基于主导生态系统服务功能识别的北京市乡村景观提升策略研究

葛韵宇

李方正*

乡村景观是乡村地域综合体的基本构成单元，兼具经济、文化、社会、生态和美学等多重价值，反映了不同地域的文化内涵和精神实质。对乡村景观生态系统功能进行科学分类，进而提出景观提升策略是乡村景观研究的重要内容。乡村景观因角度不同，分类方法也不尽相同。人文地理学科认为乡村景观划分的核心要素是乡村聚落和土地利用类型[1]；景观生态学科则多采用功能形态分类方法[2]，主要将乡村景观划分为结构导向型和功能导向型[3]，也有学者依据人类对于景观的干扰程度大小，将乡村景观分为自然、经营和人工等类型[4]。

生态系统服务(Ecosystem Services，ES)指人类从生态系统获得的所有惠益，乡村景观作为生态系统服务的重要组成部分，正因快速的城市化进程而有所减弱。本研究在探讨北京市乡村景观分布特征及问题的基础上，顺应首都“大城市小农业”“大京郊小城区”的市情，通过识别主导生态系统服务功能类型，构建北京乡村景观资源分类体系，提出乡村景观提升策略，强化生态系统服务功能，并为实现首都乡村振兴和美丽乡村建设提供重要参考。

1 数据来源及研究方法

1.1 研究数据

城市设施兴趣点(Point of Interest，POI)作为描述真实地理实体的点状地理空间数据广泛应用于城市及区域尺度的研究当中[5]。本研究所用基础数据为利用API系统获取的2018年北京市域范围内高德电子地图软件中的POI空间分布数据。通过EXCEL软件筛选出类别为“村庄级地名”的POI数据，结合人工筛选，去除重复及无效信息，最终得到北京市村庄分布POI数据4 242条。为探究北京市村庄周边的风景游憩资源分布状况，同时筛选出POI数据中类型为“风景名胜”的数据共计5 603条以及15 015条北京市公交站点分布数据。道路交通基础数据还包括通过“open street map”平台(https://www.openstreetmap.org.)获取的北京市路网矢量数据。

为探究北京市村庄周边用地情况，本研究利用从中国科学院地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn)获取的精度为30m×30m的北京市2018年4月的Landsat卫星遥感影像数据，结合ENVI 5.3(The Environment for Visualizing Images)软件作为遥感影像数据处理平台，完成遥感影像的预处理、融合、镶嵌、裁剪监督分类，以及精度校验工作，最终得到分类为耕地、林地、草地、湿地及水域、建设用地和其他用地的北京市2018年土地利用分类解译图作为研究基础。

1.2 研究方法

以ArcGIS10.2为平台，本研究利用核密度分析(Kernel Density Estimation，KDE)及邻域分析的研究方法，探讨数据的空间分布规律，进而完成北京市乡村资源分布特征研究，以及后续的主导生态系统服务功能类型识别等工作。核密度分析是以每个取样点的位置为中心，通过核密度函数计算并叠加各个取样点在指定范围内各个网格单元的密度贡献值，得到要素在整个研究区域的分布密度[6]。

对于主导生态系统服务功能类型识别，本文结合谢高地等人基于专家知识修正的中国不同类型土地利用类型的生态系统服务价值当量表，计算不同用地类型产生的各类生态系统服务价值所占比例，作为北京市乡村景观资源分类的基础(表1)。由于文化服务功能占比除森林生态系统外无明确的修正结论，需综合利用景点POI数据和道路数据研究[7]。

2 北京市乡村景观资源分布特征

通过将北京市村庄分布POI数据、北京市公交站点数据、北京市风景名胜区POI数据和北京市2018年土地利用分类解译图，导入ArcGIS10.2平台叠加进行核密度分析，探究北京市乡村景观资源的分布特征，得到以下结论。

图1 北京市乡村景观资源分布图

2.1 乡村景观资源数量众多，景观资源基础差异较大

通过统计北京市各个行政区村庄POI数据，北京市村庄数量多达4 242个。根据与土地利用分类解译数据与村庄POI数据叠加生成的北京市乡村景观资源分布图可知(图1)，不同行政区的乡村景观资源基础差异较大。例如，大兴区除北部局部乡村周边用地类型主要为建设用地外，绝大部分区域乡村周边用地类型均为耕地；房山区西部乡村周边为山林地，乡村周边零星分布有建设用地和耕地；通州区除南部少部分区域外，周边用地类型均以耕地为主，其中穿插少量以大运河为主的湿地及水域用地；顺义区潮白河西侧村庄周边以建设用地为主，东侧则以耕地为主要用地类型；延庆区村落主要分布于西部至中部的妫河沿岸，村落周边用地类型以耕地穿插少量的建设用地斑块为主，其他山林地中有少量村庄呈散点状分布；门头沟区大部分村落周边用地均为山林地，其中穿插有少量建设用地以及耕地斑块；昌平区村庄主要集中在东部及南部，周边用地类型以耕地和建设用地为主，有少量村庄呈散点状分布在西部及北部的山林地中；怀柔区除东南角村庄分布较为密集，周边以耕地和建设用地为主，其他绝大部分村庄周围均为山林地中穿插少量耕地斑块；平谷区大部分村庄周边用地以耕地为主，少量分布于林地中；密云西北部村庄分布较为集中，周边以耕地和建设用地为主，密云水库北部村庄周边以耕地为主，其他山林地中也有村庄呈散点状分布；朝阳、海淀、丰台和石景山四区村庄资源相对较少，周边用地类型以建设用地为主。

表1 不同用地类型产生的生态系统服务功能占比

乡村景观提升需充分考虑区域内乡村的现状区位、规模、周边用地情况等因素。针对不同景观资源基础条件需采取不同的提升策略，制定相应的发展方向，分类推进乡村发展，实现北京城乡发展格局优化。

2.2 乡村景观资源分布不均，部分区域可达性较差

图2 北京市村庄POI数据核密度分析图

图3 北京市乡村景观道路交通资源分布图

核密度分析是通过计算研究要素的样本点在指定范围内各个网格单元内的密度贡献值，并叠加相同位置处的密度探究研究要素的空间分布特征[8]。北京市村庄POI核密度分析结果表明(图2)，北京市乡村资源分布不均，整体呈西北低东南高的分布趋势，尤以通州区西部、大兴区东部和延庆的中部分布密度最高。

通过叠加北京市道路交通数据和公交站点POI数据，得到北京市乡村景观道路交通资源分布图(图3)，显示北京市道路交通体系发达，公交站点及路网密度分布与村庄分布趋势大致相同。但在房山区东部、门头沟北部、延庆西北部和密云西部仍有少量村庄未被道路系统覆盖，交通可达性较差。乡村景观资源分布不均、部分区域可达性较差将在很大程度上制约乡村景观的发展。依据乡村景观资源分布趋势以及不同的交通基础条件制定合理的乡村景观提升策略，对于实现北京乡村景观整体发展至关重要。

2.3 乡村景观建设发展失衡，未来发展方向不明确

北京市自2014年开始推进美丽乡村建设，已取得初步成效[9]。截至2018年，共有1 107个乡村纳入美丽乡村建设名单[10]，目前看来，北京美丽乡村建设重点为污水治理和饮用水水质提升、厕所改造、垃圾治理和清洁取暖等针对农村基础设施和公共服务提升，但缺乏对于乡村景观资源的深入挖掘。目前，仅有门头沟的灵水村和马栏村、怀柔北沟村、密云古北口村和延庆姚官岭村等少数村庄具有相对明确的发展方向，建设情况较好，绝大部分乡村景观主导功能类型不明确。发展重点失衡、未来发展方向不清晰等问题将在很大程度上制约北京乡村振兴战略的实现。

3 基于主导生态系统服务功能类型识别的北京市乡村景观分类

本研究将乡村景观视为生态系统的重要组成部分，基于识别主导生态系统服务功能进行北京乡村景观分类。

3.1 分类标准

目前，联合国《千年生态系统评估报告》(Millennium Ecosystem Assessment，MA)中所采用的分类体系因详细阐述了自然生态系统与人类社会福祉之间关系而得到普遍认可。该分类体系不仅涵盖了我国乡村发展特征，也与我国现行的乡村发展政策相契合。乡村景观为人类提供粮食、林木和水源等产品，即为MA分类系统中满足人类生存及社会经济发展需求的供给服务功能，也是大力发展乡村绿色生态产业的需求。乡村振兴战略中强调增加乡村生态绿量是对于乡村景观发挥调节气候、改善环境从而保障人类生态安全的政策支持，对应MA分类系统中的调节服务功能。乡村绿化美化、美丽乡村建设等一系列改善乡村景观风貌相关政策的大力推行，是提升MA分类系统中满足人类休闲游憩等精神需求的文化服务功能的重要保障。支持服务则主要支持其他3类服务，从而维持生态系统的稳定和健康发展[11-13]。乡村景观不仅是生态系统的重要组成部分，更是重要的生态系统服务功能承载空间，因此，本研究以MA分类体系为研究框架，整合乡村景观分类与生态系统服务功能分类体系[14-15]。鉴于支持服务的主要作用是支持其他3类功能的正常运行，本研究以供给服务、调节服务和文化服务功能为主要乡村景观主导生态系统服务功能类型，按照组合规律，将乡村景观生态系统服务功能主导类型分成25种组合模式(图4)。

根据相关学者对于各土地利用类型的单位价值测算，以及各类用地类型的主导生态服务功能分类研究，结合表1可知[16]，耕地以提供调节服务为主、供给服务为副；林地以提供调节服务为主、供给服务为副、文化服务为次；草地以提供调节服务功能为主导；湿地及水域以提供调节服务功能为主、供给服务为副；其他用地以调节服务功能为主导；建设用地以提供文化服务功能为主导。本研究依据乡村景观主导空间功能分类，通过计算各类用地类型提供的生态系统服务功能类型占比，从而识别北京市乡村景观主导生态系统服务功能(表2)。

3.2 分类统计过程

3.2.1 建立缓冲区

本研究首先参考相关学者对于人类游憩行为以及景观服务半径的相关研究，综合考虑步行、骑行、公交等多种出行方式，以步行30min、骑行15min、公交5min可达的2 000m作为乡村景观邻域分析的分析距离，构建各个数据点的缓冲区，作为基于主导生态系统服务功能识别的乡村景观分类研究基础，以供后续乡村景观生态系统服务功能空间统计分析。

3.2.2 乡村景观的供给服务功能识别

乡村景观供给服务功能识别首先需提取2018年北京市土地利用类型中的耕地、林地、湿地和水域数据，并建立其与乡村景观邻域分析缓冲区的空间连接。其次，通过计算几何工具统计各个村庄缓冲区内3类用地类型所占面积，分别乘以3类用地类型可提供的供给服务功能比例系数，从而计算不同用地类型产生的供给服务功能之和。其中耕地系数48.26%，林地系数19.62%，湿地及水域系数1.71%。最后采用自然断点法对计算结果进行分级，将各个缓冲区可提供的乡村景观供给服务分无供给服务功能、低供给服务功能、中供给服务功能和高供给服务功能4类(图5)。

3.2.3 乡村景观的调节服务功能识别

乡村景观调节服务功能通过提取北京市土地利用类型解译数据中的耕地、林地、草地、湿地、水域和其他用地进行识别。在统计各个村庄缓冲区内5类用地类型所占面积的基础上，分别乘以各类用地类型可提供的调节服务功能比例系数，其中耕地51.74%，林地66.69%，湿地及水域98.29%，草地以及其他用地系数为100%。通过对于计算结果采用自然断点法进行分级，将各个缓冲区可提供的乡村景观供给服务分为无调节服务功能、低调节服务功能、中调节服务功能和高调节服务功能4类(图6)。3.2.4 乡村景观的文化服务功能识别

鉴于解译数据精度有限，乡村景观文化服务功能识别需综合提取北京市道路交通用地矢量数据和风景名胜POI数据，并以风景名胜POI数据为主，辅助参考建设用地和路网密度完成北京市乡村景观文化服务功能识别工作。

图4 乡村景观供给-调节-文化空间功能组合模式

表2 乡村景观供给-调节-文化空间功能分类

图5 北京市乡村景观供给服务功能分布特征

图6 北京市乡村景观调节服务功能分布特征

图7 北京市乡村景观文化服务功能分布特征

图8 基于主导生态系统服务功能识别的北京市乡村景观分类结果

首先，建立路网数据与乡村景观邻域缓冲区数据的空间连接关系，统计每个村庄点缓冲区内的路网长度，并根据路网总长度采用自然断点法分级，将各个缓冲区内路网分布划分无路网分布、低路网密度、中路网密度和高路网密度4类。其次，统计各个村庄缓冲区内林地和建设用地可提供的文化服务功能占比。第三，建立风景名胜POI数据与乡村景观邻域分析缓冲区的空间连接，统计各个村庄缓冲区内风景名胜资源分布规律，依据缓冲区内风景名胜资源数量划分为无风景名胜资源分布、低密度风景名胜资源分布、中密度风景名胜资源分布以及高密度风景名胜资源分布。最后，将以上结果进行归一化处理并完成加权叠加，得到各缓冲区可提供的乡村景观文化服务功能，分为低文化服务功能、中文化服务功能和高文化服务功能3类。其中，风景名胜资源分布为主要识别指标，权重设定为0.6，路网密度、建设用地和林地提供文化服务功能综合分布数据为辅助参考指标，权重分别设定为0.2(图7)。

3.3 分类结果

本研究通过将北京市乡村景观供给服务功能、调节服务功能和文化服务功能相关识别指标与缓冲区建立空间连接，利用Excel统计各个村庄点缓冲区3个指标——贡献度，完成基于主导生态系统服务功能识别的北京市乡村景观分类(图8)。

根据统计结果，北京市乡村景观共可分为11类，其中单一主导功能为调节服务功能主空间村庄共计28个，主要集中在延庆；双重功能包括3类，由57个供给服务主-调节服务功能副空间、6个调节服务主-文化服务功能副空间和6个文化服务主-调节服务功能副空间组成；三重功能7类，包括174个供给主-调节副-文化服务功能次空间、138个供给主-文化副-调节服务功能次空间、15个供给-调节均衡-文化服务功能副空间、3 134个调节主-供给副-文化服务功能次空间、259个调节主-文化副-供给服务功能次空间、150个文化主-供给副-调节服务功能次空间，以及267个文化主-调节副-供给服务功能次空间(图9)。

4 基于主导生态系统服务功能类型识别的北京市乡村景观提升策略

4.1 基于分布特征，优化乡村景观格局

根据不同乡村景观主导生态系统服务功能类型的分布差异，准确识别北京市乡村景观格局优化方向是实现北京乡村景观提升的基础。为进一步优化乡村景观格局，需在实地深入调研各类乡村景观土地资源、文化资源和产业资源的基础上，综合利用多源数据，结合探究历史遗迹、名胜古迹、生态防控线和生态规划线的分布特征，借助GIS等数据处理平台，整合多学科的研究成果，统筹构建乡村景观保护格局，从而确定乡村景观保护区和发展区的分布。

4.2 突出主导功能，营造乡村特色景观

针对不同主导生态系统服务功能应明确不同的发展方向。以供给服务功能为主导的乡村景观提升应着力发展乡村景观的生产功能，推进农业现代化发展，明确规模化培育、科技化生产、产业化经营并优化产业结构，从而整体提升农产品质量、效益和核心竞争力，适应现代农业发展需求。以调节服务功能为主导的乡村景观提升需以保护乡村景观良好的生态环境为前提，在尊重自然、顺应自然、保护自然的基础上谋求发展，应积极采用养护农业资源和强化农业生物资源保护的绿色农业发展技术措施。以文化服务功能为主导的乡村景观提升不仅要考虑自然环境的保护，同时应深入挖掘地域历史文化、民俗文化、生活习惯和宗教信仰等，并与经济发展相结合，在乡村绿化美化行动的带领下，兼顾旅游发展从而提高经济水平。

根据前文基于主导生态系统服务功能类型识别的北京市乡村景观分类结果，对于调节服务功能主空间这类单一生态系统服务功能类型的乡村景观，如延庆的海沟村和怀柔的五青松村，应着重发展其生态调节功能，以保护为主，除必要的基础设施建设完善外，应着力进行植物群落优化配置，助力乡村景观调节功能的发挥；对于双重生态系统服务功能类型的乡村景观，应以主导功能为主，兼顾副功能空间的发挥，例如供给服务主-调节服务功能副空间的通州安辛庄村和大兴区的贾家屯村，应进一步提升耕地和林地的种植模式和种植规模，从而提升生产效率，同时，还需兼顾保护资源，保障其调节服务功能的正常发挥；针对三重生态系统服务功能类型的乡村景观提升则应分清主-副-次功能的关系，如数量最多的调节主-供给副-文化服务功能次空间的提升，首先应着重于生态调节功能的发挥，在保护的基础上，通过改良种植方式的同时，兼顾提升供给服务功能，辅以开发森林康养、采摘休闲等与提升乡村景观调节服务和供给服务高度相关的文化活动。

4.3 配合政策引导，建立配套保障体系

图9 北京市各行政区乡村景观功能分类

实施完善的相关政策措施、建立乡村景观管理体系不仅是实现乡村景观生态系统服务功能的重要保障，对于引导乡村景观规范化、法制化建设也至关重要。参考国外经验，结合北京乡村景观提升现实需求，建立配套政策保障体系。首先要完善乡村景观建设的相关法律法规，明确乡村景观保护管理条例细则，建立健全的监管制度，有效保障乡村景观具体实施建设。其次，鉴于诸多乡村景观资源存在跨行政区的现象，加强各个行政区协同合作，共同保障基于主导生态系统服务功能识别的乡村景观提升。最后，建立完善公众参与机制，充分重视公众需求，形成乡村景观村民联动发展模式，可以充分调动公众积极性，也有利于进一步发掘乡村景观特色，实现以人为本的乡村振兴。

注：文中图片均由作者绘制。