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生态系统服务研究推进最优规划方案生成

注:本文为删减版,不可直接引用。原中英文全文刊发于《景观设计学》2019年第4期“流域治理与生态修复”专刊。获取全文免费下载链接请点击“阅读原文”;参考引用格式见文末。

导 读

本文首先从土地覆被类型、景观格局与服务功能特性三个方面对景观规划与生态系统服务的关系进行分析,提出调控土地覆被类型可以改变服务类型、改变景观格局可以影响服务水平、调整服务功能特性可以影响服务发挥过程。随后总结了生态系统服务评估、空间制图和情景模拟分析等研究方法在景观规划中的应用,认为生态系统服务评估是保证景观规划科学合理的手段;空间制图是辅助决策者做出合理判断的工具;情景模拟可供决策者直观地选择最优方案。最后,本文对相关研究的现状和问题进行了总结,并提出未来应加快景观规划与生态系统服务之间关系的研究、依据生态系统服务构建动态复合的规划框架、推进景观规划中生态系统服务权衡-协同研究三项建议。

生态系统服务研究在景观规划中的应用

Application of Research on 

Ecosystem Services in 

Landscape Planning

李方正

北京林业大学园林学院副教授、硕士生导师

彭丹麓

北京大学城市与环境学院硕士

王博娅

北京林业大学园林学院讲师

LAF

01

引言

生态系统服务(ecosystem service)是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的环境条件与效用[1]。生态系统服务包括了人类从生态系统中取得的全部收益[2],既涵盖物质生产、资源供给等有形服务,也包括休闲娱乐、文化历史价值等无形服务。近年来,生态系统服务已成为了景观规划领域的研究热点。本文旨在从生态系统服务与景观规划之间的关系入手,梳理生态系统服务在景观规划中的研究与应用进展。

02

景观规划与生态系统服务的关系

生态系统服务和景观规划的研究对象都是人类与生态系统,前者是人类从生态系统中获得的惠益,后者是为了满足人类需求而对生态系统做出的改造。提升生态系统服务是景观规划的目标,也是评价景观规划的重要依据。景观规划是保障生态系统服务产生和发挥效用的有效途径。即通过改变服务的产生过程来影响生态系统服务,同时以满足城市建设需求为目的通过抑制或促进某种服务类型的发挥来影响生态系统服务。因此,景观规划对生态系统服务有着重要影响。

生态系统服务与景观规划关系示意图 © 李方正,彭丹麓,王博娅

2.1 景观规划决定生态系统服务的产生过程

景观规划的重要内容之一是调控土地覆被类型,土地覆被类型的变化可对生态系统的物质交换、水土保持和生物循环等主要生态过程产生重要影响[3][4],进而影响各项生态系统服务。在城市内部,随着建设用地的增加、农业用地和水体的减少,粮食生产和水文调节服务减弱、娱乐文化服务和废物处理能力增强,生态系统服务类型由供给、调节服务向文化和支持服务转移[5]。由此可知,景观规划通过调控土地覆被类型可以实现各类生态系统服务的相互转换。

景观规划的另一项重要内容是优化景观格局。科学的景观格局规划有利于生态系统持续且有效地提供服务,也可通过改变土地覆被结构和空间特征来影响生态系统的服务水平。在景观规划实践中,需要结合景观格局分析方法对生态系统服务的空间特征展开量化分析和模拟预测,为景观规划提供科学依据。

2.2 景观规划影响生态系统服务发挥过程

景观规划可以根据人类需求促进或抑制不同生态系统服务的发挥,从而获取更多的经济、社会或生态效益,使生态系统服务满足人类动态需求的有效途径。

03

生态系统服务研究方法

在景观规划中的应用

生态系统服务的量化研究为景观规划提供了科学分析依据[6]量化评估、空间制图、情景模拟等方法被广泛应用于生态系统服务的价值评估、空间分布特征和规划预测研究中,这些研究成果也为改变土地覆被类型、调整空间格局和制定相关保护规划提供依据,有助于指导可持续发展指标体系的制定[7]

3.1 生态系统服务评估在景观规划中的应用

在景观规划领域,生态系统服务评估通常分为稀缺性评估综合性评估两类。

生态系统服务稀缺性评估是指对生态系统中的不可替代资源以及不可逆过程进行评价。在景观规划中的应用主要体现在识别关键空间类型、构建安全格局和划定生态保护红线等方面,目前的研究多集中在快速城市化区域[8]、干旱区[9]、湿地[10]、地质灾害频发区[11]等生态敏感区。

生态系统服务综合性评估是指在景观规划中对各类生态系统服务进行全面评价,协助诊断问题和支撑决策,辅助规划者制定可持续发展规划的指标体系[12]指标评价法、价值评估法和模型评估法应用较多。指标评价法是通过对不同指标的量化分级来为景观规划提供有效信息的评估方法。价值评估法[13]是以货币统一衡量不同生态系统服务的价值,以便于生态系统服务综合价值的评估、促进环境核算。模型评估法通过建立与生态系统服务相关的参数输入和输出模型对生态系统服务进行评估,该方法可以使各项评估结果在空间上展示出来,便于空间规划。

3.2 生态系统服务制图在景观规划中的应用

生态系统服务制图是指结合不同生态系统服务分析方法和模型工具,利用空间制图手段来表达特定时间与空间尺度内生态系统服务的种类、数量、分布特征、相互关系以及发展变化可能性,以进行分析与预测的定量描述方法[14](表1)。将生态系统服务制图方法应用于景观规划,既可直观定量地展示生态系统服务的现状综合特征,又可供规划者、决策者及其他利益相关者模拟未来特定时空尺度下生态系统服务的发展变化情景,为规划决策提供依据。

表1:基于社会-生态数据的生态系统服务制图的数据获取方式分类总结(表格出处:参考文献[15])(横屏视图)

生态系统服务制图流程示意(图片来源:参考文献[16]) © 傅伯杰,张立伟

目前,生态系统服务制图方法在景观规划中的应用主要集中在供需制图和权衡-协同情景分析制图两方面。生态系统服务供给-需求制图是通过将供给和需求量进行叠加运算形成供需关系图,进而作为景观规划决策的依据。权衡-协同情景分析制图可以从时间、空间和可恢复性等方面来分析不同情境下生态系统服务的变化情景,从而有助于制定综合效益最大化的景观规划方案。

综上,生态系统服务制图是综合使用实地调查、数据分析、空间制图、模型模拟等多种方法,辅助决策者做出合理判断的有效工具。但其仍需在制图流程的规范性、数据来源的全面性、数据分析的可靠性、模型工具的综合性,以及规划决策的有效性方面进行加强。

3.3 生态系统服务情景模拟在景观规划中的应用

生态系统服务情景模拟是指借助数据分析或模型模拟等方式,营建出生态系统服务格局变化特征、生态保护状况或社会经济发展状况的情景,来分析生态系统服务价值、相互关系及可能产生的发展变化[17]生态系统服务情景模拟能够有效预测并展示出土地覆被类型、空间结构、保护管理状况等方面的变化及其对生态系统服务的可能影响,为决策者提供直观、综合的参考信息,这对于生态系统保护与景观规划管理有突出的辅助作用。

04

景观规划实践中的

生态系统服务研究应用

景观规划是通过调整空间结构和功能来协调人与自然关系的手段,具体包括绿地规划、生态保护红线规划、生物多样性保护规划等。目前,生态系统服务的指标体系、量化评估、空间制图和情景模拟等内容已被应用于多种规划实践中。绿地规划是将自然与城市相融合,有效地发挥生态系统服务功能,促进城市可持续发展的规划途径。生态保护红线划定主要根据区域内各类生态系统服务的能力及其对区域可持续发展的作用和重要性进行分级,明确其空间分布。在土地利用规划中,生态系统服务的量化评估和情景模拟分析可以帮助规划者识别不同土地覆被类型和土地利用模式下生态系统的综合效益,从而协助规划者制定可持续的土地利用决策。生态系统服务的量化评估和预测还可应用于生物多样性保护等方面,以辅助生态系统保护规划的制定。

05

结语

最后,本文结合当前的研究与问题,本文对生态系统服务研究在景观规划中的应用提出以下建议:

(1)加强景观规划与生态系统服务之间关系的研究

土地覆被类型和景观格局是改变生态系统服务类型、影响生态系统服务水平的重要因素。景观规划手段不仅可以从整体上对生态系统服务总量进行调整,还可以改变各服务类型的构成和空间分布。目前,探讨景观格局如何影响生态系统服务的研究较少,建议未来的研究应结合生态学理论,探究景观格局对生态系统服务的影响机制;结合实际案例研究,将定性描述转为定量评估,加强生态系统服务科学在景观规划实践中的应用

(2)依据生态系统服务构建动态复合的规划框架

现有的规划方法和模型对生态、社会和文化相结合的系统框架研究较少。应将时间、空间和需求纳入景观规划框架中,通过对评估方法、评估指标的调整,结合生态系统服务制图,对不同时空条件下的生态系统服务展开模拟分析,充分考虑多种生态系统服务及其相互关系的影响,选择可处理复杂动态空间系统的模型工具,以制定可以满足不同发展阶段、不同生态系统、不同规划目标的动态复合框架体系,从而有效指导景观规划与决策。

(3)推进生态系统服务权衡-协同研究及其在景观规划中的应用

目前,景观设计学领域内针对多种特定、细分的生态系统服务间权衡-协同关系的研究较少。未来应深入研究影响不同生态系统服务间关系的因素和作用机制,完善生态系统服务权衡-协同的研究方法,并发展空间制图与模型模拟等分析手段,使生态系统服务研究与景观规划设计更有效地对接。

部分参考文献

[1] Daily, G. C. (Ed.). (1997). Nature’s Services: Societal Dependence on Natural Ecosystems. Washington D. C.: Island Press.

[2] Costanza, R., D’Arge, R., De Groot, R., Farber, S., Grasso, M., Hannon, B., … Van Den Belt, M. (1998). The Value of the World’s Ecosystem Services and Natural Capital. World Environment, 25(1), 3-15.

[3] Leemans, H. B. J., & De Groot, R. (2003). Millennium Ecosystem Assessment: Ecosystems and human well-being: A framework for assessment. Washington D. C.: Island Press.

[4] He, M., & Zhang, J. (2005). Scientific Research Progress of Global Land-Use and Land-Cover Changes Project. Land and Resources, (9), 22-25.

[5] Cheng, L., Li, F., & Deng, H. (2011). Dynamics of land use and its ecosystem services in China’s megacities. Acta Ecologica Sinica, 31(20), 6194-6203.

[6] Wang, Y., Shen, J., & Xiang, W. (2017). The Framework of Landscape Space Performance Evaluation with the Orientation of Eco-system Service. Landscape Architecture, (1), 35-44.

[7] Zhao, J., & Yang, K. (2007). Valuation of ecosystem services: Characteristics, issues and prospects. Acta Ecologica Sinica, 27(1), 346-356.

[8] Wu, J., Yue, X., & Qin, W. (2017). The establishment of ecological security patterns based on the redistribution of ecosystem service value: A case study in the Liangjiang New Area, Chongqing. Geographical Research, 36(3), 429-440.

[9] Meng, J., Wang, X., & Zhou, L. (2017). Integrated landscape pattern optimization in arid region: A case study of middle reaches of Heihe River. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 53(3), 451-461.

[10] Sun, X., & Liu, H. (2010). Optimization of wetland landscape patterns based on ecological function evaluation: A case study on the coastal wetlands of Yancheng, Jiangsu Province. Acta Ecologica Sinica, 30(5), 1157-1166.

[11] Peng, J., Guo, X., Hu, Y., & Liu, Y. (2017). Constructing ecological security patterns in mountain areas based on geological disaster sensitivity: A case study in Yuxi City, Yunnan Province, China. Chinese Journal of Applied Ecology, 28(2), 627-635.

[12] Daly, H. E., & Cobb, J. B. (1989). For the Common Good: Redirecting the Economy towards Community, the Environment and a Sustainable Future. Boston: Beacon Press.

[13] Zhao, J., Xu, Y., Xiao, H., Zhao, T., & Duan, G. (2003). Ecosystem Services Evaluation Based on Comprehensive National Power for Sustainable Development — the Evaluations on 13 Countries. Systems Engineering — Theory and Practice, 23(1), 121-127.

[14] Zhang, L., & Fu, B. (2014). The progress in ecosystem services mapping: A review. Acta Ecologica Sinica, 34(2), 316-325.

[15] Pulighe, G., Fava, F., & Lupia, F. (2016). Insights and Opportunities from Mapping Ecosystem Services of Urban Green Spaces and Potentials in Planning. Ecosystem Services, 22(Part A), 1-10.

[16] Fu, B., & Zhang, L. (2014). Land-use change and ecosystem services: Concepts, methods and progress. Progress in Geography, 33(4), 441-446.

[17] Dai, E., Wang, X., Zhu, J., & Zhao, D. (2016). Methods, tools and research framework of ecosystem service trade-offs. Geographical Research, 35(6), 1005-1016.

参考引用 / Please cite this article as:

Li, F., Peng, D., & Wang B. (2019). Application of Research on Ecosystem Services in Landscape Planning. Landscape Architecture Frontiers, 7(4), 56-69. https://doi.org/10.15302/J-LAF-0-020001 

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