【文献分享】生态系统服务外部性约束下的国土生态空间优化

生态系统服务是动态的，遵循区域之间的特定路径并产生外部性。然而，对这些外部性和生态网络内部机制的研究仍然有限。这些外部性的量化、空间格局和演变尚不清楚，需要进一步研究。本研究利用2010年和2020年的土地利用、地形、降水和社会经济数据，对金坛区国土生态空间（TES）内生态系统服务的外部性进行量化，分析其空间分布和网络传输特征；利用InVEST模型评估生态系统服务的外部性，并将其与生态网络模型相结合，揭示网络结构对外部性流动的影响，提出不同情景下的生态空间优化方案，为区域生态空间优化提供参考。研究结果表明：生态系统服务外部性存在并呈现空间分异，生态源区和生态廊道参与了服务的流动和消散；在此基础上，提出了包含多个场景的生态空间优化方案，为区域生态空间优化提供参考。该研究为生态空间的可持续管理提供了新的见解和方法进步，特别是在优化生态空间结构和确保区域生态安全的背景下。本研究通过阐明生态系统服务外部性的空间动态和网络传递，为生态保护和土地利用规划的明智决策提供支持。

国土生态空间（TES）是指在某一国家或地区，除了农业空间和城市空间，为国家或地区提供重要生态产品和生态服务的领土空间，由不同功能的生态用地、完整的食物链和稳定的生物栖息地组成。生态空间主要包括农业空间和城市空间之外的所有具有生态意义的空间，如森林、草原、沼泽、湿地、河流、湖泊、海滩、岸线、海洋、沙漠、戈壁沙漠、冰川、高山冻土带、荒岛等空间。

TES在为社会福祉提供必要的生态系统服务、保障区域生态安全、提高居民生活质量等方面发挥着关键作用。一个组织完善的工商业TES是支撑区域生存和发展的基石和生态保障领土生态空间（TES）是指在某一国家或地区，除了农业空间和城市空间，为国家或地区提供重要生态产品和生态服务的领土空间，由不同功能的生态用地、完整的食物链和稳定的生物栖息地组成。生态空间主要包括农业空间和城市空间之外的所有具有生态意义的空间，如森林、草原、沼泽、湿地、河流、湖泊、海滩、岸线、海洋、沙漠、戈壁沙漠、冰川、高山冻土带、荒岛等空间。TES在为社会福祉提供必要的生态系统服务、保障区域生态安全、提高居民生活质量等方面发挥着关键作用。一个组织完善的工商业TES是支撑区域生存和发展的基石和生态保障。优化生态空间结构，增强区域生态系统承载力，促进社会经济与生态和谐发展。然而，以城市化、工业化、经济快速增长和人类活动增加为标志的无情的社会发展导致了城市的蔓延，耗尽了TES并损害了其质量。这对人类生存环境和区域可持续性构成了重大威胁。从历史上看，由于不合理的布局、不受控制的开发和不合理的利用，降低了TES，阻碍了区域的进步，导致环境恶化、生态功能退化和福祉降低。在当前的研究中，区域经济发展与环境保护之间存在着微妙的平衡。解决这种平衡已成为一个紧迫的问题。因此，合理优化生态空间结构，保障区域生态安全，实现发展与环境的和谐共生，成为城市规划研究的重要课题。

最近的研究强调了研究区域生态系统服务供需动态的重要性，量化它们的价值，并了解它们与人类活动的相互作用。最近的研究证实，生态系统服务表现出流动性，沿着特定的路径在区域之间流动，并延伸到这些路径之外。这种运动有助于形成生态系统服务流（ESF） 。ESF也有许多不同的定义和理解。一些研究人员考虑到空间流动过程，并将ESF描述为服务从生态系统向人类的传递（称为区域内流动）或不同社会生态系统之间，例如流域、国家或大（全球）区域，或生态系统服务在供需区之间的转移（称为区域间流动）。在此假设下，ESF可分为原位、全向和重力定向。在这种理解的基础上，出现了“远耦合”的概念，用于描述遥远地区生态系统服务的相互联系。由于生态系统服务的空间异质性和流动性，这些服务丰富的地区自然会将其影响扩展到缺乏这些服务的地区。相反，缺乏生态系统服务的地区持续吸引向内流动。鉴于生态系统服务的永久流动性和空间多样性，它们本质上具有外部性。

生态系统服务的外部性是指特定区域内产生的服务对其边界以外区域的影响，具有显著的区域特异性。这些外部性表明，生态系统服务的提供或需求会对其他个人或群体产生积极或消极的影响，而这些影响没有反映在市场价格中。外部性可以表现为积极的或消极的。正外部性代表了原产地外部区域所经历的有益影响，概念为生态系统服务的溢出。相反，负外部性表示外部区域感受到的有害影响，类似于受到损害的生态系统服务的流入。由于内部和外部成本和收益之间的不一致，这种外部性可能破坏特定区域管理政策的有效性。同样，它们也造成了各区域生态系统服务产出和需求的差异。与经济外部性不同，“公共与私人”的概念不适用于生态系统服务。

外部性对社会产生影响，但对造成外部性影响的人没有直接的成本或收益。它们可以是积极的（例如，提高安全性）或消极的（例如，污染）。理解和量化与生态系统服务相关的区域间外部性对于理解生态系统机制和优化区域功能至关重要。外部性代表生态系统服务的区域间流动。为了优化TES，必须考虑到生态系统服务的公共产品属性和外部性，实施非市场控制措施和协作性跨区域优化策略。自然资源管理和土地空间优化导致跨区域TES优化呈增长趋势。

水资源供应服务的量化由于其流量尺度和路径的清晰性，在各种生态系统服务的研究中处于领先地位，产生了大量的研究成果。Guan等人（2016）以中国小红河流域为例，提出了一种基于污染物总量分配模型的流域生态补偿计算方法，以支持区域水环境治理和污染减排。监管服务是最容易发生区域间互动的类型。调控服务流运动机制的表现和量化是生态系统服务外部性研究的一个重要组成部分。例如，Mori等人（2021）利用SWAT模型模拟分析了调洪生态系统服务的时空动态，提出了调洪供需映射方法，对流域调洪服务进行了空间显式分析。目前学术界广泛采用的将价值转换为综合评估多种生态系统服务的方法，促进了不同服务之间的综合评估和可比性；然而，它没有考虑到不同服务的不同移动模式。

总体而言，直接测量生态系统服务外部性大小和空间分布的方法在目前的研究中仍然很少。对于现有的生态系统服务测量技术是否可以用于评估外部性，也缺乏调查。然而，目前还没有普遍接受的方法来确定生态系统服务的外部性。数据不足和研究方法有限削弱了关注生态系统服务外部性的研究。生态空间优化研究与生态系统服务外部性评价存在一定差距。与生态系统服务相关的外部性的量化、空间格局和动态尚不清楚，需要进一步深入研究。指导本研究的主要研究问题是：生态系统服务存在外部性吗？如果有，它们在空间上是如何分布的，它们是正的还是负的？不同的优化方案如何影响生态系统服务的外部性？总体而言，直接测量生态系统服务外部性大小和空间分布的方法在目前的研究中仍然很少。对于现有的生态系统服务测量技术是否可以用于评估外部性，也缺乏调查。然而，目前还没有普遍接受的方法来确定生态系统服务的外部性。数据不足和研究方法有限削弱了关注生态系统服务外部性的研究。生态空间优化研究与生态系统服务外部性评价存在一定差距。与生态系统服务相关的外部性的量化、空间格局和动态尚不清楚，需要进一步深入研究。指导本研究的主要研究问题是：生态系统服务存在外部性吗？如果有，它们在空间上是如何分布的，它们是正的还是负的？不同的优化方案如何影响生态系统服务的外部性？

虽然本研究为生态系统服务外部性约束下的TES优化提供了有价值的见解，但仍有许多有待探索的地方。为了继续推进该领域并解决当前研究的一些局限性，提出了未来研究的几个有希望的方向。

一个值得注意的差距是需要更详细地测量区域之间的生态补偿值。这将涉及量化一个地区通过生态系统服务外部性向另一个地区提供的经济和生态效益。此外，生态系统服务外部性在较长时期内的动态变化值得进一步调查，因为这可能揭示短期观察无法立即显现的趋势和模式。对生态系统服务外部性产生和消散的机制进行深入研究是未来研究的当务之急。这包括改进量化方法以达到更高的精度，开发更复杂的模型以捕捉生态网络的复杂性。此外，将计算的外部性转化为可操作的生态补偿价值将是关键的下一步，从而使理论见解能够应用于实际的保护策略。

未来的研究可以更深入地研究生态补偿价值的量化，这将有助于生态系统服务效益在区域间的公平分配。考察生态系统服务外部性演变的纵向研究可以对所涉及的时间动态提供更丰富的理解。此外，探索实施TES优化计划的社会经济影响，例如创造就业机会或流离失所以及财产价值的变化，将有助于为政策决策提供信息。