遠程耦合：綠色基礎設施績效評價的空間生態智慧

王云才 劉 玲

1 遠程耦合為GI績效評價提供新思路

在人類社會發展的大多數時期，人與自然相互作用的區域發生在局部尺度，而今隨著全球化、城鎮化進程的加速，跨區域早已實現互聯互通，資源和人類的流動性得到極大增強，出現跨越空間尺度的耦合現象，如污染物的擴散和遠距離人類活動等[1]。為理解這些遠程距離的復雜關系，2013年劉建國等提出“遠程耦合”(社會經濟和環境的遠距離相互作用)的綜合框架，框架由5個相關部分組成：系統、流、相關利益者、原因和影響，其中系統與系統之間通過流進行連接，每個單獨的系統均包括相關利益者、原因和影響(圖1)。該框架研究和解釋多個人類與自然耦合系統(Coupled Human and Natural Systems，CHANS)①的可持續發展問題，這正是生態智慧所倡導“天人合一”思想的重要體現。在遠程耦合的生態智慧引導下，其生態實踐的研究重點包括生態系統服務(Ecosystem Services，ESs)、城鎮化與土地利用/覆被變化、貿易與環境變化等諸多方面[3]。

圖1 遠程耦合框架(作者改繪自參考文獻[2])

綠色基礎設施(Green Infrastructure，GI)的雛形以1850年的城市公園出現為標志，發展至今研究尺度橫跨場地、區域至國土，自下而上包括綠色化的工程設施、綠色空間網絡和國家自然生命支持系統[4]。GI是景觀研究與實踐的重要類型，是ESs的空間載體和供給系統[5]。根據Fisher等[6]對ESs空間特征的認知，GI提供的ESs分為原位型、全向型和定向型，這說明ESs不僅可滿足原位空間的人類需求，也會轉移和流動至遠程空間并實現該區域的人類福祉[7]，這些具有流動性特征的ESs本文稱作非原位ESs(包括全向型與定向型)。基于ESs的GI績效評價是對GI提供ESs的效益能力的度量，目前其研究重點已由供給、需求轉向供需匹配[8]，本文則側重：GI提供的非原位ESs在滿足人類福祉和需求的期望和程度，并以需求效度作為度量標準。

影響需求效度表征的重要因素是認知ESs與人類福祉的空間交互關系。目前對GI非原位ESs與人類福祉關系的研究多集中在以下幾個方面：供需匹配關系[9]、生態系統服務流[10]、生態補償與付費[11]、權衡/協同的利益博弈[12]等，這體現兩者的級聯和反饋響應關系，而兩者的關系研究現已逐步從級聯、反饋響應轉向耦合[13]。對于人與自然耦合關系的研究理論目前主要包括元耦合[14]、近遠程耦合[15]、耦合魔方[16]、耦合圈[17]和遠程耦合[2]等，這些理論對認知ESs與人類福祉的復雜空間交互關系具有很好的解釋價值。其中遠程耦合框架更加強調遠距離空間各要素的耦合關聯，可整合揭示GI非原位ESs供需空間錯位、供需聯動、因果、反饋、利益博弈和生態補償等內容，因此，本文期望通過遠程耦合框架的空間關聯、空間過程和空間協同三方面，為提升GI績效評價的全面性和動態性提供新思路和新視角，這也是遠程耦合在本研究中的核心價值。

1.1 遠程耦合是解決空間關聯的生態智慧

生態智慧的整體環境觀要求系統性看待因GI非原位ESs流動而產生的空間分異，理解空間并不是孤立存在而是具有系統性、關聯性的特征[18]。遠程耦合是運用整體環境觀來揭示空間分異性的生態智慧，根據流的方向，將系統定義為發送系統、接收系統和外溢系統(圖1)。發送系統是起點和來源，接收系統是目的地和接收者，外溢系統是由發送系統和接收系統相互作用產生影響的系統，各系統的數量可以是0～n，這取決于研究內容的時空復雜程度[2]。遠程耦合的三大空間系統相比生態系統服務的供需空間，強化了供需的運動方向和外溢特性，如在內蒙古防風固沙服務研究中，運用HYSPLIT模型模擬空間流動，發現該服務的接收系統不僅包括我國東北和北部地區，還對我國中南部及朝鮮、韓國、日本、蒙古、俄羅斯等周邊國家產生外溢效益[19]。

對于GI非原位ESs來說，遠程耦合可以認知不同服務類型的發送起點和接收終點的空間差異性，如GI是防風固沙服務的發送系統也是旅游服務的接收系統；認知流的傳輸由發送系統提供的潛在供給和潛在需求到達接收系統的實現需求量具有數量差異性；外溢系統是由自然特性或人力驅動而產生的空間，它與接收系統或需求空間并不完全重合，其產生的效益或影響也更容易被忽略，因此最大化積極的外溢效益和最小化消極的外溢影響是認知外溢價值的目標[20]。

1.2 遠程耦合用“流”揭示空間過程的生態智慧

生態智慧的動態發展觀要求動態地看待GI非原位ESs的流動性，理解該服務并不是靜止不變而是會通過流的傳輸和轉移將服務外溢至遠程空間的特征[18]。遠程耦合是運用動態發展觀揭示空間流動過程的生態智慧，通過流耦合發送系統、接收系統和外溢系統，流方向具有單向、雙向和多方向，流路徑可傳輸物質流和非物質流，如物質、信息、能量和價值等內容(圖1)。遠程耦合通過三大空間系統和流整合揭示GI非原位ESs的“供給-流-需求”全空間過程，流是遠距離空間關聯的核心，如在德國的洪澇調節服務研究中，德國的上游國家為德國提供的洪澇調節服務占全國總額的64%，而德國40%的洪水調節服務又會通過河流傳輸到其下游國家[21]。通過遠程耦合的視角揭示各類流的空間方向、空間通道和空間過程的耗散與增益等是需求效度評價的關鍵。

1.3 遠程耦合用“效度”表征空間協同的生態智慧

生態智慧強調人與自然和諧共生，認知人與自然在空間上的耦合關系，運用客觀自然規律和生態原理法則，調控相互關聯的人與自然空間的結構和流動過程，實現空間協同和永續的人類惠益[22]。遠程耦合是運用空間之間的因果關系及相關利益者來反映空間之間復雜非線性關系的生態智慧，原因和影響構成不同空間耦合關聯的因果，相關利益者是系統之間促進或阻礙耦合關聯的行為主體(圖1)。通過揭示影響三大空間系統的原因和驅動力，并對應不同空間產生的消極或積極的影響，以響應和反饋供需關系的變化，同時可構建多情景供需匹配的模擬，以此來提升供需匹配的程度，實現供需空間協同。在南水北調的淡水服務研究中，以接收系統河南、河北、天津和北京為例，調水原因是我國南北方水資源和人口分布不均和北方地區水資源匱乏等，為北方帶來供給農業灌溉用水和經濟實現增長的積極影響，同時帶來生物入侵和水營養物質增加等負面影響[23]；通過分析并結合相關利益者消除由調水帶來的負面影響，為推進淡水服務更好地滿足接收系統的需求并實現空間協同提供研究基礎。

2 理論支撐：生態系統服務成為表征GI績效評價的有效途徑

2.1 GI績效評價的局限性

GI績效評價自2010年開始出現[24]，其評價內容延續了可持續場地倡議(Sustainable Sites Initiative，SITES)和景觀績效系列(Landscape Performance Series，LPS)的評價體系，基于社會、經濟和環境3個維度構建可持續的評價框架。同時美國風景園林基金會(Landscape Architecture Foundation，LAF)和北京林業大學鄭曦教授工作室基于可持續發展理念分別創建了景觀績效評價的在線平臺②，通過對自然保護區、濕地、城市綠地、鄉村等GI類型的案例調查研究展示績效指標和量化方法的應用，為風景園林項目的循證實踐提供重要借鑒。但當前的評價體系以小尺度風景園林空間對人類福祉的實證為主[25-26]，因此并不能直接度量非原位ESs與人類福祉的復雜交互關系。

本文側重基于ESs的GI績效評價，評價體系也是影響需求效度表征的重要因素。什么樣的評價體系和量化方法可以測度遠程耦合框架下GI非原位ESs供需的空間關聯、空間過程和需求效度？

2.2 生態系統服務支撐下的GI績效評價

ESs自20世紀90年代提出，其定義是為人類福祉提供直接和間接的惠益[27]。GI及其績效評價與ESs具有緊密的聯系，為人類提供供給、調節、文化和支持服務是其核心和基礎的作用[28]，同時GI績效評價自提出便參照ESs的評價體系并以ESs為理論基礎[29]，通過ESs的量化指標表征GI績效的能力。

ESs理論及其評價體系可以作為GI績效的評價支撐和參照，通過以下三方面有效表征GI非原位ESs的需求效度。首先，根據ESs的承載力與利用程度，將供給分為潛在供給和實際供給，根據人的主觀意愿和滿足程度，將需求分為潛在需求和實現需求③，并通過ESs供需量化的方法和模型給予評價；其次，通過連接ESs供需的生態系統服務流認知GI效益的流動和分配機制，量化以GI為源產生的供給流和由人類自主移動至GI滿足自身需求的需求流；最后，通過ESs“供給-流-需求”全過程的評價體系和不斷發展的耦合模型和方法為GI績效評價提供量化途徑，真實反映GI效益的服務能力。

由此，本文基于ESs的GI績效評價將遠程耦合的空間認知框架和ESs的理論和量化方法有機結合，形成GI非原位ESs需求效度表征的重要基礎。

3 技術框架：遠程耦合解決GI績效評價的邏輯思路

遠程耦合為GI非原位ESs供需在空間關聯、空間過程和空間協同的認知提供了新視角，ESs的理論和量化方法為GI非原位ESs供需的識別和測度等提供了理論支撐和量化途徑，最后將兩者進行技術銜接，共同提升GI績效評價的動態性和全面性，重構GI績效的技術框架和實施框架(圖2)，這也是研究的核心目標。

圖2 GI績效評價的技術框架(作者繪)

1)遠程耦合框架重新認知GI績效評價的空間。在GI自然系統、流和人類系統三大空間的基礎之上將發送系統、接收系統和外溢系統融入GI自然系統和人類系統之中。當GI為非原位ESs的起點時，GI是發送系統，人類系統是接收或外溢系統，如氣候調節。當人類系統是非原位ESs的起點時，人類系統是發送系統，GI是接收或外溢系統，如生態旅游。流空間是非原位ESs傳輸供給流和需求流的路徑和通道。

2)ESs的理論和評價體系作為表征GI需求效度的重要理論和量化途徑。將GI產生的非原位ESs分為潛在供給和實際供給并分別測度，其中潛在供給所在的空間是GI發送系統，實際供給所在的空間是人類系統中的接收或外溢系統。將對GI產生遠程需求的類別分為潛在需求和實現需求并分別測度，其中潛在需求所在空間是人類系統中的發送系統，實現需求所在的空間是GI的接收或外溢系統。流的測度分為供給流和需求流。

4 基于遠程耦合的GI績效評價的實施框架

4.1 遠程耦合的空間系統實現GI供需匹配

4.1.1 供需空間匹配

GI為發送系統時，GI就是研究對象和供給源，接收和外溢系統是人類系統。供給流耦合GI發送系統和人類系統中的接收和外溢系統，供給流可分為全向型和定向型。全向型和定向型的服務效益向外擴散，由此會產生2種供需關系：接收系統與流動區重合、接收系統與流動區分離(圖3)。全向型供給流多受到自然條件的影響，當與接收系統分離時，應充分認知流動機制并人為改變GI格局從而實現全向型供給流覆蓋接收系統。定向型供給流可受到人為和自然條件2種因素的影響，當與接收系統分離時，應充分認知流動機制并人為改變GI格局和流動區域內的地表環境引導實現定向型供給流覆蓋接收系統。因此，GI非原位供給流實現供需匹配的關鍵是流動區是否覆蓋接收系統。外溢系統是流動區減去已被覆蓋的接收系統后的范圍，驅動供給流流向接收系統減少外溢和耗散是研究重點。

圖3 GI非原位ESs供給流的空間特征(作者改繪自參考文獻[30])

人類系統為發送系統時，接收和外溢系統是GI自然系統。需求流只有定向型，人類本體由人類系統定向流動到GI自然空間中滿足自身需求。兩者供需匹配的實現受到多重要素的影響，如個人和群體的收入、社會背景和偏好，GI對人類的吸引力和需求流動通道的便捷性等。因此，GI非原位需求流實現供需匹配的關鍵是激發潛在需求和提升GI吸引力等。

4.1.2 供需數量匹配

通過馬琳等[30]和顏文濤等[9]對潛在供給、實際供給、潛在需求和實現需求在數量關系上的認知，結合供需空間匹配與調控，總結為3種調控關系：共同調控GI自然系統和人類系統、調控流空間和無須調控。

1)調控GI自然系統和人類系統。當潛在供給=實際供給且潛在需求＞實現需求時，GI所提供ESs供給利用充分且流路徑通暢但仍不能滿足潛在需求，需從GI格局、質量等方面調控同時改變需求結構。當潛在供給＜實際供給且潛在需求＞實現需求、潛在供給＜實際供給且潛在需求=實現需求時，對GI所提供ESs過度利用，需調整需求結構同時對GI格局進行修復提高其供給能力。

2)調控流空間。當潛在供給＞實際供給且潛在需求＞實現需求時，需認知供需空間流的過程機制，提升傳輸與分配效率。

3)無須調控。當潛在供給＞實際供給且潛在需求=實現需求時，是供需匹配最優狀態。當潛在供給=實際供給且潛在需求=實現需求時，雖暫時無須調控，但需要緊密關注需求變化而突破潛在供給承載能力的情況。

4.2 遠程耦合的路徑系統實現GI供需分配

流是連接各空間系統之間的橋梁，不同的橋梁具有不同的路徑、載體、傳播范圍和分配方式等。遠程耦合中的路徑系統揭示ESs從產生、流動到最終使用的全過程，而連接供給和需求的空間流則是鏈條中的核心環節[31]。根據千年生態系統服務評估報告(MA2005)中的分類，選擇出10種GI具有流動性特征的非原位ESs，其中以GI為發送系統會產生供給全向型和定向型2種服務和流，以供給和調節服務為主：防風固沙、空氣質量調節、氣候調節、淡水供給、洪澇調節、水質凈化、授粉；以人類系統為發送系統會產生需求定向型服務和流，以文化服務為主：美學價值、教育價值、消遣和生態旅游。通過認知特定服務流的特定分配方式，實現滿足需求目標的GI供需分配。

1)全向型供給流是根據其自身屬性和自然力量的驅動等流動到外部空間的過程與現象。通常由風、氣等非生物因子作為載體，具有物質性、流動范圍廣、邊界不清晰、不受空間尺度影響和衰減[30]等特征(如氣候調節、防風固沙服務)。

2)定向型供給流是根據其自身屬性、自然和人為的力量驅動等流動到外部空間的過程與現象。通常以水為非生物因子載體，具有物質性、流動范圍固定、邊界清晰、受空間尺度影響和衰減等特征(如洪澇調節、淡水供給服務)。

3)定向型需求流是人類本體或通過載體流動到GI空間當中滿足自身需求的運動。通常由人造載體、虛擬載體等轉運人類本體或信息，具有物質性或非物質性、流動范圍廣、不受空間尺度影響和無衰減等特征(如實體文化服務和虛擬文化服務)。

4.3 遠程耦合的交付意愿實現GI的利益博弈

遠程耦合通過空間和路徑系統實現供需匹配和分配，通過各系統中因果關系和相關利益者進行動態監測與反饋，實現永續人類福祉。遠程耦合對空間關聯的清晰認知為生態補償的研究提供基礎，將GI發送系統確定為生態受償區，服務的流動覆蓋區確定為生態支付區，根據流方向、路徑和流量確定補償方向和補償量等內容，最后通過市場替代法、支付意愿法等進行價值核算[32]。實現生態受償區和服務提供者、生態支付區和服務受益人在ESs的供需交易上實現正和博弈、互惠共贏與可持續發展。

4.4 遠程耦合支持下的GI績效評價的實施框架

在遠程耦合框架和ESs理論及量化方法結合的技術框架指導下，深化GI績效評價的實施框架，該框架共分為4個步驟：認知GI關鍵ESs，識別、測度和制圖GI關鍵ESs的全過程，反饋GI需求效度，GI優先級識別和重點調控(圖4)。

圖4 GI績效評價的實施框架(作者繪)

4.4.1 步驟1：認知GI關鍵ESs

認知GI關鍵生態系統服務主要分3步：確定GI的研究范圍、識別GI空間和確定GI關鍵非原位ESs類型。確定GI的研究范圍是確定GI所處的研究尺度(地方、城市、流域、區域等)；識別GI空間是在研究范圍內所有GI空間的識別，為GI績效評價提供空間基礎；最后確定GI非原位的關鍵ESs類型，這是應對關鍵性和緊迫性生態風險和滿足遠程空間人類需求的關鍵步驟。

4.4.2 步驟2：識別、測度和制圖GI關鍵ESs的全過程

GI關鍵ESs全過程的認知包括三部分：發送系統、供需空間流、接收系統和外溢系統。發送系統由GI潛在供給和人類系統中潛在需求組成，接收和外溢系統由GI中的實現需求和人類系統的實際供給組成，供需空間流是對雙向流的流量、流向、流速、流邊界和分配模式等的量化。

4.4.3 步驟3：反饋GI需求效度

GI提供的非原位ESs最終是為人類所使用和消費，ESs與需求在空間和數量上的匹配程度需要需求效度的表征。供需空間匹配以測度發送系統、接收系統、外溢系統和流動區的空間匹配為研究重點，供需數量匹配以潛在供給、實際供給、潛在需求和實現需求的數量匹配為研究重點。

4.4.4 步驟4：GI優先級識別和重點調控

GI自然系統、流和人類系統是調控供需匹配的空間，識別提高GI績效能力的空間優先級，對提供潛在供給的GI、供需流空間、潛在需求的人類系統的優先空間進行重點調控。其中GI空間的調控主要通過景觀格局、景觀過程、景觀質量等方面，流動空間的調控主要通過流量、流向、流速等方面，人類系統的調控以需求結構等為主。

5 結語

綠色基礎設施是提供多種生態系統服務的風景園林研究和實踐的典型代表，人類期望從綠色基礎設施中尋求更多的服務，以滿足自身不斷增長的需求。綠色基礎設施非原位生態系統服務具有強大的流動性和外溢能力，并與人類福祉需求呈現非線性交互關系，如不能認知兩者的復雜運作機制，綠色基礎設施所提供的非原位ESs與價值將被極大的低估。

研究創新性的運用遠程耦合的視角及其框架與生態系統服務的理論和量化方法相融合，重新構建以綠色基礎設施為研究對象、需求效度為評價標準的績效評價新框架，是一次突破性的全新嘗試。以此構建的技術框架和實施框架為GI績效評價提供范式框架，而針對GI特定生態系統服務的績效評價體系和測度方法的選擇是本文進一步研究的難點。本文旨在尋求能夠更好詮釋復雜風景園林系統的科學方法，以此推動專業循證實踐的不斷發展。

注釋：

① 人類與自然耦合系統是人類與自然的不斷相互作用。遠距離自然系統之間相互作用和遠距離人類系統之間相互作用再耦合，便是多個人類與自然耦合系統的遠程耦合[1]。

② 景觀績效評價在線平臺(https :// www.landscapeperformance.org)，景觀績效評價系統在線平臺(http://www.lpes.com.cn)。

③ 潛在供給是GI可以長期提供效益的能力，實際供給是人類實際接收的效益；潛在需求是人類系統中人類從GI中已獲得的需求和尚未滿足需求的總和，實現需求是人類從GI中已滿足的需求。本文中實際供給和實現需求滿足需求的空間不同，但兩者含義相同。