生态系统服务最初来自于“自然的服务”这一概念^[3]，在1981年被正式提出^[4]。生态系统服务是指“生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用^[5]”。联合国千年生态系统评估（The Millennium Ecosystem Assessment）中将生态系统服务分为4个类型，分别为：①支持服务：根本性的保障，如维持地球生命生存环境的养分循环等；②调节服务：涉及区域尺度及人类群体面较大，如气候调节、空气和水循环等；③文化服务：当地居民与个体尺度，如开放空间可视域，娱乐与生态旅游等；④供给服务：涉及尺度较小，如淡水资源、食物与纤维等^[6]。

由于生态系统服务具有复杂性、多样性和空间异质性^[7]，从多尺度研究和评估生态系统服务已成为近年来的研究重点之一^[8-9]。其中，大尺度的生态系统服务研究从生态过程到格局已经有较为详细的研究和方法，例如针对国土尺度的生态安全格局及对区域的生态基础设施研究等^[10]；但在城市等中小尺度上，由于城市生态系统本身的复杂性，及时空数据精度的限制，当前城市尺度的生态系统服务价值评估还集中于对总量的计算^[11]，对城市尺度下具体的服务类型及城市体量、形态和结构等因素对生态服务供给的影响研究仍较为匮乏。研究城市尺度下的生态系统服务及生态过程，有助于协调城市生态要素的合理分配，为城市居民的生活质量和需求提供科学保证，使基础设施等配置更好地服务于城市规划。

生态系统服务流的概念目前还没有统一的定义。学术界对于生态系统服务流通常有两种理解，一是着眼于从生态系统到人的需求的过程^[12]，也就是从供给端到需求端之间的时空连接，其研究重点在于服务的产生、流量、流向和过程的耗散及消费，目的在于能够通过掌握过程而实现对需求更好地分配；二是着眼于生态系统服务的实际供给，是生态系统服务从供给区到受益区的中间过程^[13]，具体差异见表1。

对服务流的第一种理解着重于对过程的分析，明确生态系统服务的传递路径，不少研究者以此概念为基础，对生态系统服务流进行刻画，并给出空间上的分布图。目前基于第一种理解的研究更多集中于对少部分服务的研究，并且受到尺度和内容的限制，更多以自然要素和人流为研究对象，其过程较为复杂，数据要求较高，目前的研究及技术方法较多，但缺乏普遍适用性。

对于服务流的第二种理解，将整个服务流简化为输入到输出的过程，明确在这个过程中的消耗及消费情况，考虑受益者及受益区的供需关系，并将其量化出来。这种方式对数据及研究过程的要求相较第一种方法较低，对关系分析的深入度大于对量化制图的研究。因此适合部分研究整体供需关系的地域，涉及的服务类型也更加多样。

随着城市化建设的增加，高强度资源开发已经造成了一系列资源破坏^[14-15]，城市的环境保护依赖城市生态系统的良性循环，城市生态系统也是连接人类与环境的重要桥梁。生态系统服务流能够有效耦合具有空间异质性特征的生态系统服务的供需^[16]，从生态系统服务流的角度进行城市生态系统评估，是目前城市生态学研究的重要一环。

生态系统服务的供需具有明显的尺度效应。生态系统所产生的总价值量与人类所需要的生态供给并不完全匹配，这种时空错位的现象在中小尺度上尤为明显。总体来说，中小尺度指较小的空间范围及较短的时间间隔^[17]，生态系统服务具有时空动态性，这种动态的变化让生态系统服务流极度依赖时空的改变而发生变化。因此，探讨不同尺度下的生态系统服务价值尤为重要。

生态系统服务价值评估在各个尺度都有相应的研究。全球尺度上，SERNA-CHAVEZ et al^[18]通过分析供需区域之间的空间服务流，得出实际流的收益，从而评估生态系统服务流价值；区域尺度上，VALLECILLO et al^[19]于自然要素的成本距离法及输入人类偏好，量化评估了欧洲生态系统文化服务的价值；单个生态系统尺度上，QIN et al^[20]基于SPANs模型构建了水安全评估框架，将生态系统服务评估纳入其中，分析模拟水安全状况。不同尺度下具有生态系统服务的价值评估方法，在城市区域，由于人类的集聚而带来的生态服务需求增多，对供需在空间上的不匹配则更为显著。这种供需不匹配必然导致生态系统服务的供应沿着特定的路径和方向进行流动，研究流动的过程及路径成为分析生态系统服务供需关系的重要一环。

在城市尺度下，根据范围和人流量的特征不同，本文将城市环境的尺度研究进行细分：城市群—大都市区—中心城区—街区—公共空间。在不同尺度下，生态系统服务的流具有不同的意涵。总体来讲分为3类：（1）大都市区及城市群：大型城市群地区的生态服务流动会以不同区域的形式计算阈值，该尺度的特点是确立有效界限为行政边界（多以区域经济发展为参照因素），在计算和分析生态系统服务及流的特征时集中于几种特定服务类型，对土地利用类型及生物活动环境阻力依赖度高^[21]；（2）中心城区及街区：该区域范围内生态服务价值在空间分布上具有明显的集聚性，以不同土地类型特征及地形起伏特征的生态系统服务价值差异划分^[22]；（3）公共空间：该尺度更多考虑覆被的变化。由于城市环境是由人主导的，城市环境下的主导生态过程及生态系统服务类型也有相应的差别。其定义及服务类型差别见表2。

基于生态系统服务流的对流的过程以及效用的两种理解方式，本文从生态系统服务流类型及所用的模型软件两方面梳理了近年来国内外相关研究进展，并加以评述。

四大生态系统服务类型在源、汇、用上涉及的主体不同，模型构建及对流的分析也各有差异。在城市尺度下的生态系统服务在四大服务流类型上的侧重各有不同，具体见表3。

城市调节生态系统服务包括气候调节、水质净化、噪音调节、极端气候调节、径流调节和废弃物处理等^[2]。调节服务流的衡量通常以衡量生态系统对人类有利的方式改变环境条件的能力(例如减少洪水风险)为评价标准^[35]。调节系统服务流研究中，水（雨洪）调节的研究较为丰富，按照对服务流的2种理解，分别从对水流过程路径分析和调研水的供需关系2个方面进行研究。对过程路径的分析方面，主要着眼于模型的构建及情境设置。如QIN et al^[20]则直接通过服务路径属性网络及LCM模型构建用水及供水场景，通过生态系统服务流框架进行水安全评估。在情境设置方面，ZANK et al^[29]研究了城市扩张情境下对包括供水调节服务流在内的5种服务流的影响及变化，GOLDENBERG et al^[36]研究了不同承载体情况下服务的供需差异及流的变化。

除了雨洪调节，气候调节也是调节服务流研究重点。气候调节是指调节全球温度、降水及其他生物参与调节的全球和区域气候过程，尺度效应对气候调节服务流的影响也更为明显。城市尺度下的生态服务流研究着重于研究区域气候调节路径、生态要素及评估手段。气候调节服务的路径大多为城市通风走廊，目前有研究分析了由植物构建出的绿化通风走廊对于城市社区范围的降温效应明显^[37]，因此，通风走廊的规划设计与需求分析^[38]也是今后气候调节服务流的研究重点。近年来，欧洲学者也对气候调节服务研究较多，关于气候调节的供需平衡问题也得到重视。如SERNA-CHAVEZ et al^[18]根据供给区与需求区之间的空间联系提出了通用框架，着重分析了包括气候调节服务在内的3种服务。GOLDENBERG et al^[36]针对瑞典斯德哥尔摩地区考虑其气候调节服务的供需平衡。

从有关调节服务的相关研究来看，基于过程的服务流刻画研究较多，其中，对水及空气的流动过程研究较为丰富，其原因为方向明确，有一定规律可循，并且数据较容易获取，有助于量化制图。对噪音调节剂废弃物处理等的研究较少，在城市尺度下也有重点研究的必要，可以作为今后研究的方向之一。

文化系统服务流的研究也集中于2个方面：一是基于模型方法对文化服务流的分析，一方面是着眼于流的过程，直接分析供应、需求和流量。HE et al^[39]通过最大熵模型，测量并绘制了关于美学和休闲方面的文化生态系统服务供应。另一方面是将流理解为实际的“用”，也就是需求，通过生态系统服务地图工具(ESTIMAP)中基于自然的休闲模式的改编版本进行建模；通过居民数量及需求类型量化服务需求，最后通过统计表量化出实际的流。二是采用新的技术，本质上也是追踪流的动向，利用大数据如手机信令CDR数据^[40]等进行人群流向分析，可以快速对文化系统服务流的路径、方向及流量有更精确实时的了解，从而达到评估和提升文化系统服务流的目的，更好地指导规划^[41]。

文化系统服务流的研究经历了一个阶段，就是大数据带来的研究思路和方向的转变。一开始针对文化服务流的研究更多是基于第二种理解，明确源和汇，对其进行供需关系的评估，因为当时对文化系统服务的流的过程参与要素的模糊及人的主观评判性较强。随着大数据的发展，研究可以跟踪使用者的行走轨迹及对场地的使用次数进行评判，对研究文化系统服务流是一次技术上的飞跃。因此，目前很多研究也针对人流轨迹及手机信令数据对服务流进行跟踪和空间路径量化，可以预计随着技术的发展，此类研究还会继续增加。

供给服务流的研究目前分为两大方向：一是针对不同的供给服务研究空间地域的供需关系，设置情境或分析因素对供需关系的影响，从而实现供给服务评估的量化。如QIN et al^[20]分析了水供应的供需关系，以长期平均地下水回灌率作为供应，以地下水年抽取量为需求，计算了食物、水和能源供给服务的供需比，并通过计算功能梯度，实现了供给服务价值流的核算；二是提出新的评估框架，在考虑必要影响因素的情况下对不同供应服务进行评估。如SERNA-CHAVEZ et al^[18]提出一种通用框架，分析供给区与受益区的空间联系，引入指标显示供需比；BALZAN et al^[42]开发了不同的空间模型，对生态系统服务容量和流量指标进行了关联分析和束分析，从而确定供应服务于土地利用强度之间的联系。供给服务流的研究一般以明确其供需关系为研究目的，更多的是计算生态系统服务总量及分析城市供需平衡一类问题，对流的过程刻画相关研究较少。

城市中的支持服务流是为城市提供生物生境、生物多样性、生物地球化学循环及传粉与能量传播的过程。支持服务流包括土壤形成过程、光合作用、初级生产力、营养循环与水循环过程。支持服务流相较于其他服务流而言受尺度影响更小，因此针对支持服务的尺度效应研究有限^[43]。其中，初级生产力^[44]存在较为明显的尺度效应，随着尺度的增加，净初级生产力的均值上涨，但其相关的流动路径研究尚不明确。根据目前有关初级生产力的生态要素的研究^[45]，土地植被类型为关键因素，因此其流动性较弱。水循环依靠河流水系实现流动，在城市中，还有部分城市管网参与，构成城市水循环系统服务流的一部分。

随着计算机模型及3S技术的进步，基于生态系统服务流的原理对生态系统服务流进行定量化及模拟的研究增多。根据服务流的2种概念基础，分为着眼于刻画流过程的方法及软件与着眼于计算最终服务供给的方法及软件。在2种概念之下，在不同尺度下各类方法及软件的功能也有所差异。生态系统服务流的过程刻画类软件有3个方面特征：一是研究以生态要素为主体开发空间分布式模型，城市尺度的生态要素选择与人类的需求息息相关，如水、空气等；二是进行服务流的空间刻画及对生态系统服务的评估与测算，体现在模型的空间显性及对价值的测度上；三是对数据的要求较高，多数模型需要大量基础数据作为支撑，用经验公式或设置复杂参数等方式进行计算，限制了部分地区的研究及模型推广使用。具体软件特征及对比见表4。

InVEST (生态系统服务和交易综合评估模型)是用于量化生态系统服务功能的评价模型，旨在通过模拟不同土地覆被情景下生态系统服务的物质量和价值量的变化^{[29, 48]}。模型提供了多种生态系统服务功能评估，涉及调节服务（洪水调节、土壤侵蚀等）、文化服务（美感评估等）和供给服务（木材供给，生物多样性等）多种服务类型。

InVEST模型具有多模块、多层级的特点。该模型基于流域尺度建立不同层级模型，主要分为0～3层4个层级模型^[49]：0层为用于关键区的识别，1～3层为相对价值，提供更精确的生态系统服务功能交易评估结果。模型从时间和空间尺度进行差异化评估：0、1层适用于多年平均数据，空间尺度在地区级以上，可拓展至全球尺度；2、3层以日值或月值为时间序列，可细化至中小尺度^[50]。目前0层和1层的应用较为广泛，集中于对水调节和碳储量等。在较大尺度上的研究，如LEH et al^[51]研究了西非两国在土地利用变化下生态系统服务功能的空间差异，KOVACS et al^[17]研究了美国明尼苏达州的生态系统评估等。这些评估与分析适用于较大尺度，对生态价值的评估分区精度不高。但由于2、3层的模型算法相对复杂，目前主要集中于中小尺度的研究，如ZHANG et al^[52]对沿海区进行自然服务价值计算，预测到2025年的各类情景设置下的土地利用及生态服务价值。该模型基于流域尺度进行研究，因此，在中等尺度特别是流域范围内的评估效果较为显著。近几年关于自然保护区生态环境质量、城市尺度下的生态系统服务时空分异特征的研究增多，大部分基于流域对水文过程进行分析，研究水源供给及调节问题。

InVEST模型可用于服务流的供需分析，评估其供需平衡关系及价值量。模型部分操作具有可重复性，且部分参数可进行调整，较为灵活简便；但由于模型中的关于水土流失等过程的公式由复杂的经验公式得来，因此适用范围并不广泛，特别是针对特定地理条件的研究区域。

SoIVES模型是基于价值转移法，内嵌Maxent算法，用于ARCGIS的生态系统服务评估工具。由于生态系统服务的价值评估涉及到一些非经济、以人感知为主的评价，用单纯的货币价值难以将其量化。价值转移法通过公众感知的非市场化价值，将这部分价值通过函数转移法将其价值空间化地表达出来，而SolVES模型正是整合了Meta分析方法及需求函数所开发的价值转移制图模型。SolVES模型有3大功能^[53]：1）社会价值图的生成；2）解释价值指数与环境之间的关系；3）调用Maxent对研究地输出的统计模型转移成决策地的社会价值，进行决策地的社会价值制图。总体来看，模型适用于城市范围下各类型尺度，主要针对文化服务等难以用货币衡量价值的服务。

SolVES模型也适用于对服务的供需关系进行研究，最大特点是对文化系统服务有较高的适用性，能够对生态要素的社会价值进行评估。其次，模型在不同尺度上表现出差异化的结果，也对城市尺度下广泛应用模型进行文化服务流的研究提供理论支持。但SolVES模型依赖于问卷调查，对数据的要求较高，并且针对的服务类型也有限，因此模型的研究尺度也受到区域限制较大。

ARIES是一个集成平台，旨在评估生态系统服务（ES）并向人类阐明其价值。ARIES通过在兴趣领域中建立点对点连接，生态系统服务供给和使用的概率模型，将这些福利的实际物质流（the actual physical flows）绘图（mapping）到受益人身上^[54]。其优越性体现在其能解决当时量化生态系统服务时产生的一些问题^[55]，如无法体现尺度效应，生态系统服务产生的生物物理量难以刻画^[56]，以及从生态系统向人类受益者传播的模式通常缺乏清晰度等。这些模型能够使用相应的GIS数据来生成生态系统服务供给和使用的地图。最后，使用空间流模型（spatial flow models）来识别生态系统服务流的优势^[57]。

ARIES在城市尺度下有广泛应用，最常见的为市（县）域尺度使用，如研究美国华盛顿特区的城市扩张对服务流的影响^[29]，京津冀地区的淡水生态系统服务流^[25]等；在社区-区域一级也有一定研究，如利用ARIES在200 m分辨率的空间网格对实际与潜在服务值进行建模和比较^[58]，以及对ARIES在河流关键路径，高汇聚地点进行模拟的可行性评估^[59]。

ARIES与其他模型不同的是其集中于对服务流的过程模拟，也就是基于对服务流的第一种理解。通过ARIES能够对实际物质流的路径和具体位置有更精确的认识，适用于研究生态过程控制和污染控制等问题。但ARIES设计复杂，由于是集成代码对部分参数的设置也调整不便，限制了其使用的范围，增加了入门操作难度，今后可以进一步进行平台可操作性的研发工作。

生态系统服务流的研究从生态系统服务评估出发，正向着尺度细化和方法体系搭建2个方向不断发展。从内容上看，近年来生态系统服务流的研究有3个特点。

1）确定土地类型及城市人口密度对生态系统服务流的影响，更多考虑城市不同尺度下的生态系统服务的供需差异性，针对不同尺度展开对特定服务类型的研究，如考虑县域尺度生态系统服务价值的时空变化^[60]，分析多尺度城市碳代谢情景模拟^[61]等。

2）借助生态系统服务流对城市中的生态系统服务价值进行动态评估，强调时空属性及演变模拟，如研究快速城镇化地区的服务价值时空变化^[62]，分析不同城市服务价值的时空动态演变等。

3）着眼于构建通用框架，如SERNA-CHAVEZ et al^[18]提出通用框架分析服务供给区与受益区的空间联系，引入指标显示供需比；GOPAL ^[63]基于生态系统服务构建环境流框架，分析其生态及经济价值；XIAO et al ^[18]以城市群为研究对象，描述文化生态系统服务利益流动和转化的基本过程，构建理论框架；SCHRÖTER et al^[64]构建了区域间生态系统服务流概念框架等。

从时间上看，关于城市尺度下生态系统服务流的研究呈现3个趋势。

1）研究尺度在城市范围内仍不断细化及深化：从对特大城市群的研究^[21]，到着眼于部分城市^[65]、地区^[33]的生态系统服务供需关系，再到县域^[60]、区域^[27]的多尺度服务流格局分析，最后到小尺度区域细化到设施层面的供需分析^[66]。

2）研究方法及软件的不断更新与应用：关于服务流的研究，从一开始集中于对ARIES的算法研究及应用为主，到开发及应用各类针对特定生态系统服务流的软件及模型，从空间显性和精准模拟预测方面都有明显提升。

3）关于生态系统服务流的空间显性研究增多：从对生态系统服务的供需分析，到定量研究流量，再到用模型方法图示化服务流的路径及格网，研究越来越注重服务流在空间上的表达及展示。

根据目前城市尺度下对研究成果及手段来看，今后的研究难点会体现在以下2个方面。一是对城市尺度下生态系统服务流的量化研究，目前在区域及县域层面，已经有较多的研究及模型应用^[67]，但对于特大城市集群的生态系统服务价值评估研究，由于牵扯的生态要素和流动性复杂，目前对这类型的框架研究及问题探索较多，还没有深入到对流的机制研究的阶段；涉及到街道，社区等小尺度下的供需关系在地图中难以获取精确数据，导致研究缺乏数据精度支持及合适的软件应用；二是各类服务流的路径分析及模型构建及耦合关系研究：城市生态系统还包含了人类的参与和需求，生态要素在人参与的作用下其传播和流动路径发生改变。生态要素涉及在不同的生态系统服务类型中扮演不同角色，对于由要素串联的服务类型在生态系统服务价值核算上的关系以及各类型生态系统服务在城市范围不同尺度下的耦合关系也是需要研究的重点。在小尺度范围内，具体的生态系统服务流的模拟仍然需要大量的数据及调研。

随着技术的进步及研究的不断深入，在考虑人类供需关系的城市尺度下的生态系统服务流的研究会逐步深入，目前在城市以下尺度的研究生态系统服务的软件开发还较为薄弱，对生态服务类型在城市范围的尺度分类及应用也较少，今后预计会结合大数据手段，对城市区域服务流路径进行实时的分析及模拟，更好地调节城市基础设施资源、生态要素资源的分配；并利用已有的城市资源及需求关系进行更加合理的城市规划、设计的应用。