双尺度IUES-三元框架评估城市绿地丰度与生态系统服务潜力的新方法

《Ecological Indicators》：New methodology of a two-scale IUES-ternary framework for assessing urban greenspace abundance and ecosystem-service potential

　　

城市绿地是休闲放松的场所，并为城市居民提供生态系统服务（Ecosystem Services, ES）。在高人口密度的大都市区域，这些绿地的需求尤为迫切。根据人口规模，这些区域应拥有充足的绿地以满足社会对生态系统服务的需求。该领域的研究对于确定生态系统服务的数量和质量具有科学重要性。研究人员提出的IUES（城市生态系统服务指数，Index of Urban Ecosystem Services）基于绿地面积和生态系统服务强度，评估绿地提供生态系统服务的潜力。通过基于奥桑三角形（Ossan Triangle）的模型，该方法能够根据该潜力对城市进行分类。该模型代表了城市生态系统服务评估的新方法，并允许生成IUES地图、城市类型学和微尺度区位评分。本文旨在评估一套新方法论，用于评估提供生态系统服务的潜在供给代理（potential supply proxy）。该方法论基于IUES指数和奥桑三角形（Ossana's Triangle），涵盖宏观与微观两个空间尺度，旨在检验其通用性。

**研究背景、问题与研究意义**
当前，城市区域面临郊区化与人口增长的强烈过程，城市化率持续上升，估计到2035年全球城市化率将达到75%。城市扩张常以混乱无序的方式进行，导致景观、环境和社会层面的多重后果，如空气污染加剧、持续噪声以及城市热岛效应（Urban Heat Island, UHI）导致的高温。城市居民还面临环境质量下降和心理压力的双重威胁。因此，城市不仅需要交通基础设施、智能解决方案和可持续规划，更迫切需要能够中和城市负面影响的绿地。城市绿地（Urban Greenspaces, UG）作为自然植被或水域覆盖的区域，构成城市生态系统，承载多种功能，这些功能最集中地体现在生态系统服务（Ecosystem Services, ES）概念中，包括商品供给、环境调节以及文化功能（如休闲、旅游、精神体验等）。在高度工业化城市中，如后工业城市，生态系统服务的充足性尤为关键。然而，现有评估方法多依赖复杂统计模型和专家工具，缺乏简单易用且可广泛推广的评估手段。为此，研究人员提出一项基于IUES指数（城市生态系统服务指数）和奥桑三角形（Ossan Triangle）的双尺度新方法论，旨在评估城市绿地丰度和生态系统服务潜力，并将其应用于波兰的西里西亚大都会（Silesian Metropolis, GZM）和捷克的俄斯特拉发-卡尔维纳地区（Ostrava-Karviná Region, OKR）两个后工业城市群，以验证该方法的通用性。该研究发表在《Ecological Indicators》期刊。

**主要技术方法**
研究人员采用多阶段方法，涵盖宏观与微观两个尺度。宏观尺度使用欧盟公开的Corine Land Cover（CLC）2018年土地覆盖数据库（比例尺1:100,000），提取森林、湿地和休闲区三类城市绿地的面积数据；微观尺度基于2021-2023年夏季的野外调查，对选定的八个城市绿地进行生态系统服务识别与强度分级（0-3分制）。关键工具包括：IUES指数（IUES = ∑(ES类型强度 × 各绿地类型面积百分比)），用于量化城市生态系统的服务丰度；奥桑三角形（Ossan Triangle）用于可视化城市类型学和服务分区；GIS软件（ArcGIS 10.2、MapInfo Pro 2019）用于面积测量和制图；统计软件（Statistica、MS Excel、TernaryPlot.com）用于数据处理和三元图绘制。样本队列来源为波兰西里西亚大都会（41个市镇）和捷克俄斯特拉发-卡尔维纳地区（22个市镇），微观尺度各选取四个代表性绿地（包括城市公园、森林、湿地、绿带等）。

**研究结果**
*5.1 城市绿地总体信息*
通过CLC数据库分析，西里西亚大都会城市绿地面积占比平均为32.5%，其中Kobiór市最高（88%），最低的Wojkowice市仅8.9%；俄斯特拉发-卡尔维纳地区平均为18.3%，Silherovice市最高（50.3%），Klimkovice市最低（4.3%）。人均绿地面积方面，西里西亚大都会为405 m²/人，俄斯特拉发-卡尔维纳地区为202.5 m²/人，但部分市镇（如?wi?toch?owice和Haví?ov）人均仅40.5 m²。
*5.2 城市绿地类型分布*
绿地分为森林（F）、休闲区（R）和湿地/水域（W）三类。在西里西亚大都会，森林占绿地总面积的87%，仅6个市镇以其他类型为主（如Che?m ?laski以湿地为主，Chorzów以休闲区为主）；俄斯特拉发-卡尔维纳地区森林占80%，仅3个市镇以湿地为主（如Rychvald）。奥桑三角形模型显示，多数市镇位于森林主导区。
*5.3 宏观尺度生态系统服务：IUES指数*
基于先前研究（Pukowiec-Kurda, 2022），各类绿地的生态系统服务强度为：森林69、湿地61、休闲区54。IUES指数计算结果显示，西里西亚大都会整体为22.32，俄斯特拉发-卡尔维纳地区为12.21，表明前者生态系统服务丰度约为后者的两倍。市镇层面，Kobiór（60.18）和Silherovice（34.09）分别最高；Wojkowice（3.07）和Doubrava（3.71）最低。森林对IUES的贡献率在西里西亚大都会占92.74%，在俄斯特拉发-卡尔维纳地区占82.49%。
*5.4 宏观尺度生态系统服务分区*
通过IUES指数分析各服务分区（供给、调节与维持、文化）。在两个研究区域，调节与维持服务均占主导（西里西亚大都会57.26%，俄斯特拉发-卡尔维纳地区56.01%），其次为文化服务（约24%），供给服务最弱（约18-20%）。奥桑三角形展示了各市镇的服务分区构成，多数市镇以调节服务为主。
*5.5 选定城市绿地特征*
微观尺度选取了八个绿地：西里西亚大都会包括西里西亚公园（Chorzów）、Pogorie湖滨（D?browa Górnicza）、Murcki森林（Katowice）和扎布热植物园；俄斯特拉发-卡尔维纳地区包括卡尔维纳城堡公园、Terlicko湖、Haví?ov绿带和Ostrava的Landek公园。这些绿地涵盖自然森林、人工湖泊、历史公园、工业遗迹等多种类型，功能包括休闲、旅游、生态、教育、体育等。
*5.6 微观尺度生态系统服务*
通过野外调查，对每个绿地的21项生态系统服务进行强度分级（0-3分）。森林和自然型绿地（如Murcki森林、Terlicko湖）的服务强度总和最高（33和32），而人工型绿地（如卡尔维纳城堡公园、Haví?ov绿带）较低（16和15）。IUES指数计算进一步证实：Murcki森林和Terlicko湖的IUES值最高，人工公园最低。调节与维持服务和文化服务在自然绿地中尤为突出，供给服务（如生物质能）几乎缺失。

**讨论与结论**
讨论部分指出，绿地面积与生态系统服务质量之间存在直接正相关，森林和湿地是城市生态系统服务的主要提供者。森林生态系统的服务强度在各分区中均占优势，尤其在调节与维持服务方面（如空气净化、降噪、气候调节）。IUES指数和奥桑三角形作为简单有效的评估工具，可直观展示城市类型和服务丰度，适用于不同尺度的城市规划。该方法的简洁性使其可被规划师、环境管理者等非专业群体使用，填补了现有复杂方法的空白。结论部分翻译如下：
1. 保护自然城市绿地（如森林和湿地）优于替代为人工绿地，自然形态提供更强的生态系统服务。
2. 西里西亚大都会的城市绿地丰度和生态系统服务均高于俄斯特拉发-卡尔维纳地区。
3. 研究区域内多数城市绿地为森林，其提供的生态系统服务最强。
4. 被其他城市包围的城市缺乏森林，仅有城市公园和广场等人工绿地（常称为休闲区）。
5. IUES指数可用作可持续空间规划的指标，整套方法论可用于评估市镇生态系统服务丰度、监测并提升其潜力。此外，该双尺度方法论（宏观与微观）可有效实现研究目标，结合数字数据库可制图显示强服务区域，并应在城市规划中补充其他标准（如可达距离、破碎化、承载力等），以确保不损害生态系统服务强度或消除城市绿地。