基于景感生態學理念的鄉村社會-生態系統供給服務研究

黃 甜,郭青海,鄒 凱,李達維,易海軍

1 中國科學院城市環境研究所, 廈門 361021 2 中國科學院大學, 北京 100049 3 浙江理工大學建筑工程學院, 杭州 310018 4 江西農業大學林學院, 南昌 330045 5 中山大學地理科學與規劃學院, 廣州 510275 6 寧波市鎮海規劃勘測設計研究院, 寧波 315202

改革開放以來,伴隨著我國社會經濟的飛速發展與城鎮化的快速推進,由人口資源的大量遷徙所帶來的“城市病”與“鄉村病”日益突出。2018年我國鄉村承載著5.6億人口,占人口總數的40.42%。為緩解人口遷徙所帶來的城市人口壓力與農村空心村現象,我國在2017年提出鄉村振興戰略,并在之后推出一系列的政策措施改善鄉村生活生產風貌,提高鄉村發展水平。鄉村振興戰略的實施促進了鄉村經濟社會發展,提高了鄉村居民生活質量,鄉村人居環境治理和城鄉協調發展促使鄉村聚落能夠更好地滿足人們對美好生活的需求。鄉村社會-生態系統的穩定和可持續發展為農業農村現代化的實現奠定著基礎,在鄉村生態系統健康和鄉村可持續發展研究中,將鄉村社會-生態系統服務功能[1- 3]、景感生態學與景觀規劃設計方法等[4- 7]應用于新型鄉村規劃,逐漸成為一個主要的研究趨向。

鄉村社會-生態系統是指在鄉村地域范圍內,由鄉村人口、環境、生物、建筑、農具、科技與文化組成的人工或半人工復合系統[8]。生態系統服務是指人類從生態系統中直接或間接所獲取的益處[9],生態系統服務框架將生態學、經濟學和社會學融為一體,其核心目標是造福人類社會[10]。鄉村社會-生態系統服務指人類從鄉村社會-生態系統中所獲取的利益,研究鄉村社會-生態系統服務有利于促進鄉村可持續發展,為當地居民提供更完善的服務與更高質量的生活水平。近年來,對鄉村社會-生態系統服務的研究多集中于鄉村森林生態系統、水域生態系統等自然資源所能提供的生態系統服務價值[11- 14]。然而,作為一個復雜的半人工系統,其系統內由自然資源提供的生態系統服務一定程度上可以由人工設施建設所提供的服務替代,或者由人工設施增加新的生態系統服務以滿足人民群眾生產生活需求。在本文中,我們參考生態系統服務的分類體系,結合景感生態學的理論,將鄉村社會-生態系統服務功能分為4類,即由基礎設施建設所提供的支持功能,由餐飲、出行、企業、住宿等服務性公服設施所提供的供給功能,由水利設施、地下管網設施、污水處理設施等提供的調節功能和由公園綠地、文化場館等提供的文化服務功能。

景感生態學是指以可持續發展為目標,基于生態學的基本原理,從自然要素、物理感知、心理反應、社會經濟、過程與風險等相關方面,研究土地利用規劃、建設與管理的科學[15]。作為一門新興學科,近年來逐漸被應用到生態規劃與設計相關的多個領域[16-19]。與景觀生態學不同的是,景感生態學更注重人的需求,重視人作為行動主導者所含有的心理需求與感知在整個生態規劃與可持續發展中所起的作用。以景感生態學為設計理念的景感營造是指將人們的愿景和感知等注入到一個載體上,這個載體可以是已經存在的,也可以是新的載體[20]。被賦予人們需求與設計者理念的載體會加強關于可持續理念的表達,進一步引導人們的行為與生活,從而實現人與景觀的和諧發展,實現可持續的美好愿景。將景感生態學應用于鄉村規劃,可以使人們的需求和感知在景感這一載體空間上得到實現,是建立以人為本的可持續鄉村的一個有效途徑。

鄉村社會-生態系統的穩定和可持續發展為農業農村現代化的實現奠定著基礎,在穩定社會經濟發展、提高城鄉居民福祉方面發揮著重要作用。服務性公共設施作為鄉村社會-生態系統供給服務的重要組成部分,代表了鄉村的發展水平與該地區居民生活質量水平。研究公共服務設施的空間分布特征和綜合評價其供給服務可改善鄉村社會-生態系統結構,為城鄉居民提供高質量的社會生態系統服務。本文選取廈門市島外城市化鄉村為研究對象,通過廈門市島外POI數據和鄉村社會經濟統計數據,以公共服務設施為景感載體,分析其空間分布和測度其供給服務水平,具體采用核密度分析方法和熵值分析方法來分析廈門市鄉村社會-生態系統供給服務空間分布特征,結合人口、經濟、距島內核心區距離等數據對行政村社會-生態系統供給服務能力進行皮爾遜相關性分析,探討影響供給服務能力的驅動因素,最后從居民的需求出發探討景感生態學在公共服務規劃中的應用,以村莊的分布來代表居民的分布,以村莊的社會經濟屬性來表征居民的需求,從居民的需求來考慮公共服務的空間分布和熱點分布是否合理,從而對公共服務設施這類景感載體的空間優化提出對策建議,為鄉村社會-生態系統供給服務提升和鄉村可持續發展提供理論研究依據。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區概況

圖1 廈門市島外四區地理位置圖 Fig.1 Geographical map of the four districts outside Xiamen Island

廈門市位于福建省東南部,與漳州、泉州相連,地處閩南金三角中部,是東南沿海重要的中心城市。亞熱帶海洋性季風氣候,溫和多雨,年平均氣溫21℃左右,地形以濱海平原、臺地和丘陵為主。廈門市陸地面積1699.39km2,海域面積390km2左右,本文的研究范圍為島外的集美區、海滄區、同安區與翔安區四區,面積為1541.63km2,如圖1所示。

廈門地域范圍小,鄉村與城市區域連接緊密,空間分離不明顯,與其他地區相比,廈門鄉村受城市化影響更強烈。2017年廈門市三次產業結構為0.5∶41.7∶57.7,第一產業比重極低,廈門鄉村與傳統鄉村發展模式差別巨大,廈門鄉村或許會衍生出新的村鎮集聚形態[21]。由廈門鄉村發展現狀可以看出,這類新的鄉村聚集形態的特征為：第一產業占比低,不以農業為刺激經濟增長的主要動力；人口流動大,外出務工人口與進村務工人口數相當,并因此衍生出較多餐飲與住宿服務等第三服務業；規范化的管理制度,鄉村文明度與創新度較高。由于這類鄉村的特征與城市的特征具有某些相似之處,我們稱其為城市化鄉村。廈門鄉村作為城市化鄉村的典型代表,研究其鄉村社會-生態系統供給服務分布特征和發展模式可為鄉村聚落發展的未來模式提供指引,也可為其他具有相似條件的鄉村如何更科學合理的發展提供借鑒。

1.2 數據來源

本文選取鄉村公共服務設施POI數據作為景感載體分析對象。POI數據與公交刷卡記錄、手機信令、新媒體信息流、社交興趣點等都屬于大數據,是規模巨大到無法通過手工處理來分析解讀信息的海量數據[22-25]。近年來, POI數據因其強大的地理信息代表性與數據的易獲得性[26]被應用到城市規劃與建設的多個領域。例如在城市功能區規劃設計時,以POI數據代表一個地區的各類公共服務設施情況,對其進行空間分布特點與聚集特征研究,利用空間分析方法、標準差橢圓分布、核密度分析等探討公共服務設施的空間分布格局和優化等[27-29]。

文中POI數據來源于高德地圖、OpenStreetMap等數據平臺,經過爬取共獲取以2017年12月為節點的廈門市島外四區POI數據29949條,后期經過數據去重、篩選,得出有效信息28951條,POI數據類型劃分如表1所示。除興趣點數據外,為分析探討廈門城市化鄉村供給服務的影響機制,本文從2017年廈門市農經統計站農村經濟收益分配統計表中選取3個社會經濟數據指標來進行本文的研究,分別為：總人口、農民人均收入和財政補貼收入。

表1 景感載體POI點數據類型劃分

1.3 研究方法

為研究廈門城市化鄉村社會-生態系統供給服務空間分布特征,應用核密度法對各類POI點進行熱點分析,標準差橢圓法對其進行空間分布方向性分析；為研究各村莊供給服務水平及村莊社會-生態系統供給服務能力大小,采用了熵值法對島外四區各村莊公共服務設施水平(即供給服務能力水平)進行量化分析評分,進而根據社會、經濟、政策、地理4個層面選取具有代表性的4項指標為變量、供給服務評分為因變量進行皮爾遜相關性分析,對村莊居民生活需求滿足度及其主要影響因素進行探討。

1.3.1核密度估計

核密度法是地理空間設施分布特征提取的重要統計分析方法,基于不同的空間距離概念可建立不同的核密度計算方法[30]。核密度估計法利用計算每個輸出柵格像元周圍的點要素的密度得以將狀態空間連續化和無窮化,通過核密度估計橫截面的分布,考察隨機變量隨時間變化的分布形態[31]。本文利用核密度估計法分析各類興趣點的空間分布特征,其計算公式為：

(1)

式中：f(s)為空間位置s處的核密度計算函數,h為距離衰減閾值,n為與位置s的距離小于或等于h的要素點數,k函數則表示空間權重函數。

1.3.2標準差橢圓

標準差橢圓分析由3個要素構成：轉角θ、沿主軸(長軸)的標準差與沿輔助軸(短軸)的標準差,橢圓的長軸為空間分布最多的方向,短軸為空間分布最少的方向[32]。本文選用標準差橢圓分析識別廈門島外四區POI數據空間分布的方向特征。運用ArcGIS 10.5相關模塊,對標準差橢圓的各參數進行計算,最后會得到橢圓的重心、長短軸的長度與橢圓的方向角度。

1.3.3熵值法

對不同量綱不同量級的指標進行權重分析進而綜合評價時常用到熵值法,其由于所具有的客觀性與科學性被廣泛應用到社會科學的各個研究領域中[33]。熵最初來源于物理學的熱力學概念,后被應用到在信息論中作為系統混亂程度的度量,信息熵與熵絕對值相等,符號相反。一般認為,信息熵值越高,系統結構越均衡,差異越小,或者變化越慢；反之,信息熵越低,系統結構越是不均衡,差異越大,或者變化越快。所以,可以根據熵值大小,也即各項指標值的變異程度,計算出權重。本文根據各類公共服務設施數據的離散程度,對其進行權重確定,最后對廈門市島外235個村莊供給服務能力水平進行評價從而探討村莊居民的生活便利程度及需求滿足度。使用熵值法確定各指標權重的步驟如下[34]：

(1)原始數據矩陣歸一化。設m個公共設施類型n個村莊對象的原始數據矩陣為A=(aij)m×n,對其歸一化后得到R=(rij)m×n,對正向指標而言,歸一化公式為：

(2)

而對逆向指標而言,歸一化公式為：

(3)

(3)定義熵權。定義了第i個指標的熵之后,可得到第i個指標的熵權：

(4)

2 廈門市鄉村公共設施供給服務空間分布特征

2.1 鄉村公共設施供給服務總體分布特征

廈門市島外各類公共服務設施空間分布呈現明顯差異性,表現為中南部集聚,北部分散,整體密集圍繞廈門島由南向北部逐漸擴散。公共服務設施POI點數在島外四區占比由高到低依次為集美35%、同安27%、海滄22%、翔安15%(表2)。海滄、集美兩區用地面積占研究區面積的30%,卻擁有57%的公共服務設施。其中,集美區由于廈門市大學城群體位于該區,教育資源占比突出,由此衍生的醫療、住宿、金融、餐飲服務POI數量高于其他區域。同安區因其承接廈門市工業產業轉移,公共服務設施分布數量僅次于集美區。翔安區發展較晚,整體公共服務設施分布數量明顯低于其他3區,公共設施供給服務能力有待改善與提升。

表2 研究區POI點分布表

2.2 鄉村公共設施供給服務空間集聚特征

對POI數據進行核密度分析得到各類公共服務設施核密度圖(圖2),各類公共服務設施在空間分布上表現出了明顯的聚集趨勢,存在著明顯的分布熱點。餐飲服務類由于集美區教育資源與同安區工業產業的密集,相比于其他兩區表現出更明顯的聚集特征。出行服務類與醫療服務類作為日常生活的必須設施除翔安區較為遜色外在其他三區分布較為均衡。與同安工業區相呼應,公司企業在同安區聚集性更為明顯,而教育資源集中在集美區大學城部。金融服務類設施、住宿服務類設施在集美與海滄呈現較為明顯的分布熱點,而同安翔安仍有很大的發展空間。綜合來說,廈門市鄉村公共設施供給服務呈現多核、多中心的空間分布特征,并圍繞廈門島,表現出由南向北逐漸擴散的格局。

圖2 村莊公共設施供給服務核密度分析圖Fig.2 Nuclear density analysis of village public facilities supply services

2.3 鄉村公共設施供給服務空間分布方向特征

圖3 村莊公共設施供給服務標準差橢圓分析圖 Fig.3 Analysis of standard deviation of village public facilities supply services

為探測公共設施供給服務在空間上分布的方向特征,用ArcGIS的空間統計工具對其進行標準差橢圓分析(圖3)。標準差橢圓的長軸與短軸長度相差較大,長軸長度為0.143,短軸長度為0.074,相差兩倍之多,表明公共設施供給服務的空間分布方向性明顯,分布向中南部聚集,北部分散?？傮w來說,供給服務在空間上大致呈“西南——東北”走向分布,符合廈門市2020年“一島一帶多中心”的組團式海灣城市格局的空間規劃。

3 廈門市鄉村公共設施供給服務水平測度

作為人們主要的生產生活與勞作區,鄉村公共設施供給服務水平一定程度上代表著人們的生活質量水平,對人們的需求有著最直接的影響。本文利用熵值法對量綱不同數量級不同的7類POI點進行權重確定,進而計算出各村莊的公共設施供給服務水平,以其分布狀況探討村莊居民生活需求的滿足度。

利用ArcGIS分析工具箱的空間聯接工具獲得各村莊點內各類公共服務設施數量,以村莊點為行數據以服務設施類型為列數據生成矩陣,利用SPSS 22.0數據分析軟件對其進行矩陣轉換與公式計算,最終得到各個服務設施類型的權重值(表3)與各村莊公共設施供給服務水平綜合得分(圖4)。

島外四區村莊平均得分與空間分布特征結果趨于一致,分別為集美區31.34、海滄區29.86、同安區13.31和翔安區8.11。集美區由于教育資源的高度聚集及其所帶來的各種衍生設施分布優勢,村莊平均得分超越了發展早較為成熟的海滄區,同安區與翔安區則以3—4倍的懸殊差距落后于集美與海滄,代表了其發展晚、起步晚、公共設施供給服務水平不成熟的現狀。從鄉村社會-生態系統供給服務能力的層面來說,海滄、集美各村莊居民生活便利程度與滿意度目前顯著高于同安,翔安各村莊的居民,它們所提供的供給服務已能較好的滿足大部分居民的需求,而同安翔安各村莊的供給服務能力現在仍急需得到改善。

分別選取村莊人口數、農民人均收入、財政補貼和距離廈門島核心區距離代表社會、經濟、政策、地理等4個因素作為影響鄉村公共設施供給服務水平分布的因素指標,以這4個指標作為自變量、村莊公共設施供給服務水平綜合評價作為因變量進行皮爾遜相關性檢驗(表4)。

由總體相關性分析可知,人口、財政補貼、核心區距離這3個指標的相關性系數均大于0.3,表明這3個指標對村莊供給服務能力評分有較強的影響作用,農民人均收入相關性系數為0.262,對評分的影響小于其他3個指標。對這4個系數進行顯著性檢驗,P值均為0,表明該結果具有極高的可信度。

表3 公共服務設施權重表

表4 驅動因子相關性分析表

圖4 村莊公共設施供給服務評分圖Fig.4 Village public facilities supply service scoring chart

從表4分析結果可以看出,海滄區鄉村公共設施供給服務水平主要受人口數量的影響,相關系數為0.683,其次為核心區距離,其相關系數為-0.391。社會因素與地理因素共同促成了其現有的分布狀態。集美區的政策因素對其公共設施供給服務水平現有分布格局影響最大相關系數為0.861,其次受到了人口與核心區距離的共同影響,相關系數性分別為0.643、-0.663,集美區的鄉村公共設施供給服務水平現狀是由社會、政策、地理因素共同作用綜合影響的結果。同安區各驅動因子的相關系數表現較為一致,除財政補貼相關系數不強(0.009)外,其余3個指標均與公共設施供給服務評分表現為較強的相關性,均在0.3左右,數據表明其受到的影響遠低于海滄區與集美區。翔安區的供給服務水平最低,驅動因子與得分的關系也呈現出隨機性與不相關性,4種顯著水平均大于0.1,表明其尚處于不成熟的發展初期,更多由自身的動力而非其他影響因素決定其鄉村社會-生態系統供給服務水平空間分布。

4 討論

4.1 廈門市鄉村社會-生態系統公共設施供給服務空間分布不均衡

社會不同階層在生態系統服務的優先級上也可能存在顯著差異[35],廈門城市化鄉村公共設施供給服務水平差異主要表現在廈門市島外四區整體發展的不均衡和各區內行政村發展的不均衡。島外四區中,集美、海滄公共設施供給服務能力較強,同安次之,翔安最差。海滄、集美發展早,地理位置優越,總體上發展優于同安、翔安二區。同安、翔安由于與本島交通聯系滯后,經濟發展更多靠內生動力,經濟發展緩慢。自2005年開始,為了緩解廈門島發展壓力、防止過多工業企業對島內生態環境造成的污染,廈門市開始設立同安工業區,將島內的工業企業向同安陸續進行轉移,這在后期為同安的發展創造了較為良好的條件,而翔安則一直缺少政策與財政的扶持,發展遲緩,仍然急需政策的帶動與扶持。

各行政區內部,村莊發展兩極分化現象明顯,從核密度圖(圖2)中可以看出其表現為明顯的聚集性,呈現出明顯的一區一核心,多中心集散式的島外村鎮發展模式。與城市化進程相同,各村鎮中地理條件優越,政策傾向明顯的村鎮發展較快,形成了連接島內島外社會經濟人口流動的中心城鎮,并以此為中心帶動周邊行政村的發展。具體來講,可將廈門島外村莊分為兩類,一類村莊城鎮化水平更高,主要是集美、海滄、同安環島的近郊村莊；另一類村莊城鎮化水平較低,主要是集美、海滄、同安環島的遠郊村莊以及翔安的大部分村莊。

在未來發展規劃中,應給予集美、海滄更多引導性政策和激勵性措施,充分發揮其現有良好的供給服務能力所帶來的正外部經濟效益,繼續引導社會資本與公共企業集中,帶動當地經濟持續增長；同時,協調島外四區發展,給予同安、翔安更多的財政資金與經濟政策支持,加大基礎設施建設,完善同安,尤其是翔安的公共服務設施空間分布數量與質量,提高所轄村莊社會-生態系統供給服務能力,為其社會經濟發展打下堅實的基礎,為當地居民創造更為優良的生活條件,提高當地居民需求滿足度。

4.2 廈門市鄉村社會-生態系統公共設施供給服務影響因素多樣化

海滄區各行政村供給服務水平主要受人口的影響,其次為與廈門島核心區的距離,主要受社會、地理因素共同作用,由于海滄發展早,現有的供給服務水平早已經過前期的財政補貼得到提高改善,因此,政策因素更多的作用在集美區,這表現在集美區財政補貼與所轄村莊供給服務水平極強的正相關性上。集美區作為繼海滄之后的新起之秀,其供給服務水平受到社會、政策、地理多重因素綜合影響,且強度較高,可以看出集美區在未來依舊有很大的發展潛力。同安區也受社會、經濟、地理的多重因素影響,但其作用均衡且不明顯,除了外部的影響之外也受到自生發展力影響。翔安區現有供給服務能力發展水平與各驅動因素都無相關性顯現,由于發展較晚且不成熟,現階段仍無規律可循,幾乎完全依靠內在力量自我發展。

4.3 城市化鄉村公共設施景感營造不充分

對于原有的城市功能規劃來講,廈門市鄉村公共設施供給服務能力現狀與其既定的規劃設計趨于一致,是較為合理的,但與單純的城市規劃設計不同,景感生態學更關注人們的感知與需求,從景感生態學的角度來看,現有分布格局還未能滿足人們的需求。同安與翔安擁有島外73%的人口,然而只占用了42%的公共服務設施資源,兩區鄉村居民的滿足感缺失明顯；同安作為新興工業區,占有12%的住宿服務和23%的出行服務,但是仍不能滿足28%且仍處于擴張期的公司企業的需求。廈門城市化鄉村公共設施供給服務水平的提高與供給服務空間上的分布平衡仍需良好的景感設計營造才能實現。

根據景感生態學中的景感營造途徑與愿景呈現的雙向性、心理認知的整體性景感營造原則[2],以公共服務設施作為載體,將人們的生產生活需求和島外四區的可持續發展作為美好愿景,公共服務設施這類景感載體的空間分布不僅需要滿足現有的社會經濟水平與人口分布密度,還要根據不同的功能區按照其需求調整優化公共服務設施,使公共服務設施更好的迎合愿景,同時使營造的愿景給人以相同的心理認知,從而不斷強化既定的功能區劃,使其更具可持續性。

為此,在廈門市島外四區的功能規劃中積極引導集美大學區、同安工業區、海滄綜合生活區的發展,根據自然資源稟賦,在翔安與同安北部山區發展一村一品的特色休閑農業,逐漸形成島外的功能分區。在公共服務設施布置與分配時,注重公平性,從人口需求方面均衡配置各類公共服務設施,同時注重特異性,在同安工業區側重企業、金融、餐飲、住宿的公服設施布置,北部山區旅游區更側重餐飲、出行、住宿的公服設施布置,集美大學城區更側重餐飲、出行、金融的公服設施配置,這樣才能實現各區與各村莊公共設施供給服務能力均衡全面可持續發展,提高廈門市鄉村社會-生態供給服務能力,更好的滿足人們對美好生活的需求。

5 結論

廈門島外四區鄉村社會-生態系統供給服務能力表現出了明顯的不均衡性,區與區之間、村與村之間水平相差懸殊,人們的生活質量水平也相差巨大。對廈門城市化鄉村的社會-生態系統供給服務水平與社會、經濟、政策、地理因素這4種驅動力進行皮爾遜相關性分析可知,城市化鄉村受到影響的因素是多元的,影響程度也各有差別,但其地區整體發展水平依舊與城市遠景規劃布局一致。需要指出的是以經濟增長為目的的城市規劃與功能布局會使現有的區際差距進一步拉大,也不能滿足人民群眾對美好物質和精神生活的需求。在今后的鄉村發展規劃及公共服務設施布局時不僅要考慮社會經濟的發展需求,更需要從人的需求出發注重景感載體,比如公共設施分布的均衡性與公平性。景感營造注重人們對公共設施分布格局的心理認知,以公共服務設施為景感載體,使功能分布與人們對美好生活的需求相一致,才能提高鄉村社會-生態系統供給服務能力,促進以人為本和諧發展,進一步解決現有發展不均衡的矛盾,實現可持續發展的美好愿景。

Peleg等人認為城市生態系統服務研究不應僅局限于傳統的生態系統服務研究方法,跨部門、多尺度、跨學科的研究正逐漸興起[36]。這同樣適用于鄉村社會-生態系統服務研究。從跨尺度、跨學科的研究方法上來說,大數據與景感生態學的結合或許能夠更好地把握鄉村社會-生態系統供給服務分布特征,從景感營造出發為規劃和建設以人為本的新型鄉村社會-生態系統結構提供更加科學高效的理論方法。景感生態學將人本思想和自然生態系統耦合,以開拓生態學的縱深研究,本文從鄉村公共服務設施及其供給服務來探討景感生態學和生態系統服務的交叉綜合研究,應用景感營造的理論方法從居民的需求出發探究公共服務的空間分布和熱點分布是否合理及其科學的規劃思路與方法,但現有研究體系尚具不足,仍需完善。在未來研究實驗方法中,應注意居民個體對不同類別供給服務的評價與認知,細分不同景感載體對人的綜合感知,包括視覺、聽覺、嗅覺、觸覺及心理感知的具體影響作用與影響方式,并區分同類但不同規模體積的景感載體所具有的不同影響力與輻射能力,這兩點可通過發放調查問卷、實地走訪及改進不同景感載體權重賦予方法來實現；在未來研究實驗思路中,則可以從生態系統尺度對四類社會-生態系統服務類型進行全面的探究,比較社會生態系統服務和自然生態系統服務之間的關聯和差異,結合景感營造探索提升和增加生態系統服務的方式和方法,最終推進人與自然的和諧關系。