從模型到應(yīng)用：基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的鄉(xiāng)村生態(tài)修復(fù)規(guī)劃工具研究

董楠楠 王怡琪 Harald Zepp Lars Gruenhagen Malte Bührs Christin Busch 魏維軒

（1.同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，上海 200092；2.波鴻魯爾大學(xué)地理學(xué)系，波鴻 44801；3.ILS-國(guó)家和城市發(fā)展研究所有限公司，多特蒙德 D-44135）

在全球范圍內(nèi)的氣候變化背景下，具有多種功能和服務(wù)價(jià)值的鄉(xiāng)村生態(tài)空間成為當(dāng)下國(guó)際生態(tài)規(guī)劃研究與合作的關(guān)注熱點(diǎn)之一。為實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村生態(tài)空間的精準(zhǔn)管理與規(guī)劃，中德雙方圍繞聯(lián)合課題“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念在德國(guó)魯爾與中國(guó)大都市區(qū)韌性發(fā)展模式下的綠色基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃應(yīng)用”進(jìn)行了深入探索。在土地利用與土地覆蓋類型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步識(shí)別了生物群落類型，并基于調(diào)節(jié)、供給、文化三大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型，選取了評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需權(quán)衡的指標(biāo)和對(duì)應(yīng)權(quán)重，構(gòu)建了鄉(xiāng)村生態(tài)空間規(guī)劃場(chǎng)景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)測(cè)模型。以上海市水庫(kù)村為例，運(yùn)用該課題的評(píng)測(cè)模型，初步評(píng)估了典型鄉(xiāng)村生態(tài)規(guī)劃場(chǎng)景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。最后，從應(yīng)用尺度、研究范圍以及操作流程三個(gè)方面總結(jié)了該評(píng)測(cè)模型的優(yōu)化方向。

鄉(xiāng)村；生態(tài)修復(fù)；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；供需權(quán)衡；決策輔助工具

1 研究背景

1.1 鄉(xiāng)村生態(tài)修復(fù)的研究趨勢(shì)

鄉(xiāng)村地區(qū)作為城鄉(xiāng)人居環(huán)境的生態(tài)基底，在城鎮(zhèn)化的過程中面臨著景觀格局破碎化[1]、鄉(xiāng)村生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力降低[2]、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化[3]等諸多問題。面對(duì)氣候變化的全球挑戰(zhàn)，鄉(xiāng)村生態(tài)空間的保護(hù)與修復(fù)已成為當(dāng)下國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)話題。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization，F(xiàn)AO）在“促進(jìn)有助于加強(qiáng)糧食安全和營(yíng)養(yǎng)的可持續(xù)農(nóng)業(yè)和糧食體系的生態(tài)農(nóng)業(yè)及其他創(chuàng)新方法”中提到，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)需密切關(guān)注與鄉(xiāng)村生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估與生物多樣性保護(hù)等方面的協(xié)調(diào)發(fā)展[4]。全球環(huán)境基金（Global Environment Facility，GEF）在面向可持續(xù)發(fā)展的中國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)新性轉(zhuǎn)型項(xiàng)目中也強(qiáng)調(diào)了通過科學(xué)規(guī)劃農(nóng)業(yè)生態(tài)景觀，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)與生物多樣性保護(hù)的重要意義[5]。

國(guó)外鄉(xiāng)村生態(tài)治理與修復(fù)的研究重點(diǎn)關(guān)注特定鄉(xiāng)村空間場(chǎng)景下，鄉(xiāng)村生態(tài)修復(fù)實(shí)踐對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合價(jià)值的影響。如在鄉(xiāng)村河流生態(tài)空間類型研究中關(guān)注水質(zhì)和生物多樣性的現(xiàn)狀與河岸帶植被生長(zhǎng)潛力的評(píng)估[6-8]。在農(nóng)田生態(tài)空間類型中，多數(shù)研究將農(nóng)業(yè)發(fā)展與生物多樣性保護(hù)相結(jié)合，從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[9-11]。而在鄉(xiāng)村林地生態(tài)空間類型中，研究重點(diǎn)集中在從變更土地利用類型的角度，恢復(fù)林地的綜合生態(tài)功能與價(jià)值[12-13]。

自2017年國(guó)內(nèi)提出鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略以來，鄉(xiāng)村生態(tài)問題愈加受到重視。在此背景下，當(dāng)前國(guó)內(nèi)鄉(xiāng)村生態(tài)修復(fù)研究注重在鄉(xiāng)村振興視角下，探索基于“三生”空間的解決路徑與發(fā)展模式，從而指導(dǎo)實(shí)際的工程應(yīng)用實(shí)踐[14-15]。近年來，在全域土地綜合整治與環(huán)境專項(xiàng)治理的政策指引下，國(guó)內(nèi)學(xué)者還圍繞鄉(xiāng)村用地規(guī)劃調(diào)整中如何精準(zhǔn)識(shí)別修復(fù)分區(qū)展開了系列研究[16]，并強(qiáng)調(diào)需要綜合考慮多元生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的過程[17]。其中，鄉(xiāng)村河道[18]和濕地景觀[19-20]是國(guó)內(nèi)學(xué)者重點(diǎn)研究的空間類型。

1994年鄉(xiāng)村生態(tài)景觀保護(hù)框架（The Conservation of Rural Ecological Landscapes Framework，CRELF）中提出按照鄉(xiāng)村景觀單元類型進(jìn)行生態(tài)功能的評(píng)估[21]。如何準(zhǔn)確評(píng)估鄉(xiāng)村生態(tài)效益，探索有效的生態(tài)修復(fù)途徑是當(dāng)下鄉(xiāng)村生態(tài)研究的熱點(diǎn)之一[22-23]。其中，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配是有效發(fā)揮鄉(xiāng)村生態(tài)效益的前提條件[24]。目前應(yīng)用較為廣泛的以Costanza與千年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)構(gòu)建的指標(biāo)體系為主，主要分為供給、支持、調(diào)節(jié)與文化服務(wù)4類[25]。國(guó)內(nèi)外鄉(xiāng)村地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究主要涉及鄉(xiāng)村生態(tài)水環(huán)境[26]、鄉(xiāng)村生態(tài)旅游[27]、鄉(xiāng)村游憩服務(wù)[3]、鄉(xiāng)村景觀風(fēng)貌[28]等領(lǐng)域。生態(tài)模型法和市場(chǎng)價(jià)值法在較大尺度的鄉(xiāng)村生態(tài)空間應(yīng)用較為廣泛[29]；小尺度的鄉(xiāng)村生態(tài)效益研究主要通過實(shí)地調(diào)研結(jié)合參與法，確定特定鄉(xiāng)村生態(tài)空間類型（如水環(huán)境[30]、生態(tài)農(nóng)園[27]）中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)因子，構(gòu)建其分級(jí)分類的評(píng)價(jià)指標(biāo)并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1.2 國(guó)際化背景下的生態(tài)修復(fù)工具研究合作

隨著全球化的不斷深入，跨國(guó)和跨地區(qū)的合作愈發(fā)成為當(dāng)今應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)的重要趨勢(shì)。國(guó)際農(nóng)發(fā)基金（International Fund for Agricultural Development，IFAD）在支持鄉(xiāng)村地區(qū)恢復(fù)自然生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性方面進(jìn)行了探索與實(shí)踐[31]；歐盟各國(guó)在恢復(fù)退化的生態(tài)系統(tǒng)并減輕鄉(xiāng)村地區(qū)生物多樣性喪失方面展開了積極合作[32]；在國(guó)際組織的引領(lǐng)下，非洲國(guó)家之間開展了鄉(xiāng)村地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)項(xiàng)目，旨在防止鄉(xiāng)村空間的土地荒漠化和生態(tài)系統(tǒng)退化等問題[33]。隨著國(guó)際間合作關(guān)系的加深，如何將基于不同地區(qū)治理經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化甚至共同創(chuàng)造新的工具，成為新形勢(shì)下國(guó)際合作的新趨勢(shì)。首先，國(guó)際合作伙伴之間相關(guān)政策規(guī)定的差異和技術(shù)轉(zhuǎn)移的挑戰(zhàn)，限制了研究合作的深度。其次，不同地區(qū)、不同項(xiàng)目的不同需求，也增加了跨國(guó)合作研究關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化流程設(shè)計(jì)與使用推廣方面的困難，限制了知識(shí)和標(biāo)準(zhǔn)體系與地方實(shí)踐場(chǎng)景的結(jié)合轉(zhuǎn)化。

作為解決這一合作問題的嘗試，德國(guó)聯(lián)邦教育與研究部（Bundesministerium für Bildung und Forschung，BMBF）于2017年設(shè)置了面向國(guó)際技術(shù)合作的“城市地區(qū)可持續(xù)發(fā)展項(xiàng)目”（Sustainable Development of Urban Regions，SURE）系列，該項(xiàng)目研究已經(jīng)進(jìn)行了7年半的研究與實(shí)踐，圍繞可持續(xù)性以及韌性兩大主題，促進(jìn)德國(guó)研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)及東南亞研究團(tuán)隊(duì)探索相應(yīng)的技術(shù)工具，解決亞洲地區(qū)因城市化、自然資源過度使用以及氣候變化等因素帶來的問題。該系列項(xiàng)目目前在研課題10項(xiàng)，經(jīng)過了概念階段之后，目前已進(jìn)入了研發(fā)測(cè)試階段。

2 模型：基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需以及協(xié)同權(quán)衡的生態(tài)修復(fù)工具研究

2.1 IMECOGIP課題背景

作為SURE系列課題之一，IMECOGIP課題由德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)（Ruhr-Universit?t Bochum）Harald Zepp教授團(tuán)隊(duì)主持開展，其全稱為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念在德國(guó)魯爾與中國(guó)大都市區(qū)韌性發(fā)展模式下的綠色基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃應(yīng)用（Implementation of the ecosystem services concept in green infrastructure planning to strengthen the resilience of the Metropole Ruhr and Chinese megacities，IMECOGIP）。IMECOGIP課題于2019年啟動(dòng)，課題組成員來自不同的學(xué)科領(lǐng)域，例如城市生態(tài)學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)、地理學(xué)、社會(huì)學(xué)、地理空間信息科學(xué)等。在跨學(xué)科合作支持下，IMECOGIP課題嘗試不僅為城市規(guī)劃師、景觀師以及相關(guān)企業(yè)提供便捷的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)測(cè)數(shù)字工具，進(jìn)行生態(tài)現(xiàn)狀基底及未來潛力的勘查與識(shí)別，還能夠?yàn)檎块T提供不同規(guī)劃方案環(huán)境績(jī)效的模擬及比較，從而輔助以生態(tài)發(fā)展為導(dǎo)向的規(guī)劃決策。

IMECOGIP課題研究的核心思路是基于土地利用及土地覆蓋類型（Land Use and Land Cover，LULC）的空間數(shù)據(jù)，進(jìn)行綠色基礎(chǔ)設(shè)施（Green Infrastructure，GI）的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（Ecosystem Service，ES）供需識(shí)別及評(píng)估研究。基于QGIS軟件，開發(fā)了一個(gè)開源的工具箱，結(jié)合研究地區(qū)的氣候、文化以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征，此工具箱能夠評(píng)估及權(quán)衡在不同土地利用方案或發(fā)展條件下，城鄉(xiāng)綠色基礎(chǔ)設(shè)施的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力；并且基于評(píng)估的結(jié)果，提出基于自然的解決提升方案（Nature-based Solution，NbS）（圖1）。

圖1 IMECOGIP工具箱開發(fā)的核心思路Fig.1 Core conceptual framework for the development of the IMECOGIP toolbox

2.2 IMECOGIP工具模型的研究重點(diǎn)

IMECOGIP工具模型的研究重點(diǎn)之一是評(píng)測(cè)指標(biāo)的選取。按照歐洲環(huán)境署發(fā)布的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)國(guó)際通用分類標(biāo)準(zhǔn)（The Common International Classification of Ecosystem Services，CICES），將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)測(cè)指標(biāo)體系分為了調(diào)節(jié)（regulation service）、供給（provision service）以及文化服務(wù)（cultural service）三大類，可細(xì)分為24項(xiàng)指標(biāo)（表1）。圖2展示了IMECOGIP工具箱包含的各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)，以及各指標(biāo)現(xiàn)階段的開發(fā)完成情況。在具體組成方面，IMECOGIP工具箱由針對(duì)不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)進(jìn)行價(jià)值計(jì)算的模塊組成?，F(xiàn)階段已投入應(yīng)用的模塊包括冷卻強(qiáng)度（cooling intensity）、空氣凈化效果（air filtration）、徑流管理（flow regulation）、碳固定（carbon sequestration）等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)測(cè)模塊。

表1 IMECOGIP工具箱生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)測(cè)指標(biāo)體系介紹說明Tab.1 Description of the IMECOGIP toolbox ecosystem services evaluation indicator system

圖2 IMECOGIP工具箱的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)測(cè)指標(biāo)體系Fig.2 Ecosystem services evaluation indicator system of the IMECOGIP toolbox

針對(duì)所選的評(píng)測(cè)指標(biāo)，于2019年10月邀請(qǐng)了17位來自高校、規(guī)劃部門、市級(jí)政府的國(guó)際專家人員，圍繞LULC分類對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力重要性進(jìn)行評(píng)級(jí)（圖3）。在收集了各個(gè)專家的評(píng)分后，對(duì)所有分?jǐn)?shù)通過平均意見分?jǐn)?shù)法（Mean Opinion Score，MOS）進(jìn)行了最小—最大標(biāo)準(zhǔn)化，并通過計(jì)算得到了不同類型LULC對(duì)應(yīng)的每項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)級(jí)量表。為了驗(yàn)證結(jié)果的可靠性，對(duì)每類LULC對(duì)應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平均評(píng)級(jí)與各評(píng)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行回歸分析，為測(cè)算研究區(qū)域綜合的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需水平提供了科學(xué)驗(yàn)證結(jié)果[34]。

圖3 按土地利用和土地覆蓋等級(jí)劃分的上海生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性分級(jí)[34]（源于CICES 5.1）Fig.3 Graded significance of ES (derived from CICES 5.1) by LULC class for Shanghai

2.3 IMECOGIP工具模型的流程構(gòu)架

IMECOGIP工具模型的設(shè)計(jì)構(gòu)思是構(gòu)建了一個(gè)從“知識(shí)”到“數(shù)據(jù)和方法”再到“信息”的邏輯閉環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)了從科研到實(shí)踐的應(yīng)用轉(zhuǎn)化。通過建立一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字底座與工作流的應(yīng)用操作框架，IMECOGIP工具箱實(shí)現(xiàn)了對(duì)于多尺度、多背景、多源數(shù)據(jù)的規(guī)范化管理與評(píng)測(cè)。具體的運(yùn)行流程為：（1）用戶通過在QGIS平臺(tái)上輸入待研究區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并按照相應(yīng)要求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；（2）根據(jù)項(xiàng)目的不同場(chǎng)景和生態(tài)修復(fù)的具體需求，在工具箱提供的模型基礎(chǔ)上，用戶可以自行調(diào)整對(duì)應(yīng)的參數(shù)與公式，從而構(gòu)建精準(zhǔn)化的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)測(cè)模型（圖4）；（3）經(jīng)過評(píng)測(cè)模型的運(yùn)算，可以得到研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估結(jié)果，結(jié)果以空間分析圖和評(píng)分圖表的形式清晰直觀地呈現(xiàn)（圖5）。值得一提的是，在圖表展示的評(píng)估結(jié)果中，大多數(shù)模塊參考的土地利用類型是林地，因?yàn)槠湓谔峁┍姸嗌鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面表現(xiàn)出最高的水平，因此被賦值為1；其他土地利用方案取值均為對(duì)比此方案下的相對(duì)數(shù)值，賦值范圍為0 ～1。但是用戶可根據(jù)基地的具體情況進(jìn)行調(diào)整，然后將偏離默認(rèn)值的情況記錄在案并說明理由。統(tǒng)一比較基準(zhǔn)并進(jìn)行相對(duì)賦值的方法，不僅使得IMECOGIP工具箱的評(píng)測(cè)結(jié)果更加直觀清晰，還方便了同一基地不同方案的遴選。

圖4 IMECOGIP工具箱的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)測(cè)邏輯構(gòu)架圖Fig.4 Logical framework diagram for ES evaluation in IMECOGIP toolbox

圖5 應(yīng)用IMECOGIP工具箱對(duì)德國(guó)波鴻地區(qū)進(jìn)行碳固定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)化成果展示Fig.5 Standardized presentation of the results of carbon sequestration ES evaluation in Bochum, Germany, using IMECOGIP toolbox

IMECOGIP工具箱還能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)流管理，針對(duì)不同項(xiàng)目背景，首先制定和發(fā)布通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合規(guī)則約束、系統(tǒng)控制等手段，對(duì)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，例如文件命名、數(shù)據(jù)格式、坐標(biāo)系設(shè)置等方面進(jìn)行規(guī)范化處理。再在經(jīng)過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理的項(xiàng)目文件中，導(dǎo)入工具箱的各個(gè)模塊并進(jìn)行運(yùn)算。標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)流，能夠?qū)崿F(xiàn)工具箱內(nèi)部數(shù)據(jù)的完整性、有效性、一致性、規(guī)范性、開放性。統(tǒng)一的數(shù)字底座與操作流程，大大減少了IMECOGIP工具箱的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理量，提升了后續(xù)工具箱內(nèi)部各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)模塊運(yùn)算，以及成果展示和輸出的處理效率。同時(shí)，這不僅為用戶提供了在數(shù)據(jù)收集與處理階段的步驟與參考，方便其選用工具箱進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需評(píng)測(cè)；同時(shí)還允許用戶按照自身需求更改各項(xiàng)參數(shù)信息與計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同項(xiàng)目各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)的精準(zhǔn)評(píng)測(cè)。

3 場(chǎng)景：面向中國(guó)鄉(xiāng)村生態(tài)修復(fù)的工具應(yīng)用

當(dāng)下中國(guó)鄉(xiāng)村地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究不僅針對(duì)不同類型生態(tài)修復(fù)工程中土地利用變化對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)出、水土調(diào)節(jié)與鄉(xiāng)村旅游等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力的影響評(píng)價(jià)[35]，而且開始重視對(duì)于生態(tài)修復(fù)工程綜合性的生態(tài)效益（如生產(chǎn)供給、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性水平提高與美學(xué)景觀服務(wù)[36]等）的精準(zhǔn)評(píng)估。通過對(duì)鄉(xiāng)村生態(tài)空間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力進(jìn)行定性與定量的評(píng)估，能夠?yàn)猷l(xiāng)村空間規(guī)劃、生態(tài)保護(hù)與修復(fù)、土地管理和自然資源利用等決策過程提供參考與指導(dǎo)[37]。

3.1 基于中國(guó)鄉(xiāng)村生態(tài)空間的LULC分類體系構(gòu)建

土地利用與土地覆蓋類型是IMECOGIP工具箱進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評(píng)測(cè)的基礎(chǔ)。IMECOGIP課題組在德國(guó)現(xiàn)有的土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)土空間規(guī)劃、《用途管制用地分類指南（試行）》、《上海市控制性詳細(xì)規(guī)劃技術(shù)準(zhǔn)則（2016年修訂版）》，以及《上海市城市總體規(guī)劃（2017-2035年）》等政策文件，對(duì)以上海為代表的鄉(xiāng)村生態(tài)空間中的用地類型與生物群落類型進(jìn)行了轉(zhuǎn)譯與識(shí)別，即將中國(guó)鄉(xiāng)村用地類型分為了森林、濕地、居住用地等13個(gè)大類（表2），并進(jìn)一步細(xì)分為135個(gè)具體的生物群落類型（biotope type）。

表2 IMECOGIP工具箱針對(duì)中國(guó)鄉(xiāng)村空間的用地類型分類細(xì)則Tab.2 Detailed LULC classification for China rural areas by IMECOGIP toolbox

為了驗(yàn)證IMECOGIP工具箱在中國(guó)鄉(xiāng)村修復(fù)場(chǎng)景下的可行性，以上海市金山區(qū)漕涇鎮(zhèn)水庫(kù)村為例，在2022年的現(xiàn)狀用地與未來規(guī)劃兩個(gè)場(chǎng)景下，對(duì)全村域范圍的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)測(cè)。首先通過遙感影像轉(zhuǎn)譯與地塊類型識(shí)別，得到水庫(kù)村2022年的現(xiàn)狀用地?cái)?shù)據(jù)（圖6）；通過重新定義并分類規(guī)劃文件中的土地利用數(shù)據(jù)，得到水庫(kù)村未來的用地規(guī)劃圖（圖7）。

圖6 上海市水庫(kù)村2022年用地遙感影像圖Fig.6 Remote sensing image of Shuiku Village, Shanghai, 2022

圖7 上海市水庫(kù)村未來用地規(guī)劃圖Fig.7 Future landuse plan of Shuiku Village, Shanghai

考慮到水庫(kù)村是一個(gè)以農(nóng)業(yè)用地（agricultural land）為主導(dǎo)用地類型的鄉(xiāng)村，為進(jìn)一步細(xì)化水庫(kù)村的農(nóng)業(yè)用地分類，結(jié)合目前水庫(kù)村中實(shí)際的作物類型和耕種信息（圖8），得到了在水庫(kù)村用地分類基礎(chǔ)上更精準(zhǔn)的生物群落類型數(shù)據(jù)。同時(shí)，通過查閱文獻(xiàn)，整理并計(jì)算得到了水庫(kù)村現(xiàn)有作物在一年不同月份中的葉面積指數(shù)（Leaf Area Index，LAI）以及作物系數(shù)（Crop Coefficient，Kc）（圖9）。這些生態(tài)空間信息的補(bǔ)充，大大增強(qiáng)了工具箱在具體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景下評(píng)測(cè)各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。

圖8 水庫(kù)村作物耕種時(shí)間Fig.8 Crop cultivation time in Shuiku Village

圖9 水庫(kù)村作物對(duì)應(yīng)的葉面積指數(shù)（LAI）與作物系數(shù)（Kc）Fig.9 Crop-specific Leaf Area Index (LAI) and Crop Coefficients (Kc) in Shuiku Village

通過結(jié)合水庫(kù)村的各項(xiàng)生態(tài)基底數(shù)據(jù)，并運(yùn)用工具箱提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)測(cè)模型，構(gòu)建了針對(duì)水庫(kù)村的冷卻強(qiáng)度、徑流管理以及碳固定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)測(cè)模型。以評(píng)測(cè)冷卻強(qiáng)度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為例，此項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的定義為，當(dāng)額外能量輸入并導(dǎo)致水汽從充分飽和的1 m3空氣中逸出時(shí)，該空氣冷卻到的溫度（K）[38]。使用基于能量平衡的方法[39]，確定了基于蒸散量（Evapotranspiration，ET）以及作物系數(shù)的計(jì)算公式，并以環(huán)境溫度（ambient temperature）、生物群落類型、土壤特征（soil characteristics）、以及初始土壤水分狀況（initial soil water conditions）為計(jì)算參數(shù)，構(gòu)建了冷卻強(qiáng)度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)測(cè)模型。基于水庫(kù)村2022年現(xiàn)狀及規(guī)劃的用地信息，進(jìn)一步識(shí)別了水庫(kù)村的生物群落類型，并從上海市氣象局獲取了水庫(kù)村的氣象數(shù)據(jù)。以這些數(shù)據(jù)為模型運(yùn)算基礎(chǔ)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)水庫(kù)村在現(xiàn)狀土地利用方案下冷卻強(qiáng)度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)測(cè)（圖10）。

圖10 水庫(kù)村2022年現(xiàn)狀土地利用方案下的冷卻強(qiáng)度服務(wù)評(píng)測(cè)Fig.10 Evaluation of cooling intensity under the current land use plan in Shuiku Village in 2022

4 總結(jié)與討論

IMECOGIP工具箱在中國(guó)鄉(xiāng)村場(chǎng)景中的應(yīng)用成果表明，鄉(xiāng)村土地利用規(guī)劃可以結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的供需評(píng)測(cè)，銜接“多規(guī)合一”改革，響應(yīng)覆蓋全域全要素、差別管控的國(guó)土空間用途管制體系要求，從而為不同生態(tài)空間類型中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值供需失衡的重點(diǎn)區(qū)域提出精準(zhǔn)化的修復(fù)策略。

同時(shí)，IMECOGIP課題通過精準(zhǔn)識(shí)別不同用地分類體系下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需要求，基于同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的LULC分類體系，將不同應(yīng)用場(chǎng)景中的用地類型進(jìn)行了整合和統(tǒng)一。這不僅為不同國(guó)家、地區(qū)提供了生態(tài)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理的規(guī)則，打破了工具箱在不同任務(wù)需求、項(xiàng)目背景下的使用壁壘，還解決了由于計(jì)算基準(zhǔn)不同，而難以直接進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評(píng)測(cè)結(jié)果橫向比較的應(yīng)用技術(shù)難點(diǎn)。

在該課題項(xiàng)目的應(yīng)用測(cè)試過程中，可以看出需要從空間信息格式、評(píng)測(cè)邊界、工作流程等方面進(jìn)一步完善研究模型在具體地方性研究場(chǎng)景中的應(yīng)用。由于中德兩國(guó)在具體的用地?cái)?shù)據(jù)分類中存在一定差異，因此在以土地利用規(guī)劃用地類型作為L(zhǎng)ULC的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)識(shí)別過程中，需要將各類型地塊內(nèi)土地覆被類型細(xì)分定義。在研究應(yīng)用范圍方面，IMECOGIP課題關(guān)注了項(xiàng)目范圍內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)測(cè)，鑒于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞過程的復(fù)雜性與跨尺度性特征，對(duì)于研究范圍外的生態(tài)服務(wù)影響區(qū)域尚未納入識(shí)別和評(píng)測(cè)邊界中。相比于德國(guó)的鄉(xiāng)村生態(tài)修復(fù)中較為清晰的專項(xiàng)單元（如土地利用管理、生態(tài)環(huán)境治理、鄉(xiāng)村景觀和生物的多樣性維護(hù)等[40]），中國(guó)目前的鄉(xiāng)村生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目具有綜合治理特點(diǎn)[41]，不僅包括農(nóng)田林網(wǎng)、灌溉排水、坡岸防護(hù)和水質(zhì)凈化等專項(xiàng)工程，甚至延伸到鄉(xiāng)村人居環(huán)境改善中的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施等綜合整治工程，存在利益主體眾多、涉及專業(yè)跨度較大和實(shí)施時(shí)序不一致的工作機(jī)制特點(diǎn)，需要在應(yīng)用中構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)構(gòu)，統(tǒng)籌基底調(diào)查、生態(tài)監(jiān)測(cè)等規(guī)范文件，滿足相應(yīng)的工具應(yīng)用條件。

注：圖1-圖7，圖9-圖10由IMECOGIP課題組繪制，圖8由作者繪制。