【学术动态】波罗的海地区跨陆海界面生态系统服务评估研究 | 2022年第5期
本刊“学术动态（Planning Reviews）”栏目，推介国内外学术书籍和文献报告、关注国际研究动态和前沿热点、分享规划案例研究。本期“城乡可持续发展”专栏，向大家推介一篇关于生态系统服务评估的研究文献。
（专栏编辑：干靓，同济大学建筑与城市规划学院副教授）
来源：SCHUMACHER J, LANGE S, MÜLLER F, et al. Assessment of ecosystem services across the land-sea interface in Baltic case studies[J/OL]. Applied Sciences 2021,11(24),11799; https：//doi. org/ 10.3390/app112411799
生态系统服务（ES，Ecosystem services）的概念将生态系统的状态与人类福祉联系起来，已在国家乃至全球范围内被广泛纳入环境政策中。陆域地区的活动常会影响沿海地区和海洋空间的生态环境，但现有的ES评估主要集中于陆地系统，缺乏对陆海进行联合评估的方法。德国基尔克里斯蒂安—阿尔布雷希特大学自然资源保护研究所生态系统管理系（Christian-Albrechts-University of Kiel, Institute for Natural Resource Conservation, Dept. Ecosystem Management) 的Felix Müller教授等人于2020 年提出的生态系统服务潜力(ESP，Ecosystem services potential)、德国波罗的海ESP矩阵(Baltic ESP Matrix, Baltic German ES Potential Matrix) 少量的既有跨陆海ES评估，该研究基于专家评分的矩阵方法对德国北部的陆地、沿海和海洋生态系统进行生态服务潜力评估，但还缺少具体的案例应用来检验其适用性；海洋空间单元划分方式的不确定性也阻碍了跨陆海ES的空间映射。此外，来自统一研究机构的Benjamin Burkhard等人于2012年提出，为衡量ES供给生态产品和服务的实际能力，将假设的最大ES供应量作为ESP值，但该假设值并不能为后续研究提供实际信息。鉴于以上局限，本研究的作者提出一种基于空间栖息地类型学、专家评分法和ES分类指标相结合的评估方法，意图解决以上问题并进行跨陆海ES评估。
作者首先开发了一种新的陆海空间栖息地类型学（Spatial Habitat Typology for Land and Sea）方法。该类型学建立在被整个欧洲普遍接受和应用的水框架指令（WFD） 和栖息地指令（HD）的空间单元划分方式上。作者将WFD中对地表水的分类应用于波罗的 海沿海水域的分类，包括4 种类型：(B1)寡盐内海岸水域(oligohaline inner coastal waters)；(B2)中盐内海岸水域 (mesohaline inner coastal waters); (B3)中盐开阔海岸水域(mesohaline open coastal waters)；(B4)中多盐开阔海岸水域，季节性分层（mesopolyhaline open coastal waters, seasonally stratified）。考虑到在15m深度以内的沿海浅水水域与深度超过15m的水域垂直交换较少，故将波罗的海沿海地区的所有水域纳入具有季节性分层特征的中多盐开阔海岸水域(B4)中。结合《波罗的海海洋环境保护公约》(HELCOM)的水下生境和群落生境分类， 对B1-B3 型水体进一步分类，共有10 种海洋生境类型被纳入波罗的海ESP矩阵中。陆地生态系统包括了29 种CORINE土地覆盖数据集(CLC2018)中的用地类型。根据栖息地指令和《波罗的海海洋环境保护公约》的沿海生境类型对部分沿海生态系统类型进行重新定义， 产生4 种沿海生态系统类型，包括“海滩、沙丘、沙地（其他） ”(beach, dunes, sands (other))、“沙滩”(sandy beaches)、“海沙丘”(sea dunes)、“海崖、海砂石和海石滩”(sea cliffs, shingle and stony beaches)。其次，基于专家评分法，对ESP 进行评估。参考生态系统服务通用国际分类(CICES)，将ES分为供应、调节和维护、文化生态系统服务。再由100 多名外部专家使用0-100 的评分范围对每个生境生态系统服务的ES 潜力进行评分，作者直接采用Felix Müller提出的初始矩阵中的陆地生境ES 潜力值，又将初始矩阵中沿海和海洋生态系统的ES潜力值与内部专家确定的数值作为波罗的海ESP矩阵的补充材料。接着，对矩阵进行基于指标的ES流量评估，便于后续ES潜力和流量的比较。由于同位于温带海洋性气候区 （Cfb-climate zone ） 的生态系统类型相同，作者假设波罗的海ESP矩阵中的最高ES潜力值反映了Cfb 气候区中的ES 最大流量值，为得到最大流量值，需进行以下四个步骤的工作：第一步，选择适用于陆地和海洋的供应、调节和维护、文化生态系统服务指标；第二步，在国家、区域和地区范围内进行ES指标的逐级筛选和确认以得到指标最终的最大流量值，该方法适用于大多数指标，针对个别不适用该方法的指标，需在咨询专家意见后确认指标的最大流量值；第三步，将ES流量评分应用于本文后续选定的三个案例中；第四步，基于ES流量评分和波罗的海ESP矩阵相乘得到的结果，将后续所选定案例地区的绝对流量值和相对流量值整合进ES流量矩阵。最后，根据研究需要，在波罗的海选择三个案例研究地，分别为位于德国北部以陆地为主导系统的施莱（Schlei）、德国东北部代表陆海平衡系统的格赖夫斯瓦尔德湾 （Greifswald Bay）、波罗的海东岸以海洋为主导系统的库尔斯泻湖 （Curonian Lagoon），并对案例研究地的总人口数、用地面积、主要土地覆盖类型占总用地面积的比值、沿海地区水域面积、水体类型和盐度范围、旅游产业等信息进行整理，其中，主要土地覆盖类型包括农业用地、人工区域、森林和半自然区域、水体、湿地。
基于本文研究重点是开发一种可以支持沿海和海洋政策的跨陆海空间界面的ES评估方法，主要关注自然和半自然区域，因此后续研究不考虑与沉降相关的土地覆盖类型。结合空间生境类型学中的生境分类，对波罗的海ES潜力矩阵进行调整，得到29种栖息地类型，综合考虑案例地区的水体分类和用地类型，最终 确定33 种栖息地类型。其次，根据上文基于专家评分法得到的每个生境生态系统服务的ES潜力值和Felix Müller原始矩阵中的陆地生境ES潜力值进行ES潜力结果地图的绘制，该结果不仅能显示每种生境占全部 用地的比例，还基于专家评分对全域生境ES潜力进行评分，并将三个案例中的每个案例的陆海区域分开进 行生境加权ES潜力的计算。通过观察发现，陆海地区整体呈现出从供应、调节和维护到文化服务的潜力值逐渐上升趋势，且陆地区域从供应到调节和维护服务 的相对增长高于调节和维护到文化服务的增长，海洋区域则相反。除一般趋势外，对比三个案例发现，以陆地系统为主的施莱地区和具有平衡系统的格赖夫斯瓦尔德湾陆地区域的生境加权ES潜力相似，且高于以海洋系统为主的库尔斯泻湖地区，但库尔斯泻湖具有更高的文化ES潜力，其原因在于库尔斯泻湖地区的用地以自然栖息地为主导，具有更高的调节和维护服务 潜力，文化服务潜力通常与其呈正相关，故具有更高 的自然遗产潜力；库尔斯泻湖的海洋空间以季节性分 层的开阔沿海水域为主，其ES潜力低于与以较浅水域为主的施莱和格赖夫斯瓦尔德湾的ES潜力。浅水水域的ES潜力高于开阔沿海水域的ES潜力。接着，根据作者在上文提出的基于指标的ES流量评估方法建立ES流量矩阵并得到10个ES指标的最大流量值，再将矩阵作为各指标的最大流量值比较的基础。在供应ES中，作者根据陆海养殖和狩猎物种不同选择了互补指标，并通过统一“非生物能量”（P4） 在陆海地区的最大流量值比较“农作物”（P1）、“家畜”（P2） 和“野生食物”（P3），其中只有P3在陆海两地均显示流量值，观察发现该指标的陆地相对流量值较大，因此表明，供应ES 的流量以陆地为主导；在调节服务和维护服务中给定 “当地气候调节”（RM1）、“营养调节”（RM2） 和“病虫害控制”（RM3） 三方面指标，进一步细分指标发现， RM2 不仅适用于陆海两地还表现出明显差异，在比较三个案例RM1 和RM2 的相对流量值时，施莱和格赖夫斯瓦尔德湾大致相等，且高于库尔斯泻湖；在文化服 务中，在进行ES流量评估后表现为，库尔斯泻湖的高 自然性使其各指标的相对流量值均高于其他两个案例 地区。最后，作者结合以上三方面的结果，从总体层面上对ES三方面进行分析，可以通过“开发能力”比 较ES潜力和包括在ES流量评估中的10 个ES指标之间的差异，并分别显示3个ES的总体水平和开发能力的空间分布，其中，开发能力可以理解为生态系统服务 能够持续提供供应、调节和维护、文化服务的能力。由于各案例间的总体水平差异较小，需进一步研究单个ES作用的结果。对比案例地区的“野生食物”（P3）、 “营养调节”（RM2） 和“自然遗产”（C3） 三个指标的开发能力发现，格赖夫斯瓦尔德湾的陆海地区P3 的开发能力有较大差异，海洋地区的生境加权开发能力高达85，而陆地仅有9，造成该结果的原因是以较高的历 史捕捞量作为当前参考，和整个欧洲陆地狩猎数据缺失；RM2 指标下的三个案例均显示为陆地的开发能力较低，特别是不用于农业的库尔斯泻湖，该地区具有较低的氮气净化量，而海洋的开发能力高，是由于沿海水域植被地区的开发能力最高；“自然遗产”（C3）适用于陆海两个区域，且作为Nature 2000 保护区的的扩展，其将各类型生态系统均包含在其中，区域表现为完全受到保护，故陆海具有相同的最大流量值。 格赖夫斯瓦尔德湾的海洋地区拥有95%地区受到保护， 其开发能力最低，相比之下，其陆地仅有14% 受到保护，开发能力在三个案例中最高。
作者指出，本文提出的方法在综合环境评价的基础上，通过计算开发能力进一步比较ES潜力和ES流量的差异，有利于通过识别不可持续发展地区来支持规划和决策，在此次基础上，提供开发能力评估，可以作为促进蓝色经济发展的基础，具有一定的现实相关性。同时，该方法的数据来源是欧盟成员国内部的地理空间数据，这表示三个案例的成功应用可使该方法为欧盟其他地区所借鉴，方法具有可转移性。但该研究过程仍存在一定局限，如对空间生境类型学的应用中，沉积物和淹没植被的空间地图难以获得且不确定性较高；由于语言障碍，最大流量值的定义和评估在不同行业、空间尺度内部的可对比性大大降低。作者为克服目前局限，提出在未来的研究中，需要进一步探索和定义案例研究基地中的最大流量和生境特定流量值。
（供稿：汪钊，同济大学建筑与城市规划学院硕士研究生）
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