生态系统服务的研究进展-郑博文

生态系统服务的研究进展一、研究背景生态系统是由植物、动物和微生物群落，以及无机环境相互作用而构成的一个动态、复杂的功能单元。人类是生态系统的一个不可分割的组成部分。生态系统的空间尺度变化很大，树洞里一个临时的小水洼以及辽阔的海洋盆地，都可以被称之为一个生态系统[1]。该定义采用了《生物多样性公约》（CBD）对生态系统的描述：“生态系统是指植物、动物和微生物群落和它们的无生命环境作为一个生态单位相互作用形成的一个动态复合体。”（UnitedNations:1993,114）作为地球生命支持系统，自然生态系统是人类经济社会赖以生存和发展的基础[2]。随着人类社会的快速发展，出现了一系列的问题，如人口的急剧增加、资源的过度消耗、环境污染的日益严重等，导致各类生态系统严重退化，生态系统为人类提供服务功能的能力也在不断衰退。而人类对经济发展的需求使得其对生态系统服务的利用在以不可持续的速度增长，人类社会的可持续发展受到威胁。在这种背景下，为了实现和维护人类社会与自然生态系统之间的和谐，各国学者开始从不同的角度研究自身与生态系统之间的关系，评估生态系统服务逐渐成为生态学和生态经济学研究的热点之一。二、生态系统服务的概念生态系统服务是指生态系统形成和所维持的人类赖以生存和发展的环境条件与效用。它不仅包括生态系统为人类所提供的食物、淡水及其他工农业生产的原料，更重要的是支撑与维持了地球生命支持系统、生物地球化学循环与水文循环、生物物种多样性、大气化学平衡与稳定。生态系统服务是人类赖以生存和发展的基础。然而，由于人类对生态系统服务缺乏充分认识与有效管理，全球大部分地区的生态系统服务都面临不同程度的退化。生态系统服务的丧失和退化严重威胁了人类的安全与健康，直接威胁着区域乃至全球的生态安全。生态系统服务已成为国际生态学研究的前沿和热点[3]。早在20世纪60年代生态系统服务的概念就被提出了（King,1996;Helliwell,1969）。但是直到20世纪90年代以后关于生态系统服务的研究才逐渐增多，到后期取得了显著进展，目前关于生态系统服务的定义有多种描述，其中以Daily，Costanza和Cairns的研究最具有代表性，而《Nature’sService:SocietalDependenceonNaturalEcosystem》(Daily,1997)则被认为是在西方生态服务研究领域的标志性著作。Daily认为，生态系统服务是指自然生态系统及其组成物种所形成、维持和实现人类生存的所有环境条件和过程[4]。Costanza将生态系统的产品和功能统称为生态系统服务，就是由自然生态系统的生境、物种、生物学状态、性质和生态过程所产生的物质和维持的良好生活环境对人类提供的直接福利[5-6]。Cairns从生态系统特征的角度考虑将生态系统服务定义为对人类生存和生活质量有贡献的生态系统产品和生态系统功能[7]。MA(MillenniumEcosystemAssessment)将上述定义概括为：生态系统服务是指人类从生态系统获得的各种惠益[8]。我国关于生态系统服务的研究相对较晚，在20世纪90年代后才有学者将其内涵和价值评价方法引入到中国。作为一个新的研究体系，目前国内对于生态系统服务的研究还不够完善。国外关于生态系统服务的表述有两种“Ecosystemservices”和“Ecologicalservices”，据此我国学者在翻译的时候也出现了不同，前者译为“生态系统服务”或“生态系统服务功能”，后者译为“生态服务功能”[9]，不过目前国内使用较为广泛的是“生态系统服务”和“生态系统服务功能”，这也和国际上广泛使用的“Ecosystemservices”相一致。我国关于“生态系统服务”的定义主要是从国外翻译而来，认为生态系统服务功能包括两方面:生态系统的产品;支撑与维持赖以生存的环境，如气候调节、水源涵养、水土保持等难以商品化的功能[10]。中国科学院可持续发展战略研究组认为，生态系统服务是人类直接或间接从生态系统得到的利益[2]。三、生态系统评估研究进展生态系统服务价值评估对生态保护和经济发展具有重要意义"正确估计和评价生态系统服务价值，有利于正确认识生态系统对人类的重要性;有利于制订正确的生态环境保护政策!生态资源利用政策，防止生态遭受破坏"因此，如何对生态系统服务价值进行精确评价成为生态系统服务研究中的关键科学问题"[3]。1、生态系统服务的分类生态系统服务分类是价值评估及其应用的基础。早期权威的分类系统是由Daily[4]和Constanza[5]等完成的，前者将生态系统服务归为13类，而后者则分为17类。这些分类系统成为20世纪末和21世纪初生态系统服务价值评估的重要依据。目前，应用最为广泛的是千年生态系统评估[11]提出的，将生态系统服务分为供给、调节、文化和支持服务4类。目前，对于生态系统服务的分类仍然有不同的看法。如，Wallace[12]认为，由于对一些关键概念如生态系统过程、功能和服务界定不清，现有的分类系统将实现服务的过程(途径和手段)与服务本身(终极目标)混合在一起，限制了它们的应用范围。据此，他提出了一个用于自然资源管理的分类系统，在这个系统中，生态服务功能被分为以下几类，即：充足的资源，良好的物理和化学环境，天敌、疾病和寄生虫的防护，以及社会文化满足与实现。响应Wallace的提法，Fisher和Turner[13]提出以中间服务、终点服务和收益来建构起联结生态系统服务和人类福祉联系的概念框架。Constanza[14]提出了辩护性解释，并给出了Wallace系统没有包容的2个分类系统，即依据空间特征的分类和依据排他性和竞争性的分类。前者将生态系统服务分为5类，即全球非空间位置依存的、局部空间位置依存的、与方向相关的服务流、原位的服务和与用户迁移有关的服务；后者则依据排他性/非排他性和竞争性/非竞争性两维矩阵将生态系统服务归为4类。由于生态系统结构复杂性和功能的多样性，很难找到一个普适的生态系统服务分类方案，但一个较好的方案应当包括生态系统功能和服务特征，同时又便于决策使用[15]。2、生态系统服务的形成与影响机制整体而言，从生态系统功能到生态系统服务的形成与转换不仅依赖于生态系统特征，而且也受到社会经济特征的影响，如个体与群体的认知、生态知识、经济发展水平以及管理实践等[17]。然而，生态系统服务的形成机制尚不十分清楚。以生物多样性与生态系统服务关系为例，一些学者声称找到了两者关系的证据，如Balvanera等[18]认为生物多样性总体上对生态系统服务有积极影响。生物多样性的损失往往意味着可以影响到生态系统的功能和服务[19]。以海洋为例，生物多样性丧失，资源不断减少，恢复潜力、稳定性和水质呈指数降低；而恢复生物多样性能平均提高4倍生产力、降低21%的变异性[20]。然而，生物多样性影响生态系统服务尚缺乏有力证据[21-22]。很多情形下，两者的关系是与特定地点联系在一起的，并且结果与研究分区有关[17]。因此，通过生物多样性管理来调控生态系统服务尚需谨慎，且难以制定一个普适的生物多样性策略[23]。由于生态系统的服务功能依赖于不同空间和时间尺度上的生态与地理系统过程，因而不论是生态系统服务的供给和消费都存在着尺度效应[24]。研究集中在：确定生态系统过程和服务功能的特征尺度，即典型的空间范围和持续时段[25]；不同尺度下生态系统功能的转换；同一尺度下不同生态系统服务的相互关系；扰动情形下生态系统服务及其脆弱性的多尺度特征[26]以及管理措施与生态系统服务的尺度匹配等方面[27]。土地利用和土地覆被变化(LUCC)被认为是生态系统服务的重要影响因素之一[28-29]。目前LUCC对于生态系统服务的影响研究集中在以下3个方面：①对土地生产功能的影响，尤其在多种生产功能的权衡和优化选择方面[30-31]；②基于LUCC遥感数据的土地生态系统服务动态变化[32]；③LUCC引起的单一生态系统服务或过程的变化，如生物多样性[33]、氮含量[34]、授粉[35]、畜产品[36]和土壤有机碳[37]等。3、不同尺度的生态系统服务价值研究进展3.1大尺度生态系统服务价值评估研究进展国外关于全球生态系统服务价值评估的代表性研究是Costanza等人首次对全球生态系统服务价值的分类和评估，根据人类对生态系统服务的支付意愿估算得到全球海洋生态系统服务价值和陆地生态系统服务价值，但由于方法和数据的不足，该研究忽略了生态系统服务功能的空间差异性，对于耕地的估计过低，而对湿地的估计又过高[5]。Pimentel等人提出了生态系统最佳估算模式和评价人类对维持生物多样性的支付意愿两种方法，并对全球生物多样性和美国生物多样性的经济价值进行了比较研究，估算了全球生物多样性各类功能的年度经济价值，但结果与Costanza所评估的结果相差甚远，还不到Costanza估算结果的1/10[38]。我国学者欧阳志云等对中国陆地生态系统六种服务功能价值进行了初步估算，探讨了中国生态系统的间接经济价值，并估算了海南岛生态系统服务的价值[39-40]；陈仲新等按照Costanza等人的研究方法和经济参数评估了中国生态系统功能和效益的价值，并以省区为单位，探讨了中国生态系统效益的空间分布规律[41]；谢高地等基于Costanza等提出的评价模型的基础上，制定了中国生态系统服务价值当量因子表[42]；赵景柱等对比分析了生态系统服务评价方法，并根据Costanza的研究方法测算了13个国家的生态系统服务价值[43]。3.2中小尺度生态系统服务价值评估研究进展随着生态系统服务价值评估理论的发展，国内外不少学者开展了区域性的生态系统价值评估。国外学者Adger等评估了墨西哥森林生态系统的价值；Tobias等研究了CostaRican热带雨林的生态旅游价值；Gren等评估了欧洲多瑙河流域生态系统的经济价值；Andrew等基于Costanza的研究模型定性评价了巴西湿地的服务功能并做了重新估算，此外还修正了Costanza模型中各种生态系统服务功能的价值；Lal等还对太平洋沿岸的海洋红树林生态系统的价值进行了研究等[44-48]。与国外研究相比，我国研究的生态系统类型相对单一，较多集中在草地和森林生态系统，而关于河流、湿地等生态系统类型研究很少。比较有代表性的有:谢高地关于青藏高原各种草地类型各项生态服务价值的评估[43];余新晓等采用替代工程法和市场价值法等评估了北京市山区森林生态系统的服务价值[49];郭中伟等通过建立各种数学模型评估了湖北省兴山县森林生态系统的年度经济价值[50];薛达元等采用费用支出法、旅行费用法和条件价值法等方法估算了长白山自然保护区生态系统生物多样性的各种价值[51];许英勤等根据Costanza的研究方法估算了塔里木河下游农垦区绿洲生态系统服务的价值[52];吴玲玲等采用市场价值法、影子工程法等评估了长江口湿地生态系统的服务价值[53]。关于流域生态系统服务价值的评估，张志强和徐中民等人做了大量工作，如张志强等基于Costanza对全球生态系统服务单位公顷价值的平均估算结果和黑河流域土地利用和土地覆盖变化数据，评估了黑河流域生态系统服务的价值[54];张志强、徐中民等采用条件价值法对恢复黑河中上游的张掖地区的生态系统服务的经济价值做了评估，并认为评估结果是恢复张掖地区生态系统服务的经济价值的最低估价[55]。四、生态系统服务与人类福祉研究进展1、人类福祉的概念不同学科对福祉概念的界定与探讨已经有很长一段历史了，但最近几年才真正开始把福祉运用于实践之中[63]。基于不同的研究背景和目的，不同研究领域的学者选取不同的要素构建了福祉概念。人类福祉是有关人类学，经济学，心理学，社会学和其他社会科学的概念[64]，是一种人们正在享受的有价值的体验[65]。Cummins等认为人类福祉是一个总体衡量人们生活满意度的概念，包括生活水平的满意度、健康、生活成就、人际关系、安全、社区联系和未来的安全等7个主要领域[66]。Hall等认为人类福祉包括健康、知识、工作、良好的物质条件、自我决定权、人际关系和生活条件。在一定条件下，人类福祉也被划分为个人福祉和社会福祉[67]。联合国1990年发布的人类发展报告选取寿命（由出生时预期寿命衡量）、知识（由成年人的识字率和平均受教育年限衡量）和获取所需资源的能力（由以美元为基准的人均国民生产总值的购买力评价衡量）等指标来测度人类福祉。在哲学文献里，通常将人类福祉分为主观福祉和客观福祉两种[68-70]。主观福祉理论认为福祉是由人们的好恶态度决定的，取决于内心的感受与情景体验。客观福祉理论否定了这种决定的形式，认为个人福祉是区别于个人的喜好态度的[71]。联合国“千年生态系统评估”报告对人类福祉的概念也进行了界定，这一概念被广泛地应用于生态系统和人类福祉的研究中，在本文的分析框架部分所使用的人类福祉概念也是源于此处。在这一报告中，提出人类福祉包括5个方面的内容：①维持高质量生活所需要的物质。包括维持安全和生计所需的物质、收入、资产、足够的食物、住所、家居设备、衣服和获取商品的途径；②健康。包括身体健康、良好的感觉和健康的生活环境；③良好的社会关系。包括社会凝聚力、获得相互的尊重、良好的家庭关系以及给孩子或其他人提供帮助的能力；④安全。包括安全地获得自然资源和其他资源、个人和财产的安全、生活在可控可预期的环境中以及免受自然和人为灾害的影响；⑤自由权和选择权。包括对发生事情的控制能力和实现个人成就的能力。在这5个方面的构成要素中，它们相互作用，一个要素状况的改变通常会给其他要素产生积极或消极的影响[72]。2、生态系统服务与人类福祉的研究进展生态系统提供了几乎所有的人类福祉要素，尤其是在经济和社会发展水平落后的地区。社区居民的最基本食物和能源等生计必需品在很大程度上依赖于自然生态系统服务的供给，生活条件改善受制于生态系统服务供给的程度[56]。理解从局部到全球尺度多个变化的驱动力作用下的生态系统服务和人类社会福祉动态关系对于科学管理生态系统，实现区域可持续发展具有重要意义[57]。相关研究的主题集中在如何把生态系统服务纳入资源利用、生态系统管理、生物多样性保护、区域可持续发展以及减少贫困等议题。Bryan等[58]使用多目标决策分析构建了多利益主体的自然资本和生态系统服务框架来确定区域环境管理的战略优先目标；ChapinIII等[59]将人类活动和生态系统服务之间的社会-生态相互依存关系作为生态系统管理的基本导向；Mäler等[60]提出核算生态系统服务作为可持续发展的表征，并认为将来生态系统服务核算的策略应当将关键生态系统包含在核算框架中，尽可能建立动态评估框架和选择合适的评估技术，尽可能标准化不同生态系统评估方法。生态系统服务与区域贫困化问题密切相关，因为贫困人口生计更多地依赖于自然资源和环境。Comim等[61]以贫困化作为人类社会福祉的代用指标，分析了贫困与生态系统服务之间的联系。Tschakert[62]则通过一个小尺度实证案例说明如何将生态系统服务(增加碳汇)转化扶贫的具体项目来促进当地居民收入的增加，进而摆脱贫困。在生态系统服务与社会福祉关系研究中，以下一些议题是值得关注的[57]，如土地利用变化、营养流动、种类构成和气候变化怎样影响生态系统服务流？人类的选择和行为怎样影响生态系统服务的局部流动，并且对其他区域产生溢出效应？什么样的管理机构、刺激政策和调节措施在维持生态系统服务流中是有效的？生态系统服务对人类福祉的影响，已经引起生态学、经济学、人口学、社会学、地理学等领域专家学者的关注。学术界对于生态系统服务本身的价值评估研究方面已经取得了较大的进展，但在生态系统服务对人类福祉影响方面的研究还较少，对生态系统服务变化对不同尺度人类福祉影响的分配和消费机理还未进行系统研究。在中国社会转型期，弱势群体的生存和发展权益成为一个引起各界关注的焦点问题，其对生态系统服务变化的敏感性很高。因此，弱势群体的生态系统服务收益分配消费及其对福祉的影响则是需要深入持续探讨的核心问题[73]。五、目前研究中存在的问题对生态系统服务价值化的评估有利于人们认识自然生态系统对人类福利的极端重要性，并在决策中充分考虑它对人类社会可持续发展的长远影响，是生态学、地理学等自然科学利用经济学方法进一步影响社会决策的尝试。尽管目前为止已有替代市场法、模拟市场法、假想价值法等多种价值化评估方法，但要对各类生态系统服务功能进行确的价值计算还存在较大困难。事实上，以上研究争论到目前也并未停止，其原因可以归纳为2个方面:生态系统自身的复杂性和经济系统对生态系统服务功能反映的模糊性。(1)生态系统结构、功能与服务之间的机制研究尚不多，尤其缺乏对生态系统服务的形成与影响机制的探讨。大部分工作集中在对生态系统服务价值的评估上，对生态系统结构与功能—服务功能的链式成因及其反馈关系缺乏了解，易导致生态服务价值的评估成为“数字加总游戏”。(2)生态系统服务在全球环境(气候)变化影响和人类作用下变化态势尚不清晰，科学评估需要明晰这种变化是线性的还是非线性的，是否存在阈值？已有的生态系统服务研究多为静态的和线性的，难以反映出生态系统服务的动态过程。需要建构起全球环境(气候)变化和人类作用与生态系统服务之间的非线性联系，尤其是引起服务供给质与量突变的气候阈值，这对生态系统管理是至关重要的。(3)生态系统服务之间相互联系与相互作用的机理尚不清楚，造成服务功能价值评估的重叠或遗漏，在管理上难以制定出不同功能之间协同增益的对策。生态系统提供的服务是多种多样的，尽管目前的价值评估体系区分了多种生态系统服务类型，但对于不同服务之间的联系缺乏了解，尤其是在人类选择性的服务消费模式下，各服务类型之间的增益或损耗机理尚不明晰。因而，制定出的管理措施缺乏全局性和针对性。(4)生态系统服务与区域社会福祉之间的耦合机制尚不清晰，尤其缺乏对多尺度下不同主体行为与生态系统服务之间内在联系的认识。多数研究用生态系统服务价值量与经济系统的特征值如GDP等做简单对比，没有与社会经济系统进行实质性整合分析，造成生态补偿等生态系统管理政策制定上的困难。另外对生态系统服务的空间结构、空间流动及其社会经济效应的区域差异认识不足，大多数研究局限在域内(on-site)效应研究和价值评估[16]。六、结语未来关于生态系统服务的研究应重点从以下几个方面进行：（1）基于空间结构、空间联系与流动的生态系统服务分类体系。从地理本体论出发，建立基于空间结构、空间联系与流动的生态系统服务分类体系。尽管目前有多种生态系统服务的分类系统，尤其Costanza[14]依据空间联系和排他性/竞争性提出了具有空间特征的分类方案，但还缺乏针对与社会福祉耦合关系研究的生态系统服务分类框架。在满足基本系统分析功能的前提下，本着数据可得性和可操作性原则，应当制定一个新的以区域可持续发展为目标导向的生态系统服务综合分类方案。该方案以土地覆被类型组合为基本分类对象，分类依据兼顾功能类型、服务对象、空间联系及区域差异等。（2）多功能土地利用与生态系统服务形成与维持之间的关系。土地利用/土地覆被变化是地理学的传统核心研究领域，将此研究主题拓展为分析多功能土地利用与生态系统服务形成与维持之间的关系。内容包括不同土地利用类型及格局与生态系统服务的空间关联和对应关系，多功能土地利用形成与维持过程中各类生态系统服务的权衡与协同作用等。重点理清土地类型转换影响生态系统服务的机理以及生态系统服务供给与消费随时间变化的趋势。(3)生态系统服务的空间模拟与表达。发挥地理学GIS等空间分析手段上的优势，开展以下工作：模拟生态系统服务的空间结构及其与影响因素之间的定量关系；明晰生态系统服务流的空间路径和通量；分析生态系统服务的域内和域外效应；进行生态系统服务的动态空间制图，研究生态系统服务供给与消费的空间均衡与补偿问题。(4)区域生态系统服务与人类社会福祉耦合关系。将生态系统服务及其币值化结果内化作为社会经济系统的组成部分，应用地理学综合分析途径，定量和定性分析生态系统服务与人类社会福祉的关系。采用系统动力学模型，分析不同的生态系统服务情景下，社会经济系统的增益或损耗状况，以及不同的社会经济发展模式对于生态系统服务的影响；采用经济均衡模型，分析社会经济系统对气候变化和人类扰动情形下生态资产变动的响应，如经济总量的损失、贫困率的变动以及产业结构的调整等。参考文献(References)[1]千年生态系统评估报告集[M].中国环境科学出版社：北京，2007.[2]中国科学院可持续发展战略研究组.生态系统服务理论[DB/OL].中国网，/chinese/zhuanti/295916.htm,2003-3-19.[3]房学宁,赵文武.生态系统服务研究进展—2013年第11届国际生态学大会（INTECOLCongress）会议述评.生态学报,2013,33(20):6736-6740.[4]DailyGC.Nature’sService:SocietalDependenceonNaturalEcosystem[M].Washington,DC:IslandPress,1997.[5]CostanzaR,d’ArgeR,deGrootR,etal.Thevalueoftheworld’secosystemservicesandnaturecapital[J].Nature,1997,387:253-260.[6]胡自治.草原的生态系统服务:生态系统服务概述[J].草原与草坪，2004,4（107）：3-11.[7]CairnsJ.Protectingthedeliveryofecosystemservice[J].EcosystemHealth,1997,3(3):185-194.[8]千年生态系统评估报告集（三）[M].中国环境科学出版社：北京，2007.[9]谢高地等.生态系统服务研究:进展、局限和基本范式[J].植物生态学报，2006,30(2):191-199.[10]田运林.生态系统服务功能研究综述[J].中国环境管理干部学院学报，2008,18(2):46-49.[11]MillenniumEcosystemAssessment.EcosystemsandHumanWell-Being:AFrameworkforAssessment.Washington,DC:IslandPress,2003.[12]WallaceKJ.Classificationofecosystemservices:Problemsandsolutions.BiologicalConservation,2007,139:235-246.[13]FisherB,TurnerRK.Ecosystemservices:Classificationforvaluation.BiologicalConservation,2008,141:1167-1169.[14]CostanzaR.Ecosystemservices:Multipleclassificationsystemsareneeded.BiologicalConservation,2008,141:350-352.[15]FisherB,TurnerRK,MorlingP.Definingandclassifyingecosystemservicesfordecisionmaking.EcologicalEconomics,2009,68:643-653.[16]李双成,刘金龙,张才玉等.生态系统服务研究动态及地理学研究范式[J].地理学报,2011,(12):1618-1630.[17]AnderssonE,BarthelS,AhrneK.Measuringsocial-ecologicaldynamicsbehindthegenerationofecosystemservices.EcologicalApplications,2007,17(5):1267-1278.[18]BalvaneraP,PfistererAB,BuchmannNetal.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