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研究背景
气候变化和快速城市化导致城市面临众多的环境问题,对城市居民的健康福祉产生负面影响。由于城市生态系统可以通过提供一系列的服务来应对城市环境挑战,现已成为生态系统服务研究的前沿话题。随着相关研究数量的不断增加,亟需重新回顾以了解现有研究进展和知识空白。然而,目前城市生态系统服务(Urban ecosystem services, UESs)的综述研究主要存在以下问题:(1)仅停留在方法层面,限制了研究者对结果的深入理解;(2)缺乏清晰的方法分类系统,难以追踪和对比评估方法。填补以上空白,将为相关研究人员和从业者提供有益的参考。
针对上述问题,清华大学地球系统科学系(以下简称“地学系”)城市生态研究组系统性回顾了现有的UES量化研究,旨在实现以下目标:(1)梳理全球UES量化研究的发展趋势;(2)揭示研究涵盖的UES类型及相关的生态结构类型;(3)总结现有研究中使用的主要方程和参数;(4)提出未来UES量化研究的发展方向。
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研究方法
研究组采用了国际公认的系统综述流程,检索了包括Web of Science、PubMed、Scopus和中国知网四个数据库中的文献,筛选出了截至2023年12月31日发表的862篇相关研究。研究内容包括提取和分析UES量化研究所涉及的主要生态系统服务类型、使用的量化方法、应用的公式、参数以及评估的生态结构等信息。在对以上信息进行梳理之后,研究组总结了现有UES量化研究的现状、潜在问题和未来发展方向。
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研究结果
研究主要发现:(1)UES量化研究数量的激增与全球分布不均。在时间上,自2015年起,UES研究的数量呈现显著增长态势。在空间上,研究主要集中在欧洲、北美和亚洲,而非洲和南美洲等地的研究数量仍然较少。
(2)大型公共生态结构与调节服务研究占主导地位。城市大型生态结构(如城市的土地利用和城市绿色基础设施)和调节服务(如水源涵养和微气候调节)是最常被研究的对象,而小型生态结构(如私家花园和屋顶绿化)以及文化服务、栖息地服务、负向服务则受到较少的关注。此外,尽管城市蓝色空间(如湿地、河流等)在提供生态系统服务方面有着巨大潜力,但这些空间的量化研究数量也相对较少。
(3)简单方法和公式使用频率高,且大多数参数的数值和来源不明确。本次综述识别出了1130种量化公式和1190种参数,揭示现有研究中多样化的量化方法格局(表1)。研究还发现在UES量化研究中,简单的评估方法和公式一直占据主导地位。超过60%的参数在原文献中并未提供数值或者数值的来源,导致研究结果的可重复性和透明度受到了影响(图1)。
表1 862篇出版物的公式和参数数量统计
图1 862篇出版物的参数来源分布情况
基于上述结果,本文指出了无论是生物物理量评估还是经济价值评估,由于简单的方法有着较低的数据门槛,适合广泛地应用于不同场景,因此使用频率较高。然而,相当一部分的简单方法并没有纳入足够多的影响UES的因素,存在过度简化和泛化的缺点,难以捕捉生态系统长期的动态变化,可能导致量化结果存在一定的不确定性。同时,本文也强调一些简单方法可以降低生态系统服务评估工具的使用门槛,如InVEST模型的许多模块提供了全球用户可用的评估方法,而非仅限于相关专家。
此外,研究还指出依据文献获取参数的方式有利有弊,采用本地化的参数才是量化UES的首选。然而,实际上在参数可获取性较差或者实证研究匮乏的情况下(如一些全球南方地区),大多参数的数值还是会依据同行研究获取,这可能给量化结果带来不确定性。如果无法可靠地获取参数,相关评估模型的优势就难以体现。
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未来发展方向
基于研究结果,研究组提出了四点建议,以推动未来UES量化研究:
(1)现有生态系统服务数据库缺乏对评估方法的系统梳理,特别是在具体的公式和参数方面。需要建立一个开放的UES核算公式及参数数据库,以供研究者和从业者共享和搜索公式、输入数据和地方化的参数值。
(2)在选择UES评估方法时,研究应着眼于方法的适用程度而非复杂程度。然而目前关于不同量化方法的对比研究较为零散。因此,需要进一步系统性开展对UES量化方法对比研究,以更好地评估不同方法在量化UES方面的适用性。
(3)现有的许多量化方法最初并非针对城市生态系统而设计,其在城市环境中的应用可能为结果引入不确定性。亟需开发适用于城市环境,特别是城市小型生态结构(如垂直绿化、私人花园)的生态系统服务量化模型。
(4)研究方法和参数的透明性对于提升研究的可信度至关重要。然而,目前许多研究未能提供所用公式和参数的详细来源。因此,新的量化研究应明确报告所用方法和参数的具体信息,以便于更好地复现和理解量化结果。