環境流行病學視角下城市綠地空間的健康效應研究

李暢

城市綠地空間是城市中有植物覆蓋的土地，是環境流行病學中重要的環境因素。從18世紀英國的倫敦之肺（the lungs of London）城市公園到19世紀美國的波士頓翡翠項鏈（Emerald Necklace）綠 地 體 系，從20世 紀 田 園 城 市（Garden City）的森林間距規劃到21世紀健康城市（Health City）的綠色基礎設施規劃，城市綠地空間的演進都與城市公共健康密切相關。近30年來，城市綠地空間的研究范圍已由環境美學拓展到環境醫學，由生理健康拓展至心理健康，由康復景觀拓展至健康城市[1]。

近年來，國內學界對城市綠地空間改善空氣質量、調節環境舒適度、促進體力活動和身心健康的公共健康益處已達成共識，并通過文獻綜述[2-5]、抽樣問卷[6]、對照實驗[7]、重復測驗[8]、案例分析[9]等方式對各類城市綠地空間的療愈和康復效果進行了多元探索。受限于研究尺度和樣本規模，雖然在學理和實驗層面證實了城市綠地空間的健康效應，但在應用層面仍然缺乏對其健康效應的病理認知。本研究通過文獻綜述，分析國際學術期刊中涉及城市綠地空間的文獻，以“環境–人群–健康”的環境流行病學視角，探索城市綠地空間響應流行疾病的健康效應和關注焦點，以期為公共健康導向下的風景園林研究提供借鑒和參考。

1 環境流行病學概念

環境流行病學（environmental epidemiology）是公共衛生領域的基礎學科，是應用流行病學的理論和方法，研究環境暴露與人群健康效應，求證“暴露–效應”關系，探索環境中自然因素和污染因素影響人群健康的流行性規律，以提供消除環境污染、防治疾病、促進健康對策的科學[10]。相對于側重生產性疾病研究的職業流行病學（occupational epidemiology）、側重于疾病地理空間分布的景觀流行病學（landscape epidemiology）、側重于疾病在人群傳播的傳染性流行病學（infectious epidemiology）等其他流行病學分支，環境流行病學研究是以“暴露為中心”，關注健康或疾病的環境分異和暴露水平。區別于同樣關注綠地“暴露–效應”的康養醫學和環境心理學等方面的研究，環境流行病學更傾向運用大規模截面數據和隊列數據進行準實驗研究，而非小規模的重復實驗和對照實驗（表1）。

表1 康養醫學、環境心理學和環境流行病學中的綠地空間環境研究辨析Tab. 1 Discrimination and analysis of green space environment studies in health medicine, environmental psychology and environmental epidemiology

2 研究現狀

2.1 文獻檢索和數據提取

城市綠地空間關聯人群健康的環境流行病學文獻具有跨學科的開放性特征，常規的文獻計量分析方法較難歸納和提煉，因而本研究采用科克倫法（Cochrane methodology）進行文獻篩選[11]。截至2020年3月，在Web of Science、ScienceDirect、PubMed、ProQuest中使用環境流行病學與城市綠地空間的相關專業術語①進行交叉組合檢索，去除重復文獻，共檢索到英文文獻3 058篇，再通過人工排除，選出符合文獻分析要求的132篇文獻，其中基礎數據文獻將用于對照分析，綜述類文獻將用于結果補充和解釋。

2.2 整體概述

已篩選文獻的分析表明，超過半數的文獻都是在2017—2019年內發表，反映出近年來國際學術界對城市綠地空間健康效應的研究日益增長（圖1）。從文獻期刊來源來看，共28種，主要來自公共環境與職業健康、環境科學與生態學領域，期刊本身往往具有跨學科的研究視野，如International Journal of Environmental Research and Public Health、Health and Place等。從文獻的發文屬地和研究對象屬地來看，涉及城市綠地空間的環境流行病學研究主要來自歐美發達國家和地區，少量研究來源于中國大陸和港臺地區，缺少其他發展中地區的研究，原因是這些地區城市綠地空間和流行病數據缺失。此外，由于隊列研究需要持續觀察的縱向數據，數據獲取難度較大，因而這些文獻主要采用橫斷面研究（cross-sectional study），運用隊列研究（cohort study）的僅16篇。

1 環境流行病學視角下城市綠地空間健康效應的相關文獻分析Relevant literature analysis of urban green space health effects from the perspective of environmental epidemiology

3 城市綠地空間響應環境流行疾病的健康效應

基于環境流行病學相關概念的文獻分析發現，研究城市綠地空間與人群健康效應的關系，求證“暴露–效應”是所有已篩選文獻的研究目的，其研究對象大致可以分為“環境–人群–健康”和“暴露–效應”2類。前者是環境流行病學研究的核心要素，后者是影響要素作用的機理，涉及時空效應、人群效應和其他環境風險的中介效應。

3.1“環境—人群—健康”的研究

3.1.1 暴露環境

暴露環境是環境流行病學研究的邏輯起點。在環境流行病學研究中，綠地覆蓋率是城市綠地空間作為暴露環境的主要指標，以遙感衛星地圖中的土地利用和土地覆蓋（land use and land cover, LULC）數據為主，諸如歸一化植被指數（normalized difference vegetation index, NDVI）[12]、土壤調整植被指數（soiladjusted vegetation index, SAVI）[13]、增強型植被指數（enhanced vegetation index, EVI）[14]和樹木覆蓋率（tree cover rate）[15]等。此外，綠量感知的主觀調查問卷[16]亦是環境流行病學中對城市綠地空間進行量化的一種途徑，但應用相對較少。

3.1.2 暴露人群

暴露人群是環境流行病學的主要研究對象，觀察樣本的規模和屬性直接影響研究的結果。文獻分析表明，除了少數以區域內人群發病率為指標的城市層面研究之外，暴露人群的觀察樣本數量在492～19 118 449之間，中位數為6 076，樣本規模較大。研究發現，年齡、性別、受教育程度、收入水平、種族、婚姻狀況、就業狀況、家庭規模等社會人口統計數據，以及身體質量指數（body mass index,BMI）、飲酒、吸煙、藥物使用和體育鍛煉等個體特征屬性差異，往往導致城市綠地空間環境暴露效果的分異，區分并控制這些人群屬性導致的混淆變量是所有研究文獻的難點。

3.1.3 健康

健康是環境流行病學中可測量的生物效應，是暴露環境作用于暴露人群的結果[10]。文獻研究表明，城市綠地空間的環境流行病學研究主要關注于生理健康和心理健康，涉及社會健康和整體健康的研究較少。在影響各類健康的疾病類型方面，根據國際疾病分類（International Classification of Diseases, ICD）標準，城市綠地空間健康效應涉及6個主要疾病群，以精神疾病、心血管疾病、呼吸系統疾病為主，其中以抑郁[17]、高血壓[13]、糖尿病[18]、癌癥[19]和哮喘[20]等慢性病居多，而涉及瘧疾、痢疾和結核病等的傳染性疾病的較少[21]，反映了當前城市綠地空間的非傳染性流行病學研究傾向，也符合城市化和工業化背景下的城市環境基底。

3.2“暴露— 效應”的研究

健康效應是暴露人群接觸暴露環境的健康反應，區域性人群的健康效應是環境流行病學研究的終點。大量的理論研究和實驗證據均表明，城市綠地空間與暴露人群生理、心理和整體健康具有正向關系，有助于降低高血壓、心臟病、冠心病、Ⅱ型糖尿病、抑郁、焦慮、癌癥等疾病的發病率；而少數研究證實了城市綠地空間的負向健康效應，如增加了哮喘、過敏性鼻炎和皮膚癌等健康風險[14,22-23]；此外，亦有少數研究發現城市綠地空間與健康效應的非顯著關系[24-26]（圖1）。城市綠地空間環境暴露水平差異主要是由空間效應、時間效應、人群效應和其他環境風險的中介效應所決定，它們對于“暴露–效應”的效用大小具有直接或間接影響。

3.2.1 空間效應

暴露環境的空間因素對于綠地覆蓋率的數據量化采集和分析至關重要。在空間尺度上，環境流行病學的城市綠地空間主要分為城市尺度、鄰里尺度和住宅尺度3個層次[27]。以緩沖距離（暴露人群至最近綠地的直線距離）為指標的可達性評估是城市綠地空間是否具有健康效應的關鍵空間因素，緩沖距離一般在50～1 000 m間。在500 m范圍內，可達性與受訪人群健康效應呈現出顯著的正向效應，即離綠地越近越健康[28]；而超過1 000 m，健康效應的效應值大小和證據等級②方面可信度較弱[29]（表2）。城市綠地的可見性亦與健康效應呈顯著正相關[30]?？臻g統計偏差是當前城市綠地空間健康效應研究中出現強度差異的常見問題。除空間單元規模和形狀的影響外，以行政范圍（或地理編碼）為質心（centre of mass）和以研究對象（例如家庭或學校）作為空間參考點的空間定位差異也是產生偏差的主要原因。因此，規范化處理城市綠地空間中的空間尺度、單元形態和空間定位，是避免城市綠地空間健康效應中出現分區效應和比例效應等統計偏差的關鍵點。

表2 城市綠地空間可達性的健康效應及證據等級Tab. 2 Health effects and evidence levels of accessibility of urban green space

3.2.2 時間效應

時間因素是城市綠地空間健康正、負向效應的關鍵。季節變量（seasonal variation）容易增加城市綠地環境暴露的風險，如綠地中的花粉、土壤真菌和碳氫化合物容易引發哮喘和過敏[31]；夏季城市綠地空間更易傳染瘧疾[21]。雖然已有文獻證實綠地空間使用時長和頻率與健康效應成正比，但也并非絕對。澳大利亞的研究顯示，每周在綠地活動超過10 h以上的人群皮膚癌發病率比活動0～4 h的人群高出18%[23]。相對于當前研究中對綠量、可達性、可見性等靜態變量的關注，對時段偏好、頻率和時長等動態時間變量的研究極少，周期性時間序列的追蹤研究較為缺失。

3.2.3 人群效應

根據環境流行病學理論，不同人群相同環境暴露的發病率和健康收益差異較大，年齡和性別是人群差異的主要變量。研究表明，城市綠地空間在降低兒童、青少年和女性呼吸系統和心血管疾病，以及降低12歲以下兒童神經系統疾病、消化系統疾病等的發病率具有顯著性[32-33]。在高密度城市中，城市綠地空間有助于降低女性的循環系統疾病死亡率，以及老年人全因死亡率[34]。孕婦和新生兒等特殊人群對城市綠地空間的暴露效應具有敏感性，更容易從城市綠地空間環境暴露中受益[18,35]。

3.2.4 環境風險的中介效應

空氣和噪聲污染等環境風險是影響城市綠地空間健康效應的中介變量。城市綠地空間能夠降低空氣和噪聲污染是諸多學者的研究共識。然而，當空氣和噪聲污染反過來作用于城市綠地空間時，也會在一定程度上影響城市綠地空間環境暴露的健康效應。研究表明，就健康結果而言，空氣污染和運輸噪聲的中介作用對鄰里層面綠地暴露人群呼吸與心血管疾病死亡率影響不大（約有8%和2%～6%的誘因）[32]。當污染物暴露量較高時，樹木密度增加與哮喘發病率降低顯著相關，而當污染物暴露量較低時，樹木密度與哮喘發病率沒有顯著相關性[14]。此外，由于城市綠地空間與流行疾病之間關系的復雜性，諸多城市化進程所重塑的中介變量，如溫度、濕度、降水、氣候變化、人口密度和社會經濟地位（socioeconomic status, SES）等，都直接或間接地影響著城市綠地空間響應環境流行疾病的健康效應[21]。

4 城市綠地空間促進公共健康的環境流行病學研究熱點

4.1 城市綠地空間的健康劑量— 反應測度

大多數文獻通過病例統計證實了城市綠地空間環境暴露對人群健康的正向效應，由于這些研究指標涉及自然環境背景、城市環境背景、綠地環境強度、暴露強度、暴露方式和健康效果等諸多異質性的研究指標，難以集成所有指標進行綜合研究。因而通過單一變量揭示城市綠地空間作為“維生素G”（綠色處方）的劑量–反應③成為近年來的研究熱點，在風景園林學領域，研究主要集中于綠地率、綠地規模這2個綠地指標的健康劑量–反應上。

在綠地率與健康劑量–反應方面，城市尺度的綠地率大小與各種疾病發病率并無顯著性關系，截面數據分析顯示城市綠地率61%和城市綠地率17%在疾病死亡率方面差異微弱[24]；而鄰里和家庭尺度的綠地率則與健康效應呈正比關系，即鄰里和家庭尺度單元內綠地面積的增加可以降低疾病發病率[36]。在1 km范圍內綠地率每增加10%，將在一定程度上降低冠心病、關節炎、抑郁等疾病的發病率，劑量效應明顯[33]；如在38%～64%區間內的NDVI每增加10%，口腔和咽喉癌風險分別下降11%和16%[19]；又如鄰里綠地百分比增加10個標準差（standard deviation, SD）與小范圍預期壽命（small-area life expectancy,SALE）增加1年顯著相關[37]，同樣表明了綠地率的劑量效應。在綠地規模與健康劑量–反應方面，袖珍公園（<0.4 hm2）、小型公園（0.4～1.0 hm2）、社區公園（1.0～5.0 hm2）的綠地規模與心理健康呈現出正相關，可訪問公園面積每增加1%，居民的心理健康量表得分增加0.12（滿分5分）[38]。

需要指出的是，在城市綠地空間的健康劑量–反應測度研究中，由于缺少對多種健康指標和綠色環境相互作用的混合關聯研究，或者是指標權重的差異，當前健康劑量–反應的結論在顯著性上往往并非一致，如評估綠地可達性的緩沖距離等級差距導致健康劑量衰減效應差異[28-30]。

4.2 城市綠地空間的環境正義評估

環境正義是城市綠地空間在環境流行病學研究中的一個重點。自20世紀80年代以來，“健康差異”和“健康公平”頻繁地被環境流行病學研究學者和城市政策制訂者使用，許多研究已經發現，在城市低收入、少數族裔社區內，樹木覆蓋率明顯偏低[39-40]，這種由社會經濟地位、族裔和醫療保險類型等變量造成的環境不公實際上與城市綠地的健康效應相關聯。Jennings等分析了不同族裔社區綠地的植被覆蓋物的結構特征，發現樹冠百分比（percent canopy）、葉面積指數（leaf area index, LAI）、樹木密度（tree density）等指標與社區人群的收入水平正相關，與呼吸系統疾病和心血管疾病發病率負相關[15]。Mitchell等的研究亦證實了這一點，平均綠地率34%的高收入社區全因死亡率風險較平均綠地率16%的低收入社區的低6%，顯示城市綠地空間的可供性在一定程度上影響著健康公平[41]。在心理健康方面的研究中，Sugiyama等通過截面數據分析了城市公園與周邊居民抑郁和焦慮指數間的關系，發現社會經濟地位較高的社區在公園面積上要高于社會經濟地位較低的社區，前者所受的心理困擾顯著少于后者[42]。

由于與自然接觸可以使弱勢人群受益的等基因效應（equigenic effect）[43]，因而在低收入社區和少數族裔社區，增加城市綠地的數量和改善綠地質量是一種有效的健康途徑。然而這又容易導致“綠地紳士化”（Green Gentrification）[44]，引起社區地產價值和生活成本的上升，從而使弱勢人群流離失所，再度弱化他們與健康環境的聯系[45]，這是一個兩難的問題[44]（圖2）。此外，在一些歐洲城市，盡管城市綠地空間在可達性上不存在因社會經濟地位變量而產生的群體差異，但是社會經濟地位較高的群體更重視鍛煉，而社會經濟地位較低的群體則更重視群體性活動，2類人群的需求差異可能會導致綠地空間具有健康效應排他性[46]。

2 城市綠地空間健康公平的主要研究框架The main research framework of urban green space health equity

4.3 城市綠地空間的健康環境干預

近年來，城市公共健康已經由致病性取向（pathogenic orientation）臨床醫學干預轉向于健康性取向（salutogenic orientation）預防醫學干預[47]，城市綠地空間健康環境干預的環境流行病學實踐逐漸成為熱點，但切入角度各異。一類是將城市綠地空間視為公共健康工具的政策性干預，在宏觀層面，涉及城市綠地空間提升城市居民生理健康、心理健康和促進健康公平的政策途徑和調控措施，如美國的健康人民（Healthy People）計劃、英國的自然英格蘭（Natural England）計劃、世界衛生組織的健康城市戰略等[9]。另一類是將城市綠地空間視為預防醫學手段的物理環境干預，在空間層面探索城市綠地空間數量、規模、布局和植物配置等環境要素改進對居民健康的促進作用，如Mears等研究了城市綠地空間特征與人群健康的關系，發現生態多樣性水平較低的草皮綠地與負向健康相關聯，因而提出增加綠地植物多樣性、綠地斑塊連續性的健康環境干預措施[48]；又如Branas等追蹤了4 436塊城市空置地塊的綠化項目后發現，城市空置地塊綠化可在一定程度上降低周邊人群高膽固醇值和緩解精神壓力[49]。

將城市綠地空間視為健康收益投入的健康經濟學方法，主要通過計量化的健康成本效益分析，在理論上探索綠地資源配置的多種可能性。這類研究較少，根據健康收益導向分為成本效果分析（cost effectiveness analysis, CEA）、成本效用分析（cost utility analysis, CUA）、成本效益分析（cost benefit analysis, CBA）、最小成本分析（cost minimization analysis, CMA）等多種方法[50]?；谕恋厥褂脹Q策的最優績效研究發現，同樣尺度的城市綠地空間，零星分布的多個可達性較佳的小型綠地相較于集中的大型公園而言能在更大程度上減輕健康不平等[51]。此外，在城市綠地空間的健康干預中，由于2D數據（如NDVI）從鳥瞰視角測量的失真性，具有模擬真人視角優勢的3D數據（如全景照片）結合大數據采集與分析的方法，成為一種新興干預途徑[52-53]。

5 研究結論、局限和展望

本研究從環境流行病學的視角梳理了城市綠地空間健康效應前沿文獻，概述了城市綠地空間健康效應所涉及的主要研究指標和要素，以及相關研究熱點。結果顯示，綠地空間的健康效應主要涉及精神疾病、心血管疾病、呼吸系統疾病等6個主要疾病群，主要運用橫斷面調查的方法進行暴露人群觀察，以千人以上的大樣本研究為主。其中，環境強度、暴露強度、暴露方式、暴露人群是不同綠地空間健康劑量–反應測度的主要指標，而社會經濟地位、族裔等變量差異是影響城市綠地空間中健康公平的主要因素，城市公共健康干預的主要手段包括政策性干預、物理環境干預和環境經濟學方法等。

目前關于城市綠地空間健康效應的環境流行病學研究主要集中于歐美等發達國家，國內只有少量文獻綜述和實證研究。受限于環境流行病跨學科的復雜性，仍有大量抗解問題（wicked problems）存在：在研究內容方面，盡管現有證據表明城市綠地空間具有正、負向的健康效應，但對綠地空間形態、大小、規模和要素特征與不同健康效應之間的劑量–反應關系仍然知之甚少。例如普遍采用的NDVI并不能區分結構化綠地（如公園）和非結構化綠地（如荒地）之間的質量差異，難以揭示綠地要素和不同疾病之間的健康關系[54]；在研究方法上，利用大規模截面數據進行的準實驗研究，雖然實驗結果與現實聯系緊密，但由于無法控制研究環境，容易受混淆因子干擾而影響研究結論，例如城市區域間醫療水平變化對區域間綠地空間健康凈效應測評的擾動[27]。由于這些缺陷的存在，當前城市綠地空間的研究并不能形成一個邏輯嚴密的循證醫學證據鏈和效應明晰的綠色處方來作為健康城市決策和規劃的有效依據。

當前全球城市面臨著公共健康水平不斷降低，需求不斷增長的巨大挑戰，城市人群集體暴露于環境污染、慢性疾病和傳染性疾病的威脅下，因而探明城市綠地空間響應公共健康的機理和對策具有重要價值。從目前的學術熱點和現實需求判斷，未來城市綠地空間健康效應的環境流行病學研究可能會有以下趨向：1）在研究對象上，更加關注流行疾病的易感人群和綠地環境暴露的敏感人群等弱勢群體[44]；2）在研究數據來源上，更加關注由地理標記圖像、可穿戴設備所采集的個人生理和心理數據等多源微觀數據所構成的高質量數據集[52]；3）在研究內容上，更加關注不同綠地結構環境暴露健康效應與劑量–反應的時空指標和因果關系[55]；4）在研究目標導向上，更加關注可為健康城市施政決策支撐的應用研究[54]。如何響應以上研究趨向，是城市綠地空間與流行病學耦合發展的新一輪迭代。

注釋(Notes)：

① 環 境 檢 索 詞：greenness、green space、green infrastructure、urban greenspace、urban park、neighbourhood；人群檢索詞：children、older adults、adults；健康檢索詞：public health、mental health、physical health、social well-being、epidemic disease、cardiovascular、musculoskeletal、mental、respiratory、neurological、digestive。

② 效應大小由文獻健康效應正、負向的同向率判斷，在本文中，≥75%、50%～<75%、<50%的同向率分別代表強、中、弱的效應；證據等級由同向性文獻數量判定，在本文中，≥10、5～<10、<5，分別代表強、中、弱的證據等級，證據等級越弱，可信度越低。

③ 環境流行病學中“暴露–效應”是針對環境暴露后健康效應的正、負向定性評價，“劑量–反應”則是對暴露時間、頻率和環境要素與效果關系的定量評價。

圖表來源(Sources of Tables and Figures)：

圖表均由作者繪制。