基于生态系统服务评估的土地利用优化路径研究

生态系统服务的相关概念最早在20世纪60年代被提出。1997年，Daily将生态系统服务定义为“从自然环境中获得对人类有益的产品和服务”，Costanza 等则强调其为“人类直接或间接从生态系统中获得的收益”，两者共同丰富了生态系统服务的理论内涵，推动了该领域研究的快速发展。2005年，联合国发布的《千年生态系统评估》（MA）报告中，将生态系统服务划分为四类：供给服务（如食物、淡水、木材和燃料等）、调节服务（如气候调节、水质净化等）、支持服务（如养分循环、土壤形成等）和文化服务（如审美、精神、教育与娱乐等）。生态系统服务概念的提出和不断深化，有助于揭示自然与人类社会之间的紧密联系，为实现生态保护与经济社会协调发展提供了理论基础。

土地作为各类生态系统的空间载体，是自然过程和人类活动共同作用的结果，蕴含着大量关于生态结构、功能及其变化的信息。气候变化等自然因素，以及退耕还林还草、退田还湖、城市扩张等人为干预措施，都会直接或间接改变土地类型及其空间格局。土地利用变化不仅影响生态系统的类型、结构和功能，还将深刻改变其提供生态系统服务的能力和方式。其中，人类活动已成为全球环境变化的主要驱动力之一，而“土地利用”正是人类通过生物、技术等手段，对土地进行长期经营和管理的过程。因此，深入理解土地利用变化对生态系统服务的影响，是实现生态环境保护与土地资源高效利用的关键。

在探索土地利用优化路径的过程中，生态系统服务评估逐渐被认为是桥接自然系统与人类需求的重要工具。传统土地利用优化主要以经济效益或土地适宜性为导向，较少纳入生态价值考量。而基于生态系统服务的评估方法，能够将生态系统多功能性量化并融入土地管理与空间规划过程，体现了生态系统服务在人地系统协调中的核心作用。目前，已有多种生态系统服务评估方法被提出，例如市场价值法、机会成本法、影子工程法、碳税法、造林成本法、旅游费用法等基于单位功能价值的经济评估方法，以及将不同形式的能量转化为统一计量指标的能值分析法。这些方法在一定程度上揭示了生态系统服务的经济价值，但在空间表达和优化实践层面仍存在一定限制。而近年来兴起的生态系统服务空间制图技术，依托遥感和GIS等空间数据平台，结合高分辨率信息与生态系统服务模型，可以实现对不同区域生态系统服务的可视化、定量化表达，为土地利用优化提供直观、科学的依据。随着遥感、地理信息系统（GIS）与人工智能技术的发展，获取高时空分辨率的土地利用数据与生态系统服务信息变得愈加便捷。借助空间建模与制图工具，不仅可以分析土地利用变化对生态系统服务供给的时空影响，还可以构建多情景模拟框架，探索不同土地利用策略下生态系统服务的响应机制与演化趋势。一方面，这有助于直观揭示土地利用结构调整对生态环境的作用路径；另一方面，也为建立生态优先、功能优化的土地利用路径提供了决策支撑。

近年来，基于土地利用的生态系统服务评估已成为生态学、地理学、环境科学等领域的研究热点。研究对象涵盖森林、农田、湿地、草原、山地等典型生态系统，研究尺度从国家、区域到流域、城市边缘带不等。这些研究普遍表明，将生态系统服务评估纳入土地利用规划与优化过程，是提升生态环境质量、实现土地可持续利用的重要手段。因此，本文基于国内外相关文献资料的整理和分析，梳理了生态系统服务评估方法及其在土地利用优化中的典型应用，归纳总结不同土地利用情景下生态系统服务响应特征与优化路径，并探讨当前研究中存在的问题与未来的发展方向，旨在为推动土地利用生态化转型和实现生态系统服务可持续供给提供理论支撑与实践参考。

基于土地利用的生态系统服务评估方法

基于土地利用的生态系统服务评估，以土地利用/覆被信息为核心数据源，融合生态学、地理学、景观生态学、社会学与经济学等多学科理论，借助专家知识、公众参与或模型模拟等技术手段，对生态系统服务进行定量化表达，为识别生态功能重要区、评估土地利用调整效应、制定差异化空间管控策略提供了重要技术支撑。早期研究主要以当量因子法为主，但随着土地利用变化复杂性与服务权衡协同问题日益突出，单一静态方法难以满足多尺度、多目标的优化需求。因此，研究者逐步构建基于土地利用的模型化评估路径，不仅丰富了生态系统服务研究方法，也拓展了以服务评估引导土地利用优化路径的研究框架。同时，尽管当量法存在一定不足，其简便性与可操作性仍使其在区域层面的空间优化分析中具有广泛应用前景，尤其是在政策快速响应、生态空间划定、生态补偿测算等方面发挥着基础作用。

目前，针对生态系统服务的评估方法主要包括主观评分法、能值分析法、当量因子法与模型模拟等。其中，前两者多用于理论估算，而当量因子法和模型评估方法已成为最常用于土地利用优化研究中的实证支撑工具。

● 当量因子法评估
当量因子法是最早用于生态系统服务价值评估的经典方法之一。1997年，Costanza等人在《Nature》杂志发表《全球生态系统服务价值和自然资本》，首次将生态系统服务与土地利用数据结合，采用当量因子法对17种生态系统服务进行定量评估。该方法通过构建各类生态系统服务功能的“价值当量”，并结合土地利用类型的空间分布面积进行乘积计算，得到区域生态系统服务总值。其中，当量因子的标准通常是以1公顷农田年产粮食的经济价值作为基准单位，评估不同土地利用类型单位面积所提供的生态服务价值。中国学者谢高地等在Costanza的基础上，根据我国生态地理特征，组织700余名生态专家开展问卷调查，构建了更符合中国国情的生态系统服务当量因子体系，并于2002年、2007年分别发布适用于全国尺度的生态系统服务评估模型。后续研究进一步引入“生物量因子”以修正服务功能的空间差异，假设生态服务功能强度与生态系统的生物量成正相关关系，从而更贴近生态实际。2015年，谢高地团队在原有静态单位面积估算的基础上，引入遥感与GIS分析，构建了具有动态模拟能力的中国陆地生态系统服务价值评估方法，并将原有9项生态系统服务扩展为11项，包括水资源供给与养分循环等，提升了评估的科学性与应用价值。

除中国学者外，Lee等也通过文献计量分析对多个期刊中相关数据进行汇总，修正原有当量参数，使评估结果更具代表性。总的来看，当量因子法以其数据获取便利、计算方法清晰、可与经济价值挂钩等优势，在生态系统服务价值研究中仍具广泛应用潜力，并可为土地利用优化提供直观经济量化支撑。然而，该方法也存在局限，如缺乏对生态系统服务之间相互关系的刻画、忽略服务供需动态及参数更新滞后等问题。例如，李丽等人指出该法对单位面积价值的反映具有较大时效不确定性，Fisher和Turner认为不加区分地加总服务价值可能导致重复计算，张舟等强调当量法忽视社会文化价值，傅伯杰则指出其可能掩盖生态学过程本身的价值内涵。

为了弥补这些不足，近年来学者们通过引入景观连通性、生态过程动态模拟、多服务交互等因素，对当量法不断进行改进。例如：结合谢高地扩展的功能分类体系，加入生态系统间的空间相互作用和服务流动性等指标，从而增强评估结果的空间解释力和应用导向。目前关于景观连通性的研究大多仍集中于单一生态系统服务功能，未来若能将多种生态系统服务的空间联系与综合协同效应纳入评估，将有助于更全面地识别关键生态用地，进而优化土地利用结构与空间配置。

综上所述，当量因子法虽在精细表达与过程模拟方面有所限制，但其在宏观尺度土地利用决策、区域生态补偿、自然资本核算等方面仍具有较高的实用价值。在今后的研究中，需进一步推动其与模型模拟、遥感动态监测等方法融合，提升其在土地利用优化路径识别与政策制定中的支撑能力。

● 基于土地利用的生态系统服务模型评估
生态系统服务模型的不断发展，不仅极大推动了生态系统服务在不同区域、不同生态系统类型中的研究广度和深度，也提升了评估结果的精度与适应性，为土地利用优化路径的定量模拟与情景预测提供了重要技术手段。尤其是在土地利用空间结构调整、功能协调优化与生态补偿机制构建中，模型化评估方法凭借其空间显性特征与参数灵活性，成为当前构建“生态系统服务—土地利用响应—优化策略”耦合路径的关键工具。

随着生态系统服务评估目标日益多元化，现有模型体系不断丰富，目前国际上常见的生态系统服务评估模型包括 InVEST、ARIES、MIMES、SoLVES、EcoMetrix、ESValue、BTUEM、EPM 和 NAIS 等。其中，以土地利用数据为核心驱动变量，面向空间优化管理目标而开发的模型仍相对较少，具有广泛应用潜力的主要是 InVEST 和 ARIES 模型，其次为部分面向局地特定区域构建的 EPM 与 NAIS 模型（见表1）。这些模型的突出优势在于，能够将生态系统服务评估结果空间化表达，结合地理信息系统（GIS）与遥感数据实现多场景、动态、多功能的服务响应模拟，为不同土地利用配置方式带来的服务变异提供可视化支撑，进而为土地优化路径识别与决策制定提供基础依据。

综上，基于土地利用的生态系统服务模型评估方法，不仅为生态系统服务定量化、空间化提供技术手段，更为土地利用优化路径识别、情景构建与方案对比提供科学支撑。其中，InVEST 与 ARIES 模型已成为土地利用优化研究的核心模型框架，可在区域国土空间规划、生态安全格局构建、用地结构优化等场景中广泛应用。然而，当前模型在实际应用中仍存在一定局限：一方面，模型适配性与本土生态系统特征契合度不足，缺乏符合中国区域差异与土地管理需求的本土化评估工具；另一方面，生态系统服务评估与土地利用模拟、空间优化之间尚未形成高度集成的技术体系，难以有效支撑从“评估—模拟—优化—决策”的完整闭环。未来应加强模型的本土化研发与多模型融合，推动构建具备数据驱动、动态模拟与多目标优化能力的一体化评估平台，为生态系统服务导向的土地利用优化路径构建提供更加科学、高效与可操作的技术支撑。

生态系统服务与多研究主题的集成：对土地利用优化的支撑作用

在构建科学、合理的土地利用优化路径过程中，生态系统服务评估不仅作为生态价值衡量的基础工具，更在土地空间结构调整、区域功能配置优化、生态补偿策略制定等方面发挥核心支撑作用。当前学术界已不再仅关注生态系统服务的静态量化评估，而是将其与多种研究主题（如生物多样性保护、景观格局调控、生态系统服务最优化与人类福祉提升）深度融合，旨在通过多维要素集成推动更具系统性、协调性与可行性的土地利用优化路径的生成。

基于大量文献整理与归纳，系统梳理了基于土地利用的生态系统服务评估与多研究主题集成的典型应用路径，并归纳形成以下四类核心集成方向（见表2），以期为构建区域差异化、目标导向型的土地利用优化路径提供理论与技术支撑。

将基于土地利用的生态系统服务评估与上述主题进行有机整合，标志着生态系统服务研究从定量评估阶段向优化调控实践迈进。这种跨学科融合不仅拓展了评估方法的应用边界，也构建了支撑土地利用优化的多维协同机制。未来应进一步强化模型工具与数据平台的集成能力，推进多学科协同、多尺度耦合与政策衔接机制建设，逐步形成“评估—预测—优化—反馈”的闭环式研究体系，推动生态系统服务导向下的高质量土地利用优化路径构建。

未来展望

基于生态系统服务评估的土地利用优化路径研究，从评估方法与集成应用两个层面系统梳理了当前研究进展，指出其在评估精度、模型适应性及集成应用等方面仍存在诸多不足。为进一步提升生态系统服务评估在土地利用优化中的支撑能力，推动区域可持续发展，未来研究应从以下几个方向展开：

（一）完善当量法评估机制，增强其科学性与适用性
当前基于当量法的生态系统服务评估广泛应用于土地利用研究中，但在修正因子的设定上，存在理论假设不清的问题。建议在明确“修正因子与生态服务功能存在线性关系”的前提下进行因子嵌入，避免模型变形缺乏逻辑支撑，影响评估结果的科学性。此外，应关注当量法中因服务重叠造成的重复计算问题，尤其是支持服务作为其他服务的基础环节时，需通过分类剔重或系数修正等方式加以规避，从而提升评估结果的准确性和可比性。

（二）加强生态过程机理的引入，提升服务评估的动态适应能力
目前当量法在生物多样性方面已有一定生态过程的体现，但对调节服务、文化服务等多类型生态系统服务的生态机理考虑仍显不足。未来可从简化生态过程入手，逐步理清不同生态服务间的耦合机制，并构建合理的动态权重或修正因子体系，以提高模型对生态变化和土地利用变动的响应能力。

（三）构建中国特色评估模型，强化模型的本土适应性与政策导向性
现有生态系统服务评估模型（如InVEST）虽广泛应用，但其结构、参数多源自西方国家生态情境，存在本土适应性不足的问题。未来应结合我国土地利用现状、生态过程特征及经济社会背景，开发具有中国特色的评估模型，并推动其在土地空间规划、用途管控、生态补偿等场景中的嵌入式应用。可探索融合社会、经济、文化要素的多维模型体系，增强服务评估对土地利用优化路径构建的决策支持能力。

（四）推动评估方法与多主题融合，强化综合分析工具的集成性与创新性
在生态系统服务与其他研究主题（如景观格局、生物多样性、人类福祉等）耦合分析中，目前主流方法仍集中于相关性检验、多元回归及空间叠置分析等，缺乏面向综合优化目标的系统模型。建议引入多目标决策分析（如多目标规划、层次分析法）、空间多准则决策工具以及智能优化算法，构建多维、动态、面向路径优化的集成分析框架，提高土地利用调控的科学性与精准性。

（五）构建“评估—预测—优化—反馈”闭环框架，支撑路径构建的系统性提升
为更有效支撑土地利用优化路径的构建，亟需打通生态系统服务评估与土地利用预测、模拟、情景分析等模块的逻辑链条，构建覆盖评估、权衡、优化与反馈调整的闭环研究体系。应强化模型间的耦合协同，建立统一的数据平台与模型接口机制，推动生态系统服务评估由静态描述向动态调控转变，实现从“评估服务”到“优化路径”的系统跃升。