2.2.1 研究热点词聚类分析
(1)生态系统服务机制(mechanism of ecosystem service)。包括权衡、生态、概念框架、格局、影响和动机等关键词。生态系统概念框架、结构—功能—过程—服务相互作用机理、不同类型服务之间的权衡关系以及生态安全格局变化驱动力是国外土地利用与生态系统服务研究领域的科学基础。明晰生态系统服务概念框架,从概念本身出发,进行理论分析和科学假设可减少或者避免内涵自身风险[19]。厘清人类如何引起土地系统变化,土地利用变化如何改变生态系统结构和功能,最终影响生态系统服务供给这整个过程对该领域的发展具有重要意义。人类—土地—生态系统相互作用下的政策干预引起各类服务权衡关系发生,主要表现为时间、空间和可逆权衡3种特征[20]。但权衡关系难以定量计算,目前主要以情景分析为主,通过设计不同土地利用情景,分析不同服务之间的权衡关系,找出最佳情景,实现生态系统服务供给量最大,以达到人类福祉提升的目的[21]。不同尺度的生态系统服务格局时空演变成果较为丰富,但引起其变化的影响因素以及驱动机制探索不够深入。影响因素和驱动力因子主要包括外部社会经济因子和内部生态因素,首先找出影响因素,其次明确不同因素的影响程度、范围以及周期。
图2 2002-2019年国内土地利用与生态系统服务领域CSSCI发文数
(2)土地管理与政策(land management and policy)。包括土地利用、管理、政策和科学等关键词。由于全球人口与经济不断增长,气候剧烈变化,生态环境污染问题愈发严重,科学研究与管理决策的互动作用十分重要,提升其实用性是新的挑战。土地利用政策通过改变土地利用方式、结构等直接或者间接影响生态系统服务供给[22],因此开展管理决策变化对生态系统服务影响以及生态系统服务对政策变化的反馈机制研究,有利于社会经济可持续发展。将其运用于生态修复、生态补偿、生态系统服务保育与生态安全格局优化等方面,为国家决策需要提供科学支持[23]。同时,权衡利益相关者的权益、协调各类生态服务之间的关系,提高生态系统服务可持续供给能力,达到社会经济和生态环境协调发展目标,促进人类福祉增进是国际重点议题。
(3)土地利用及景观(land use and landscape)。包括土地利用变化、景观、热带森林、城市化、扩张和乡村城市梯度等关键词。作为全球环境变化的主要成分,土地利用结构、类型、格局变化,改变生态系统结构和功能,影响生态服务供给[24]。由于人类活动干扰愈加频繁,城市化进程推进加快,引起景观破碎、自然半自然生境丧失,是生态系统服务功能退化的主要原因之一[25]。城市是生态系统服务需求量最大的区域,也是影响全球环境剧烈变化的主要区域。目前较多研究将生态系统服务纳入政府决策中,但在景观尺度的发展受到一定阻碍,生态系统服务的供求比在城市景观较少被研究。Kroll[26]等以沿农村—城市梯度东德地区的莱比锡哈勒(Leipzighalle)为例,提出一种量化供求关系的方法,在全球城市扩张加快的背景下,对比农村和生态模式下的生态系统服务供求比有助于景观管理的决策者在资源供求之间实现可持续的平衡,这是该领域需要深入研究的方向之一。土地利用空间格局变化一定程度上影响景观中种群动态以及生物多样性。由于遭受到人类活动干扰,全球范围的热带森林被大量砍伐。通过演替恢复森林使得人类改良的热带景观次生林扩大,次生林成为热带生物多样性的潜在储存库[27]。结合热带森林演替、森林破碎化和景观生态学研究等新兴知识,确定不同尺度下演替路径形成的驱动力机制,应用多元模型解释演替,准确计算出次生林作为生物多样性储存库的潜力,有效提升生态系统服务供给量,为生态修复或者生态补偿机制建立提供借鉴。
(4)生物多样性(biodiversity)。包括多样性、保护等关键词。全球生物多样性丧失、生态系统服务功能退化成为继全球气候变化剧烈之后的国际生态学领域重大科学焦点之一。生物多样性与生态系统服务关系十分复杂,不仅是生态系统过程的调节载体,而且本身也是一种生态系统服务、产品,与其他生态服务产生、供给、分配以及维持存在密切关系[28]。生物多样性丧失影响生态系统结构失衡,引起生态系统服务功能退化,造成人类福祉下降[29]。因此,生物多样性保护十分必要,明晰生物多样性丧失影响因素、制定差异化生态保护政策在一定程度上可有效保护生物多样性[30]。阐明生物多样性—生态系统服务—人类社会福祉相互作用机理,辨析生物多样性与其他生态系统服务之间的权衡与协同关系,采取适宜的土地利用政策手段丰富生物多样性,实现生态系统服务持续、稳定供给,提升人类社会福祉是未来国际研究议题的重点。
(5)评价与指标(valuation and indicator)。包括分类、指标、碳储存、效益、货币单元等关键词。生态系统服务分类、评价指标和模型是研究土地利用与生态系统服务关系的重点。由于生态系统结构的复杂性和功能多样性,尚未形成统一的概念框架和理论体系[31],评价指标表征的侧重点不同,评价结果存在较大差异,目前生态系统服务评估研究存在一定主观性,指标体系和方法模型需要进一步摸索,提高研究的科学性和合理性。目前尚未形成普遍认可的生态系统服务分类体系,针对不同对象、目的划分不同种类,主要是基于功能、价值、需求以及人类福祉进行划分[32]。由最初基于本身功能分类转移到基于人类需求和生态系统服务对人类影响的分类,结合人类福祉划分是该领域的未来趋势。评价模型多样,如InVEST,MIMES,ARIES,SOARE等,相比而言InVEST模型的认可度比较高[33]。碳储存属于核心指标,应用于较多领域,仍是未来关注的重点。将生态系统服务评估结果转化为货币单元形式的经济效益的文献数量不断增加[34],已成为该领域的热点之一。虽然能更直观表征土地利用对生态系统服务的影响量,但主观性较强,一定程度上掩盖了生态学意义,难以揭示深层次的形成过程与机理。因此生态系统服务评估的分类、指标和模型需要考虑到生态系统结构、功能、过程以及人类福祉之间相互作用机理,同时注重决策过程与机理耦合,实现评估实用性和准确性的提升。
2.2.3 国外研究热点述评
总体来看,近年来国外土地利用与生态系统服务研究领域发展已进入成熟期,主要包括生态系统服务机制、土地管理与政策、土地利用及景观、生物多样性和评价与指标等5个方面的前沿主题。在生态系统服务机制方面,生态系统概念框架构建、结构—功能—过程—服务相互作用机理、不同类型服务之间的权衡关系及其驱动机制分析仍缺乏深层次的探究。生态系统服务为何产生权衡与协同特征,为何是非线性的,气候条件、自然资源、人口、经济、区位交通以及人类活动等外在因素如何影响权衡关系,这些问题亟待回答。在土地管理与政策方面,科学研究与管理决策联系较为紧密,决策制定和政策实施涉及多方相关利益者的利益,各方的价值判断和目标存在一定冲突,如何利用生态系统服务研究结果制定实现各方利益最大化的决策至关重要。同时开展决策变化对生态系统服务影响以及生态系统服务对政策变化的反馈机制研究,分析两者之间相互促进与制约关系并扩大其实践领域是未来面临的巨大挑战。在全球城市扩张加快的背景下,比较农村和城市土地利用及景观格局变化差异,分析城市景观尺度的生态系统服务供求比,并研究热带森林演替、森林破碎化过程,有助于景观管理决策者在资源供求之间实现可持续平衡,是未来土地利用及景观主题的发展方向。目前与人类社会福祉耦合的研究不多,缺乏生态系统服务与人类福祉的内在机理认识,阐明生物多样性—生态系统服务—人类社会福祉相互作用机理,辨析生物多样性与生态系统服务的权衡与协同关系,侧重于人类社会福祉提升和社会可持续发展是生物多样性主题的重点。评估分类、指标和模型需注重生态系统结构、过程、功能以及人类福祉之间相互作用机理与决策管理过程耦合,同时加强经济学等社会科学理论引入,构建多学科的综合研究框架,实现评估实用性和准确性提升。
2.3 国内研究热点与前沿分析
2.3.1 研究热点词聚类分析
(1)生态系统服务价值(ESV)。包括洞庭湖区、生态系统服务价值、生态效应、土地利用规划、喀纳斯自然保护区、盐池县、时空格局、景观格局、生态服务、生态修复空间分异以及国土空间等关键词。主要聚焦在生态重要或者脆弱区域的ESV核算、应用实践以及时空格局分异等方面。自谢高地[35]核算青藏高原生态资产价值以及MA报告发表以来,ESV的核算成为国内生态领域热点之一。在工业化和城市化进程的快速推进下,生态环境问题愈发突出,开展ESV核算及相关研究可直观反映国内生态环境本底质量状况,对统筹优化景观格局、科学制定土地利用规划等决策具有一定现实意义。干旱与半干旱生态脆弱区以及湿地等重要的自然保护区土地结构和功能发生重大变化,对生态系统服务产生深刻影响。探究洞庭湖[36]、喀纳斯、盐池县等典型区域土地利用变化产生的生态效应,为生态修复和区域可持续发展提供科学参考[37]。随着国土空间规划战略、生态修复等词汇提出,ESV的应用领域逐渐扩大,如结合ESV、利用方式转化比例和土地面积等指标,提出以生态修复为导向的耕地补偿标准[38]; ESV核算应用到环境影响评价中,从生态效益的角度评估土地利用规划对区域生态环境的影响,从而为建立可持续的土地利用模式[39]。随着科学技术发展,研究ESV空间分异方法和模型逐渐多元化,如用空间统计、热点分析、地理加权回归模型、Costanza模型。
(2)土地利用变化。包括敏感性指数、石羊河流域、土地利用、自然保护区以及土地整治等关键词。主要聚焦在自然保护区景观格局变化、ESV精确性验证手段探索以及如土地整治引起土地利用变化的影响因素等方面。石羊河流域、多类型自然保护区等生态系统蕴含丰富多样的生态资源,由于土地利用变化导致生态系统结构、功能和过程发生紊乱,造成环境问题日益恶化,因此探究区域尺度的自然保护区变化特征和驱动机理是该领域的研究热点之一,为资源可持续利用、生态保护与修复提供科学参考[40]。随着研究深入探索,ESV核算精确性和科学性愈发受到重视。学者利用敏感性指数验证生态系统对各土地利用类型的代表性以及价值系数的准确性,从而提高研究结果合理性。生态系统敏感性指数表征ESV对价值系数变化依赖程度,其值小于1,表明ESV 对VC的变化是缺乏弹性的; 大于等于1,表明ESV相对于VC是富有弹性的。值小于1,研究结果可行,值大于1,则需要进一步修正系数,保证结果具有较好精确性[41]。土地整治与生态系统服务价值存在密切关系,相互促进并相互制约。通过不同地貌类型区域选择不同规模、模式的土地整治工程,改变其土地利用结构和格局,从而改变区域ESV分布[42]。土地整治手段实施引起ESV改善还是下降,与地形地貌是否有一定关联,目前存在一定争议。测算区域ESV供给和需求的空间异质性与匹配情况,从而划分供需匹配类型[43]。通过匹配类型差异,明确侧重的整治方向,采取差异化整治措施从而优化土地整治布局,进一步促进土地整治效益提升。
(3)生态系统服务。包括权衡与协同、时空演变、空间自相关、土地规划、黄土高原、北京、武汉市等关键词。多种生态系统服务之间的权衡与协同关系是生态系统服务研究的热点问题,主要运用RUSLE,CASA和InVEST等模型计算如黄土高原等生态环境面临巨大压力区域的初级生产力(NPP)、食物供给、碳储存、产水量以及土壤保持等服务供给量,并分析各服务之间的权衡与协同关系,对区域的生态建设以及可持续管理决策提供科学支撑[44]。随着人口与经济不断增长,资源过度消耗,城市的土地利用格局变化剧烈,环境问题日益加剧,因此研究北京[45]、武汉[46]等高度城市化区域的生态服务价值与土地利用变化的响应关系,运用空间自相关模型,揭示其内部空间异质特征和时空演变规律,并把结果运用到土地利用规划中,是未来该领域的研究热点之一,在一定程度上可促进区域生态建设发展并为生态环境保护提供决策支持。
(4)生态系统服务功能。包括生态系统服务功能、环境影响评价、生态补偿、生态足迹等关键词。主要集中生态补偿机制构建、生态足迹方法修正以及环境影响评价应用实践方面。生态补偿已成为我国减小区域之间社会经济福利差异、促进人类福祉增进和保障区域生态安全的重要手段[47]。基于外部性理论构建生态补偿标准,并厘清生态系统服务与其之间的关系是关键问题。目前主要集中于农牧业、耕地、湿地、流域、山区、渤海等研究对象进行探讨,方法模型逐渐多元化,包括市场价值法、条件价值法、机会成本、碳税法等。计算生态系统服务的正、负外部性,并构建兼顾多方相关利益者权益、协调社会经济发展与生态保护目标平衡的生态补偿机制是未来的重点[48]。传统的生态足迹模型研究人类需求与生态系统生产供给能力关系,但是难以体现生态系统的整体性[49],引入生态系统服务功能价值理论,对区域土地生态补偿的均衡定价方式进行修正是未来研究趋势。以生态系统服务功能价值理论为基础,定性和定量评价土地利用规划后结构和规模调整的生态效应,有利于生态环境保护目标实现,以及为新一轮土地利用规划提供有益借鉴。
(5)土地生态。包括土地生态、生态功能、生态用地以及天津市等关键词。生态用地是人类生存必需的生态服务空间,数量大小表征区域生态安全和健康状况。受到“京津冀协同发展”和“一带一路”国家战略影响,天津市等城市社会经济发展迅速,建设用地不断扩张,生态用地数量锐减,加之生态环境污染问题加剧[50],因此亟需精确核算其生态资产价值并进行预测。同时,荒地作为重要的生态用地类型之一[51],加大其保护与开发力度,充分发挥土地生态系统服务功能,对促进城市可持续发展和生态环境保护具有重要意义。引入生态系统服务理论划定生态保护红线,科学统筹生产、生活与生态空间,实现土地利用结构优化,是国内研究土地利用与生态系统服务领域实践的重点。
2.3.2 国内研究热点述评
国内土地利用与生态系统服务研究领域起步较晚,但总体发展趋势较快。当前研究内容主题较为鲜明、突出,主题之间衔接紧密,热点主要包括生态系统服务价值评估、土地利用变化、生态系统服务、生态系统服务功能以及土地生态等5个方面。在ESV评估方面,大量研究引入多种模型综合评估高度城市化、生态重要、脆弱区的ESV,并应用于生态补偿、生态修复等现实需求中,对区域生态保护具有一定支撑作用。但国内ESV评估研究也一定问题:评估方法具有不确定性,除经济价值以外的评估如文化服务价值的测算受主观因素影响较强,同时忽略了社会经济以及文化等其他因素的影响。土地利用变化是生态系统服务变化的重要驱动因子,研究自然保护区内土地利用变化引起的生态效应,利用敏感性指数验证ESV核算合理性,结合评估结果调整土地整治规模和模式是国内需要关注的方向。生态系统服务是融合自然—人文等多学科的学术领域,自然科学部分关于生态系统服务价值评估的模型和技术较为丰富与成熟,但关于人文驱动力因素研究仍较少。生态系统服务是核心内容,主要研究高度城市化区域内各类服务之间的权衡关系、时空演变,并运用于土地规划实践中。目前国内研究生态系统服务之间的权衡关系仅局限于两类,3种及以上的服务之间权衡与协同关系值得进一步探索。此外,生态系统服务研究的最终目的是提升人类福祉,因此除了拓展于土地利用规划等实践中,如何延伸至人类福祉的提升等应用指向需重点关注。在生态系统服务功能方面,不断修正生态足迹法,引入生态补偿、环境影响评价等方面的内容,完全反映生态系统服务功能并体现其整体性,有利于生态环境保护目标的实现。然而,生态系统功能属于生态系统的自然属性,生态系统服务则是生态系统功能经过社会经济化的产出,生态系统服务功能属于不规范概念,表明国内对于该研究领域的概念和内涵需要进一步辨析与统一。土地生态是两者的融合体,需重点关注生态用地这一生态服务空间,同时要重视保护与开发荒地,充分发挥土地生态系统功能,对促进生态效益提升具有重要意义。
