通过行道树的成本与生态系统服务评估城市绿色公平：一个基于能值的建模框架

《Ecological Modelling》：Assessing urban green equity through the costs and ecosystem services of street trees: an emergy-based modelling framework

　　摘要要点- 提出了一个公平的城市绿色基础设施规划综合框架。- 行道树约代表了 Em$ 1 亿的累积城市自然资本。- 圣保罗市的行道树生态系统服务每年产生约 Em$ 1.54 亿。- 超过 70% 的行道树缺口出现在社会脆弱街区。- 该框架支持公平且以绩效为导向的城市绿化战略。---引言快速城市化加剧了对环境质量和人类福祉的压力，特别是在大型且社会多元化的城市中，气候调节、空气质量、热舒适性和社会脆弱性方面的压力尤为显著（联合国，2016；联合国人居署，2020）。对此，城市植被日益被国际可持续议程认可为绿色基础设施的核心组成部分，为城市宜居性、韧性以及实现可持续发展目标 11 提供不可或缺的生态系统服务（联合国，2016；世界卫生组织，2016；联合国人居署，2020）。从系统视角来看，城市植被构成一种城市自然资本形式，将可再生投入转化为支持城市社会生态系统的生态系统服务（Sevegnani 等，2018；Almeida 等，2018a,b；Giannetti 等，2020）。在此基础设施中，行道树因其空间分布的分散性以及直接融入城市日常生活而独具特色，能够在环境压力往往最为激烈的高密度环境中实现本地化的生态系统服务供给（Nesbitt 等，2018；Wolch 等，2019）。近期文献进一步深化了这一观点，提出应将城市树木确认为与交通、供水和能源系统同等重要的核心城市基础设施（Esperon-Rodriguez 等，2026）。这一概念转变反映了其在气候调节、生物多样性保护、暴雨管理以及人类福祉方面的根本作用。然而，其分布和维护仍不均衡，反映了历史发展模式和社会不平等的遗留问题，导致环境权益的不平等获取（Wolch 等，2019）。这一状况促使城市绿色公平成为核心议题，强调城市自然资本及其生态系统服务在社会群体和城市区域之间的公平分配（Nesbitt 等，2018；Xu 等，2022；Zhang 等，2025）。城市生态系统服务已广泛采用生物物理指标、货币估值方法和空间度量进行评估，为服务的规模与多样性提供了有力证据（Gómez-Baggethun 等，2013；Haase 等，2014；Elmqvist 等，2015）。然而，这些方法主要关注服务产出，而对维持生态系统服务所需的生物物理成本、资源需求和能量基础关注有限，阻碍了环境—经济综合评估。这一局限对于行道树尤为相关，因为行道树的建立和长期绩效不仅依赖于可再生自然资源投入，还取决于劳动力、材料、能量和制度能力的持续投入。从系统生态学视角来看，城市绿色公平因此需要考虑支撑城市生态系统的底层能量和物质流动，正如奥德姆的能值理论和系统层级组织理论所强调的（Odum，1996；Giannetti 等，2019）。能值综合法提供了一个连贯的框架来弥补这一空白，通过统一的生物物理单位来表达自然和人为投入（Odum，1996）。在此背景下，Shah 等（2022）运用能值核算方法评估了城市行道树产生的生态系统服务与非服务，考虑了不同树种及其相关的环境成本和效益。该研究展示了能值分析在统一核算框架中整合生态功能、维护投入和环境影响方面的潜力。然而，该分析主要在单个树种层面进行，未涉及城市内行道树自然资本的空间分布，也未探讨这种分布与城市区域内社会—环境不平等之间的关系。此外，尽管公平日益被认可为城市绿化战略的核心目标，但鲜有研究将针对性行道树扩展如何重新分配自然资本和生态系统服务流至社会—环境梯度中的具体机制加以操作化，也鲜有研究将行道树的生物物理绩效与公园和城市森林等其他形式城市绿色基础设施进行比较（Kabisch 等，2017；Nesbitt 等，2018）。近期研究也在细空间尺度上探讨了行道树提供的生态系统服务。例如，Shen 等（2023）利用 i-Tree Eco 模型在中国一所大学校园的地块层面量化了行道树产生的碳储量、污染物清除和径流缓解效果。虽然此类分析为行道树的本地生物物理绩效和经济价值提供了有价值的见解，但其分析重点仍局限于特定地点评估和树种组成。因此，行道树自然资本的更广泛空间分布及其对大型城市系统社会—环境公平的影响仍有待深入探索。圣保罗因其显著的社会—空间不平等和高度不均衡的城市植被分布，提供了特别相关的案例。为弥补这些空白，本研究开发并应用了一个基于能值的框架，以评估城市行道树的成本和生态系统服务效益，并明确关注空间公平结果。除提供诊断性评估外，所提出的框架旨在通过将生态系统服务供给、空间公平和制度执行能力整合在单一规划结构内，支持操作性的城市绿化决策。以圣保罗（巴西）为案例，本研究：（i）量化了当前社会—环境街区分组中行道树自然资本和生态系统服务流的分布；（ii）基于人均最低树木阈值模拟了一个公平导向的扩展情景；（iii）比较了行道树与城市公园的生物物理绩效。---分节摘要研究区域与分析单元圣保罗是巴西最大的都会区，也是南半球人口最多的城市群之一。该市占地约 1521 平方公里，在城市形态、人口密度、环境暴露和社会脆弱性方面表现出显著的社会—空间异质性。圣保罗位于大西洋森林生物区内，具有湿润亚热带气候特征，其绿色基础设施由城市公园等组成……---诊断：现有行道树基础设施、自然资本与城市不平等圣保罗当前的行道树系统构成了嵌入城市道路基础设施中的大量城市自然资本存量。基于能值核算，现有行道树所蕴含的总自然资本估计约为 Em$ 1 亿。支持该估算的详细计算，包括街区层面的计算和汇总程序，已在补充 Excel 工作簿（工作表"自然资本与生态系统服务"）中提供。该数值……---结论本研究开发并应用了一个基于能值的综合分析框架，将城市行道树作为城市自然资本的组成部分进行评价，明确将生态系统服务供给、空间公平和实施可行性整合在统一的规划方法中。通过结合能值核算、生态系统服务建模和空间分析，所提出的框架为评估城市行道树所产生的环境效益提供了透明且可重复的基础……---CRediT 作者贡献声明何塞·乌利西斯·德·弗朗萨：撰写——初稿，调查，正式分析，数据整理。比亚焦·奇安内蒂：撰写——初稿，监督，资源，方法学，正式分析，概念化。法比奥·塞维尼亚尼：撰写——初稿，资源，方法学，正式分析。费尼·阿戈斯蒂尼奥：撰写——初稿，验证，正式分析。塞西莉亚·阿尔梅达：撰写——初稿，验证，正式分析。---作者：何塞·乌利西斯·德·弗朗萨、比亚焦·奇安内蒂、法比奥·塞维尼亚尼、费尼·阿戈斯蒂尼奥、塞西莉亚·阿尔梅达