第二节 国内外研究进展

一、城市化区域生态系统服务研究

为分析当前国际上城市化区域生态系统服务及其管理研究的概况，笔者利用文献调研分析法，回顾了近10年来（2006—2016）该领域发表的相关论文，在此基础上初步分析该领域研究趋势与面临的主要问题与挑战。

（一）文献调研方法

通过检索2006—2016年研究城市化区域生态系统服务相关的文献，采取定量分析与定性分析相结合的方法来分析当前该领域研究的概况与趋势，主要参考了Christopher et al.（2015）。由于文献检索年份只涵盖了2006—2016年，期刊来源于Web of science数据库，检索字段设置为：results found for TITLE-ABSTR-KEY（ecosystem service*OR ecosystem function*OR provisioning ecosystem*OR regulating ecosystem*OR cultural ecosystem*OR supporting ecosystem*）and TITLE-ABSTR-KEY（urban OR city OR cities OR periurban OR rural OR urban-rural）。在此基础上，对可直接获取的文献再次精确筛选，获得针对不同类型城市化区域的研究案例共计345篇。筛选过程主要遵循以下原则：一是研究区域涵盖城市、城郊以及城郊结合区域等土地利用变化剧烈的区域；二是研究内容需涉及城市化区域生态系统服务与土地利用变化相关性及管理研究；三是研究案例涉及的生态系统服务、功能或价值评估需直接与案例区域具有较强的关联性，主要包括供给、调节、支持与文化服务等。

目前，学术界对于城市化区域尚无统一的定义，多以特定的人口规模、非农业人口比重或区域行政边界来定义（闫广华，2017；古杰等，2016；朱竑等，2016）。城市化过程土地利用变化主要发生在城市建成区及以其为中心的周边区域，为此需对研究的范围进行界定，即指在空间上包括城市、郊区以及城郊景观域等更为广泛的区域。而对于城市生态系统服务的概念，目前亦无统一的定义。邬建国等（2014）与毛奇正等（2015）参考MA的生态系统服务分类体系，认为城市生态系统服务同样包括供给服务、调节服务、支持服务与文化服务四类，并给出具体包含的服务类型。考虑本书在统计分析关于城市化区域生态系统服务研究时涉及的研究区域较广、生态系统类型多样化，故主要参考MA生态系统服务分类中包含的各类型生态系统服务进行统计分析。研究案例的筛选结合文献标题、摘要以及部分可供下载的文献原文，按照筛选原则分组进行多轮筛选，以保证筛选出的文献符合研究目的需求。具体的文献筛选步骤与方法如图1-1所示：

（二）区域分布与多尺度特征

分析城市化区域生态系统服务及其管理研究案例的地理空间分布可以发现，近年来该领域论文发表在地理空间上具有明显的集聚效应。美国与中国的案例研究数量较多，分别为59篇和52篇，其余案例研究主要集中在欧洲国家。由于本书统计分析的仅是以英语语言发表的论文，且检索论文库选择的Web of Science数据库，结论可能存在一定偏差。国内学者的案例研究在观点与数量上不容忽视，研究成果多发表在《生态学报》《应用生态学报》《自然资源学报》和《地理科学》等期刊。

对研究案例统计分析可以发现，总体研究具有多尺度特征，有微观的景观尺度、中观的区域与流域尺度，以及宏观的国家尺度与全球尺度。近年来逐渐由单一景观尺度研究过渡到以流域、区域等较大范围的研究为主导（见图1-2）。但对于生态系统服务的尺度效应研究略显不足。本书所筛选的345篇文献中32%（110篇）未能明确指出研究区域的空间范围、社会经济发展背景等信息。由于生态系统服务的供给与需求往往受社会经济发展水平、自然资源禀赋与分布的影响，供需关系会随着研究的时空尺度变化而变化，因此，当前从不同时空尺度研究不同类型生态系统服务的案例数量虽然较多，但缺乏一定的可比性。总体来说，关于生态系统服务的空间异质性影响因素和尺度效应仍需继续深入研究。

（三）主要科学视角及研究内容

通过文献统计分析与归纳总结，将城市化区域生态系统服务研究的主要科学视角分为方法研究角度、区域规划管理角度、生态学角度、社会学角度以及经济学角度。对不同科学视角研究的主要内容进行分析表明：（1）方法研究角度主要包括生态系统服务模型与模拟方法研究；生态系统服务的物质量与价值评估方法；生态系统服务空间制图等。（2）生态学角度主要包括基于生态学原理的生态系统结构、功能、生态过程与生态系统服务的形成机制、影响因素与调控管理研究。（3）社会学角度主要涉及生态系统服务的利益相关方研究以及生态系统服务与具体人类经济收益的相关性、人类对生态系统服务的选择与偏好等方面研究。（4）经济学角度主要包括生态系统服务的经济价值评估、不同管理方案的经济效益分析、生态补偿应用等方面的研究。（5）规划与管理角度包括生态系统服务的分类体系研究以及不同土地利用管理方案或单一土地利用类型变化对生态系统服务及其价值变化的影响等、生态系统服务对区域社会经济发展与土地利用政策的响应等方面研究，主要包括生态系统服务供给的变化、生态系统服务的权衡与协同、生态系统服务的空间异质性等。

筛选出的345篇文献中，从生态学角度开展的研究占据主导（31%），主要是研究生态系统服务的形成机制与影响因素；其次是从规划与管理的角度（26%），早期聚焦于生态系统服务的分类体系研究，后转化为土地利用变化对生态系统服务的影响、不同类型生态系统服务之间相互关系，以及生态系统服务与人类福祉相关性研究等（见图1-3）。图1-4显示，虽然长期以来基于土地利用变化的生态系统服务价值评估研究占较大比重，但近年来，生态系统服务与规划管理应用相结合、区域规划管理活动与社会经济发展对生态系统服务影响的研究案例数量逐渐增多，表明生态系统服务研究与规划管理应用正处于不断融合发展的过程。此外，值得关注的是，近年来从社会学角度关注生态系统服务与人类福祉相关性的研究案例数量呈明显的上升趋势，表明生态系统服务研究正逐步由理论研究向管理实践转变。总体来看，从规划管理角度对生态系统服务应用于土地利用管理的理论与方法进行研究，是未来该领域值得关注与探讨的方向之一。

（四）研究的土地利用类型

城市化发展引起的土地利用变化被广泛认为是生态系统服务演变的主要驱动因素（Song et al.,2017; Turner et al.,2016; Wang et al.,2015;Nahuelhual et al.,2014; Wu et al.,2013），不同土地利用类型在一定程度上可以被视为各类生态系统。参照已有相关研究，对城市化区域提供生态系统服务的生态系统进行分类，确定了当前城市化区域生态系统服务研究主要关注林地、草地、城市绿地、农业用地、湿地和水域生态系统的变化。经统计分析，筛选出的345篇文献中有117篇明确指出所研究的生态系统类型，占文献总数的34%，其余文献均同时涉及多种生态系统类型，未能明确指出哪些生态系统类型及其变化对具体某项生态系统服务功能的发挥起到作用。针对各类型生态系统的研究中，林地生态系统的研究占比最高，其次为水域与城市绿地。就主要科学视角而言（见图1-5），从生态学角度和规划管理角度进行探讨的案例研究占据主导；从方法论角度主要是探讨各类生态结构所提供生态系统服务及其价值评估的量化方法；从社会学角度开展的相关研究略显不足。未来研究应进一步明确研究的生态系统类型，在深入探讨生态系统服务形成与演化机制的基础上，加强从社会学角度探讨生态系统服务与人类福祉的相关性。

（五）关注的生态系统服务类型

就研究关注的生态系统服务类型而言（见图1-6）, MA生态系统服务分类体系所包含的四类在所筛选的案例研究中均有探讨，其中71篇文献未明确指出研究所关注的生态系统服务的类型。其他274篇文献对各类生态结构的调节服务研究占据主导，其中：研究林地生态系统调节服务的文献数量最多，约占林地生态系统服务研究案例总数的40%（34），其次为城市绿地和农业用地，而对草地和水域生态系统的研究相对较少。对生态系统供给服务的研究仍旧以林地和农业用地为主。虽然从各个角度针对各类型生态系统均有对文化服务的探讨，但仍显得不足，原因可能是受研究模型与方法的限制，目前多数采用条件价值法、支付意愿法以及InVEST模型自带的评价模块。针对四类生态系统服务的研究也是从不同的科学角度出发，从规划管理角度和生态学角度进行研究的案例最多，而从社会学角度开展的相关研究最少（见图1-7）。对生态系统调节服务的分析一直是该领域的主要研究内容，主要是从生态学角度和规划管理角度展开，而从社会学角度的研究略显不足。对支持服务的研究主要是从生态学角度探讨生态系统的生物多样性维持，以及从规划管理角度探讨不同类型与强度的社会经济活动或土地利用政策对生物多样性维持的冲击。总体来看，后续仍需从社会学角度加强对各类型生态系统服务的研究，尤其是生态系统支持服务和文化服务。

二、土地利用变化与生态系统服务关联研究

区域土地利用变化在一定程度上可以被视为不同类型生态系统在空间上的组合体，并且不同土地利用类型均具有为人类社会提供重要生态系统服务的能力（Blanco et al.,2017; Lawler et al.,2014; Zorrilla-Miras et al., 2014；张摇等，2013；石龙宇等，2010; Burkhard et al.,2009; Martínez et al.,2009）。长期以来，关于土地利用变化与生态系统服务之间相互关联与影响已成为地理学和生态学领域共同关注的热点与重点（Cabral et al., 2016；李双成等，2010）。回顾地理科学对于土地利用变化的研究发展历程，与生态系统服务的相互关联性日益加强。由早期注重土地利用变化与全球环境变化之间相互关系的研究，逐步转向土地利用变化的生态系统服务分类、价值评估、生态系统服务时空演变研究以及生态系统服务之间相互关系等研究（傅伯杰和张立伟，2014）。2005年全球土地计划（Global Land Project, GLP）将全球变化与陆地生态系统变化研究计划与土地利用变化研究计划相结合，进一步推动了土地利用变化研究与生态系统服务研究的融合（李双成等，2014）。总体而言，土地利用变化研究与生态系统服务研究相辅相成，两者的结合具有学科发展的历史必然性。

一方面，学界普遍认为土地利用变化是生态系统服务变化的主要影响因素，是深入开展生态系统服务研究的主要研究对象之一（Modernel et al., 2016; Haines-Young,2009; Metzger et al.,2006）。人类社会通过对不同土地覆被类型的选择性开发利用，实现对生产与生活资料的需求，而不同强度与类型的土地开发利用活动通过影响土地类型与空间格局，进而对生态系统结构、生态过程、功能和价值产生影响（傅伯杰等，2017；范玉龙等，2016；赵军和杨凯，2007；谢高地等，2006）。此外，当前对于土地利用变化研究的理论与方法相对成熟，为土地利用变化的生态系统服务脆弱性、协同权衡、与人类福祉相关性等研究提供了重要的研究途径（吴健生等，2017；黄甘霖等，2016；冯伟林等，2013；王大尚等，2013；赵士洞，2006）。因此，从土地利用变化角度研究生态系统服务，既是学科发展融合的趋势，同时又可以深化对生态系统服务形成、生态系统服务之间复杂关系的认识。

另一方面，随着对土地利用变化引起的生态系统服务供给减少与生态服务功能衰退逐渐被规划管理者所认识与重视，近年来国内外学者从多个方面探讨了生态系统服务对土地利用变化的响应（见图1-8），包括对土地利用变化引起的生态系统服务供给与生态系统服务价值的时空演变、生态系统服务的脆弱性、不同类型生态系统服务间的协同与权衡、生态系统服务变化对人类福祉的影响等方面（王大尚等，2015；杜林远，2015；郑华等，2013）。这为不同时空尺度上的土地利用规划与管理提供了决策依据，也丰富了土地利用管理研究的生态学基础。

三、土地利用变化的生态系统服务响应研究

全球快速城市化进程在带来社会经济迅速发展的同时，对不同时空尺度下生态系统的组成、结构与生态服务功能的影响，俨然成为今后发展将要面临的严峻挑战。土地利用变化与生态系统服务的供给与消费需求之间存在紧密的关联性（Burkhard et al.,2010;2012），并且人类社会经济活动通过对土地利用格局、功能产生影响，从而影响生态系统服务供给的数量与质量（李双成等，2012;2013;2014）。为此，大量研究尝试探讨土地利用变化对生态系统服务与功能的影响。

（一）国外研究概况

MA（2005）评估并指出土地利用变化是过去数十年间对陆地生态系统服务影响最为重要的影响因素之一。为满足人类日益增长的物质资源、粮食、能源等需求，人类对生态系统的开发利用活动在过去50年间达到了空前的规模与速度，对全球范围内的生物多样性减少产生了巨大影响（Tscharntke et al.,2005; Flynn et al.,2005）。土地利用变化对生态系统供给服务的影响主要表现为维持人类基本生存需求的各类食物产品的生产能力在过去几十年间大幅度提高，而增加维持粮食生产服务的生态系统的面积是最直接的手段，MA（2003,2005）研究表明，由于全球范围内大规模的农业用地开垦，目前垦殖土地约占全球地表面积的25%，由此导致森林、草地等自然植被面积的减少对生态系统服务功能产生显著影响（Vitousek et al.,1997）。土地利用变化对生态系统调节服务的影响也被大量研究案例所证实，如碳储存服务、水质调节、气候调节、侵蚀调节等（Kim et al.,2017; Cabral et al.,2016; Allan et al.,2015; Lawler et al.,2014; Lorencová et al., 2013）。此外，MA计划指出在全球土地利用变化过程中，人类对自然生态系统结构的改造已经使生态系统文化服务价值呈下降趋势。

而根据文献检索发现，国际上关于土地利用变化对生态系统服务影响的研究起步较早，且随着GIS技术的应用推广更促进了该领域研究的深入发展。根据研究内容进行归纳总结，主要包括：生态系统服务脆弱性变化研究（Reinmann et al.,2017; Vitule et al.,2016; Tzilivakis et al.,2015;Díaz et al.,2013; Haines-Yong,2009）；对土地利用变化的生态系统服务供需评价（Hegetschweiler et al.,2017; Brunner et al.,2016; Palacios-Agundez et al.,2015; Burkhard et al.,2010;2012）；不同类型生态系统服务间的权衡与协同关系（Lafond et al.,2017; Kim et al.,2016; Howe et al.,2014; Lester et al.,2013; Johnson et al.,2012）；生态系统服务价值时空异质性；等等。国外从多个角度分析了土地利用变化对生态系统服务的影响，但各个角度的研究方法缺乏统一性（李双成等，2013;2014），例如对生态系统服务供需平衡的研究包括物质量的研究方法、生态系统服务价值评价的研究方法和土地利用与生态系统服务供给能力和消费需求相关能力的评价方法，而后者应用较为广泛。

（二）国内研究概况

1．研究发展历程

国内生态系统服务研究总体上起步较晚，但近年来相关研究成果的论文发表数量呈明显增加趋势，并成为相关领域研究的热点（毛奇正等，2015；傅伯杰等，2014；张永民等，2014；李双成等，2013）。在对国外生态系统服务相关概念内涵研究的基础上，国内众多学者积极展开了生态系统服务定义、分类体系以及相关评价方法的研究（傅伯杰等，2017；肖玉等，2016；张永民等，2014；李文华等，2009；谢高地等，2008），并在此基础上针对不同类型生态系统开展了不同时空尺度上的生态系统服务价值评估研究。

早期，在全国尺度上，主要聚焦于对森林、草地、农田与湿地生态系统服务功能与价值的评估（孙新章等，2007；靳芳等，2005；赵同谦等，2004；崔丽娟，2004；吴玲玲等，2003；谢高地等，2001）。在区域尺度上，生态系统服务价值评估的生态系统类型丰富多样，覆盖地理空间范围广泛，研究成果也颇为丰富。在评估方法上主要采用质量评价和价值系数法评估法，其中价值系数法评估应用最为广泛，主要借鉴Costanza（1997）提出的生态系统服务价值系数与评估模型。与此同时，谢高地等（2008）通过对中国众多生态学领域学者进行多次问卷调查，制订并完善了较为实用的中国生态系统服务价值当量表，被国内学者广泛接受与应用于生态系统服务价值评估研究。

近年来，随着3S技术在生态学与地理学领域的推广与应用，以及生态系统服务变化相关模型方法的发展，如InVEST模型、ARES模型、SolVES模型等，一方面为土地利用变化的生态系统服务动态评估提供了可能，涌现出大量关于生态系统服务时空演变、土地利用变化对生态系统服务的影响等研究（Song et al.,2017；郭小燕等，2017；李晓炜等，2016；李冰等，2016；王军等，2015；傅伯杰和张立伟，2014）；另一方面也为探讨不同类型生态系统服务之间的协同权衡关系提供了较为丰富的研究途径（孙泽祥等，2016；傅伯杰和于丹丹，2016；戴尔阜等，2015；杨晓楠等，2015；李双成等，2013；葛菁等，2012）。在生态系统服务的规划管理应用方面，李双成等（2013;2014）通过探讨生态系统服务研究与地理学研究相结合，为推进生态系统服务应用于区域规划管理提供了理论参考。此外，生态系统服务及其价值评估主要被应用于辅助区域间生态补偿政策的制定（刘俊鑫等，2017；王晓玥等，2016；赖敏等，2015；仲俊涛等，2013；王女杰等，2010）、区域生态安全格局分析评价（刘国华，2016；王蓓等，2016；欧阳志云等，2015；李咏红等，2013）等方面。

2．研究现状

总体来看，国内生态系统服务研究在多年不断探索的过程中，取得了长足的进步，提升了公众与管理者对生态系统服务的认识，并为区域规划与管理提供了一定的理论参考（杨旭等，2015；李双成等，2013；谢高地等，2013）。理论研究方面，目前也逐步由单一的价值评估工作转向不同类型生态系统服务间相互关系的探讨以及生态系统服务权衡与协同研究，同时也为土地利用变化与生态系统服务的相互关系研究提供了理论与方法的基础积累（李双成等，2012;2014）。

国内相关研究近年来也取得了进展（见表1-1），并初步探讨了生态系统服务的区域土地利用规划管理，其中关键是识别土地利用变化对生态系统服务的影响，并根据生态系统服务的响应特征为土地利用规划管理提供相关规划依据。例如，李双成等（2014）总结了当前从土地利用变化角度研究生态系统服务的基本步骤与流程。并构建了土地利用变化与生态系统服务之间的关联框架，归纳总结了当前已有研究的基本思路（见图1-9）。目前国内相关研究的论文，有关生态系统服务对土地利用变化的响应研究主要针对生态系统服务价值时空变化，其典型研究方法是生态系统服务价值评价或物质量计算，以识别土地利用变化引起的生态系统服务时空范围中的变化特征；不同类型生态系统服务之间的权衡关系研究，主要是在3S技术和InVEST模型的辅助下进行生态系统服务空间权衡研究；生态系统服务脆弱性研究主要以传统的生态系统脆弱性评估方法为基础，利用综合指标评价法分析土地利用对生态系统服务供给的影响。对于生态系统服务供需平衡的研究相对较少，主要是基于模型模拟、物质量评估和价值量评价等方法分析生态系统服务供需的相对变化，识别其变化规律。

（三）关键问题识别

总结国内外关于土地利用变化对生态系统服务影响相关研究可知，虽然国外学者率先从多个角度开展了相关研究，并为国内开展相关研究提供了较为成熟的理论与方法参考，但当前对土地利用变化与生态系统服务之间关联性的认识仍处于不断发展与完善过程中，相关研究理论与方法有待通过不同时空尺度的案例研究予以进一步论证与检验。

生态系统服务对土地利用变化具有多重响应特征，而已有研究多数是从单一响应特征出发，来提出相关的规划管理建议。例如，典型的基于生态系统服务价值评估的规划管理建议，忽略了不同社会经济与自然地理条件背景下生态系统服务供给与消费需求均存在空间异质性，以及不同时空尺度上生态系统服务存在复杂的权衡与协同效应，所得结论往往具片面性。当前国内外生态学领域对生态系统服务研究理论与方法的探讨，为生态系统服务的土地利用规划管理提供了研究基础，未来从规划管理角度对已有关于生态系统服务研究的理论与观点进行整合，从多个角度综合评价土地利用变化对生态系统服务可持续性的影响，一定程度上可以提高决策建议的系统性与科学性。

四、面临的问题与挑战

第一，从国际研究现状来看，已有学者指出未来城市化区域生态系统服务的研究需要明晰研究标准与范围，识别可能影响生态系统服务空间异质性的社会经济与自然地理条件等影响因素（Christopher et al.,2015；李双成等，2014），一方面可以提高相似背景区域的可比性，另一方面深化对生态系统服务空间异质性的效应认识；需明确研究的生态系统类型与生态系统服务类型，以深化对生态系统服务形成与演化机制的认识；需加强从社会学角度研究生态系统服务与人类福祉的相关性，探讨将生态系统服务应用于土地利用管理实践的具体方法。

第二，从国内研究现状来看，当前已有研究对生态系统服务时空异质性、多种效应等方面研究存在不足。多数研究仍以生态系统服务价值评估为主，在研究方法上对模型的依赖性较强，价值评估系数的选取缺乏对引起空间异质性的影响因素的考虑。研究结论多数局限于从生态系统服务供给或生态系统服务价值变化角度提出规划管理建议，系统性与科学性有待加强，相关研究的结论难以在土地利用规划管理过程中有效落实。

第三，目前国内外有关土地利用变化对生态系统服务影响的研究已经取得较为丰富的成果，分析评价了土地利用变化的生态系统服务响应特征，在此基础上，识别生态系统服务对土地利用变化的多重响应特征，从生态系统服务权衡、供需和脆弱性等多个视角出发，评价土地利用变化对生态系统服务可持续性影响，建立生态系统服务保护与土地利用管理之间的关联，具有一定的挑战性。