmap.org/g1)。

2 研究方法

本文根据前期研究基础与山地城市特征, 构建了山地多中心城市公园绿地文化服务供需匹配评估体系；采用离差标准化对CES供给与需求指标数据进行标准化处理, 并采用耦合协调模型分析CES供需关系, 划分供需平衡类型与供需协调发展等级, 通过ArcGIS工具在各组团单元进行空间表达。主要分为以下3个步骤：(1)从供给数量、供给质量、供给效率与空间配置四个维度, 量化城市公园绿地CES供给水平；(2)从社会需求与物质需求两个维度, 量化公园绿地需求水平；(3)采用供需差值法分析供需平衡, 采用耦合协调模型分析供需协调发展程度。

2.1 CES供需水平量化

本文采用熵权法计算CES供给与需求指标权重^[44], 并综合评估各个组团供给与需求指数。

(1)

式中, u₂为CES供给/需求指数, X_i为指标数值, W_i为指标权重。

2.2 CES供需匹配类型与耦合协调指数

本文以城市组团为研究单元, 供需平衡参考相关研究案例采用供需差值法, 通过标准化后的供给与需求指数直接差值反映供需均衡状况^[45]。当供给指数大于需求指数时, 为供给超前型；当供给指数等于需求指数时为供需平衡型；当供给指数小于需求指数时, 为供给滞后型。供需匹配采用耦合协调模型分析供需协调发展关系, 耦合协调模型通常用于衡量两个或多个变量之间相互影响与协调一致性关系, 在生态系统服务供需研究中常用于评估供给与需求空间分布的一致程度, 识别生态系统服务供需匹配关系^[44—46]。本文将城市公园绿地CES的供给与需求作为两个交互作用的系统, 耦合协调模型计算公式：

(2)

(3)

(4)

式中, u为供给与需求指数, C为供需耦合度, T为协调指数, 且T ∈ [0, 1]；α、β为待定系数, 本文假设公园供给侧与居民需求侧同等重要, 因此α、β均取值0.5；D为供需耦合协调度, 且D ∈ [0, 1], D越大表明供需耦合协调度越高, 参考相关文献将D值划分为10个CES供需耦合协调等级^[47], 并进一步划分耦合协调发展类型^{[44, 48]}(表 1)。

2.3 CES供需指标体系 2.3.1 CES供给测算

基于《城市绿地分类标准》(CJJ/T85—2017)与《重庆市城市园林绿化条例》对公园绿地范围进行划定, 总共包含453个公园绿地。根据已有研究基础与对山地多中心城市公园CES供需的理解, 本文主要选取了供给数量、供给质量、供给效率及空间配置四个维度, 构建城市公园绿地CES供给水平测算体系：(1)供给数量表征公园绿地供给的绝对数量, 主要指公园绿地面积、人均公园绿地面积等两个指标。(2)供给质量反映各个公园绿地的服务能力差异, 选取在相关研究中普遍认可对公园使用具有重要影响的公园水景占比和公园植被覆盖两个具体指标^{[47, 49]}。(3)供给效率主要体现在居民获取CES的便捷程度, 以绝对时间值衡量供给效率, 选取15min公园服务覆盖率、15min公园服务重叠率两个指标, 服务重叠率在一定程度上代表居民在步行15min内获得公园服务的机会指数。(4)空间配置主要反映公园绿地分布与人口分布是否匹配, 选取人均公园绿地区位熵与人均公园绿地服务区位熵来衡量(表 2)。各指标权重通过熵权法获得, 结果见表 2、表 3。

其中, 公园绿地供给效率通过测算公园绿地与居住区的通行距离, 从空间上评估公园绿地的供给效率水平。本研究基于网络分析模型, 通过测算居住小区到公园绿地的时间可达性衡量供给效率, 即可达性越高则代表供给效率越好。参考《城市居住区规划设计标准》(GB50180—2018)中15min生活圈定义, 将公园绿地服务覆盖率定义为步行15min范围内能获得公园服务的居住小区占比；服务重叠率为步行15min范围内能获得多个公园服务的居住小区占比。

(5)

(6)

式中, Counti₁₅表示步行15min范围内能获得公园服务的居住小区数量, Counti_t表示居住小区总数量, Counti_15r表示步行15min范围内能重复获得公园服务的居住小区数量。

同时, 公园绿地CES供给的空间配置采用常用于衡量区域要素空间分布的区位熵指标进行计算。本文选取人均公园绿地区位熵与人均公园绿地服务区位熵指标反映空间配置, 具体计算公式如下：

(7)

(8)

式中, L_g为人均公园绿地区位熵, S_i为组团i的公园绿地面积, P_i为组团i的人口, S为研究区公园绿地总面积, P为研究区总人口。L_g大于1, 表明该组团内人均享有公园绿地水平高于研究区总体人均水平；反之, 则低于总体人均水平。L_p为人均公园绿地服务区位熵, c_ij为组团i内处于公园绿地服务区的居住小区数量, c_i为组团i内居住小区的总数量, c_j为研究区内处于公园绿地服务区内的居住小区数量, c为研究区内居住小区总数量。L_p大于1, 表明该组团内单个居住小区享有公园绿地资源高于研究区总体水平；反之, 则低于总体水平。

2.3.2 CES需求测算

CES需求测算体系根据相关研究框架, 从社会需求与物质需求两个维度^{[27, 50]}, 选取6个具体需求指标。(1)在社会需求维度, 除人口密度与人口活动强度两个基础指标外, 充分考虑主要使用公园的青少年儿童和老年人群体, 引入60岁以上人口密度和18岁以下人口密度两个需求指标。(2)物质需求包括生态用地占比以及开发建设强度等两个指标(表 3)。

其中, 人口密度指标利用土地利用现状数据对人口进行细粒化, 参考相关研究对建设用地赋予权重(每个乡镇单位建设用地上的人口密度)^[51], 统计各组团建设用地面积得到各组团人口数量；相较于传统研究中仅以常住人口人均指标确定, 引入主要使用公园的60岁以上与18岁以下特殊群体人口分布, 能够在空间中更客观、全面地表征需求空间分布情况；生态用地占比指标为负向指标, 当区域内部林地、草地、湿地、水体等生态用地与公园绿地具有相似作用的地类越多, 居民对公园绿地的需求越小, 因此该项指标为负向指标。

3 结果与分析 3.1 城市公园绿地CES供给水平

城市公园绿地文化服务供给的空间分布如图 2所示。总体来看, 重庆市中心城区公园绿地CES供给呈现北高南低、分散布局的空间格局。其中, 位于城市核心区北侧的礼嘉组团是近十年间城市发展重点区域, 供给水平显著高于其他区域；中等以上水平, 发展较早的城市观音桥、大杨石、南坪、大渡口、北碚等组团, 核心区北侧的龙兴、唐家沱等组团也提供了较高的CES供给；中等以下供给水平的城市组团呈现分散分布格局；位于铜锣山山脉东侧的大部分组团供给水平整体偏低, 尤其是鱼嘴组团。

从具体指标来看, 各单项供给指标空间分布存在显著差异(图 2)。在供给数量维度, 公园绿地面积指标呈中心高外围低的分布特征, 而人均公园绿地面积指标呈北高南低的分布特征。其中, 礼嘉组团在公园绿地总面积与人均公园绿地面积指标上均具有显著优势, 而城市中心老城区组团虽然具有中等水平的总体公园绿地面积, 但由于人口密度最高, 其人均公园绿地面积指标最低；从供给质量来看, 大多分组团的公园植被覆盖与水景占比指标呈现相反的分布；在供给效率维度, 中心城区组团的公园服务覆盖率与重叠率指标普遍高于周边城区组团；在空间配置维度, 各组团人均公园绿地区位熵与人均公园绿地服务区位熵指标之间呈相反空间分布, 说明其人均享有绿地资源数量与可以获得的公园绿地服务效率相反。

3.2 城市公园绿地CES需求水平

重庆市中心城区公园绿地CES需求空间分布如图 3所示, 呈中心高、四周低的分布特征, CES需求在两江交汇的城市中心组团高度集中, 并从中心向外围梯度递减。其中, 由于人口稠密、城市开发建设成熟, 最中心的渝中、观音桥和大杨石组团需求指数最高, 达到0.62以上；其次是围绕中心组团的沙坪坝、人和、大渡口、李家沱和南坪组团；距离城市中心较远的西彭、蔡家、界石组团的CES需求最低。

相较于CES供给空间分布, 各单项需求指标空间分布具有相对一致性, 基本保持中心高、四周低的分布特征(图 3)。从具体指标来看, 人口密度最高的组团位于城市中心区域, 其中, 渝中组团的人口密度最高, 相对偏远的城区周边组团人口密度较小, 其中龙兴组团每平方公里不足千人；相较于总体人口密度, 特殊人群密度分布特征具有较显著差异。60岁以上人口在渝中、大杨石等中心区域组团的更加集中, 而18岁以下儿童与青少年群体的人口密度分布更加分散；人口活动强度与总体人口密度相符, 而开发建设强度与18岁以下人口分布情况更接近；作为负向指标的生态用地占比与总体需求呈相反分布, 呈“四周高、中心低”的空间格局。

3.3 公园绿地CES供需平衡与耦合协调分析

从供需平衡关系结果来看, 重庆市中心城区公园绿地CES供需失衡现象显著(图 4)。其中, 超过52.38%的组团由于CES供给滞后导致供需失衡, 而33.33%的组团属于供给超前类型。在研究区域中, 供给滞后类型主要位于中南部与东部区域, 而供给超前组团主要位于城区北侧与西侧组团, 仅有位于北侧区域的少部分组团基本达到供需平衡状态。

从供需协调发展关系来看, 重庆市中心城区公园绿地CES供需耦合协调度范围在0.25—0.71之间, 平均值为0.50, 总体表现为勉强协调。其中, 57.14%的组团CES供需协调关系处于勉强协调和濒临失调的过渡发展阶段；23.8%的组团属于协调发展类型, 主要集中在中级协调与初级协调程度；仅有19%组团属于失调发展类型, 集中在中度与轻度失调程度。供需耦合协调发展呈“中心高、外围低”的空间分布(图 5)。

综合重庆市中心城区各组团公园绿地CES供需平衡与协调发展分析结果, 可以发现在供需协调关系分析中, 虽然大部分组团处于过渡发展与协调发展状态, 但其中多数组团均存在供给不足情况；而失调发展类型中, 大多数组团的CES供给超前(表 4)。在协调发展的组团中, 仅有礼嘉组团CES供给超前并具有最高的协调发展度, 其他组团均为供给滞后类型；在过渡发展的组团中, 供给滞后类型仍然占比最大并分布于更靠近城市中心的位置；相反, 失调发展的组团主要为供给超前类型, 并主要分布于城市外围区域, 仅有鱼嘴组团为供给滞后导致的失调发展类型(图 6)。

4 讨论

本文以典型山地多中心城市区域重庆市中心城区为例, 构建城市公园绿地文化服务供需评价指标体系, 探讨研究区城市公园绿地CES供需平衡与供需耦合协调关系。结果显示, 与以往相关研究案例相似, 研究区域内各组团普遍存在不同程度的供需不平衡或失调情况^{[45, 47, 50]}。城市公园绿地CES供需平衡反映供给与需求在量上的一致性, 而供需协调发展表明二者在发展趋势上的一致性^[45—46]。在研究区域中, 供需不平衡问题主要反映在中心老城区组团CES的供给不足与外围组团的供给超前, 而供需失调矛盾主要集中在少数远离核心区域的外围组团, 反映了研究区域城市公园绿地CES的供需空间错配。近年来, 随着“成渝双城”的发展战略确立, 重庆市中心城区的开发建设重点区域向西侧和北侧发展, 在研究区域北部和西部的城市组团, 公园绿地建设从数量、规模与类型上具有明显优势；供需协调主要矛盾体现在研究区域南部和东部的外围组团, 尤其是被主要山脉阻隔的西侧组团供需失调显著。这也表明了山地城市自然地形地貌与城市开发建设时序可能是供需关系的重要影响因素。

根据研究区各城市组团供需平衡与协调发展的综合特征, 能够针对性地提出城市公园绿地资源的合理利用与规划策略。对于用地紧张的城市中心老城区组团, 难以通过新增公园从供给上改善供需关系, 就需要充分考虑如何通过城市中心外移、提高新城区组团吸引力, 从需求端进行有效调控；对于公园绿地供给条件更好的城市周边组团, 应当重点关注合理的产业布局与用地规划, 同时提高组团之间的连通性、提升公园绿地的共享效率, 尤其关注被自然山脉阻隔的外围组团。本研究选取城市建成区范围, 以组团为单位讨论公园绿地的CES供需匹配关系, 相较于以往更大尺度的研究范围, 能够更精准反映建成区内公园绿地资源的分配与布局情况, 对于城市管理者考虑不同发展阶段城区的差异化城市公园建设与布局具有重要参考。

由于生态系统文化服务的非物质性、主观性、复杂性与动态性等特征, 供需水平量化的指标选取仍然是研究中的难点。本文探索性地构建了城市公园绿地CES供需评价指标体系, 但受限于数据获取来源, 选取的供需水平量化指标可能仍然难以全面覆盖供需体系的各方面因素。例如, 在考虑不同群体的需求时, 主要聚焦城市居民, 忽略了游客群体需求。在后续研究中有必要结合大数据和传统调研方法, 进一步拓展研究分析的精度与深度。

5 结论

本文以典型山地城市重庆市中心城区为例, 构建城市公园绿地文化服务供需评价指标体系与研究框架, 基于多源数据在城市建成区范围内分析了城市公园绿地CES供需平衡与协调发展程度, 在已有研究基础上进一步探索了城市公园绿地CES供需匹配的量化评估途径与方法, 并得出以下主要结论：

(1) 受山地城市自然地理环境和城市开发建设时序的影响, 重庆市中心城区城市公园绿地CES供给与需求空间分异现象较为显著, 供给呈北高南低、分散布局的格局, 需求表现为城市中心向外围递减的趋势。

(2) 总体供给分布与其单项指标之间差异显著, 尤其在供给数量、供给质量、空间配置维度内部各指标呈相反分布；相较于供给空间分布, 总体需求分布与其各单项需求指标分布之间更具有相似性。

(3) 研究区域内大部分组团存在供需不平衡, 北侧与西侧组团公园绿地供给超前, 而中南部与东部组团面临供给不足问题；供需协调关系呈现由中心向外围逐渐失调发展的空间分布特征, 供需失调矛盾主要集中在外围郊区组团。

(4) 综合供需平衡与协调发展分析结果, 针对不同的供需匹配特征, 分别从供给端与需求端提出相应优化策略, 可为不同区域城市组团的公园绿地布局优化提供重要参考。