基于ES景觀美學服務制圖的城市綠色開敞空間系統構建
——以富順縣新灣片區為例

趙 珂

夏清清

自2000年《歐洲風景公約》及2003年世界自然保護聯盟德班會議，以“超越邊界的利益”為主題，提出“從自然生態的內在保護到其價值的外顯利用”(from inward to outward)的積極生態保護思想轉向[1-2]以來，風景園林領域對城市生態用地的關注從城市綠地擴展到城市邊界范圍內由綠化用地、河流水面、園地、林地和其他非建設用地形成，且包括城市綠地、游憩休閑空間、室外活動空間和場地內的城市綠色開敞空間[3-4]，并促成以保護生態環境的自然屬性、維持生物多樣性、提升風景園林景觀品質、滿足大眾戶外游憩娛樂等需求為目標構建網絡化的城市綠色開敞空間系統，成為“人居環境綠化”的前沿[5-7]。由此，通過生物廊道、環境廊道、風景廊道、游憩廊道等組成的綠地廊道，連接城市地區零散的自然、半自然及人工建設形成的綠地斑塊，構建出生態網絡化綠色開敞空間系統，成為領域關注的熱點[8-11]。生態網絡化的綠色開敞空間系統，從自然生態系統本身出發，將自然生態結構形態與自然生態功能作用通過自然生態過程聯系起來，旨在將城市地區破碎生態環境恢復為一個連續整體自然生態系統[5，11]，保障綠色開敞空間系統具有自然屬性，預期圍繞自然生態系統提供游憩娛樂活動空間。但這種自然生態決定論的方法較少考慮自然生態系統與城市地區人類社會活動之間的內部聯系，容易出現預期游憩娛樂活動空間遠離人口集聚地、不易為人所用的空間不匹配問題[3，12]。

為解決綠色開敞空間系統生態網絡化構建存在的空間不匹配問題，立足于“自然-社會”整體生態系統人類福祉、以“服務”鏈接起自然生態供給和人類社會需求的生態系統服務(Ecosystem Service，ES)概念被引入城市綠色開敞空間系統規劃[13-15]。生態系統服務提供了一個聯系自然與社會整體的“級聯”(cascade)框架[16]，其中，ES供給取決于自然生態系統結構、過程與功能，ES需求反映人類社會受益和價值。它們通過“服務流”的鏈接，級聯起自然生態供給與人類社會需求的匹配關系，為綠色開敞空間系統的網絡化構建提供了新的思路[17]。本文以在城市新區中構建自然生態保護利用與人類社會需求相互匹配的綠色開敞空間網絡系統為目標，剖析生態系統服務中由景觀美學服務流鏈接ES供給與ES需求所形成的級聯框架，遵循其所形成的景觀美學服務“供、需、流級聯”網絡路徑，探討城市新區中綠色開敞空間系統規劃的生態系統服務制圖與權衡方法，為塑造高品質城市人居環境綠化提供重要的系統結構支撐。

1 城市綠色開敞空間系統的景觀美學服務級聯框架

1.1 生態系統服務：級聯自然生態供給與人類社會需求

20世紀60年代以來，在破解自然生態與人類需求的“兩分困局”中，產生了被譽為“理解關于自然資源管理權衡取舍的本能方式”[18]的生態系統服務概念?；凇叭绻麤]有人類的需求，就無所謂服務”的理念，該概念將自然生態系統功能延展為“人類從生態系統中取得的全部收益”，即：立足于“自然-社會”整體生態系統的人類福祉功能，以“服務”鏈接起自然生態系統的供給和社會經濟系統的需求，在尋求自然生態與人類社會之間的供需均衡中，促成人類社會對自然資源的透明、理性消費，進而實現對自然資源的可持續利用和生態環境的永續保護[19]。海因斯(R.Haines-Young)等將ES對自然生態與人類社會的鏈接過程提煉為由生態系統結構(過程)、功能、服務、受益和價值五要素組成的“ES級聯模型”。其中，生態系統結構(過程)、功能反映為ES供給，受益和價值折射人類社會福祉的ES需求[20-21]。

ES供給是一定時空范圍內自然生態系統提供的被人利用的自然資源和服務，分為潛在供給和實際供給2類。潛在供給屬于中間服務，是自然生態系統提供服務的能力，體現生態過程、結構完整性的生態功能。實際供給屬于最終服務，是被人切實消費或利用的產品或服務。潛在供給只有被人利用(有需求、具備可達性)才能轉化為實際供給后成為最終服務。ES需求是人類社會愿意獲得并支持或愿意保護并補償損失的產品和服務，按照不同人類需求所體現的受益和價值，通常分為對有形的物質產品和無形的生態安全維護、景觀文化承載等的需求[22-24]。

1.2 景觀美學服務：以“景觀美”級聯城市綠色開敞空間系統的ES供需關系

聯合國環境規劃署的千年生態系統評估MEA[25]、德國在歐盟發起的“生態系統與生物多樣性的經濟學”倡議TEEB、歐洲環境署制定的生態系統服務國際通用分類CICES，三大世界公認的生態系統服務分類體系共識性地提出：景觀美學服務作為社會文化服務的重要類型，是人類通過視覺感知，從自然生態系統接收到審美愉悅、娛樂體驗和精神歡愉感等的非物質性受益與價值[26-27]，它級聯起自然生態系統的“景觀美”供給和城市居民在展開日常公共活動時對自然環境的“美學”感知需求，是促成城市綠色開敞空間系統網絡化構建的關鍵生態系統服務[28]。

在景觀美學服務的級聯關系中，景觀美學服務供給以自然生態系統生態過程、生態結構的完整性為基礎，以自然生態系統展現的“景觀美”為功能，以具有一定自然環境容納和同化能力為條件，形成對城市綠色開敞空間系統“自然生態”的保護能力；景觀美學服務需求來自保障生活品質需要的人類休閑游憩、康體娛樂、社會交往等日常公共活動，通過視覺感知“景觀美”融入自然生態系統的本能，構成了對城市綠色開敞空間“社會活動”的利用訴求(圖1)。

圖1 城市綠色開敞空間系統中的景觀美學服務級聯關系

1.3 景觀美學服務流：城市綠色開敞空間系統的ES級聯路徑

景觀美學服務的供需級聯關系奠定了城市綠色開敞空間系統網絡化形態成立的基礎，但其最終形成的實現前提是景觀美學服務潛在供給可持續轉化為實際供給，形成生態系統服務流。生態系統服務流是生態系統服務通過載體由供給區向受益區的傳遞過程，對載體的明確與服務流向、流量、傳遞機制的刻畫，所描繪出的生態系統服務流潛在路徑的識別及其實際路徑的表達[29]，是生態系統服務潛在供給從供給區向受益區可持續轉化為實際供給、穩固“自然-社會”整體生態系統空間結構的關鍵。

對于景觀美學服務，“光”作為載體，將自然生態系統產生的“景觀美”在各個方向無偏好地從供給區向受益區傳遞的過程，形成景觀美學服務流的全向路徑能力[30]；流向，即景觀美學服務流的流動方向，遵循“源、匯、用”的傳遞機制[31]，通過刻畫從供給區“源”發出的全向路徑在受到地形、構筑物等障礙物“匯”的阻礙或衰減后還能到達受益區“用”的路徑，描繪景觀美學服務流的潛在路徑；流量，作為傳遞的景觀美學服務功能量，其大小主要取決于人類的需求量，潛在路徑的流量對比是提煉景觀美學服務流實際路徑的重要條件。

景觀美學服務流的全向路徑、潛在路徑和實際路徑，映射出城市綠色開敞空間系統的“反映景觀美學服務全向路徑，挖掘城市綠色開敞空間系統的自然生態系統服務潛能-折射景觀美學服務潛在路徑，評估城市綠色開敞空間系統的社會需求-投影景觀美學服務實際路徑，城市綠色開敞空間系統的權衡構建”級聯框架(圖2)，啟迪形成由“挖掘城市綠色開敞空間系統自然生態系統服務潛能的景觀美學服務供給制圖-評估城市綠色開敞空間系統社會需求的景觀美學服務需求制圖-權衡城市綠色開敞空間系統的景觀美學服務流制圖”三部分組成的城市綠色開敞空間系統構建景觀美學服務“供需流級聯”網絡制圖方法(圖3)。

圖2 景觀美學服務“供需流級聯”框架下的城市綠色開敞空間系統形成

圖3 景觀美學服務“供需流級聯”框架下的城市綠色開敞空間系統構建方法

2 基于景觀美學服務級聯框架的城市綠色開敞空間系統構建的“供需流級聯”網絡制圖方法

2.1 挖掘城市綠色開敞空間系統自然生態系統服務潛能的景觀美學服務供給制圖

在景觀美學服務“供需流級聯”框架中，具有生態過程和結構完整等自然屬性、可能形成城市綠色開敞空間的是全向路徑的ES供給，由景觀內涵的自然性、多樣性、獨特性三大類關鍵指標加以衡量[32-33]，挖掘出景觀美學服務供給區，評估其作為城市綠色開敞空間的自然生態系統服務潛能。

景觀自然性是衡量城市綠色開敞空間系統維持生態過程、結構完整性的關鍵指標，通常根據自然環境的產水產沙生態過程結合生態結構中的水源涵養、水土保持、生物多樣性等功能進行評價[34]。景觀多樣性是對景觀要素構成、空間模式和邊界形狀組成的描述，環境心理學家奧里安(Orian)和烏利齊(Ulrich)等都提出了多樣性對景觀偏好的積極影響[35]，是衡量城市綠色開敞空間系統生態潛能的重要指標。景觀獨特性即經歷時間長河洗禮，留存下來的獨特自然、文化遺跡和名勝，表征地方特色[33]，提供城市綠色開敞空間系統富有根植于歷史的可持續生命力。

2.2 評估城市綠色開敞空間系統社會需求的景觀美學服務需求制圖

景觀美學服務需求制圖是將某一場所吸引城市居民到達展開日常公共活動的社會訴求強烈度，映射為該場所的景觀美學服務需求量。而人類社會需求層面的人口吸引力和人口服務力兩大因素通過影響需求量大小，發現需求量較高、成片的區域作為景觀美學服務受益區，量化評估其作為城市綠色開敞空間的社會需求。

人口吸引力映射某一場所感知景觀美學服務的豐富程度所帶來的對城市居民的吸引力，通過對景觀美學服務供給區的視覺感知累積量加以評估[36]。人口服務力是某一場所展開日常公共活動時對城市居民的服務能力，以該日常公共活動的服務半徑內居民人口數量加以度量[37]。

2.3 權衡城市綠色開敞空間系統的景觀美學服務流制圖

景觀美學服務流權衡制圖是將提取出的景觀美學服務供給區和受益區作為“節點”，將它們之間遵循“源、匯、用”傳遞機制的服務流視覺感知潛在路徑作為“有方向的邊”，建立景觀美學服務“供需流級聯”網絡。根據供給區的景觀美學服務能力大小、受益區反映的景觀美學服務需求量大小、視覺感知潛在路徑流量大小和網絡結構特征的度量，權衡出景觀美學服務“供需流級聯”網絡中重要的節點和邊，構成城市綠色開敞空間網絡系統。

運用科學的方法解構景觀美學服務“供需流級聯”網絡，其中重要的節點在網絡中處于中心性①(與之連接的邊多)。由于景觀美學服務“供需流級聯”網絡是從供給區節點到受益區節點的單方向網絡，相應的采用出度中心(指向其他節點的邊多)度量供給區的受歡迎度，以入度中心(指向該節點的邊多)衡量受益區的合群度。同時，供給區節點和受益區節點及潛在路徑邊上分別有服務能力大小、需求量大小、流量大小等重要性屬性，滿足“節點的重要性既取決于與之連接節點的數量，也取決于與之連接節點的重要性”的特征向量中心性②度量前提條件。由此，測算供給區節點的出度特征向量中心性、受益區節點的入度特征向量中心性與視覺感知潛在路徑流量賦值一起，權衡取舍供給區、受益區重要節點及視覺感知實際路徑，成為城市綠色開敞空間系統網絡化構建的權衡方法路徑。

3 新灣片區城市綠色開敞空間系統構建

3.1 研究區域與數據來源

3.1.1 研究區域

新灣片區面積約10.4km2，位于自貢市富順縣城的西北近郊，緊鄰樂自隆高速和自貢市區二環路連接線，是富順城區西北向出入必經之地，是富順縣中心城區北拓發展核心地。

新灣片區坐落于釜溪河東岸，永通河自東北向西南穿越其中，地勢由東北向西南傾斜，地表丘體錯綜起伏，溪河、溝谷縱橫交錯(圖4)，孕育出河漫灘、小微濕地、河流階地等自然特色景觀。

3.1.2 數據來源

本研究所涉的數據來源包括1:1 000地形圖、1:1 000高清衛星影像、2018年土地利用變更調查、2019年林地變更調查、古樹名木調查、動植物名錄、文物古跡調查、旅游資源單體普查、河道調查、氣象數據、土壤數據、景觀照片等(表1)。

3.2 景觀美學服務“供需流級聯”網絡制圖

3.2.1 景觀美學服務供給區提取

以土地利用地類圖斑折射的景觀斑塊為評價單元，進行新灣片區景觀美學服務供給區的三大類關鍵指標評價。景觀自然性細化為水源涵養能力、水土保持能力和生物多樣性3個子指標[32，38]，運用InVEST相關生物物理模型進行計算；景觀多樣性細化為景觀斑塊植被多樣性、景觀斑塊平面形狀復雜性、景觀斑塊立體形態復雜性3個子指標，分別采用香農多樣性與植被斑塊密度指數、斑塊端點密度與斑塊邊密度指數、剖面曲率與景觀斑塊內地貌線密度指數度量[32，38]；景觀獨特性由景觀斑塊稀有自然景觀擁有量和景觀斑塊獨特文化擁有量2個指數度量[39](表2)。

表1 研究數據組成及來源

表2 新灣片區景觀美學服務供給區提取的三大類關鍵指標賦值

三大類關鍵指標評價結果歸一化后等權重疊加綜合，提取綜合評價結果中估值高與較高且成片的區域作為綠色開敞空間潛能最高的景觀美學服務供給區，集中分布于河谷、溪谷與溝谷。包括溪河流、溪河交匯口、河漫灘、小微濕地、河流階地、河岸山丘、陡坡林等自然程度高或形態多樣化的優質景觀；具有重要涵水保水功能、處于分水嶺交匯處的溝谷源頭山丘景觀，與空間形態獨特、具有文化價值的獨特山丘景觀；歷史遺留下的鹽運碼頭等文化景觀(圖5)。

圖5 新灣片區景觀美學服務供給區提取圖5-1 景觀美學服務供給能力賦值評價圖5-2 景觀美學服務能力高與較高的成片景觀美學服務供給區提取

3.2.2 景觀美學服務受益區提取

新灣片區景觀美學服務受益區提取的兩大關鍵指標中，人口吸引力采用景觀美學服務供給區產生累積視域指標度量[40]；人口服務力按每一場所開展日常公共活動時，其5min步行距離服務半徑內居民人口數量測算[37，41](表3)。

2個指標疊加賦值出的新灣片區景觀美學服務受益區，主要分布在居高臨下、擁有廣闊視域的分水嶺；距離河谷、溪谷與溝谷內密集優質景觀較近的丘頂、丘腰；體驗溝谷整體景觀變換與視覺過渡的溝谷谷彎、溝谷變坡區域。這些受益區較均勻地分布在新灣景觀美學服務供給區外部，支持居民日?；?、均衡化的休閑游憩社會需求，成為城市綠色開敞空間社會適宜性最強的空間(圖6)。

3.2.3 景觀美學服務“供需流級聯”網絡度量

1)“供需流級聯”網絡的中心性度量。

在以景觀美學服務供給區、受益區為節點，視覺感知潛在路徑為邊的“供需流級聯”網絡中，出度特征向量中心性最高的供給區節點主要為地形開敞、受益區視線密集可達的河岸山丘、溪河交匯口供給區，較高的為受益區密集圍繞的山丘、小微濕地等供給區。入度特征向量中心性高與較高的受益區節點主要為溪河交匯口周邊的受益區，具有多個景觀視線流向的溝谷谷彎、溝谷變坡受益區，以及具有中心位置、能無障礙觀賞多個供給區的丘頂受益區。

2)視覺感知潛在路徑的流量度量。

采用重力模型，計算每條視覺感知潛在路徑的引力作為權重，將受益區的景觀美學服務需求量分配賦值為與其連接的多條視覺感知潛在路徑的流量。流量賦值結果顯示，流量高與較高的視覺感知潛在路徑主要分布在兩側為山丘限定的河谷、溪谷與溝谷內，由近、中距離的較高中心性供給區和受益區節點之間流向，與部分較低中心性受益區獲得的近距離流向提供。流量較低與低的視覺感知潛在路徑主要分布在缺乏空間秩序的溝谷與山丘交錯區域，由遠距離連接或中心性較低的供給區和受益區提供。反映出新灣片區視覺感知潛在路徑通達性受視線距離和地形起伏形成的空間限定影響較大(圖7)。

圖7 新灣片區景觀美學服務“供需流”網絡度量

3.3 城市綠色開敞空間系統權衡構建

景觀美學服務“供需流級聯”網絡度量出的出度特征向量中心性，從自然生態供給和人的社會喜好2個方面，權衡景觀美學服務供給區在具有自然生態屬性基礎上受人類社會需求歡迎的程度；入度特征向量中心性從人的社會需求視角，表征人類社會需求一致性的合群度，權衡景觀美學服務受益區自然生態對人類社會活動的服務能力；視覺感知潛在路徑流量從自然供給與社會需求連通的角度，權衡其作為綠地廊道的充分必要性。

表3 景觀美學服務受益區提取的兩大關鍵指標賦值

新灣片區城市綠色開敞空間系統構建中，選取出入度特征向量中心性高的景觀美學服務供給區和受益區作為城市綠色開敞空間斑塊，并根據斑塊密集的成片程度，確定其作為城市公園的級別，形成：密集成片度、出度特征向量中心性最高的河岸山丘、溪河交匯口等景觀美學服務供給區為片區級公園；密集成片度、出度特征向量中心性高的山丘、小微濕地等景觀美學服務供給區為街道級公園；出入度特征向量中心性較高但密集成片度低的景觀美學服務供給區和受益區為社區級公園的城市公園體系。同時，選取流量高的視覺感知潛在路徑為公共綠地廊道，流量較高的為用地內控制的小區綠道。最終形成以各級公園為節點，公共綠地廊道和小區綠道為連接，景觀美學服務供需匹配的網絡狀城市綠色開敞空間系統(圖8)。

圖8 新灣片區城市綠色開敞空間系統權衡構建

4 結論

在城市綠色開敞空間系統網絡化構建的探討中，以“服務”鏈接起自然生態供給和人類社會需求的生態系統服務概念的引入，從理念上拓展了解決從自然生態系統本身出發、以綠地廊道連接綠地斑塊的生態網絡化構建方法容易出現預期結果遠離人口集聚地、不易為人所用的空間不匹配問題的新思路；遵循生態系統服務概念提供的以“服務流”鏈接自然生態供給與人類社會需求的級聯框架，運用網絡科學的中心度量方法，創新性建立由“挖掘城市綠色開敞空間系統自然生態系統服務潛能的景觀美學服務供給制圖-評估城市綠色開敞空間系統社會需求的景觀美學服務需求制圖-權衡城市綠色開敞空間系統的景觀美學服務流制圖”三部分組成的城市綠色開敞空間系統構建景觀美學服務“供需流級聯”網絡制圖方法，不僅將破碎的生態環境恢復為一個連續整體自然生態系統，還促成城市綠色開敞空間系統網絡具有匹配自然生態供給與人類社會需求的內在聯系，推動人居環境綠化“從自然生態的內在保護到其價值的外顯利用”的積極生態保護轉向。

但本研究在適用對象、評價定量方面也存在一定局限：1)所構建的方法主要適用于自然生態環境較優的城市新區，對自然生態價值不高或建設已趨完備的城市區域，適用性較低；2)對景觀美學服務供給區、受益區的定量評價提取，目前采取的是各指標等權重疊加的方式，還帶有先驗主觀性。引入“不依賴先驗知識，以盡可能完備的數據為驅動，從數據中發現規律”的機器學習，從數據中學習出關鍵重要度作為權重，疊合賦值評價，將是本研究后續優化完善的重要內容。

注：文中圖片均由作者繪制。

注釋：

①中心性：表示一個節點在網絡中處于核心地位的程度。

② 特征向量中心性：指網絡中一個節點的重要性，由其鄰居節點的數量和重要性共同度量。