探索未来土地利用变化对快速发展地区文化生态系统服务的影响

《Land Use Policy》：Exploring the influence of future land use changes on the cultural ecosystem services in a fast-developing region

南京未来土地利用情景下文化生态系统服务供给研究，基于多源数据构建集成框架，运用地理空间模型、系统动力学模拟发现生态保护情景最大化服务供给，协调发展与经济优先情景影响各异，需混合策略平衡社会、经济与生态需求。

　　

赵奇奇|陈登帅|万思达|陈彦明|李满春|雨果·蒂埃里|凯特·谢伦

西安科技大学测绘学院，中国西安710054

摘要

城市发展的需求以及对可持续发展路径的探索给土地利用变化管理带来了日益严峻的挑战。文化生态系统服务在维护和优化城市系统中发挥着重要作用，并且是不可替代的。研究土地利用变化与文化生态系统服务响应的整合，有助于在政府干预的背景下确保社会经济和人类福祉。我们利用社会调查、土地利用地图、政府统计数据和环境驱动数据，通过地理空间模型、系统动力学和土地利用模拟模型构建了一个综合研究框架，以预测不同未来发展情景下南京的土地利用变化，并模拟多种土地利用情景对文化服务供给的影响。结果表明，在生态保护情景（EOP）下，所有文化服务都得到了最大化；在协调发展情景（COD）下，经济需求和文化服务需求更加平衡；而在经济优先情景（ECP）下，生物多样性和休闲服务面临侵蚀的风险。随着经济发展，旅游业和审美、历史服务有改善的趋势，但更多依赖自然环境的生物多样性和休闲服务可能会受到负面影响。为了维持南京的社会、经济和生态福祉，可能需要将各种情景进行混合应用。例如，已经具有强劲经济发展潜力的行政区可以采用生态保护情景，而其他地区则可以采用协调发展情景。

引言

文化生态系统服务（CES）作为人类与自然之间的无形纽带，是指人们通过精神丰富、认知发展、内省、休闲和审美体验从生态系统中获得的非物质利益（MA, 2005）。这些服务能够反映人类与生态系统之间的互动质量，对当地人口的身心健康产生显著影响（Dade等人，2020），并且具有增强区域生物多样性和地方旅游经济的潜力和重要性（Milcu等人，2013）。与其他生态系统服务（如调节服务和供给服务）相比，文化生态系统服务的独特之处在于其不可替代性（Cheng等人，2019a）。一旦由于环境变化而退化，人类很难通过经济和技术手段进行恢复（Margaryan等人，2018；Zhang等人，2025）。然而，由于文化生态系统服务的无形性、主观性和难以量化，它们在空间政策制定过程中往往被忽视，从而为其他生态系统服务或经济目的所牺牲（Bachi等人，2020；Cox，2011）。

土地利用变化是人类活动与自然环境共同作用的结果（Hasan等人，2020；Steffen等人，2007）。这种变化对生态系统及其整体社会生态系统的结构和功能构成了重大威胁（Manley和Egoh，2024）。世界上大多数发展中国家正经历由人口增长和经济发展驱动的快速土地利用变化（Yu等人，2013）。由于城市化进程加快和可用的管理工具有限，文化生态系统服务的供给面临削弱的风险。恢复受损的文化生态系统服务是一个更为艰巨的过程（Cheng等人，2019b；MA，2005）。对土地利用变化对文化服务影响的认识不足最终可能导致规划决策不充分或无效，这可能会削弱社会福祉和城市可持续性（Andersson等人，2015；Hasan等人，2020）。因此，评估文化生态系统服务并预测未来土地利用变化对其的影响至关重要。

中国正在经历广泛而快速的城市化进程（Luo等人，2018；Wang，2018）。近年来，中国的经济发展已经从高速增长阶段转向高质量发展阶段，生态文明建设也进入了新的阶段。绿色发展是区域高质量发展的核心内容之一。在此背景下，文化生态系统服务既是实现以人为本的绿色发展的重要元素，也是人与城市生态协调发展的体现。因此，迫切需要详细了解未来土地利用变化对文化生态系统服务的影响，以指导政策制定并支持生态系统的可持续管理。同时，这对于其他拥有宝贵文化生态系统景观的快速发展地区在经济发展和文化生态系统保护方面面临的挑战也具有重要意义。

已经有关于土地利用变化对文化生态系统服务影响的研究。采矿、林业和生产活动导致的土地利用变化对森林地区的文化生态系统服务供给产生了负面影响（Martínez-Sastre等人，2017；Vihervaara等人，2010）。原始森林的丧失会对文化生态系统服务产生显著负面影响（L等人，2014）。通过种植多种树种和保护开阔空间栖息地，可以促进文化生态系统服务的提升（Tew等人，2019）。随着气候变化，沿海景观、湖泊和河流冰所提供的各种文化生态系统服务正在消失（Chen等人，2020；Ghermandi等人，2020；Knoll等人，2019）。对于城市地区，一些研究认为，建筑区和裸露土地的增加以及农业和森林用地的减少会削弱文化生态系统服务（Morshed等人，2022；Salvati等人，2018；Wu等人，2013）；另一些研究则认为，随着文化生态系统服务需求的增加以及伴随景观恢复和再开发的经济发展，文化生态系统服务会得到积极影响（Kusi等人，2023；Montoya-Tangarife等人，2017；Sherrouse等人，2017）。土地利用变化如何影响文化生态系统服务仍然是一个复杂且有争议的问题，尤其是在城市化的背景下。以往的研究更多关注过去时期土地利用变化对文化生态系统服务的影响，而缺乏对未来情景的详细研究，尽管在区域规划中通常需要多种替代方案。然而，在多目标情景下土地利用变化对文化生态系统服务的未来影响尚未完全明了。

用于理解文化生态系统服务的主要应用方法包括半结构化访谈（Malinauskaite等人，2021；Richards等人，2020）、指数评估（Balázsi等人，2021）、参与式制图（Blake等人，2017；Depietri和Orenstein，2020）、货币估值（Spanou等人，2020）、地理空间模型（Sherrouse等人，2011）和社交媒体数据（Fox等人，2021）。尽管对文化生态系统服务的评估和建模不断增加，但仍处于起步阶段（Manley等人，2022）。首先，文化生态系统服务研究者尚未建立统一的分类框架，服务类型和含义大多基于研究需求。现有研究中包含的文化服务类型主要与娱乐或审美相关（Cheng等人，2021；Shi等人，2024；Wei等人，2024），因为这些服务在概念上相对清晰且易于量化（Larondelle和Haase，2013；You等人，2024）。其次，在研究方法方面，访谈和货币估值等定性方法无法提供文化生态系统服务的空间分布图；另一方面，定量方法（如参与式制图）在空间尺度上可能存在局限性，因为它是一项耗时的任务，只能在较小的空间和时间尺度上进行处理（Cheng等人，2021）。此外，单一评估方法的使用限制了对文化生态系统服务对环境变化响应的量化，从而影响了评估的时效性（Zhang等人，2025）。

本研究通过整合多种数据源和方法构建了一个研究框架，以有效评估文化生态系统服务，并通过预测方法传达不同土地利用情景对文化生态系统服务的影响，从而更好地将文化生态系统服务纳入城市规划决策。为此，我们确定了四个具体目标：（1）利用地理空间模型（SolVES模型）绘制研究区域当前的文化生态系统服务供给情况；（2）建立不同的发展情景并预测未来城市发展的土地利用需求；（3）根据基于情景的土地利用需求，模拟可能发生的土地利用转换；（4）评估每个情景下2050年的区域文化生态系统服务供给情况，为政策制定者提供建议。

研究区域

南京是中国江苏省的省会，位于北纬31°14’-32°36’、东经118°22’-119°14’之间。它既是长江三角洲的关键门户城市，也是东部沿海经济带和长江经济带战略交汇点的重要节点城市（图1）。南京在促进中西部地区发展中发挥着重要作用（Zhang，2020）。南京拥有超过7000年的文明历史和3100多年的城市建设历史。

当前文化生态系统服务分布状况

从模拟的VI地图（图5）可以看出，基于当前土地利用数据，南京五种文化生态系统服务的空间分布情况。VI值越高，提供特定服务的能力越强。审美和休闲服务与道路、水体和森林用地相关，且海拔和坡度较高的地区VI值也较高。审美和休闲服务价值较低的地区主要分布在农业用地和密集居住区。

文化生态系统服务空间模式分析

休闲、审美和生物多样性服务的分布大致相似。热点区域主要集中在植被茂盛、环境优美的山区和水体附近（如崂山国家森林公园、宝华山国家森林公园、将军山、吴香山、长江、石臼湖、固城湖），以及沿江的湿地公园和风景名胜区。城市内的绿色公园和水体（如紫金山等）也是文化生态系统服务的重要分布地。

结论

通过构建一个综合研究框架，本研究明确表达了不同未来情景下土地利用变化对文化生态系统服务供给的定量影响。这有助于填补基于土地利用变化的文化生态系统服务预测的空白，其结果可用于指导土地利用规划和可持续城市管理。不同类型的文化生态系统服务对土地利用变化的响应因其关键驱动因素而有所不同。生物多样性和休闲服务

CRediT作者贡献声明

赵奇奇：撰写——初稿。 陈登帅：撰写——审阅与编辑。 万思达：可视化、方法论、软件、数据整理。 陈彦明：资金筹集。 李满春：资金筹集。 雨果·蒂埃里：撰写——审阅与编辑。 凯特·谢伦：撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明

本手稿尚未在其他地方部分或全部发表，也未被其他期刊考虑。我们已阅读并理解了您期刊的政策，认为该手稿和研究内容均不违反任何规定。不存在需要声明的利益冲突。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（2023YFC3006701）、国家自然科学基金（42371297、42071440）和山东省自然科学基金（ZR2023QD139）的支持。