生态系统服务与管理

第六章生态系统服务与管理本章主要内容•生态系统服务概述•生态系统服务的内容•生态系统服务的功能价值及其评估•全球主要生态系统类型服务的功能价值•生态系统管理第一节生态系统服务概述•生态系统服务的定义一、研究进展•虽然人类对生态系统服务功能的研究才刚刚起步，但是我们的祖先早已就意识到了生态系统对人类社会发展的支持作用.早在古希腊，柏拉图就认识到雅典人对森林的破坏导致了水土流失和水井的干涸.在中国风水林的建立与保护也反映了人们对森林保护村庄与居住环境作用的认识.研究进展在美国，GeorgeMarsh也许是第一个用文字记载生态系统服务功能作用的人他在《ManandNature》一书中记载：由于受人类活动的巨大影响，在地中海地区“广阔的森林在山峰中消失，肥沃的土壤被冲刷，肥沃的草地因灌溉水井枯竭而荒芜，著名的河流因此而干涸.”Marsh也意识到了自然生态系统分解动植物尸体的服务功能.同时他还指出，水、肥沃的土壤，乃至我们所呼吸的空气都是大自然与其生物所赐予的.以后直到AldoLeopold才开始深入地思考生态系统的服务功能，认识到人类自己不可能替代生态系统服务功能，并指出：“土地伦理将人类从自然的统治者地位还原成为自然界的普通一员”.在这个时期，FairfieldOsborn研究了生态系统对维持社会经济发展的意义，他指出，只要我们注意地球上可耕种及人类可居住的地方，就可以发现水、土壤、植物与动物是人类文明得以发展的条件，乃至人类赖以生存的基础.Vogt是第一个提出自然资本概念的人，他在讨论国家债务时指出，我们耗竭自然资源(尤其土壤)资本，就会降低我们偿还债务的能力.研究进展•40年代以来的生态系统概念与理论的提出和发展，促进了人们对生态系统结构与功能的认识与了解，并为人们研究生态系统服务功能提供了科学基础.自70年代以来，生态系统服务功能开始成为一个科学术语及生态学与生态经济学研究的分支.Holdren与Ehrlich论述了生态系统在土壤肥力与基因库维持中的作用，并系统地讨论了生物多样性的丧失将会怎样影响生态服务功能，以及能否用先进的科学技术来替代自然生态系统的服务功能等问题.并认为生态系统服务功能丧失的快慢取决于生物多样性丧失的速度，企图通过其他手段替代已丧失的生态服务功能的尝试是昂贵的，而且从长远的观点来看是失败的.随着这些文章的引用，后来出现了自然服务功能一词和生态系统服务功能.生态系统服务功能这一术语逐渐为人们所公认和普遍使用.研究进展•国际科学联合会环境委员会于1991年组织了一次会议，主要讨论怎样开展生物多样性的定量研究，促进了生物多样性与生态系统服务功能关系的研究以及生态系统服务功能经济价值评估方法的发展，并使这一课题逐渐成为生态学研究的新热点.美国生态学会组织了以GretchenDaily负责的研究小组，对生态系统服务功能进行了系统的研究，并且形成了能反映当前这一课题研究最新进展的论文集。二、生态系统服务功能的内涵生态系统服务功能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。.它不仅为人类提供了食品、医药及其它生产生活原料，还创造与维持了地球生命支持系统，形成了人类生存所必需的环境条件.生态系统服务功能的内涵可以包括有机质的合成与生产、生物多样性的产生与维持、调节气候、营养物质贮存与循环、土壤肥力的更新与维持、环境净化与有害有毒物质的降解、植物花粉的传播与种子的扩散、有害生物的控制、减轻自然灾害等许多方面.1.有机质的生产与生态系统产品生态系统通过第一性生产与次级生产、合成与生产了人类生存所必需的有机质及其产品.据统计每年各类生态系统为人类提供粮食1.8×109t，肉类约6.0×108t，同时海洋还提供鱼约1.0×108t.生态系统还为人类提供了木材、纤维、橡胶、医药资源，以及其它工业原料.生态系统还是重要的能源来源，据估计，全世界每年约有15％的能源取自于生态系统，在发展中国家更是高达40％.2生物多样性的产生与维持生物多样性是指从分子到景观各种层次生命形态的集合.生态系统不仅为各类生物物种提供繁衍生息的场所，而且还为生物进化及生物多样性的产生与形成提供了条件.同时，生态系统通过生物群落的整体创造了适宜于生物生存的环境.同物种不同的种群对气候因子的扰动与化学环境的变化具有不同的抵抗能力，多种多样的生态系统为不同种群的生存提供了场所，从而可以避免某一环境因子的变动而导致物种的绝灭，并保存了丰富的遗传基因信息.生态系统在为维持与保存生物多样性的同时，还为农作物品种的改良提供了基因库.据研究，人类已知约有8万种植物可以食用，而人类历史上仅利用了7000种植物，只有150种粮食植物被人类广泛种植与利用，其中82种作物提供了人类90％的食物.那些尚未为人类驯化的物种，都由生态系统所维持，它们既是人类潜在食物的来源，还是农作物品种改良与新的抗逆品种的基因来源.生态系统还是现代医药的最初来源，最新研究表明，在美国用途最广泛的150种医药中，118种来源于自然，其中74％源于植物，18％来源于真菌，5％来源于细菌，3％来源于脊椎动物［9,10,26］.在全球，约有80％的人口依赖于传统医药，而传统医药的85％是与野生动植物有关的.3调节气候从人类诞生以来，地球气候变化比较剧烈，在2万年前的冰期，地球上大多数陆地仍履盖着厚厚的冰盖.尽管近1万年来，全球气候比较稳定，但其周期性的变化，仍极大地影响了人类活动与人口分布，甚至在1550～1850年间，欧洲发生了所谓的小冰期，气温明显降低.气候对地球上生命进化与生物的分布起着主要的作用，尽管一般认为地球气候的变化主要是受太阳黑子及地球自转轨道变化影响.但生物本身在全球气候的调节中也起着重要的作用，例如，生态系统通过固定大气中的CO2而减缓地球的温室效应.生态系统还对区域性的气候具有直接的调节作用，植物通过发达的根系从地下吸收水分，再通过叶片蒸腾，将水分返回大气，大面积的森林蒸腾，可以导致雷雨，从而减少了该区域水分的损失，而且还降低气温，如在亚马逊流域，50％的年降水量来自于森林的蒸腾.4减轻洪涝与干旱灾害每年，地球上总降水量约1.19×1013m3，大多数雨水首先由土壤吸收，然后再由植物利用，或转入地下水.但如果没有生态系统的作用，雨水直接降到裸露的地面，不仅大大减少土壤对水分的吸收量，使地面径流增加，还将导致土壤与营养物的流失.在NewHampshere的径流研究发现，裸地平均径流增加40％，而在森林砍伐后的4个月，地表径流通比砍伐前增加5倍.据研究，喜马拉雅山大范围的森林砍伐加剧了孟加拉国的洪涝灾害，在非洲，大范围的干旱可能也与大规模的森林砍伐有关.我国1998年长江全流域洪涝灾害的形成与中上游植被及中游湖泊减少、水源涵养能力下降、水土流失加剧的密切关系，已为人们所广泛认识.水土流失的发生不仅使土壤生产力下降，降低雨水的可利用性，还造成下游可利用水资源量减少，水质下降.河道、水库淤积，降低发电能力，增加洪涝灾害发生的可能性.在全球，仅水土流失导致水库淤造成的损失约60亿美元.湿地调蓄洪水的作用已为人们所熟知，泛洪区的森林不仅能减缓洪水速度，还能加速泥沙的沉积，减少泥沙进入河道、湖泊与海洋.如Mississippi流域保留的小面积湿地，在预防Mississippi河的洪水起了重要的作用.5土壤的生态服务功能土壤是一个国家财富的重要组分，但这份通过成千上万年积累形成的财富，几年的时间就可以流失殆尽.在世界历史上，肥沃的土壤养育了早期的文明，也有的古代文明也因土壤生产力的丧失而衰落,在今天，世界约有20％的土地由于人类活动的影响而退化.除在水分循环中的作用外，土壤的生态服务功能至少可以归纳为5个方面(1)为植物的生长发育提供场所，植物种子在土壤中发芽，扎根，生长，开花结果，在土壤的支撑下，完成其生命周期.(2)为植物保存并提供养分，土壤中带负电荷的微粒可吸附可交换的营养物质，以供植物吸收.如果没有土壤微粒，营养物将会很快淋失.同时，土壤还作人工施肥的缓冲介质，将营养物离子吸附在土壤中，在植物需要时释放.(3)土壤在有机质的还原中起着关键作用.同时，在还原过程中，还将许多人类潜在的病原物无害化.人类每年产生的废弃物约1.3×1011t，其中约30%是源于人类活动，包括生活垃圾、工业固体废弃物、农作物残留物以及人与各种家畜的有机废弃物.有幸的是，自然界拥有一系列的还原者，从秃鹰到细菌，它们能从各种废弃物的复杂有机大分子中摄取能量.不同种类的微生物像流水线上的工人，各自分解某种特定的化合物，并合成新的化合物，再由其它微生物利用，直到还原成最简单的无机化合物.许多工业废弃物，如肥皂、农药、油、酸等都能被生态系统中的微生物无害化与降解.(4)由有机质还原形成简单无机物最终作为营养物返回植物，有机质的降解与营养物的循环是同一过程的两个方面.土壤肥力，即土壤为植物提供营养物的能力，很大程度上取决于土壤中的细菌、真菌、藻类、原生动物、线虫，蚯蚓等各种生物的活性.细菌可以从大气中摄取氮，并将其转换成植物可以利用的化学形态.在1hm2土地中的蚯蚓每年可以加工10余吨有机物，从而可以大大改善土壤肥力及其理化性质(5)土壤在N、C、S等大量营养元素的循环中起着关键作用，如，与土壤中C的储量相比，植物的作用相形见拙，据估算，土壤C的贮量是全部植物中C总储量的1.8倍，而土壤中N的储量更是植物中总量的19倍6传粉与种子的扩散大多数显花植物需要动物传粉才得以繁衍.据研究，在全世界已记载的24万种显花植物中，有22万种需要动物传粉.如果没有动物的传粉，不仅会导致农作物大幅度减产，还会导致一些物种的绝灭.据记载，已发现传粉动物约10万种，包括鸟、蝙蝠与昆虫.动物在为植物传粉的同时，也取得自身生长发育繁殖所需要的食物与营养.动物还是植物扩散的主要载体之一..7有害生物的控制与人类争夺食物、木材、棉花及其它农林产品的生物，统称为有害生物，据估计每年有25%以上的农产品被这些有害生物消耗.同时，还有成千上万种杂草直接与农作物争水、光和土壤营养.据估计，农作物99%的潜在有害生物能得到自然天敌的有效控制，从而给人类带来了巨大的经济效益.由于化学农药的大量使用，对农药产生抗性的害虫越来越多，农药使用剂量也在不断提高.农药的大量使用，不仅严重地污染了环境，对人类健康造成潜在威胁，而且还减少了害虫的自然控制能力，加剧了次要害虫的爆发.8环境净化陆地生态系统的生物净化作用包括植物对大气污染的净化作用和土壤-植物系统对土壤污染的净化作用.植物净化大气主要是通过叶片的作用实现的.绿色植物净化大气的作用主要有两个方面，一是吸收CO2，放出O2等，维持大气环境化学组成的平衡；二是在植物抗生范围内能通过吸收而减少空气中硫化物、氮化物、卤素等有害物质的含量.三、生态系统服务功能价值的特征•整体有用性：•空间固定性•用途多样性•持续有用性•共享性•负效益性四、生态系统服务功能价值的分类（一）分类系统•1.Mcneely将生物多样性经济价值分为可利用价值（Usevalue，UV）和非利用价值（Non-usevalues，NUV），可利用价值可以被进一步划分为直接利用价值（directusevalues，DUV）、间接利用价值（indirectusevalues，IUV）和可选择价值（optionvalues，OV），即可能的利用价值。非利用价值主要是存在价值（Existencevalues，EV）。。四、生态系统服务功能价值的分类（一）分类系统2.联合国环境规划署（UNEP）于1993年编写的《生物多样性国情研究指南》中将生物多样性价值分为：显著实物形式的直接价值、无显著实物形式的直接价值、间接价值、选择价值、消极价值（Passiveuses）。国外还提出有其他分类系统，但与前二者在实质上差异不是很大。（二）生态系统服务功能的价值类型1.直接利用价值主要是指生态系统产品所产生的价值，它包括食品，医药及其它工农业生产原料，景观娱乐等带来的直接价值.直接使用价值可用产品的市场价格来估计.（二）生态系统服务功能的价值类型