基于ES景观美学服务制图的城市绿色开敞空间系统构建——以富顺县新湾片区为例

赵 珂

夏清清

自2000年《欧洲风景公约》及2003年世界自然保护联盟德班会议，以“超越边界的利益”为主题，提出“从自然生态的内在保护到其价值的外显利用”(from inward to outward)的积极生态保护思想转向[1-2]以来，风景园林领域对城市生态用地的关注从城市绿地扩展到城市边界范围内由绿化用地、河流水面、园地、林地和其他非建设用地形成，且包括城市绿地、游憩休闲空间、室外活动空间和场地内的城市绿色开敞空间[3-4]，并促成以保护生态环境的自然属性、维持生物多样性、提升风景园林景观品质、满足大众户外游憩娱乐等需求为目标构建网络化的城市绿色开敞空间系统，成为“人居环境绿化”的前沿[5-7]。由此，通过生物廊道、环境廊道、风景廊道、游憩廊道等组成的绿地廊道，连接城市地区零散的自然、半自然及人工建设形成的绿地斑块，构建出生态网络化绿色开敞空间系统，成为领域关注的热点[8-11]。生态网络化的绿色开敞空间系统，从自然生态系统本身出发，将自然生态结构形态与自然生态功能作用通过自然生态过程联系起来，旨在将城市地区破碎生态环境恢复为一个连续整体自然生态系统[5，11]，保障绿色开敞空间系统具有自然属性，预期围绕自然生态系统提供游憩娱乐活动空间。但这种自然生态决定论的方法较少考虑自然生态系统与城市地区人类社会活动之间的内部联系，容易出现预期游憩娱乐活动空间远离人口集聚地、不易为人所用的空间不匹配问题[3，12]。

为解决绿色开敞空间系统生态网络化构建存在的空间不匹配问题，立足于“自然-社会”整体生态系统人类福祉、以“服务”链接起自然生态供给和人类社会需求的生态系统服务(Ecosystem Service，ES)概念被引入城市绿色开敞空间系统规划[13-15]。生态系统服务提供了一个联系自然与社会整体的“级联”(cascade)框架[16]，其中，ES供给取决于自然生态系统结构、过程与功能，ES需求反映人类社会受益和价值。它们通过“服务流”的链接，级联起自然生态供给与人类社会需求的匹配关系，为绿色开敞空间系统的网络化构建提供了新的思路[17]。本文以在城市新区中构建自然生态保护利用与人类社会需求相互匹配的绿色开敞空间网络系统为目标，剖析生态系统服务中由景观美学服务流链接ES供给与ES需求所形成的级联框架，遵循其所形成的景观美学服务“供、需、流级联”网络路径，探讨城市新区中绿色开敞空间系统规划的生态系统服务制图与权衡方法，为塑造高品质城市人居环境绿化提供重要的系统结构支撑。

1 城市绿色开敞空间系统的景观美学服务级联框架

1.1 生态系统服务：级联自然生态供给与人类社会需求

20世纪60年代以来，在破解自然生态与人类需求的“两分困局”中，产生了被誉为“理解关于自然资源管理权衡取舍的本能方式”[18]的生态系统服务概念。基于“如果没有人类的需求，就无所谓服务”的理念，该概念将自然生态系统功能延展为“人类从生态系统中取得的全部收益”，即：立足于“自然-社会”整体生态系统的人类福祉功能，以“服务”链接起自然生态系统的供给和社会经济系统的需求，在寻求自然生态与人类社会之间的供需均衡中，促成人类社会对自然资源的透明、理性消费，进而实现对自然资源的可持续利用和生态环境的永续保护[19]。海因斯(R.Haines-Young)等将ES对自然生态与人类社会的链接过程提炼为由生态系统结构(过程)、功能、服务、受益和价值五要素组成的“ES级联模型”。其中，生态系统结构(过程)、功能反映为ES供给，受益和价值折射人类社会福祉的ES需求[20-21]。

ES供给是一定时空范围内自然生态系统提供的被人利用的自然资源和服务，分为潜在供给和实际供给2类。潜在供给属于中间服务，是自然生态系统提供服务的能力，体现生态过程、结构完整性的生态功能。实际供给属于最终服务，是被人切实消费或利用的产品或服务。潜在供给只有被人利用(有需求、具备可达性)才能转化为实际供给后成为最终服务。ES需求是人类社会愿意获得并支持或愿意保护并补偿损失的产品和服务，按照不同人类需求所体现的受益和价值，通常分为对有形的物质产品和无形的生态安全维护、景观文化承载等的需求[22-24]。

1.2 景观美学服务：以“景观美”级联城市绿色开敞空间系统的ES供需关系

联合国环境规划署的千年生态系统评估MEA[25]、德国在欧盟发起的“生态系统与生物多样性的经济学”倡议TEEB、欧洲环境署制定的生态系统服务国际通用分类CICES，三大世界公认的生态系统服务分类体系共识性地提出：景观美学服务作为社会文化服务的重要类型，是人类通过视觉感知，从自然生态系统接收到审美愉悦、娱乐体验和精神欢愉感等的非物质性受益与价值[26-27]，它级联起自然生态系统的“景观美”供给和城市居民在展开日常公共活动时对自然环境的“美学”感知需求，是促成城市绿色开敞空间系统网络化构建的关键生态系统服务[28]。

在景观美学服务的级联关系中，景观美学服务供给以自然生态系统生态过程、生态结构的完整性为基础，以自然生态系统展现的“景观美”为功能，以具有一定自然环境容纳和同化能力为条件，形成对城市绿色开敞空间系统“自然生态”的保护能力；景观美学服务需求来自保障生活品质需要的人类休闲游憩、康体娱乐、社会交往等日常公共活动，通过视觉感知“景观美”融入自然生态系统的本能，构成了对城市绿色开敞空间“社会活动”的利用诉求(图1)。

图1 城市绿色开敞空间系统中的景观美学服务级联关系

1.3 景观美学服务流：城市绿色开敞空间系统的ES级联路径

景观美学服务的供需级联关系奠定了城市绿色开敞空间系统网络化形态成立的基础，但其最终形成的实现前提是景观美学服务潜在供给可持续转化为实际供给，形成生态系统服务流。生态系统服务流是生态系统服务通过载体由供给区向受益区的传递过程，对载体的明确与服务流向、流量、传递机制的刻画，所描绘出的生态系统服务流潜在路径的识别及其实际路径的表达[29]，是生态系统服务潜在供给从供给区向受益区可持续转化为实际供给、稳固“自然-社会”整体生态系统空间结构的关键。

对于景观美学服务，“光”作为载体，将自然生态系统产生的“景观美”在各个方向无偏好地从供给区向受益区传递的过程，形成景观美学服务流的全向路径能力[30]；流向，即景观美学服务流的流动方向，遵循“源、汇、用”的传递机制[31]，通过刻画从供给区“源”发出的全向路径在受到地形、构筑物等障碍物“汇”的阻碍或衰减后还能到达受益区“用”的路径，描绘景观美学服务流的潜在路径；流量，作为传递的景观美学服务功能量，其大小主要取决于人类的需求量，潜在路径的流量对比是提炼景观美学服务流实际路径的重要条件。

景观美学服务流的全向路径、潜在路径和实际路径，映射出城市绿色开敞空间系统的“反映景观美学服务全向路径，挖掘城市绿色开敞空间系统的自然生态系统服务潜能-折射景观美学服务潜在路径，评估城市绿色开敞空间系统的社会需求-投影景观美学服务实际路径，城市绿色开敞空间系统的权衡构建”级联框架(图2)，启迪形成由“挖掘城市绿色开敞空间系统自然生态系统服务潜能的景观美学服务供给制图-评估城市绿色开敞空间系统社会需求的景观美学服务需求制图-权衡城市绿色开敞空间系统的景观美学服务流制图”三部分组成的城市绿色开敞空间系统构建景观美学服务“供需流级联”网络制图方法(图3)。

图2 景观美学服务“供需流级联”框架下的城市绿色开敞空间系统形成

图3 景观美学服务“供需流级联”框架下的城市绿色开敞空间系统构建方法

2 基于景观美学服务级联框架的城市绿色开敞空间系统构建的“供需流级联”网络制图方法

2.1 挖掘城市绿色开敞空间系统自然生态系统服务潜能的景观美学服务供给制图

在景观美学服务“供需流级联”框架中，具有生态过程和结构完整等自然属性、可能形成城市绿色开敞空间的是全向路径的ES供给，由景观内涵的自然性、多样性、独特性三大类关键指标加以衡量[32-33]，挖掘出景观美学服务供给区，评估其作为城市绿色开敞空间的自然生态系统服务潜能。

景观自然性是衡量城市绿色开敞空间系统维持生态过程、结构完整性的关键指标，通常根据自然环境的产水产沙生态过程结合生态结构中的水源涵养、水土保持、生物多样性等功能进行评价[34]。景观多样性是对景观要素构成、空间模式和边界形状组成的描述，环境心理学家奥里安(Orian)和乌利齐(Ulrich)等都提出了多样性对景观偏好的积极影响[35]，是衡量城市绿色开敞空间系统生态潜能的重要指标。景观独特性即经历时间长河洗礼，留存下来的独特自然、文化遗迹和名胜，表征地方特色[33]，提供城市绿色开敞空间系统富有根植于历史的可持续生命力。

2.2 评估城市绿色开敞空间系统社会需求的景观美学服务需求制图

景观美学服务需求制图是将某一场所吸引城市居民到达展开日常公共活动的社会诉求强烈度，映射为该场所的景观美学服务需求量。而人类社会需求层面的人口吸引力和人口服务力两大因素通过影响需求量大小，发现需求量较高、成片的区域作为景观美学服务受益区，量化评估其作为城市绿色开敞空间的社会需求。

人口吸引力映射某一场所感知景观美学服务的丰富程度所带来的对城市居民的吸引力，通过对景观美学服务供给区的视觉感知累积量加以评估[36]。人口服务力是某一场所展开日常公共活动时对城市居民的服务能力，以该日常公共活动的服务半径内居民人口数量加以度量[37]。

2.3 权衡城市绿色开敞空间系统的景观美学服务流制图

景观美学服务流权衡制图是将提取出的景观美学服务供给区和受益区作为“节点”，将它们之间遵循“源、汇、用”传递机制的服务流视觉感知潜在路径作为“有方向的边”，建立景观美学服务“供需流级联”网络。根据供给区的景观美学服务能力大小、受益区反映的景观美学服务需求量大小、视觉感知潜在路径流量大小和网络结构特征的度量，权衡出景观美学服务“供需流级联”网络中重要的节点和边，构成城市绿色开敞空间网络系统。

运用科学的方法解构景观美学服务“供需流级联”网络，其中重要的节点在网络中处于中心性①(与之连接的边多)。由于景观美学服务“供需流级联”网络是从供给区节点到受益区节点的单方向网络，相应的采用出度中心(指向其他节点的边多)度量供给区的受欢迎度，以入度中心(指向该节点的边多)衡量受益区的合群度。同时，供给区节点和受益区节点及潜在路径边上分别有服务能力大小、需求量大小、流量大小等重要性属性，满足“节点的重要性既取决于与之连接节点的数量，也取决于与之连接节点的重要性”的特征向量中心性②度量前提条件。由此，测算供给区节点的出度特征向量中心性、受益区节点的入度特征向量中心性与视觉感知潜在路径流量赋值一起，权衡取舍供给区、受益区重要节点及视觉感知实际路径，成为城市绿色开敞空间系统网络化构建的权衡方法路径。

3 新湾片区城市绿色开敞空间系统构建

3.1 研究区域与数据来源

3.1.1 研究区域

新湾片区面积约10.4km2，位于自贡市富顺县城的西北近郊，紧邻乐自隆高速和自贡市区二环路连接线，是富顺城区西北向出入必经之地，是富顺县中心城区北拓发展核心地。

新湾片区坐落于釜溪河东岸，永通河自东北向西南穿越其中，地势由东北向西南倾斜，地表丘体错综起伏，溪河、沟谷纵横交错(图4)，孕育出河漫滩、小微湿地、河流阶地等自然特色景观。

3.1.2 数据来源

本研究所涉的数据来源包括1:1 000地形图、1:1 000高清卫星影像、2018年土地利用变更调查、2019年林地变更调查、古树名木调查、动植物名录、文物古迹调查、旅游资源单体普查、河道调查、气象数据、土壤数据、景观照片等(表1)。

3.2 景观美学服务“供需流级联”网络制图

3.2.1 景观美学服务供给区提取

以土地利用地类图斑折射的景观斑块为评价单元，进行新湾片区景观美学服务供给区的三大类关键指标评价。景观自然性细化为水源涵养能力、水土保持能力和生物多样性3个子指标[32，38]，运用InVEST相关生物物理模型进行计算；景观多样性细化为景观斑块植被多样性、景观斑块平面形状复杂性、景观斑块立体形态复杂性3个子指标，分别采用香农多样性与植被斑块密度指数、斑块端点密度与斑块边密度指数、剖面曲率与景观斑块内地貌线密度指数度量[32，38]；景观独特性由景观斑块稀有自然景观拥有量和景观斑块独特文化拥有量2个指数度量[39](表2)。

表1 研究数据组成及来源

表2 新湾片区景观美学服务供给区提取的三大类关键指标赋值

三大类关键指标评价结果归一化后等权重叠加综合，提取综合评价结果中估值高与较高且成片的区域作为绿色开敞空间潜能最高的景观美学服务供给区，集中分布于河谷、溪谷与沟谷。包括溪河流、溪河交汇口、河漫滩、小微湿地、河流阶地、河岸山丘、陡坡林等自然程度高或形态多样化的优质景观；具有重要涵水保水功能、处于分水岭交汇处的沟谷源头山丘景观，与空间形态独特、具有文化价值的独特山丘景观；历史遗留下的盐运码头等文化景观(图5)。

图5 新湾片区景观美学服务供给区提取图5-1 景观美学服务供给能力赋值评价图5-2 景观美学服务能力高与较高的成片景观美学服务供给区提取

3.2.2 景观美学服务受益区提取

新湾片区景观美学服务受益区提取的两大关键指标中，人口吸引力采用景观美学服务供给区产生累积视域指标度量[40]；人口服务力按每一场所开展日常公共活动时，其5min步行距离服务半径内居民人口数量测算[37，41](表3)。

2个指标叠加赋值出的新湾片区景观美学服务受益区，主要分布在居高临下、拥有广阔视域的分水岭；距离河谷、溪谷与沟谷内密集优质景观较近的丘顶、丘腰；体验沟谷整体景观变换与视觉过渡的沟谷谷弯、沟谷变坡区域。这些受益区较均匀地分布在新湾景观美学服务供给区外部，支持居民日常化、均衡化的休闲游憩社会需求，成为城市绿色开敞空间社会适宜性最强的空间(图6)。

3.2.3 景观美学服务“供需流级联”网络度量

1)“供需流级联”网络的中心性度量。

在以景观美学服务供给区、受益区为节点，视觉感知潜在路径为边的“供需流级联”网络中，出度特征向量中心性最高的供给区节点主要为地形开敞、受益区视线密集可达的河岸山丘、溪河交汇口供给区，较高的为受益区密集围绕的山丘、小微湿地等供给区。入度特征向量中心性高与较高的受益区节点主要为溪河交汇口周边的受益区，具有多个景观视线流向的沟谷谷弯、沟谷变坡受益区，以及具有中心位置、能无障碍观赏多个供给区的丘顶受益区。

2)视觉感知潜在路径的流量度量。

采用重力模型，计算每条视觉感知潜在路径的引力作为权重，将受益区的景观美学服务需求量分配赋值为与其连接的多条视觉感知潜在路径的流量。流量赋值结果显示，流量高与较高的视觉感知潜在路径主要分布在两侧为山丘限定的河谷、溪谷与沟谷内，由近、中距离的较高中心性供给区和受益区节点之间流向，与部分较低中心性受益区获得的近距离流向提供。流量较低与低的视觉感知潜在路径主要分布在缺乏空间秩序的沟谷与山丘交错区域，由远距离连接或中心性较低的供给区和受益区提供。反映出新湾片区视觉感知潜在路径通达性受视线距离和地形起伏形成的空间限定影响较大(图7)。

图7 新湾片区景观美学服务“供需流”网络度量

3.3 城市绿色开敞空间系统权衡构建

景观美学服务“供需流级联”网络度量出的出度特征向量中心性，从自然生态供给和人的社会喜好2个方面，权衡景观美学服务供给区在具有自然生态属性基础上受人类社会需求欢迎的程度；入度特征向量中心性从人的社会需求视角，表征人类社会需求一致性的合群度，权衡景观美学服务受益区自然生态对人类社会活动的服务能力；视觉感知潜在路径流量从自然供给与社会需求连通的角度，权衡其作为绿地廊道的充分必要性。

表3 景观美学服务受益区提取的两大关键指标赋值

新湾片区城市绿色开敞空间系统构建中，选取出入度特征向量中心性高的景观美学服务供给区和受益区作为城市绿色开敞空间斑块，并根据斑块密集的成片程度，确定其作为城市公园的级别，形成：密集成片度、出度特征向量中心性最高的河岸山丘、溪河交汇口等景观美学服务供给区为片区级公园；密集成片度、出度特征向量中心性高的山丘、小微湿地等景观美学服务供给区为街道级公园；出入度特征向量中心性较高但密集成片度低的景观美学服务供给区和受益区为社区级公园的城市公园体系。同时，选取流量高的视觉感知潜在路径为公共绿地廊道，流量较高的为用地内控制的小区绿道。最终形成以各级公园为节点，公共绿地廊道和小区绿道为连接，景观美学服务供需匹配的网络状城市绿色开敞空间系统(图8)。

图8 新湾片区城市绿色开敞空间系统权衡构建

4 结论

在城市绿色开敞空间系统网络化构建的探讨中，以“服务”链接起自然生态供给和人类社会需求的生态系统服务概念的引入，从理念上拓展了解决从自然生态系统本身出发、以绿地廊道连接绿地斑块的生态网络化构建方法容易出现预期结果远离人口集聚地、不易为人所用的空间不匹配问题的新思路；遵循生态系统服务概念提供的以“服务流”链接自然生态供给与人类社会需求的级联框架，运用网络科学的中心度量方法，创新性建立由“挖掘城市绿色开敞空间系统自然生态系统服务潜能的景观美学服务供给制图-评估城市绿色开敞空间系统社会需求的景观美学服务需求制图-权衡城市绿色开敞空间系统的景观美学服务流制图”三部分组成的城市绿色开敞空间系统构建景观美学服务“供需流级联”网络制图方法，不仅将破碎的生态环境恢复为一个连续整体自然生态系统，还促成城市绿色开敞空间系统网络具有匹配自然生态供给与人类社会需求的内在联系，推动人居环境绿化“从自然生态的内在保护到其价值的外显利用”的积极生态保护转向。

但本研究在适用对象、评价定量方面也存在一定局限：1)所构建的方法主要适用于自然生态环境较优的城市新区，对自然生态价值不高或建设已趋完备的城市区域，适用性较低；2)对景观美学服务供给区、受益区的定量评价提取，目前采取的是各指标等权重叠加的方式，还带有先验主观性。引入“不依赖先验知识，以尽可能完备的数据为驱动，从数据中发现规律”的机器学习，从数据中学习出关键重要度作为权重，叠合赋值评价，将是本研究后续优化完善的重要内容。

注：文中图片均由作者绘制。

注释：

①中心性：表示一个节点在网络中处于核心地位的程度。

② 特征向量中心性：指网络中一个节点的重要性，由其邻居节点的数量和重要性共同度量。