基于文献计量分析的生态系统服务与空间规划交叉研究评述

2019-11-18贾刘耀乐邬建国

中国园林 2019年10期

薛飞贾刘耀钟乐邬建国

1 研究背景

1.1 生态系统服务概念的发展

生态系统的功能、服务和经济价值的相关研究最早可追溯至20世纪60年代中期至70年代早期[1]。1981年保罗·埃尔利希(Paul Ehrlich)等首次在《灭绝》一书中使用了“生态系统服务”以指代人类从自然生态系统中获得的收益，并论述了生物灭绝和生态系统之间的关系[2]。此外，“环境服务”[3]和“自然服务”[4]等词都曾被用于相关概念的讨论中。在对这一概念不断丰富和探索的过程中，“生态系统服务”逐渐成为标准术语。1997年戴利(Gretchen Daily)所编著的《自然的服务：社会对自然系统的依赖》[5]和康斯坦兹(Robert Constanza)研究组发表的《全球生态系统服务和自然资产的价值》[6]，进一步对生态系统服务的类型进行了细分，并将具体服务价值化，奠定了生态系统服务研究与应用的基础。联合国组织的《千禧年生态系统服务评价》[7]和生态系统与生物多样性经济学国际组织(TEEB)发布的系列报告[8]，推动了生态系统服务概念的国际化，使之成为人类追求可持续性的重要工具。随着研究的深入，城市景观的生态系统服务价值逐渐引起了规划设计师、社会学家和生态学家的重视[9]，生态系统服务的研究也扩展到景观生态学和空间规划领域，提高了景观生态学在空间规划中应对社会问题的显著性、可信性和合法性[10]。

1.2 生态系统服务与规划结合成为研究热点

生态设计方法改善了建筑物或场地的环境性能，但是很难对更大尺度的生态过程及其功能服务进行评估与控制。而生态系统服务的方法凭借其1)以空间显式的方式明确景观结构与生态系统服务、功能、供应及价值之间的关系[11]，2)纳入利益相关者[12]，3)结果易理解等优势[13]，成为解决空间规划的有力工具，甚至促进了规划目标从“环境”和“发展”之间的权衡向生态系统保护、恢复和可持续利用的转变[14]。斯坦纳(Steiner)认为：生态系统服务的概念可以帮助理解和描述人们从环境中获得的好处，应用生态系统服务不仅可以辅助特定的设计、规划和管理行动，还能通过知行合一(linking knowledge to action)的途径，为风景园林专业引领人与自然关系的研究与实践带来机遇和挑战[15]。埃亨(Ahern)等提出了生态系统服务的核心指标集，认为多学科交叉和多群体合作，有助于产生新的知识，在城市可持续建设方面具有极大的潜在优势[16]。人类福祉是生态系统服务研究的根本出发点，而区域可持续性则是生态系统服务与规划结合研究与实践的根本目的[17]。相关研究证明，通过规划和设计可以有效提高城市内的生态系统服务和市民的福祉，增强可持续性[18-20]。

但中国的城市规划和城市生态学领域相互影响较小[21]，规划设计与生态系统服务的结合研究仍处于起步阶段，存在着强调价值化和套用国外模式等问题。对这一跨学科研究领域的发展历程、重要节点、应用领域和研究热点尚未清晰。基于此，本文以中文和英文文献检索数据为基础，通过文献计量分析和绘制科学知识图谱的方法，呈现该领域的内在知识结构、发展历程和前沿动态。并结合传统的文献分析方法，对中英文文献进行梳理、对比和解析，探究中外研究的差异与差距，以期为我国生态系统服务与空间规划的深度结合提供有益参考。

2 研究方法与数据来源

图1 中英文文献历年刊文数量及拐点分析图(贾刘耀绘)

知识图谱是以知识域(knowledge domain)为对象，来描绘某一领域科学知识的发展进程与结构关系的一种图像，具有“图”和“谱”的双重性质[22]。目前还没有一种权威软件可以对知识图谱进行完整绘制。多种文献分析软件各有优势[23]：CiteSpace可支持英文(WOS)、中文(CNKI、CSSCI)数据库信息和多种分析功能，并在施引文献的合作图谱(作者、机构)及共现关键词图谱；被引文献的共引图谱(文献、期刊)及共现突现图谱方面有优势。VOSviewer软件能清晰表现中外英文献的共现词聚类和热词密度，HistCite软件则长于英文文献的时序分析。本文利用这3种软件的优势，对相关文献进行较为综合的分析。

为保证文献检索的完整性和权威性，英文文献数据来源于WOS(Web of Science TM Core Collection核心合集数据库)，通过对多个检索式测试，以主题=(“ecosystem services”AND“planning”①)OR(“ecosystem service”AND“planning”)AND语言=(English) AND文献类型=(Article)，检索时间为2018年7月22日开展检索，共得到2 865篇文献数据。中文文献数据来源于中国知网(CNKI)“学术期刊网络版”，检索式以：主题=生态系统服务 and 主题=规划 and (精确匹配)，并限定全部期刊，不限制时间，检索时间为2018年7月22日，经过人工去除新闻、通讯等非论文条目，共得到350篇文献信息。由于CNKI检索记录中缺失引文数据，以同日期的“中国引文数据库”数据，加以人工甄别、清洗，作为引文信息。

3 文献发展概况

3.1 发展脉络

通过对文献刊文量数据进行Mann-Kendall和Pettitt检验②，以寻找中英文文献的增长拐点。结果表明：中英文文献的刊文量自1998年以来持续上升，拐点均只有一处，出现在2006—2007年间(图1)。假设检验中P值均小于0.005，可信度高。联系实际背景，2005年《千禧年生态系统评估》的广泛传播，使空间规划领域的学者意识到生态系统服务可以与规划设计联系，促进了这一交叉领域研究的发展。

3.2 研究主体

通过Citespace对施引机构与作者的分析，发现英文文献中的学术联系较中文文献更紧密。机构合作方面(图2)，英文文献：芬兰赫尔辛基大学、美国斯坦福大学、丹麦哥本哈根大学、瑞典斯德哥尔摩大学和英国的埃克赛特大学中介中心性最高，表明这5所学校在机构合作中起到了重要作用。而中国科学院、德国亥姆霍茨环境研究所、柏林洪堡大学、瑞典农业科技大学及澳大利亚昆士兰大学等作为重要的对接研究机构，为生态系统服务与规划结合研究作出了贡献。中文文献方面，中国科学院、同济大学、中国农业大学资源与环境学院等，在各自内部形成了一定的合作网络，真正跨机构的合作仍显缺乏。

作者合作网络方面(图3)，英文文献的网络化、组团化特征明显，学术共同体特征凸显。中心度较高的学者有研究城市生态及城市公平的Dagmar Haase、研究土地系统规划的Peter Verburg、研究生态系统服务价值化的Erik Gómez-Baggethun、研究生物多样性保护的Belinda Reyers和Berta Martí n-López，以及研究生态系统服务风景园林规划应用的Christian Albert等。而中文文献的作者合作则形成了多个离散的小网络，更大规模、跨地域、跨学科的研究合作有待加强。

图2 CiteSpace中英文文献计量分析比较(钟乐、薛飞、马晗琮、钟鹏绘)

3.3 重要文献

3.3.1 高被引文献

高被引文献反映了已有研究的被关注程度(图4)。英文文献中共引频次最高的4篇文献聚焦于探讨生态系统服务的定义与分类、价值评估和基于生态系统服务的风景园林规划与决策。认为不同的生态系统特征、服务特性及拥有不同学科背景的研究者和不同使用需求者是进行生态系统服务评估的基础[14，24]。生态系统服务和交易的综合评估模型(InVEST)，为模拟不同土地覆盖情景下生态服务系统物质量和价值量的变化提供了空间显式的工具[25-26]；此外，还对风景园林规划和决策的不同尺度[24]及风景园林管理进行了探讨[27]。中文高被引文献则聚焦于生态系统服务的价值化，包含生态系统服务本身的价值评估[28]、价值变化[29]，以及基于生态系统服务价值衍生出的土地利用规划和环境影响评价等[30-31]。比较发现，英文文献中价值化仅作为量化生态系统服务的一种方式，生态系统服务供需的内涵、关系及服务流的调节是研究的重点，并已逐渐摸索出借助生态系统服务进行空间规划及管理的框架。而中文文献显示出：价值化方法“一元化”，在社会问题上的不适用性和难以指导优化方案等问题[32]，难以充分发挥生态系统服务在规划和管理中的潜力。

3.3.2 时序节点文献

利用Histcite软件，选取前50篇英文高被引文献，对直接引用时间序列的网络关系进行分析(图3)得出，A(Ecosystem Services in Urban Areas)[33]与B(Managing Ecosystem Services: What Do We Need to Know about Their Ecology?)[34]是高被引始祖文献。前者证明了城市生态系统服务对当地的价值，后者则对服务的提供者及影响服务的关键环境因素进行了讨论。这2篇文献明晰了生态系统服务在人居环境中的作用以及空间规划作为干预的作用，奠定了生态系统服务应用于空间规划研究的理论与方法基础。后续研究演化出了3个重要的研究方向：1)量化，C(Spatial Scales，Stakeholders and the Valuation of Ecosystem Services)[35]揭示了生态系统服务范围和目标的确定、利益相关者是谁、需要什么服务与服务量的问题；2)保护，D(Global Mapping of Ecosystem Services and Conservation Priorities)[36]开启了生物多样性保护和生态系统服务方面的协同与权衡的讨论；3)管理，E(Mapping Ecosystem Services for Planning andManagement)[37]讨论服务间的权衡、服务分配及供需关系的空间一致性，强调了异质景观对提供生态系统服务及其管理的影响。图3中F、G、H 3篇文章，汇总了前人研究凝练而成的3个新兴方向。F(National Parks, Buffer Zones and Surrounding Lands: Mapping Ecosystem Service Flows)[38]，进一步对生态系统服务源-汇-流的研究，是对供需关系研究的深化；G(From Multifunctionality to Multiple Ecosystem Services? A Conceptual Framework for Multifunctionality in Green Infrastructure Planning for Urban Areas)[13]，验证了生态系统服务在应对多功能绿色基础设施规划中的适用性，找到了将生态系统服务应用于城市风景园林规划的重要媒介；H(Notes from the Field: Lessons Learned from Using Ecosystem Service Approaches to Inform Real-world Decisions)[39]总结了生态系统服务在空间规划中的应用，认为生态系统服务与生计、健康、文化等人类福祉的联系性及反映不确定性两方面均面临挑战。

4 研究应用领域

通过VOSviewer软件对关键词进行共现聚类分析(图4)，可总结出基于生态系统服务结合规划的主要研究与应用方向。分析时将英文文献关键词出现频次设为30，得到33个共现词。聚类结果表现出4个主要研究方向：1)以可持续城镇化为目标的土地利用规划[14，40-41]；2)强调韧性和管理的城市绿色基础设施规划[13，42-43]；3)气候变化背景下的适应性生物多样性保护规划与管理[26，44-45]；4)基于社会-生态系统视角的风景园林规划[46-47]。将中文文献关键词出现频次设为5次，得到37个共现词。结果显示为4类，可归纳为3个主要研究方向：1)土地利用(总体)规划与环境影响评价[30-31]；2)绿色基础设施和生态网络规划[48-51]；3)生态安全格局及生态保护红线划定[52]。

4.1 绿色基础设施规划

绿色基础设施强调绿地的数量和质量、多功能性和生境联系性，其提供的生态系统服务能直接提升安全[48]、基本物质需求[45]、健康[53]及良好的社会关系[43]等福祉。生态系统服务在绿色基础设施规划中的应用包括：1)为规划指标的制定提供量化依据，如西雅图以绿色空间指数约束场地的开发[54]；2)为方案比选提供参考，如生态系统服务来评估欧盟绿色基础设施规划在3种不同情景下的潜力和受益者[42]；3)为项目监测提供评价标准，如SITES评价系统[55]；4)为空间形态设计策略提供科学支撑，如我国江南水网不同空间形态的生态系统服务模拟支撑规划策略[50]。

4.2 土地利用规划

将生态系统服务纳入土地利用规划，提高了规划中保护的重要性，并将服务需求联系起来，有助于实现可持续性目标[56]。其应用涉及：1)通过对主要土地利用类别的效益量化，预测或评价影响[57-58]；2)根据生态系统服务的供需关系，对服务源与汇的空间位置及服务流进行调整，提升可持续性[59]。

4.3 生物多样性保护规划

生物多样性是生态系统服务的基础[17]，并已广泛应用于国内外保护规划的制定过程中[60]。通过生态系统服务的成本效益分析，可以验证保护行动的可行性[61]；也可以通过生态系统服务的评估，探索生物多样性保护与发展的协同与权衡[36，38]。但近年研究发现，生物多样性和生态系统服务之间普遍缺乏空间一致性[44]。因此，将生态系统服务应用于生物多样性保护规划，进行场地置换补偿可以提高多样性和环保效率，促进多目标协同发展[51]。

5 研究热点

通过VOSviewer聚类-时序分析的叠加图(图5)发现，英文文献：城市规划、绿色基础设施、生态系统文化服务等研究近年逐渐升温。中文文献：则由土地利用规划转向风景园林、绿色基础设施和生态安全格局。可见研究重点由自然系统向人与自然耦合系统的转变；研究目标从仅强调对自然资本的保护转向协调生态系统服务供需关系；评估单元由生境-具体过程-局地转变的趋势[62]。这些趋势反映了生态系统服务与空间规划结合在深度和广度上的突破。

同时，差异体现在生态系统服务所应用的规划阶段上。英文文献生态系统服务与空间规划结合的设计框架中包含景观格局的特征化、生态系统服务评估、风景园林规划设计和生态系统服务监测及管理4个部分[11](图6)，中文文献尚聚焦于价值化及规划结果。其原因可解释为：1)我国规划界对人与自然耦合系统的可持续性与韧性研究起步较晚，对“可持续性是一个过程”的认识尚不充分，导致注重规划成果而忽视管理过程的重要性；2)我国的利益相关者参与机制尚不成熟，对生态系统服务的需求还较难获得；3)我国生态系统服务供给能力的开源信息相对缺乏。

综合TEEB[8]、美国国家生态系统服务伙伴组织[63]和Almenar等[11]提出的生态系统服务在规划中的应用框架(图6)，可以发现：除了结合科学研究的进展，深化对景观功能的认知及评估的准确程度之外，空间规划的研究者还需在识别生态系统的服务、情景与权衡分析以及监测管理等方面进一步强化，以突破价值化研究的局限，实现生态系统服务与空间规划真正意义上的结合。1)识别关键的生态系统服务不仅需要科学研究的支撑，更需要补足利益相关者的社会感知制图，尤其在文化服务和调节服务占主导的城市环境中[17]。通过对居民的感知、态度、偏好的调查，不但能找到关键需求，还能促进不同利益相关者的讨论，凝聚共识，定义社会价值热点。2)情景分析能揭示不同规划中生态系统服务变化的可能性[64]，其结果既能为高层级规划提供支撑，也有助于找到各情景下的共识性策略。3)权衡分析通过对比生态系统服务和承载力在时间、空间和可逆性等维度的变化，有助于综合性目标的实现[65]。4)情景分析与权衡分析的综合使用，可以减少未来的不确定性[66]。5)监测管理阶段需要研究者、规划师和居民的共同长期参与。结合实地需求，确定衡量目标实现的指标集，通过对其监测，确定适应性管理与更新方案，并从中获得新的知识[16]。

图3 基于HistCite的英文文献直接引用时序网络关系图(薛飞、马晗琮绘)

6 结语

通过中英文文献的对比分析，两者表现出如下共性：1)均在生态系统服务与空间规划相结合的领域取得了大量成果；2)生态系统服务通过空间显式的方式，为规划、设计、评估和管理提供了依据；3)生态系统服务现阶段主要应用于绿色基础设施规划、土地利用规划和生物多样性保护规划领域；4)人与自然耦合系统逐渐成为研究重点；5)随着框架和工具的完善，生态系统服务在空间规划中的作用和应用不断增强。中文文献与英文文献的差别主要存在于：1)跨组织、跨地域和跨学科的研究合作仍较为缺乏；2)生态系统服务在空间规划中的应用阶段尚局限于价值化和规划设计成果，未能充分发挥其在管理过程中的价值；3)过分强调价值化研究，对生态系统服务源-汇-流及其与人类福祉关系的研究还有待加强。中国在该领域研究具有显著的后发优势，风景园林学者应充分把握这一契机，寻求多方合作、开展深入研究，探索出生态系统服务与空间规划相结合的中国路径，助力人居环境的可持续性建设，共筑美丽中国。