多情景模拟下收缩城市生态需求测度与规划策略研究——以鹤岗市为例

吴远翔，梁凡，曲可晴，陆明，赵仁广，孔令骁

（1. 哈尔滨工业大学 自然资源部寒地国土空间规划与生态保护修复重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001；2. 北京特种工程设计研究院，北京 100028；3. 中国城市规划设计研究院，北京 100037）

20 世纪后期，在郊区化、去工业化、全球化、金融危机和城市转型的交叠影响下，部分城市出现了明显的城市经济水平下降、城市增长速度缓慢、城市人口减少等城市收缩特征[1-5]。单边增长为导向的城市发展模式随着 “城市收缩” 现象而终结。城市收缩现象的出现同样带来了城市经济衰退、空间品质下降、城市活力下降、生态环境恶化等一系列负面问题[5-7]。因此，如何保持一个城市的宜居性，维护城市生活质量成为收缩城市可持续发展的必要问题与发展重点。其中，生态建设成为收缩城市发展应对策略的热点之一。越来越多的研究开始关注收缩城市与生态建设的关系，并探讨基于绿色基础设施规划的收缩城市应对策略的方法途径与可行性，将空置用地[8]转换为绿色基础设施[9]，以生态系统服务[10]激活并提升城市的生态价值、社会价值和经济价值[7]。

在收缩背景下，城市空间的均衡格局被打破，城市生态系统服务的需求空间失衡更严重，需要根据生态需求进行再次空间匹配[8]。而在大量的收缩城市规划和绿色基础设施的相关研究和实践分析中，绿色基础设施合理收缩规划模式[9]的提出为处理空置用地提供了有效解决途径，即根据现有人口的统计和未来人口的预测综合调整城市开发用地的总量，精准调整城市未来发展规模。

当前对收缩城市生态需求多以定性讨论为主，缺乏系统化的定量分析。因此，基于生态系统服务需求理论，以鹤岗市为例，结合城市的发展状况，从收缩城市的多种发展路径出发，探索了一套应对收缩城市生态需求的测度方法，为收缩城市的生态管理、生态建设提供依据和参考，并作为城市绿色基础设施规划的重要基础数据。

1 当前的生态需求测度方法

生态系统服务（ecosystem service，ES）通常指人类在自然生态系统中活动的各种效益，最早出现于20 世纪70 年代由联合国发布的《人类对全球环境的影响报告》[11]。ES 的供给与需求测度、供需匹配分析、供需关系的空间制图是近年来生态学、地理学、风景园林、城乡规划等学科共同关注的热点前沿领域[12]。其中，对于生态需求的量化测度是这一领域研究的重点与难点。

BURKHARD 等[13]认为，生态需求是指一定时间、一定范围内人类所消耗或使用的生态系统产品和服务总和；SCHRÖTER 等[14]认为，生态需求是人类个体对特定属性生态系统服务偏好的表达；VILLAMAGNA 等[15]认为，生态需求是指被人类社会能够获得的或者希望获得的生态系统服务数量。

根据对生态需求的不同理解，当前主要存在六种需求测度方法（表1）。城市在收缩过程中，经历着社会、经济、环境的全方位重大变革，土地指数法（经济视角）、生态模型法（生态视角）只能表征城市发展的一个侧面，无法全面反映城市的发展状态；灾害风险法（安全视角）和问卷访谈法（偏好视角）测度取向比较单一，不太适合作为整个城区的生态评估方法；法定定额法是针对所有城市的，对收缩城市的特殊发展规律考虑不足；生态足迹法对于城区尺度的评价对象不太适宜。因此，对于收缩城市而言，以上六种方法都存在着一定的不足，无法准确地描绘收缩城市的生态需求。

表1 目前生态需求的测度方法

2 基于多维度—多情景的收缩城市生态需求测度方法

收缩城市在发展过程中面临着两个重大的挑战，即发展转型挑战和路径选择挑战。首先，人口减少和用地变小只是表象，收缩城市的本质是面临着一场全面而深刻的经济、社会转型[19-20]；其次，收缩城市的未来发展存在着多种可能路径[20-21]，不同的路径选择导致了城市面临着发展的不确定性。

在城市生态需求的研究中，通常是以地区发展与人口扩张为前提，关注问题往往集中在城市增长带来的生态资源供不应求、生态保护与开发矛盾尖锐等问题。而收缩城市关注的是生态建设如何支撑城市转型，生态管理如何适应未来发展的不确定性。本文在总结现有生态需求测度方法的基础上，针对收缩城市特点，提出 “多维度—多情景” 需求测度法。

2.1 基于收缩特征的生态需求测度指标体系

城市的经济、社会、环境特征与发展状态是决定生态系统服务需求的核心要素。其中，生态系统服务在城市中的价值表现在社会、经济、生态等多个维度[22-24]。城市的经济要素决定了生态需求的广度，如经济收入、财富、教育等[25-26]；人口等社会要素决定了生态需求的强度和层级，例如人口数量、人口偏好等[12]；生态要素决定了对特定生态需求的敏感度或弹性，例如生态环境压力。基于收缩城市转型的核心生态需求（产业替代、社会发展、生态改善），建构包括产业、社会、环境3个维度的城市生态需求的测度指标体系。

产业方面，大部分收缩城市的收缩动因是主导产业的衰退。产业的更迭与替代也是决定城市未来是否持续收缩的核心因素[27]。产业发展的生态需求表现在污染降解、隔离防护等方面，发展新兴三产（如旅游业、中央商务区、文化服务业等）也对生态环境品质提出了更高的要求。本文选取国内生产总值[28]、土地开发强度[12]2 个指标来表征经济发展状态的生态需求。

社会方面，从本质上来看，生态需求就是人类社会发展对生态系统的诉求与使用。根据研究成果，生态需求与城市人口数量及空间分布呈强烈正相关；同时，人口老龄化和人口密度下降成为城市收缩的成因和结果[29]，城市的绿色基础设施对于老年人和儿童在此心理和社交上有着不可替代的作用。本文选取人口密度[30]和对老龄化人口价值重大的游憩娱乐2 个指标。

环境方面，大多数城市在收缩的过程中，人居环境和生态环境都持续恶化，如果不能得到有效治理，将导致城市的迅速衰败。生态需求主要表现在对城市严重生态问题的整治与改善。如针对鹤岗矿业开发带来的水土流失、水体污染等问题，选取水体净化[31]、土壤保持[32]2 个指标。

从需求测度的6 个指标来看，水体净化、土壤保持、游憩娱乐采用生态系统服务评估的生态模型法来测算；代表经济的2 个指标采用产业需求法来测算（表2）。

表2 收缩城市生态需求的评估体系与指标权重

运用SPSSAU 软件建立结构层次模型（准则层、指标层），制定了生态系统服务需求的量化体系，其中指标权重在实地调研的基础上，采取标度法量化指标和邀请10 位具有相关背景的专家两两比较打分，运用SPSSAU AHP 模块决定因子权重，并进行一致性检验，以确保权重结论的科学性和合理性。经过一致性校检，一致性比例小于0.1，通过一致性检验。同时，由于指标的量纲不同，对数据进行标准化处理（表2）。

随后采用多因子叠加的方式对各个因子进行量化计算，具体公式表示如下：

式（1）～（4）中：St为收缩城市现状生态环境的生态系统服务需求；W为水体净化需求；A为水土保持需求；K为空气净化需求；Bi为因子i的权重；Sh情景i为情景i下未来社会发展的生态系统服务需求；O情景i为情景i下未来游憩娱乐需求；P情景i为情景i下未来城市人口密度；Se情景i为情景i下未来经济发展的生态系统服务需求；E情景i为情景i下未来生产总值；L情景i为情景i下土地开发强度；Ms情景i为情景i下生态系统服务需求；Si为情景i下用地面积。

2.2 基于收缩发展不确定性的多情景模拟

收缩城市发展的不平衡性导致城市多种可能的发展路径，即收缩城市未来发展存在着较大的不确定性。不同的城市发展形态会有不同的生态需求导向。目前，应对城市收缩的转型方式主要分为两种[3,8,19]：精明收缩和再增长规划（表3）。

表3 应对城市收缩的主要转型方式

为了应对收缩城市未来发展的不确定性，引入多情景模拟来分析。借鉴刘春阳等[33]的研究，设定了三种收缩城市的未来发展情景：①持续收缩：城市继续收缩，发展趋势无明显变化；②精明收缩：城市收缩处于 “动态静止” ，即不再收缩，发展进程达到某种稳定状态；③再增长：城市停止收缩趋势，发展路径实现再增长（图1）。

图1 收缩城市未来情景的模拟与划定

3 案例分析

3.1 研究区域

鹤岗市作为典型的能源工业城市，位于黑龙江省东北部，主城区面积341.6 平方千米，市区共有兴山矿区等九大矿区，主要分布在市区东部[34]。近年来，随着矿产资源的逐渐枯竭，经济滞缓和衰退、人口收缩等城市收缩问题日益突显。根据《第五次全国人口普查公报》《第六次全国人口普查公报》《第七次全国人口普查公报》，2000—2010 年鹤岗市常住人口减少了3.68%，2010—2020 年减少了15.81%，自然增长率连续多年为负。且鹤岗市是黑龙江省最早进入老龄化的地区之一，《2020鹤岗统计年鉴》中60 岁以上人口占全市人口25.26%，老龄化严重。由于产业结构和经济发展的冲击，与2012年相比，2019 年鹤岗市市辖区地区生产总值缩减量达到17.6%，城市经济发展进入低谷期[35]。同时，由于常年粗放式的开采作业，造成了大规模地表沉陷、河流水体污染（鹤立河、小石头河）、露天矿坑植被破坏（新岭矿区）、水土流失等一系列生态问题。

根据《鹤岗市城市总体规划（2018—2035 年）》，在城区西部与西北部新建2 个工业园区，以石墨烯提炼和农产品深加工为核心，作为逐步衰退的煤炭开采业的替代产业。城市中心区实施 “退二进三” ，依托区域 “界江三峡” 等众多旅游资源，发展三产旅游业。鹤岗市通过产业转型、活力重塑与生态修复等途径，走出一条合适的可持续发展道路。

3.2 数据源及其预处理

基于研究内容，本文主要分为三类数据来源（表4）。

表4 数据来源

基于收缩城市持续收缩情景、精明收缩情景和再增长情景三种情景，未来经济发展和社会发展的相关数据以2015 年、2016 年为初始年份，计算鹤岗市2035 年三种情景下的生态需求，本文以再增长情景为例（图2）。

图2 再增长情景下鹤岗市生态需求分布图

3.3 测度结果

基于测度结果可见，不同发展情景模拟下，鹤岗市生态系统服务需求呈现不同的表现特点。

（1）从需求数量来看，基于不同的人口增长和城市发展情况，鹤岗市生态需求总量在持续收缩、精明收缩、再增长三种发展前景中，阶梯递增。其中，通过发展前景与指标分布情况的对比分析可揭示导致需求数量差异变化的因子主要有人口密度、国内生产总值、土地开发强度等指标。

（2）从空间分布来看，持续收缩情景下，高生态需求的空间聚集分布较为零散，没有明显的大面积聚集现象；高需求区主要集中在生态破坏区（河流、矿坑）以及老龄化比较严重的城区；精明收缩情景下，生态需求的分布较为均衡，主要分布在人口较多的城市中心区，整体呈现单核心特征；再增长情景下，产业升级带来的城区西部和中心城区的生态需求增长，形成 “点+带” 的分布特征（图3）。

图3 多情景下鹤岗市城市生态服务需求测度结果

4 不同发展情景下的鹤岗市生态管控策略

生态需求的测度结果揭示了不同发展情景下城市面临的主要生态问题，通过分析收缩城市的主导生态需求及其空间分布形态，提出相应的生态管控策略重点。

（1）持续收缩情景，尊重收缩策略下的生态修复与人居改善。在城市持续收缩情况下，坚持以增长为主导的规划策略将违背城市发展规律，容易产生 “用地扩张+人口收缩” 的悖论现象。此情景下，鹤岗应以 “尊重收缩” 为规划目标，最大化降低城市收缩带来的弊端，避免快速收缩带来的城市衰败。由于高需求区主要集中在生态破坏区（河流、矿坑）以及老龄化比较严重的社区，生态规划重点是及时止损，改造生态破坏区、改善人居环境，阻止人口持续流失。策略1：对于生态损伤严重的ES 高需求区（矿区、污染河流）进行生态修复。策略2：在老龄化社区建设口袋公园与小型游憩绿地。满足老年人绿地使用频率高、出行距离近的要求，改善老龄化社会的人居环境。

（2）精明收缩情景，活力维护策略下的绿色基础设施与 “土地银行” 。 “精明收缩” 提倡通过激发城市活力，维持人口和城市发展的稳定性，以保持一定的发展弹性，为未来可能的再生长发展做好充足的准备。同时，由于在精明收缩情景下，高生态需求集中于城市中心区，呈现单核心特征，因此策略重点聚焦于城市中心区。策略3：建设城市绿色基础设施。提高城市中心区的公共服务水平，促成和维护持续的邻里活力。策略4：弃置地绿化改造，作为 “土地银行” 的发展预留用地。一方面治理污染、受损土地；一方面为城市未来发展提供储备用地。

（3）再增长情景，产业驱动策略下的复合生态网络。通过替代产业或者新兴产业的快速发展，城市经济恢复，实现城市再增长。面对再度振兴的城市，绿地要负担起更为复合的生态功能，并针对产业升级带来的城区西部高生态需求区域进行重点建设和优化。策略5：支撑产业转型。城市绿色基础设施可以在引导、支撑产业发展中发挥重大作用。例如城区西部的工业园区的绿地可以防污降噪、改善园区环境，建立生态屏障。策略6：中心城区绿地建设可以增强城市吸引力，带动环境品质要求较高的第三产业发展。策略7：建设发展生态网络。为应对城市人口扩张带来的生态需求增长，城市的可持续发展，以及多方面复合的生态需求，升级、建设城市生态网络。

5 结论

与传统的以现状评估为出发点的生态需求量化相比，转为以未来城市发展为出发点，通过情景模拟，划分为再增长、精明收缩和持续收缩三种情景，提出基于多维度—多情景的收缩城市生态需求测度法，根据不同情景为收缩城市的生态需求提供相应的城市生态更新策略，以此提高测度方法的准确性，并兼顾经济和社会需求。同时，多情景模拟下生态需求的测度方法为应对收缩城市未来发展的不确定性提供可能性，并一定程度上解决了收缩城市绿色基础设施规划的前置问题，对收缩城市生态管理、生态规划和城市空间高质量发展意义重大。但城市的生态需求测度是一个非常复杂的问题，随着城市的发展和社会结构的变化会发生动态的演进；同时，不同人群的价值观差异也会导致生态需求的多元化。城市空间具有明显的尺度效应，需考虑多个尺度进一步完善。对于以上研究的不足，期望在后续的研究中加以补充和完善。