维持和改善城市生态系统服务与人类福祉、促进可持续发展是当前城市生态学研究的重要议题之一.本文对城市生态系统服务的已有研究进行综述:基于城市生态系统服务的概念与内涵,总结了城市生态系统服务的主要特征,即人为主导性、高需求性、异质性、动态性、多功能性、社会经济属性以及负效应;当前城市生态系统服务的评价方法主要有指标法、价值评估法与模型模拟法;在城市生态系统不同类型服务中,调节服务与文化服务对提高城市居民健康尤为重要;城市生态系统服务的权衡主要表现在支持服务与文化服务之间、调节服务与文化服务之间.最后,总结了未来城市生态系统服务发展的主要方向,特别强调了城市生态系统服务研究在城市景观规划与设计中的重要作用.
全 文 :城 市 生 态 系 统 服 务 研 究 综 述∗
毛齐正1 黄甘霖1∗∗ 邬建国1,2
( 1北京师范大学 /地表过程与资源生态国家重点实验室 /人与环境系统可持续性研究中心, 北京 100875; 2美国亚利桑那州立
大学生命科学学院和全球可持续性研究所, 坦佩, 亚利桑那州 85287, 美国)
摘 要 维持和改善城市生态系统服务与人类福祉、促进可持续发展是当前城市生态学研究
的重要议题之一.本文对城市生态系统服务的已有研究进行综述:基于城市生态系统服务的
概念与内涵,总结了城市生态系统服务的主要特征,即人为主导性、高需求性、异质性、动态
性、多功能性、社会经济属性以及负效应;当前城市生态系统服务的评价方法主要有指标法、
价值评估法与模型模拟法;在城市生态系统不同类型服务中,调节服务与文化服务对提高城
市居民健康尤为重要;城市生态系统服务的权衡主要表现在支持服务与文化服务之间、调节
服务与文化服务之间.最后,总结了未来城市生态系统服务发展的主要方向,特别强调了城市
生态系统服务研究在城市景观规划与设计中的重要作用.
关键词 生态系统服务; 城市; 景观格局; 评价; 权衡
文章编号 1001-9332(2015)04-1023-11 中图分类号 X171 文献标识码 A
Urban ecosystem services: A review. MAO Qi⁃zheng1, HUANG Gan⁃lin1, WU Jian⁃guo1,2
( 1Center for Human⁃Environment System Sustainability, State Key Laboratory of Earth Surface
Processes and Resource Ecology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China; 2School of Life
Sciences and Global Institute of Sustainability, Arizona State University, Tempe, AZ 85287, USA) .
⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(4): 1023-1033.
Abstract: Maintaining and improving ecosystem services in urban areas and human well⁃being are
essential for sustainable development and therefore constitute an important topic in urban ecology.
Here we reviewed studies on ecosystem services in urban areas. Based on the concept and classifica⁃
tion of urban ecosystem services, we summarized characteristics of urban ecosystem services, inclu⁃
ding the human domination, high demand of ecosystem services in urban areas, spatial heterogenei⁃
ty and temporal dynamics of ecosystem services supply and demand in urban areas, multi⁃services of
urban green infrastructures, the socio⁃economic dimension of ecosystem services supply and ecosys⁃
tem disservices in urban areas. Among different urban ecosystem services, the regulating service and
cultural service are particularly indispensable to benefit human health. We pointed out that trade⁃
offs among different types of ecosystem services mostly occur between supportive service and cultural
service, as well as regulating service and cultural service. In particular, we emphasized the relation⁃
ship between landscape design ( i. e. green infrastructure) and ecosystem services supply. Finally,
we discussed current gaps to link urban ecosystem services studies to landscape design and manage⁃
ment and pointed out several directions for future research in urban ecosystem services.
Key words: ecosystem services; urban ecology; landscape pattern; assessment; trade⁃off.
∗北京师范大学“千人计划”项目(257⁃107023)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: ghuang@ bnu.edu.cn
2014⁃06⁃03收稿,2014⁃12⁃20接受.
2010年,世界城市人口已超过 50%;据预测,至
2050年,世界城市人口将占据总人口的 66.4%,而
中国的城市人口将达到 75.8%[1] .城市化成为全球
环境变化和经济转变的直接驱动力[2] .城市化是一
把双刃剑:一方面,城市具有更高的资源与能源效
率,拥有更多的财富,城市居民享有更好的教育、文
化、医疗等社会服务;另一方面,城市化也带来了一
系列的社会、经济与环境问题,如生物多样性丧失、
热岛效应、交通拥堵、贫富悬殊和犯罪率增加[3-4] .如
何缓解和降低城市化带来的负面影响,进而提高城
市可持续性是当前城市发展所面临的重要挑战.
应 用 生 态 学 报 2015年 4月 第 26卷 第 4期
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2015, 26(4): 1023-1033
城市可持续性指城市维持和提高生态系统服务
与人类福祉的能力[4-5] .城市生态系统服务是维持和
提高人类福祉的基本物质条件,也是促进城市可持
续发展的重要渠道.故此,城市生态系统服务正逐渐
成为城市生态学研究的前沿和热点问题.虽然生态
系统服务的研究与综述较多,但国内尚没有文章系
统地对城市生态系统服务进行诠释.本文基于城市
生态系统服务的相关研究,阐述了城市生态系统服
务的概念与内涵,列举了城市生态系统服务的评价
方法,论述了城市不同类型生态系统服务间的权衡
关系、协同关系,概述了城市生态系统服务对提高人
类福祉的重要作用,最后,指出了未来城市生态系统
服务的研究方向.
1 城市生态系统服务的概念与内涵
1 1 城市生态系统
城市生态系统指人类集中居住、或建筑物及各
种人工基础设施大面积占据土地表面的区域[6] .城
市生态系统可看作是一个生态系统,也可看作是由
不同生态系统类型组成的城市景观[4-5,7-8] .在生态
系统服务研究中,城市生态系统通常指城市内部能
够为人类提供服务的绿色基础设施(urban green in⁃
frastructure) [9],即植被与水体,包括公园、墓地、庭
院花园、菜地、森林、单株乔木、湿地、溪流、河流、湖
泊、池塘[10] .城市生态系统为人类提供了诸多的生
态、环境、经济、社会与文化福利.
1 2 城市生态系统服务的概念与分类
虽然生态系统服务的涵义可以追溯到 19 世纪
的一些论著,但该词的使用和其现代定义是 20世纪
70年代才出现的[11] .在 20 世纪 90 年代,生态系统
服务研究得以迅速发展[12-13] .尤其是 2005年出版的
“千年生态系统评估” [14]为生态系统服务研究的蓬
勃发展起到了关键的推动作用.然而,城市生态系统
服务的研究直到 21 世纪初才得到重视. 1999 年,
Bolund等[15]初步阐述了城市内部生态系统服务的
概念与分类,为城市生态系统服务研究奠定了基础.
生态系统服务指人类从生态系统中所获取的利
益[14] .相应地,城市生态系统服务指人类从城市生
态系统中获取的利益[15] .当然,作为人口集中、资源
消耗巨大的城市,其所需的生态系统服务大多来源
于周边或远地的其他生态系统.参考生态系统服务
的分类体系[12,14,16],城市生态系统服务可分为 4
类[15,17-18]:1)支持服务:提供生物生境、生物多样
性、生物地球化学循环以及传粉与能量传播;2)供
给服务:食物供给、水源供给、木材供给与基因资源
供给;3)调节服务:气候调节、水质净化、噪音调节、
极端气候调节、径流调节与废弃物处理;4)文化服
务:休闲旅游、文化教育、礼仪美学及精神需求.在城
市生态系统中,支持服务仍旧是其他服务的基础与
源泉,供给服务所占的比重较小,调节服务与文化服
务占据较大的比重,对提高人类福祉有着重要
作用[7] .
1 3 城市生态系统服务与人类福祉、城市可持续发
展的关系
生态系统服务与生物多样性、生态系统功能以
及人类福祉紧密联系(图 1).生物多样性包括遗传
多样性、物种多样性、生态系统多样性以及景观多样
性[5],是生态系统功能与生态系统服务的基
础[12-13,19] .生态系统功能包括初级生产力、土壤形
成、土壤养分循环与对抗干扰的弹性等,是生态系统
服务的前提与来源[5] .人类福祉是提高生态系统服
务的最终目的.简言之,生物多样性和生态系统结构
与功能是生态系统服务的基础,而人类福祉是生态
系统服务的目标.
影响城市生态系统服务的主要因素有气候变
化[20]、土地利用转变[21]、社会经济与管理决策[22]、
景观格局.景观格局包括景观组成与景观结构,是影
响城市生态系统功能和服务的重要机制,是提高人
类福祉的重要渠道.诸多研究表明,景观格局与城市
生物多样性[23]、生物地球化学循环[24]、气候调
节[25-26]、空气净化[27-28]与社会文化[29]等生态系统
功能和服务紧密相关.在土地及其有限的城市区域,
合理的规划和设计城市景观使景观能够长期而稳定
地提供生态系统服务,是实现景观可持续发展以及整
个城市可持续发展的重要手段[7,30](图 1),是当前也
是未来城市生态系统服务研究的重要方向与内容.
1 4 城市生态系统服务的主要特征
相比较其他生态系统服务,城市生态系统服务
主要有 7个特征[17-18,31-33]:
1)人为主导性:城市生态系统是以人为主导的
复杂系统.人在影响与改变生态系统服务的同时,也
是生态系统服务的最终受益者.有序的人类活动[34]
可以改善与提高城市生态系统服务与人类福祉;相
反,无序的人类活动则可能给生态系统带来不可逆
转的破坏性.未来应充分发挥人的主动性,可以以及
能够通过科学的规划与管理生态系统,使城市生态
系统能够可持续的满足城市居民对自然资源和环境
的需求.
4201 应 用 生 态 学 报 26卷
图 1 城市生态系统服务与生物多样性、生态系统功能、人类福祉及城市可持续发展的关系(改自 Wu[5] )
Fig.1 Relationships among urban ecosystem services, biodiversity, ecosystem functions, human well⁃being and urban sustainable de⁃
velopment in an urban landscape.
2)巨大需求量:城市中密集的人口、有限的自
然资源受到人类活动强烈干扰,但维持城市的运作
需要种类多样、数额巨大的生态系统服务.例如,有
研究显示,城市居民对湿地的支付意愿往往与人口
密度呈显著正相关[31] .
3)空间异质性:城市植被与水体高度的空间破
碎化,使得城市生态系统服务供给具有高度的空间
异质性;此外,城市内部社会经济资源和人口组成的
空间差异也决定了生态系统服务需求的空间异
质性.
4)多功能性:不同的城市生态系统类型为人类
提供不同的生态系统服务.并且,同种生态系统类型
可提供多样化的生态系统服务[18] .
5)动态性:城市快速扩展带来的土地覆盖 /土地
利用变化、人口增长、经济增长,都直接或间接地影响
和改变生态系统服务.受人类活动的影响,城市生态
系统服务变化的幅度与强度远远大于其他地区.
6)社会经济属性:城市生态系统服务的供给和
需求,与居民的社会经济状况密切相关.研究表明,
城市居民的收入水平与周围环境的生物多样性[32]、
绿地覆盖度、绿地的管理强度均存在显著相关关
系[33] .城市生态系统服务的不公平性普遍存
在[35-36],在经济条件、种族、受教育程度等方面具有
优势的居民往往能享受较好的城市生态系统服务.
此外,城市居民的信仰与文化背景也可能对其周围
的自然环境产生直接或间接的影响.
7)生态系统负效应:城市生态系统在为城市居
民提供服务的同时,也给人类带来了各种不便以及
潜在的危害[9,15,37],可称为生态系统的负效应(dis⁃
service) [38] .例如,城市中的一些绿化植物可释放挥
发性有机化合物(VOCs),这些化合物容易与空气中
氮氧化合物(NOx)结合,释放 CO与 O3,加剧城市大
气污染[39] .城市绿化中的花粉致敏植物[40]可能加剧
人体对花粉的过敏反应并引起呼吸道疾病[41] .此
外,有研究表明,城市密集的植被会增加城市犯罪
率,影响居民的安全[42] .在城市生态系统服务研究
中,需要客观评价城市生态系统负效应带来的损失
与危害.
2 城市生态系统服务评价方法
目前,城市生态系统服务的主要评价方法有指
标评价法、价值评估法及模型模拟法.筛选生态系统
服务的评价指标是价值评估与模型模拟的重要前
提;基于指标评价法的价值评估法,尤其是货币价值
评估法,可更直观地量化生态系统服务.模型模拟
法,基于指标法与价值评估法,可系统地评价城市生
52014期 毛齐正等: 城市生态系统服务研究综述
态系统服务,是城市决策和管理人员评价生态系统
服务的便捷工具,也是未来城市生态系统服务评价
的重要发展方向.
2 1 指标评价法
指标评价法是生态系统服务评价的重要前提与
基础.建立可转换、可操作、可整合的生态系统服务
指标,不仅能为城市规划与自然保护提供有效的信
息,而且可以促进多学科对城市生态系统服务的对
比研究[43] .以指标法评估城市生态系统服务,在世
界各地都得到广泛应用,如美国盖恩斯维尔[44]、英
国爱丁堡[33]、德国柏林[45]及日本横滨[46]等.由于评
价目的及评价内容不同、可获取数据的差异、以及研
究尺度的不同,不同区域城市生态系统服务评价与
研究的指标选择往往存在较大差异,缺乏可比性.在
此,我们列举了城市生态系统服务评价的常用指标
(表 1).
表 1 城市生态系统服务评价指标
Table 1 Indicators for urban ecosystem services
城市生态系统服务
Urban ecosystem service
指标
Indicator
数据获取手段
Data acquisition
研究案例
Case study
支持服务 生物多样性 植被覆盖度、植被平均斑块面积 遥感解译 Tratalos等[33]
Supporting service 生境连接度 遥感解译 Grêt⁃Regamey等[47]
植物香农威纳多样性指数、均匀度指数 植被调查 Dobbs等[44]
生境多样性指数: D =∑
n
i = 1
Pi lnPi .式中:
Pi为植被类型百分比;i为植被类型
遥感解译 Radford等[48] ,Haase等[49]
传粉 开花植物的多样性、丰富度、颜色种类 植被调查 Radford等[48]
生产力 净初级生产力 NPP 遥感解译,模型模拟 Schneider等[21]
土壤质量 土壤容重、pH、土壤养分(SOC、P、K、N、
Mg、Ca)、土壤污染(Pb、Ni、Cu、Zn、Hg)
样方调查与实验室检测 Dobbs等[44]
供给服务 食物生产 农产品(蔬菜,水果、粮食)的用地面积 土地利用解译 Sanon等[50]
Provisioning service 每公顷食物产量 社会经济数据 Haase等[49]
水资源 地下水水平 实地调查或相关资料搜集 Kroll等[51]
能源生产 生物能源作物种植面积与平均产量,风
能、水能及太阳能的能源供应量
社会经济数据 Kroll等[51]
调节服务
Regulating service
空气净化 植被面积×污染物转运速率 植被调查,环境污染物数
据,气象数据
Nowak等[52]
气候调节 归一化植被指数 遥感解译 Jenerette等[36]
地表比辐射率(与土地利用类型有关) 土地利用解译,经验模型 Haase等[49] ,Schwarz等[53]
蒸发量(与土地利用类型有关) 土地利用解译,经验模型 Schwarz等[53]
植被降温潜在能力 遥感解译 Bowler等[54]
植被固碳 乔木覆盖解译 Radford等[48]
地上、地下固碳量 土地利用解译,经验模型 Strohbach等[55]
径流调节 Pe=(P-0.2S) 2 / (P-0.8S).式中:Pe 为
降水地表径流深度;P为降水量;S 为最
大潜在降水截获量
水文监测,经验模型 Radford 等[48]
暴风雨抵御能力 乔木覆盖度与密度 植被调查 Dobbs等[44]
冠层顶稍枯死率 植被调查 Escobedo等[56]
噪音调节 噪音级别,预防噪音的物理屏障 问卷调查,量化分级 Radford等[48]
叶面积与距道路的距离 植被调查 Nowak等[52]
文化服务 娱乐 娱乐用地面积 土地利用解译 Gill等[57]
Cultural Service 单位面积娱乐用地 土地利用解译 Larondelle等[45]
娱乐区的可达性 土地利用解译与空间运算 Barbosa等[58]
可捕鱼水域面积,游客步行以及自行车
道的长度
土地利用解译 Sanon 等[50]
娱乐设施的数量、类型、质量 问卷调查,量化分级 Radford等[48]
人均绿地面积 遥感解译,人口调查 Haase等[49]
精神 自然景观的视野范围、享受安静的机
会、绿色植被的可视化程度、植被类型
多样性、安全感受、自由空间感受
问卷调查,量化分级 Radford等[48]
美学 垃圾、废弃物及动物粪便的有无、总体
视野和景色、植被以及乔木的存在、水
域存在、设施设计、开放性
问卷调查,量化分级 Radford等[48]
6201 应 用 生 态 学 报 26卷
为了更好地为城市规划与管理服务,需要合理
选择评价指标.诸多研究者针对生态系统服务评价
的指标选择提出了一些重要准则:1)联系生态系统
过程或组成与生态系统服务的指标,如生物量、叶面
积指数与植被覆盖度.2)可持续提供的生态系统服
务的指标,如草地最大可持续收割的生物量、旅游区
每天或每年的游客容量[59] .3)选择与生态系统服务
直接相关的阈值指标,如选择明确调节径流需要多
大面积的特定植被类型,保护某一类物种需要多大
的绿地面积,分解动物粪便需要多少蜣螂,维持正常
的植物传粉需要多少蜜蜂[60] .4)选择能够综合表征
城市生物多样性与生态系统服务的指标,如城市多
样性指数[46] .以上准则可供城市生态系统服务评价
参考.
2 2 价值评估法
以价值评估法来估算城市生态系统服务的价
值,可分为经济价值、社会文化价值与保险价值[9] .
城市生态系统服务的经济价值评价包括直接经
济价值评价与间接经济价值评价.与广义生态系统
服务类似,城市生态系统的供给服务(食物生产、林
果生产与水产品生产)存在市场价值,可直接通过
货币化计算[9],这一评价过程称为直接经济价值评
价.其他生态系统服务,如调节服务与休闲娱乐服务
的经济价值可通过间接手段进行评估,称为间接经
济价值评估.城市生态系统服务的间接经济价值评
估法主要有条件价值法( contingent valuation meth⁃
od, CVM)、回避成本法( avoided cost method)与享
乐价值法(hedonic pricing)等经济学方法[9,59,61] .
城市生态系统社会文化服务中的精神需求、文
化以及美学价值难以用货币价值来衡量,其评价方
法主要依赖于定性评价、构建等级或进行一般性的
阐述[62-63],而量化评价也通常结合等级评价与打分
法对生态系统服务的社会文化价值进行量化[48],其
量化指标的选择需要经过专家详细论证、建立指标
原则并充分考虑区域特征.
城市生态系统的保险价值指抵御饥荒、洪涝以
及热浪等灾害的能力[9] .城市生态系统服务保险价
值的降低不仅会带来巨大的经济损失,而且会给灾
后的恢复重建带来经济压力.当前对生态系统服务
的保险价值的评价往往与城市生态系统服务的弹性
与脆弱性的评价相联系.
城市生态系统服务的价值评价,尤其是经济价
值评价,使人们直观地认识到生态系统服务的重要
意义,提高了人们对自然保护的意识.更重要的是,
生态系统服务的价值评价可为城市规划者提供更多
信息.例如,在土地利用变化过程中,应充分考虑各
种生态系统服务的丧失及其直接或间接的经济损
失,充分借助政府对城市绿色基础设施的投资,科学
评估建造新社区的优先选址等重要内容[9,64] .
2 3 模型模拟法
本文主要介绍应用于城市生态系统服务评价的
城市森林影响模型 ( urban forest effects, 简称
UFORE,也叫 i⁃Tree ECO)、生态系统服务社会价值
模型 ( social values for ecosystem services, 简 称
SolVES)与城市绿地的福利(benefits of urban green
spaces,BUGS)模型.
1)UFORE.UFORE 模型由美国农业部森林署开
发.该模型基于城市森林的植被调查,综合大气污
染、气象与气候等相关信息,量化城市森林的结构,
评估其固碳、大气污染物吸收、降温节能、植物 VOC
排放等生态系统服务与负效应,量化城市森林价
值[65] .UFORE 模型应用广泛,已被应用于美国芝加
哥[66]、费城[67]、纽约[68]等城市,和我国的兰州、广
州[69]、长春[70]等城市.
2)SolVES.SolVES 模型由美国地质勘探局与美
国科罗拉多州立大学合作开发.该模型基于 GIS 工
具来量化和空间化生态系统服务社会价值(如美
学、娱乐休闲与教育等) [71] .该模型的社会价值评估
来源于公众对于生态系统服务的态度和偏好的调查
结果,对城市生态系统的社会与文化服务的评价有
重要意义.应用 SoLVES模型,van Riper等[72]评估了
澳大利亚欣钦布鲁克岛国家公园的生态系统服务的
社会价值(娱乐、精神、文化、美学等),并详细分析
了社会价值与自然资源的相互关系.随着城市生态
系统服务评价对社会文化价值的日益关注,SolVES
模型在未来具有广阔的应用前景.
3)BUGS.BUGS模型由欧盟开发,其主要评估城
市绿地和居住模式对城市环境质量和人类福祉的影
响[73],旨在为城市绿地的规划设计提供建议.该模
型通过评估城市绿地对交通流量和排放量、空气质
量、微气候、噪音、可达性、经济效率和社会福利的影
响,从单个街道、公园以及区域的尺度提出了城市规
划中绿地的设计和布置的规划理念.与之前的评价
模型相比较,BUGS 模型更强调生态系统服务评价
与规划和管理的结合[73] .尽管该方法的应用并不广
泛,但对城市生态系统服务评价在城市规划中的应
用有着重要的示范意义.
以上 3种模型各有其特点.UFORE 模型需要建
72014期 毛齐正等: 城市生态系统服务研究综述
立在植被调查的基础上,SoLVES模型则需要社会问
卷调查数据,BUGS 模型更需要生态因子、社会、经
济等多种要素.受限于数据需求,这 3 种模型在较大
空间尺度上的应用均具有一定局限性.其他用于评
估广义生态系统服务的模型有 ARIES、InVest、EPM、
InFOREST、Envision与 EcoMetrix 等[74],这些模型在
城市生态系统服务评价中的应用还有待于进一步
研究.
3 城市生态系统服务间的关系
与一般生态系统服务类似,城市生态系统服务
间也存在协同关系、权衡关系以及平行关系,不仅存
在于不同类型生态系统服务中,而且存在于同种类
型不同生态系统服务中.在此,主要阐述城市不同类
型生态系统服务间的协同关系与权衡关系.
3 1 协同关系
协同关系指不同生态系统服务之间的正相关关
系[75] .与一般生态系统服务类似,在城市生态系统
中,协同关系普遍存在于支持服务与调节服务之间.
例如,城市植物生物量的增加可增加土壤碳库[76];
生物多样性的增加不仅促进了地上与地下碳库的累
积,而且有效调节了城市小气候[49];城市植被的初
级生产力与水质存在显著的正相关关系[77];城市绿
地面积的增加不仅保护了城市生物多样性,而且可
以有效地缓解城市热岛效应、净化空气与水质、调节
径流、降低噪音.此外,城市中大面积的各类公园以
及湿地一般具有较高的生物多样性,不仅有效缓解
了城市局域小气候,同时也具有较高的社会、文化、
教育与美学价值.这些协同关系可促进城市生态系
统同时提供多种生态系统服务.
3 2 权衡关系
权衡关系指一类生态系统服务的增加会造成另
外一种服务的降低[75] .如供给服务的增加往往以调
节服务、文化服务和生物多样性的损失为代价[78] .
城市生态系统中,供给服务所占比例较少,生态系统
服务的权衡关系主要表现在支持服务与文化服务之
间,以及调节服务与文化服务之间.
城市绿地在提供文化服务的同时,也会给生态
系统带来压力.这时,文化服务与支持服务存在权衡
关系.随着城市湿地游客数量的增加,湿地的生境、
生物多样性[50]以及水质[79]都会遭到一定破坏.城市
公园游人踩踏不仅会降低公园土壤有机碳与含水
量,而且会降低枯落物的生物量、破坏自然的植被结
构[80] .城市大面积的草坪提供调节服务和文化服
务,能够调节温度,也是居民休憩、散步、打球、放风
筝的理想场所,但草坪的日常维护需要大量用水和
农药,不仅增加了资源和经济负担,也增加了地表径
流的潜在风险[21] .
城市生态系统的调节服务与文化服务也存在权
衡.例如,城市内部密集的植被虽然在降温增湿中发
挥着重要作用,但同时可能增加夜间城市的犯罪率,
影响城市居民安全[42] .城市森林是一类重要的生态
系统类型,对调节气候、净化空气、涵养水源均有着
重要作用,但缺乏灌木与草地的单调的森林景观往
往会降低其美学与休闲娱乐价值.此外,为增加城市
公园游憩与娱乐功能而铺设的不透水表面会降低植
被地表径流调节的能力[81] .
3 3 研究方法
与其他生态系统服务的研究相似,如何准确量
化与表达城市不同生态系统服务间关系也是当前城
市生态学研究的热点与难点,主要分为以下 4 种
方法:
1)构建关系模型.深入理解生态系统的过程与
功能是分析不同生态系统服务间关系的前提,据此
构建生态系统间关系模型以待进一步验证与应用.
如 Setälä等[76]指出,由于城市人类不同需求对空间
以及资源的竞争,导致不同生态系统服务间可能存
在线性负相关(如开发游乐场与降低绿地面积);而
在城市生态系统中,人对生态系统的主动干预可削
弱原本两种生态系统服务的线性负相关,转而形成
非线性的负相关,如在构建游乐场的同时,可尽可能
保留大面积的绿地并增加娱乐设施,降低文化服务
与支持服务以及调节服务间的尖锐矛盾,这对优化
城市多种生态系统服务有积极意义.
2)现状评价.基于当前城市不同生态系统服务
的评价结果,现状评价是探讨生态系统服务间关系
的一类方法[45,50] .如 Larondelle 等[45]用指标法分析
了欧洲多个城市的生态系统服务,通过制定雷达图
得出:城市的不透水层面积与城市气候调节能力存
在正相关关系,主要原因是城市中心区往往具有更
多林龄较大的乔木,且二者之间的关系在不同城市
以及不同尺度均存在一定差异.此外,也可通过对当
前不同生态系统服务的空间制图直观地展现生态系
统服务间关系[82] .
3)情景分析.基于影响不同生态系统服务的机
制(如土地利用变化、景观格局、政府决策、气候变
化),情景分析是构建不同目标情景并预测未来生
态系统服务间关系变化的一类方法[83-84] .如 Viguié
8201 应 用 生 态 学 报 26卷
等[22]权衡了绿带(greenbelt)、公共交通补贴(public
transport subsidy)以及洪涝灾害带(flood risk zoning)
3种政策驱使下巴黎的生态系统服务状况,得出:降
低城市洪涝灾害的决策尽管会降低洪涝对人安全的
威胁,但也显著增加了居民每天开车出行的距离;以
增加城市公共交通补贴为目标的决策虽然会同时降
低开车出行距离与洪涝灾害的风险,但却增加了城
市面积;城市面积不变、增加绿地面积的决策不仅会
增加开车出行距离,而且会增加洪涝灾害.另外,可
结合计算机 3D⁃GIS技术,直观地展现不同城市景观
格局下不同生态系统服务类型及其关系的变化,为
城市规划与设计提供直接信息[47] .
4)多目标分析.多目标分析往往是综合多个群
体或利益相关者,权衡多种生态系统服务间关系的
一类方法[22,50] .如 Sanon 等[50]综合权衡了奥地利维
也纳罗堡岛在增加岛屿连接度的情景下其水生生物
生境、陆生生物生境、饮用水生产、休闲娱乐几种生
态系统服务的关系,并探讨了不同利益群体的支持
意见,为下一步制定河岸带的管理决策提供了依据.
Viguié 等[22]通过权衡巴黎 3 种不同政策下生态系
统服务状况,得出需要综合考虑 3类决策,才能平衡
不同生态系统服务,使生态、经济、社会环境协调
发展.
构建模型与现状评价是情景预测以及多目标分
析的基础,而情景预测和多目标分析是构建模型与
现状评价的进一步应用,是将生态系统服务间关系
直接应用到城市规划与管理的渠道与手段.
4 城市生态系统服务与人类福祉的关系
1954年,Maslow[85]将人类的需求从低到高分
为:生理需要、安全、爱与归属感、尊重、自我实现、自
我超越 6 个等级水平.2005 年,MEA[14]又将人类福
祉划分为基本原材料、自由选择、健康、良好的社会
关系与安全 5个方面,并详细论述了生态系统服务
与人类福祉的密切关系.不同生态系统服务类型满
足了人类福祉的不同等级需求,支持服务与供给服
务提供了人类生活的基本原材料,调节服务有助于
人类生理健康,而文化服务尤其与良好的社会关系
相关.在城市生态系统中,调节服务与文化服务尤其
对提高城市居民的生理与心理健康有着重要作用.
城市生态系统的调节服务对人类福祉的作用主
要在于提高城市居民的生理健康.如城市植被尤其
是乔木可有效降低洪涝灾害对居民的威胁[37];城市
绿地对空气的净化可以降低由大气污染引起的呼吸
道与心血管疾病发生的概率[66,86],对热岛效应的缓
解可降低热浪对健康的影响[87-88],而对城市噪音污
染的抑制可有效降低其对人体生理以及心理的危
害[15,89-90] .
城市生态系统的文化服务具有社会归属感、群
体认同感、社会凝聚力以及环境教育的重要价值,对
提高城市居民的心理健康尤其有着重要作用[9,18] .
人处在城市环境中的压力,往往大于其处在自然环
境中的压力[91] .城市良好的自然环境不仅可以激励
积极的态度与高效的行为(如乐观、自信、自尊、助
人为乐、克服困难) [92-94],增加社会归属感,营造良
好的社会关系[95],而且可以控制与抑制消极或暴躁
等负面的心理与行为[96] .城市生态系统文化服务对
心理健康的作用也会影响到其生理健康,相比于病
房的窗外是一堵墙面的病人,病房窗外为公园的病
人身体恢复得更快[97] .有研究表明,绿地量与人的
寿命存在显著正相关关系[98] .
5 城市生态系统服务存在的问题与研究展望
5 1 存在问题
当前城市生态系统服务的研究主要存在以下几
个问题:1)由于生态系统文化服务价值的无形性与
非物质性使之较难度量,相比较其他城市类型生态
系统服务的研究,当前文化服务的研究较为滞后,与
其他服务间关系的研究也存在缺陷.2)当前城市生
态系统服务的评价远不能满足社会需求,主要表现
在:评价结果存在很大的不确定性[99];评价内容不
能满足实践者的需求;评价尺度与实践尺度不匹配.
3)与其他生态系统服务相比,城市生态系统服务间
的权衡关系更为显著.尽管如此,与一般生态系统服
务的研究类似,由于不同生态系统服务间存在较大
的复杂性与动态性,当前城市生态系统服务权衡关
系的研究,尤其是量化关系的研究还存在很大欠缺.
4)以往对人类福祉的研究与量化大多侧重于全球
尺度、国家尺度以及区域尺度,而城市尺度上人类福
祉的研究较难被量化,且存在高度的空间异质性,阻
碍了城市人类福祉的研究,也使城市生态系统服务
与人类福祉的关系研究较为欠缺.5)当前城市景观
格局与生物多样性、生态系统功能与过程的研究已
经较为成熟,但与生态系统服务关系的研究还有待
加强,尤其是景观格局对人类福祉的影响研究较为
欠缺,这些研究的欠缺直接阻碍了城市生态系统服
务在城市景观规划与设计中的应用研究.
92014期 毛齐正等: 城市生态系统服务研究综述
5 2 研究展望
针对当前城市生态系统服务研究存在的缺陷,
未来研究应注重以下几个方面:
5 2 1重视城市生态系统文化服务研究 城市生态
系统的不同类型服务中,文化服务对城市居民健康
尤为重要.当前文化服务研究的缺失将影响到城市
的可持续发展目标[5] .因此,未来城市生态系统服务
的研究应加强文化服务的评价与研究.
5 2 2提高城市生态系统服务评价的应用性 为提
高城市生态系统服务评价的有效性与可用性,在开
展评价之前,首先应与相关利益群体充分交流,明确
评价的对象、内容、目的与尺度[99-100];其次,确定评
价方法,合理选择指标,尽可能地量化生态系统服务
的评价终点,如保护某些物种需要的面积、城市外围
防护森林的最低面积、居民对绿地覆盖度的最低需
求等指标;最后,尽可能获取详实的数据,选取合适
的指标与评价方法,增加评价结果的可靠性[9] .
5 2 3加强城市生态系统服务在景观规划与设计中
的应用研究 提高生态系统服务是城市景观规划与
设计的目的,景观规划与设计是增强生态系统服务
的手段.未来城市生态系统服务的研究应密切结合
景观的规划与设计,主要表现在:1)城市景观格局
对生物多样性、生态系统功能以及生态系统服务的
影响机制可为城市景观规划和设计提供理论基础.
例如:保护城市大面积的湿地与植被,构建绿地生态
廊道,是保护城市生物多样性的重要途径;增加城市
绿地的平均斑块面积并降低绿地的破碎化是降低城
市热岛效应的有效手段;增加城市绿地的可达性,可
有效增加人们休闲娱乐的机会,提高绿地的社会文
化功能.2)利用城市生态系统服务的多功能性特征,
合理规划城市绿地的景观组成与结构,构建适应性
与多功能性的绿地景观可以提高城市生态系统服
务、促进城市社会、 经济与环境的可持续发
展[101-103] .3)考虑到城市生态系统服务具有高度的
空间异质性与社会经济属性[33,35-36],可进一步协调
城市不同区域或景观的绿地分布以及后续的管理,
从而降低城市生态系统服务的不公平性.4)将城市
生态系统服务评价与景观格局相结合,评价当前景
观格局的生态系统服务效应,以评测当前景观格局
的优劣;模型模拟并预测未来不同景观格局情景下
生态系统服务的发展趋势,从而选择能够增加生态
系统服务、提高城市可持续性的适应性景观与最优
景观,以为城市景观规划与设计提供直接信息,这也
是当前城市生态系统服务研究的前瞻性问题.
5 2 4开展城市生态系统服务的多尺度研究 城市
生态系统具有较强的动态性,应在时间、空间及组织
结构的多尺度上开展城市生态系统服务的评价研
究,尤其是在多尺度上关注城市景观格局与生态系
统服务的关系,探讨城市景观格局在不同尺度上对
生态系统服务的影响机制,将其应用于不同尺度上
的景观规划和设计,缩短科学研究与实践应用的
距离.
5 2 5加强城市生态系统服务间关系的量化研究
在资源有限的城市生态系统中,量化不同生态系统
服务间的权衡关系,把握不同生态系统服务间关系
的临界点,在可以最大满足人类对某种生态系统服
务需求的同时,不至于令其他服务急剧降低或彻底
消失,有助于城市生态系统的可持续发展.
5 2 6强化城市生态系统服务与人类福祉的关系研
究 城市生态系统服务与人类福祉的关系是城市可
持续性的重要组成部分,未来应综合地理学、环境心
理学、社会学、景观生态学以及城市规划与设计等多
学科的方法深入探讨城市生态系统服务与人类福祉
的关系,特别是区域城市生态系统服务的供给需求
关系对人类福祉的影响[5] .
致谢 感谢郝蕊芳、赵媛媛、刘志锋、孙泽祥、张达对本文提
出的宝贵意见.
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作者简介 毛齐正,女,1984 年生,博士.主要从事城市生态
系统服务研究. E⁃mail: maoqizhenger@ 126.com
责任编辑 杨 弘
33014期 毛齐正等: 城市生态系统服务研究综述