国土空间规划的生态服务价值评估和方案优选——基于“土地利用+生态效能”的双维复合视角

牛强，伍磊，刘悦，张伟铭，李皓晟

（1. 武汉大学 城市设计学院，湖北 武汉 430072；2. 武汉市自然资源保护利用中心，湖北 武汉 430014）

在生态资源环境约束趋紧的背景下，人类社会的可持续发展离不开生态的保护[1]。党的十八大提出了社会主义现代化建设“五位一体”的总体布局，生态文明建设被置于突出地位，成了新时期讨论规划逻辑的起点与基点[2]，亦是国土空间规划体系构建的核心价值观所在[3]。因此，在规划方案中涉及诸多生态保护相关的管控指标，如建设用地规模、生态保护红线、森林覆盖率、湖泊水体覆盖率、公园绿地面积[4]等，然而对管控产生的生态效益还缺乏系统、综合的评估。鉴于规划方案评估能够为规划决策提供支持、显著提高规划方案的科学性与有效性[5]，国土空间规划生态评估方法的缺失，不利于国土空间规划的多方案比较，难以支撑生态保护方案的制订、决策和权衡保护与发展关系，相关研究亟待展开。

生态系统服务价值（ecosystem service value，ESV）是生态学领域衡量区域生态系统质量的重要指标，而近期利用ESV 定量评估土地利用变更引起的生态效应已成为研究热点[6]。从调节服务、支持服务、供给服务、文化服务等方面全方位衡量生态环境的质量，并将其转化为货币单位，便于生态与经济、社会等多要素对比，实现全域空间要素统筹，为空间规划的生态效益评估提供了新思路。

为此，本文首先整理前人研究，在仅考虑土地利用类型的生态服务价值传统评估方法基础上，加以生态服务效能修正，以期更契合实际原理。其次，从“土地利用类型”“生态效能”两个维度解构规划方案对区域生态服务价值的影响，探索面向国土空间规划的、易普及的ESV 评估与方案优选方法。最后，以武汉市法泗街道为例展开实验，构建分析模型并设置多种方案情景模拟以优选优化。研究一方面拓展了生态服务价值方法的应用范畴，即由评估过去和现状拓展到预测未来；另一方面也有助于较为直接地衡量国土空间规划的生态效益，彰显规划生态理念。

1 双维复合视角的生态服务价值评估与方案优选的原理

1.1 “土地利用类型+生态效能”双维复合视角的原理

生态系统服务（ecosystem service，ES）关联生态系统与人类福祉，是优化国土空间、推动规划决策更加符合生态文明理念的重要工具[7]。而生态服务价值是衡量区域生态系统服务并量化为货币单位的重要指标[8]，常见有市场价值法、影子工程法、生产率法等。随着COSTANZA[9]在Nature上发文明确了ESV 的估算原理与方法后，其评估方法逐渐成了学界研究和应用的热点。谢高地等[10]则针对中国自然社会环境做出了适应性调整。生态服务价值评估可用于预测用地类型变更产生的生态服务价值变化[11]，契合国土空间规划全域空间要素管控的理念，故研究是在此方法基础上的改进。

然而，上述ESV 测算方法仅整理出宏观视角下各类土地利用类型的平均价值当量，而忽略了生产条件、环境水平等潜在影响因素所带来的同类用地生态服务效能的异质性，不适用于国土空间规划图斑级的比较研究。例如，戴文远等[12]认为，高覆盖度林地的生态服务价值应与低覆盖度林地有所区别；谢高地等[13]认为，生态系统具有的生态服务功能及价值量应受到土壤保持、降水、地形坡度、土壤质地等客观因素的影响。上述证明，生态服务价值不仅受到地块土地利用类型的影响，还与地块的生态服务效能（即同土地利用类型下生态服务价值差异的主导因素，如植被水平、环境污染、土壤质量等）密切相关，故需结合一定的空间修正[14]。

本研究基于生态服务价值评估的“土地利用类型+生态效能”这一双维复合视角，在传统评价方法基础上围绕影响生态服务效能的关键因素，构建效能修正指标体系，对土地利用类型相同的空间予以异质性修正。

1.2 国土空间规划的生态服务价值评估原理

国土空间规划作为对未来一段时期人类活动的统筹安排，既涉及土地利用类型的变更，又涉及生态服务效能的提升，从而对区域生态环境以及生态服务价值产生重大影响。

第一，通过用地布局规划（后简称用地规划）改变土地利用类型。土地利用的类型转变和管控既是国土空间规划的核心内容，也是衡量生态环境水平的重要指标[15]。我国快速城镇化时期“摊大饼”式城镇建设使得建设空间侵占了优质耕地和生态用地[16]，破坏植被和地表径流，造成水土流失[17]、生境破坏[18]等一系列生态问题。多项研究表明，我国多处区域的生态服务价值不断减少，大多是建设用地[19-20]和耕地[21]的无序扩张，使得生态高价值土地不断收缩、恶化所致。为此，我国空间规划体系要求在开展“双评价”、全面摸清区域资源环境状况的前提下[22]，划定城镇开发边界[23]、生态保护红线[24]等底线，从土地利用层面对建设用地扩张和人类活动强度予以严格限制。城市发展模式由“增量”向“存量”转变[25]，体现出规划对生态高价值土地利用类型保护的重视。

第二，通过生态措施改变生态服务效能。生态措施在此指人类为提升区域生态质量和环境水平，在不改变土地利用类型的前提下采取的综合治理与生态修复措施，如土壤污染修复、水体治理[26]、植被提升、湿地修复、美丽乡村建设[27]、高标农田建设等，对提升生态服务效能、维持生态系统健康和景观生态安全起到了显著效用[28]。由于土地利用类型对ESV 的作用更为直观，早期生态相关规划和管控往往重土地规模而轻服务效能，部分地方出现“喷漆绿化” “绿色荒漠”等“伪生态现象”[29]。为此，国土空间规划以维护生态安全与生态系统健康稳定、提升生物多样性、提升生态系统服务功能与人类福祉为目标[30]，将区域综合治理和生态服务效能提升摆在突出位置，形成了系列刚弹性管控指标、环境负面清单，将“国土空间综合整治与生态修复”纳入空间规划指南的“重大专题”名录和主要编制内容，自然资源部2020 年9 月颁布的《市级国土空间总体规划编制指南（试行）》，体现出规划对生态服务效能提升的重视。

因此，根据国土空间规划中的用地规划确定未来区域每个地块的土地利用类型，根据国土空间规划的各项生态措施确定每个地块的生态服务效能，复合可得到各地块的生态服务价值（图1）。全域各地块的生态服务价值之和即为该规划方案的最终评估结果。

图1 评估思路图

1.3 国土空间规划方案优选的思路

国土空间规划多方案对应着不同用地规划与不同生态措施的复合叠加。如图2 所示，方案一在用地规划上将现状未利用地转化为了耕地、疏林地，生态有关用地规模相比现状有明显提升，并未部署生态措施；方案二在用地类型上将未利用地转化为了建设用地、林地及耕地等用地，相较方案一而言生态相关用地的规模有所下降，但由于采用了生态措施，生态服务效能上升。从规划者对社会经济效益、人居环境、生态可持续等多方面统筹考量来看，方案二似乎更受青睐。但在早期实践时，地方往往会一味追求生态相关用地规模、强调隔离保护而倾向于方案一，忽视了人类活动对生态环境改善的主观能动性。到底哪种方案更利于区域生态环境，需要对规划方案的生态服务价值进行科学系统地评估。

为验证上述问题，模拟规划中所面临的多方案优选、及与现状的对比优化，假设在用地规划和生态措施上各取低、中、高三种情景加以组合，即得到如表1 所示的九种模拟情景方案。其中，低、中、高用地规划指代用地类型规划中生态服务高价值空间（一般为农、林、园、草、水等非建设用地）的低、中、高规模，低、中、高生态措施指代生态措施提升整体生态服务效能的低、中、高程度。两者均可纳入监管实施体系：用地规划应对接地类用途管制，其最低方案应符合“三线一单”要求；生态措施应纳入规划目标体系和生态修复工程库，限制盲目提高预期服务效能。

通过对现状及多规划情景下ESV 的评估与比较，可筛选出符合生态导向的合理方案，从而部署相应的生态修复项目；通过调整用地规划及生态措施，并将情景对应的ESV 与经济、社会等要素统筹考量，可指导方案优化、为规划决策提供支撑。多规划情景的比对与决策能够扩宽决策者的思路，提升国土空间规划的理性与科学性。

2 基于双维复合视角的生态服务价值评估方法

多规划方案的土地利用类型和生态效能不同，从而导致生态服务价值总量的差异，但其在评价方法和过程上相同。在实际应用时，可通过更新土地利用类型及各地块的生态效能参数来模拟多个情景，达到多方案优选及现状对比的目的。本文采用的方法首先根据当量表测算各土地利用类型对应的ESV 基础值，再结合地块的生态服务效能予以修正，最后进行区域汇总以获得该方案情景下的全域ESV 总量。

2.1 基于土地利用类型的基础估算

生态服务价值当量是，设定农田食物生产的生态服务价值当量为1 个标准单位，那么相对于农田生产粮食获得的价值，各生态系统提供的其他生态服务价值的标准大小[10]。生态服务价值当量是对土地利用类型生态服务价值的基本判断。1 单位标准当量的经济价值（V）一般取研究区域1 公顷农田当年自然粮食产量经济价值的1/7[31]。

基于前人研究，以华中地区为例，结合其生态系统特点和专家经验微调，构建了基于土地利用类型的华中地区生态系统服务价值当量表（表2），将用地区分为建设用地、林地、农田、水域（河流、湖泊、湿地）、绿地（园地、草地、绿地）、未利用地（荒漠）等。

表2 华中地区生态服务价值当量表

2.2 生态服务效能修正

生态服务价值来源于生态系统，生态服务效能亦是生态系统差异的体现。根据各用地类型的生态系统构成，分别采用系数修正与叠加修正两种生态服务效能修正的方法，从而在图斑上实现生态服务效能修正，展开国土空间规划下“土地利用类型+生态效能”双维复合的生态服务价值评估。

2.2.1 单一生态系统

部分空间的生态系统相对单一，其生态服务价值的来源主要体现在土地利用类型上，与生态价值标准当量的关联较为紧密，同时其实际ESV 因生态服务效能差异而在标准当量上下波动。影响其生态服务效能的因素主要有植被覆盖度NDVI、坡度、土壤含碳量、土壤环境质量、景观质量、水体质量等。因此，对于该类型用地，可选择影响其生态服务效能的因素作为效能修正指标，以修正系数（百分比）的方式对地块生态价值当量予以修正，多适用于林地、水域、农田、绿地、未利用地等土地利用类型。其计算公式为：

式中：ESVA表示区域陆域农田、林地、绿地、水域、未利用地等单一生态系统的生态服务总价值；Sj为第j地块的面积（ha）；afj表示第j地块第f项ESV 服务的价值当量；μfj表示第j地块f项生态服务的修正系数；V为1单位标准价值当量对应的经济价值。

2.2.2 双重生态系统

部分空间由地面和地上两个生态系统复合而成，其生态服务价值并不完全体现在地面（即用地类型）上，同时还受地上生态系统的影响，因而呈现出显著的生态服务效能差异，与标准价值当量的差距较大。例如建设用地，生态型建设能够有效激发地上生态系统活力，赋予建设用地可观的生态服务价值；“海绵城市”建设下部分城市的雨洪调蓄能力（即水文调节价值）有明显提高[32]；“园林城市”建设产生的美学景观效益直接带动了休闲旅游经济的快速发展[33]；生态型道路所形成的廊道效应对保护城市鸟类和其他生物多样性有重要作用[34]；城市当中的绿植能有效净化大气污染、调节温室效应[35]。

双重生态系统的生态服务能力很多来源于地上生态系统，尤其是表层绿植生态系统。如强调园林绿化发展的建设用地，因其空间复合利用、植被密集，在生态服务上具备绿地的一部分功能。因此，在测算双重生态系统空间的ESV 时，首先应衡量其地上生态系统的规模和体量，将其与绿地的服务能力进行对比以求出折算系数；然后再参照单一生态系统的修正方式，对地上生态系统的服务能力予以修正；最后叠加上由土地利用类型决定的地面生态系统的生态服务价值。其计算公式为：

式中：ESVB表示区域陆域建设用地等复合生态系统的生态服务总价值；Sk为第k地块的面积（ha）；afk表示由土地利用类型决定的第k地块第f项ESV 服务的价值当量，是第k地块的地上生态系统服务能力与绿地服务能力的比率；af绿表示绿地在第f项生态服务上的价值当量；μfk绿表示第k地块地上生态系统第f项生态服务的修正系数，其值参照绿地第f项生态服务对应的修正方法，V为1 单位标准价值当量对应的经济价值。

对于三重及以上的复合生态系统，也可以按照类似原理叠加计算其生态服务价值。

2.2.3 修正后的总生态服务价值

区域生态服务价值为单一生态系统用地与双重生态系统用地的生态服务总价值之和，计算公式为：

2.3 生态服务效能的修正指标及修正系数示例

考虑到与国土空间规划“双评价”之间的衔接，本文的评价方法尽可能选取与其相同或相似的指标，以提升数据可获取性，选取指标如下。

2.3.1 植被覆盖率

植被覆盖率一般使用指遥感影像数据中归一化植被指数NDVI，是地表植物生长水平最常用的衡量指标。气体调节与气候调节价值主要来源于空间表层植物光合作用的固碳调节能力[36]，废物处理来源于生物对化合物的去除和分解作用，水文调节有赖于植物根茎及软质土壤对雨洪的调蓄作用[10]，生物多样性随植被覆盖率提高而提高、受植被覆盖率影响显著[37]。

故采用NDVI 作为气体调节、气候调节、废物处理、水文调节、生物多样性这五项生态服务价值的效能修正指标，并参照各类研究成果[38-40]、标准，制定该指标在不同区间对应的修正系数示例如表3 所示。

表3 生态服务效能的修正指标和修正系数示例

2.3.2 地形

地形要素一般使用坡度，是重要的地理驱动要素，对土壤保持服务空间格局具有重要影响[41]，作为土壤保持服务价值的效能修正指标。其修正系数示例如表3所示。

2.3.3 土壤含碳量

土壤含碳量是衡量土壤营养成分的常见指标，对植物生长特别是农作物生长有显著影响，作为食物供给服务价值的效能修正指标。其修正系数示例如表3 所示。

2.3.4 土壤环境质量

土壤环境质量是衡量土壤受污染程度、土壤生产水平的常见综合性指标，作为原材料生产服务价值的效能修正指标。其修正系数示例如表3 所示。

2.3.5 景观质量

景观质量是指人类对空间娱乐、文化、艺术价值的主观认知，作为美学景观的效能修正指标。采用专家调查法以提升可操作性，选取足量观测，并邀请多名民众、专家评价其娱乐、文化、艺术价值的质量并汇总，将各点位分类为差（环境基本不具备任何美学价值，赋值1）、较差（少量娱乐文化价值，赋值3）、良（一般居住生活与游览，赋值5）、较优（多数人的休闲聚集地，赋值7）、优（星级文旅胜地或艺术基地，赋值10），空间插值后覆盖全域。其修正系数示例如表3 所示。

2.3.6 水体质量

水体质量是水域生态服务效能的重要决定因素，在国土空间规划目标体系中亦有涉及，故水域选取水质标准作为水域所有服务类型的效能修正指标。其修正系数示例如表3 所示。

3 国土空间规划的生态服务价值评估与方案优选实验

3.1 研究区域简介

法泗街道位于湖北省武汉市江夏区西南部，是武汉市乡镇级国土空间规划的试点区域、武汉生态格局的南部重要节点，自然生态本底佳、山水林田湖草村要素俱全。乡镇级国土空间规划既具备总体规划中对全域用地的统筹布局，又与具体的生态修复、生态治理项目紧密相连，是空间要素管制的落脚点，故以此为例。

区域总面积9 209.21 公顷，呈“五田三水一分林，一分道路与城乡”格局；地势总体东高西低，整体坡度较为平缓，土壤肥沃，降水适中，宜耕宜居；位于武汉市南部“世界魅力湖区”战略区，在产业发展上以农作物生产、体验农业、休闲观光为主导，现有较优景观区、优质景观区各1 处。法泗街道的2019 年粮食亩产441千克（即6 615 千克/公顷），当年粮价为2.2 元/千克，则1 单位生态价值当量的经济价值为2 071.44 元/公顷。

3.2 实验过程

3.2.1 用地规划方案

以2020 年三调土地利用数据为基准，从法泗街道自身发展需求和区域生态保育出发，根据用地的生态服务价值拟定了用地类型规划的高、中、低三个方案（图3）。其中：低用地规划方案的生态服务价值相对最低，生态高价值土地利用类型（即农林草园水）的规模最小，为8 062.17 公顷；中用地规划方案的生态高价值土地利用类型总规模为8 153.94 公顷，高用地规划方案的生态高价值土地利用类型总规模为8 222.76 公顷。为简化实验，除建设用地增长侵占了生态高价值土地外，其他土地利用类型基本维持现状。

图3 法泗街道用地规划低、中、高方案与现状

3.2.2 生态措施方案

以2020 年法泗区域环境调研为支撑，结合“世界湖区”和“生态小镇”建设目标和项目可实施性，拟定了生态措施的高、中、低三个方案，从植被覆盖率、坡度、土壤含碳量、水体质量、景观质量等方面展开，具体措施如表4 所示。其中高生态措施提升的生态效能相对最高，低生态措施为维持现状。选取各生态措施对应的具体地块，按上述生态措施实施后的理想效果分别赋予地块新的生态效能值（参考表3）。

表4 法泗街道低、中、高生态措施

3.3 规划方案评估与优选优化

依据用地规划低、中、高和生态措施低、中、高两两组合方式，形成九种规划情景。按照本文的生态服务价值评估方法分别予以测算，发现法泗街道的现状生态服务价值为38 156.32 万元，而规划情景结果如表5 所示。若使用传统方法，即仅依土地利用类型测算生态服务价值，则现状、低、中、高用地规划四种情景下的生态服务价值分别为37 996.22 万元、37 474.21 万元、37 659.90 万元、37 766.60 万元。

经两种方法的测算结果比对后发现，传统方法计算的现状与高用地规划情景的生态服务价值相比，本方法计算的结果略低。这是因为研究区域的现状生态效能优渥，各类指标均处于全国平均水平以上，故经生态效能修正后的区域总价值要稍高于传统计算结果。在此情景下，传统均等化的估算方法也缩小了建设用地对优质生态服务空间侵蚀所造成的价值减益，故其低、中用地规划情景总价值高于本方法测算结果。

按照区域建设“世界魅力湖区”和“生态先行区”的上位部署，规划后生态服务价值应不低于现状值，而在用地规划与生态措施的这九种组合方案中，中—中、高—中、低—高、中—高、高—高共5 个方案满足要求。进而判断，法泗街道以文旅为主导产业，以点状零星开发为主，对建设用地需求不高，而生态措施需要较高的项目建设成本，故推荐选取高—中方案作为优选方案。若有充分必要扩张建设用地规模，则需要对应提升生态措施，并按要求纳入生态整治项目建设库中。

本方法能够综合衡量生态用地规模变化，以及生态措施调整对区域生态服务价值的影响，更符合生态服务价值的客观事实。不同方案对应了不同的用地规划与生态措施，也对应了不同的项目建设成本和预期收益之间的博弈。地方在展开国土空间规划实践时，可比较规划方案的生态价值与经济社会价值后做进一步选择，从而统筹协调好用地规划与生态措施之间的复合关系，以达到方案优化的目的。

4 结论与讨论

生态文明建设背景下，规划方案的生态效益成为衡量规划方案成功与否的一个关键因素。本研究在谢高地等提出的生态服务价值评估方法的基础上，提出“土地利用类型+生态效能”的双维复合视角，并探讨了生态效能的指标体系；解构国土空间规划对区域生态服务价值的影响途径，明确了生态服务价值评估应用于国土空间规划的具体路径，从而展开规划的生态效益评估和方案比较，为规划编制、决策提供支撑。

本研究丰富了生态服务价值的相关理论和测算方法，与现有国土“三调”“双评价”等国土空间规划内容衔接较强，可较为便捷、普遍地用于市县、乡镇级国土空间规划对区域现状和规划的生态服务价值评估。将生态环境效益转化为货币单位，便于将规划方案的生态要素与社会经济等要素统筹考量，能够提高规划的理性与科学性。基于“土地利用类型”与“生态效能”的复合视角利于平衡保护与开发之间的博弈，也扩宽了方案编制和决策的思路，可以用于规划方案的多情景优选、优化，此外还能够协助制订国土空间总体规划的空间布局战略和生态修复措施，并向下传导至国土空间控制性详细规划的土地用途管制和建设开发指标制定等。

本研究提出的生态服务价值算法因考虑到衔接、推广的要求而有所简化，故仍有可改进之处有待后续研究：当前给定的生态服务效能修正指标与修正系数存在一定的主观成分，还需经过系统论证；仅考虑到土地利用类型的面积、规模、质量，尚未考虑空间结构、形态，以及空间的外部效益；区域外部条件对内部生态环境的影响也暂未考虑。