生态系统服务功能的空间尺度特征与价值评估

生态系统服务功能的空间尺度特征与价值评估研究进展1生态系统服务功能的空间尺度特征与价值评估作者：罗珂指导老师：王进鑫摘要：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。由于生态系统格局和过程在不同尺度上会表现出不同的特征，尺度对于认识生态系统的格局和过程非常重要。人类受益于生态系统的服务功能，为直观地认识生态系统服务功能的重要性，需要应用经挤学的计量方法对其价值进行量化。着重对生态系统服务功能价值评估的几种方法，包括市场价值法、替代市场法和假想市场法。本文系统地分析了生态系统服务功能的内涵、研究尺度、生态系统服务功能价值的评估方法以及生态服务功能的研究动态及发展趋势。关键字：生态系统服务功能；尺度特征；价值评估；展望前言环境污染和生态破坏是当今人类所面临的重大问题，产生这两大类环境问题的根源，很大程度上在于人类对生态环境的功能、地位以及对人类发展所提供的服务等问题认识的不足。人们逐步认识到，生态服务功能是人类生存与现代文明的基础。近年来生态系统服务功能的研究已引起了人们的广泛重视，生态学家、经济学家纷纷探讨生态系统服务功能的尺度、内涵与定量评价方法，并已成为当前生态学与生态经济学研究的前沿课题。1生态服务及生态功能1.1基本含义生态系统功能是指生态系统提供居住场所、生物资源、系统资源以及过程的功能。生态系统产品(如食品)或生态系统服务(如废物处置)是指人们从生态系统中直接或间接获得效益，通常将生态系统产品和生态系统服务统称为生态系统服务[1]。生态系统服务功能是指生态系统服务与生态系统功能的综合，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[2]。它不仅包括各种生态系统为人类所提供的食物、医药及其他工农业产品的原料，更重要的是支撑与维持了地球的生命支持系统心[2]。1.2生态系统服务功能类型生态系统所提供的服务功能种类多样，相互之问又存在错综复杂的相互依存、生态系统服务功能的空间尺度特征与价值评估研究进展2相互影响的关系。对于功能分类，至今还没有全面、系统、科学的分类理论Costanza[3]、Daily[4]、欧阳志云[5]等都曾对其分类提出了不同的观点，尽管所分类型不同，但都包括了生态系统为人类提供服务的主要方面。具体说来，生态系统服务功能主要包括：①净化功能：进行空气和水的净化，废弃物降解转化等；②调节功能：控制洪水和干旱，调节气候，中和极端气温等；③为生命提供支持系统：土壤形成以及肥力的保持、更新，农作物及自然植被的传粉，控制农业害虫，种子传播及营养循环等；④维持生态平衡，保护生物多样性；⑤为人类发展提供支持：支撑文化的形成发展，创造美并激发灵感等。2生态系统服务功能的尺度2.1概念根据生态系统的经典定义，生态系统可以在不同的空间尺度上定义[6]。生态系统的范围可以是微小的湖泊，也可能是面积达几千平方公里的森林。因此，在生态系统生态学的研究中，通常需要辨析生态系统的空间尺度，界定一个具体的分析尺度[7]。生态系统的服务功能依赖在不同空间和时间尺度上的生态与地理系统过程，包括在生境水平上的个体植物的竞争，到中间尺度上的过程如火、病虫害爆发，以及在更大的空间和时间尺度上的气候和地貌过程。生态系统服务功能可以在所有的生态尺度上产生[8]。总的来说，大尺度的、长期的现象约束着小尺度、短时间的现象[9]。然而，太尺度的过程可能由小尺度的联合作用驱动。例如，微生物在微米和分钟尺度上运动，而它们的累积行为决定了更大尺度的过程，例如通过有机物质分解和氮固定实现营养循环。2.2同一尺度上生态系统服务功能的矛盾2.2.1强调某种服务功能与兼顾利用其它服务功能之间的矛盾在同一尺度上，生态系统会产生多种服务功能，同一生态系统过程会影响多种服务功能，过分强调某一功能会削弱和损害生态系统其它服务功能，并可能导致一系列环境问题。人类作为生态系统的一个组成部分，依靠生态系统所提供的食物和产品以及一系列支持人类生存的生态调节与支持功能[10]。但是，在人类发展过程中，生态系统受到人类活动的干预，导致生态系统的一些服务功能丧失或者退化[11]。2.2.2同时维持生态系统多种服务功能措施之间的矛盾生态系统能够提供多种生态系统服务功能。森林生态系统具有提供林木产品、林副产品、气候调节、光合固碳、涵养水源、土壤保持、净化环境、养分循环、生态系统服务功能的空间尺度特征与价值评估研究进展3防风固沙、文化多样性、休闲旅游、释放氧气、维持生物多样性等多种生态系统服务功能[12]。而要维持和实现这些生态系统服务功能，其措施是各不相同的，甚至是互相矛盾的。在山区，为了维持森林生态系统调蓄洪水，防止侵蚀并涵养水源，需要对森林生态系统进行保育，禁止采伐；而另一方面，为了获得直接经济收益，则需要采伐林木，将林木转化成为产品，导致森林覆盖度下降。采伐和保育森林是2种截然不同的方式，其产生的结果也是背道而驰的。采伐林木虽然能获得短期的经济收益，然而由于森林面积减少而导致的水土流失、山地泥石流、滑坡以及洪水等灾害发生概率的升高，造成的经济损失可能远远超过了采伐森林所获得的收益。2.3不同尺度上生态系统服务功能的协调生态系统过程和服务功能只有在特定的时空尺度上才能充分表达其主导作用和效果，而且最容易观测。也就是说，生态系统过程和服务功能常常具有一个特征尺度，即典型的空间范围和持续时段[13]。在不同的尺度，生态系统体现出来的服务功能有所侧重。在局域尺度上，森林生态系统服务功能主要体现在木材生产方面；在区域尺度上，森林生态系统的服务功能则体现在涵养水源、调节气候、防洪减灾等功能。人们对某一尺度生态系统服务功能的过度强调，可能会导致其它尺度功能的丧失或退化，如对中国西部草原提供食物的功能过度重视，导致草原沙化，则会使草原固沙功能退化，甚至丧失，加剧中国华北地区的沙尘暴。3生态系统服务功能的价值评估生态系统服务功能的价值可分为直接利用价值(直接实物价值和直接服务价值，是生态系统产品所产生的价值)和间接利用价值(生态功能价值是指无法商品化的生态系统服务功能)，选择价值(潜在利用价值是指人们为了将来能直接利用或间接利用某种生态系统服务功能的支付意愿)，存在价值(内在价值是生态系统本身具有的价值)。生态系统服务功能价值的评估方法有市场价值法、费用支出法、替代成本法、影子工程法、旅行费用法、意愿调查法、条件价值法等。3.1市场价值法市场价值法[14]是对具有实际市场的生态系统产品和服务，以其市场价格作为其经济价值，它是以人们对某种生态系统服务功能的支出费用来表示其经济价值的。如活立木年生长量价值可以通过林分的蓄积量与年净生长率及木材的市场价格相乘而得[15]。市场价值法包括生产率变动法、人力资本法、机会成本法、影子工程法等。生产率变动法[16]是利用生产率的变动来评价环境状况变动的影响的方法。此法就是用计算出的产品产量变化的货币值来评价生态系统服务功能的价值。生态系统服务功能的空间尺度特征与价值评估研究进展4如，水土流失又会导致农作物产量的减少，则可用农作物减产的价值作为森林涵养水源、保持水土的价值。影子工程法[17]是当市场价格不存在或扭曲时，对现有价格进行调整，以“影子价格”来估算其经济价值的方法。如计算森林涵养水源的价值，可将森林涵养水源的量与建设相同库容的水库的影子价格相乘而得。3.2替代市场法替代市场法[18]是对于没有直接的市场交易和市场价格的生态系统服务功能，通过计算其替代品的价值来代替其经济价值。即以使用技术手段获得与某种生态系统服务相同的结果所需的生产费用为依据，间接估算其经济价值。其中包括旅行费用法、资产价值法、防护支出法等。旅行费用法常被用来评价那些没有市场价格的自然景点或者环境资源的价值。它将旅游者对旅游场所的环境商品或服务的支付意愿作为其经济价值，而支付意愿又由实际支出和消费者剩余两部分组成，旅游者的实际支出包括往返交通费、餐饮费、住宿费、门票费、设施使用费及旅游者所花费的时间成本等，通过抽样调查获得的数据可以推导出需求曲线，由需求曲线可以估算出消费者剩余部分，最后将旅游者的实际支出与消费者剩余相加之和作为旅游景点的价值。3.3假想市场法假想市场法[19]是对于没有市场交易和实际市场价格的生态系统产品和服务(纯公共物品)人为的构造假想市场来衡量其价值。假想市场法的主要代表是意愿调查法，它是一种直接调查方法，直接询问人们对某种生态系统服务的支付意愿或对某种生态系统服务损失的接受赔偿意愿，以此来估计其经济价值。意愿调查法受很多因素的影响，如受调查者的知识水平、环保意识、生活水平等，而且在支付意愿与接受赔偿意愿之间存在着极大的不对称性，意愿调查评估法研究的结果一直表明：支付意愿比接受赔偿意愿数量低几倍(通常为1／3)，这可能是由于同人们对获得其上尚未拥有的某物的评价相比，人们对其已有之物的损失会有更高的评估[20]。生态系统服务功能的价值并不是固定不变的，它会随着社会经济的不断发展，人民生活水平的不断提高而逐渐增加。生态系统服务功能的价值随恩格尔系数的降低而增加。4生态系统服务功能的研究动态与发展趋势随着经济全球化进程的加快，人们对自然的干预能力不断增强，森林砍伐、过度放牧、生物资源的过度利用，都将造成全球生态系统格局发生极大的变化，自然生态系统的面积会逐渐减少，受人为控制的生态系统面积会迅速增加。同时，人类生产过程中产生的大量污染物都排放到生态系统中，大大超过生态系统本身生态系统服务功能的空间尺度特征与价值评估研究进展5所能承载的容量，进而严重破坏了生态系统的平衡。其服务功能也受到极大的损害[21]。今后的研究将主要集中于以下几方面：4.1明确生态系统服务功能的完整定义生态系统服务功能的定义不是一成不变的，其内涵和适用对象及范围是随着人类对其认识的不断深入而发展演化的。多元分类的方法也使得生态系统服务功能的定义多种多样。但是，为了使在不同时空，政策背景下的不同生态系统服务功能价值评估结果具有可比性以及协作的可能性，就必须得到一个较为明确、统一且实用的定义。要对生态系统服务功能价值进行客观的评估，生态系统服务功能的定义不仅要符合基础生态学的原则，还要与相关的经济核算体制一致。明确生态系统服务功能的定义不仅有利于科学划分生态系统服务功能。对生态系统服务价值进行合理评估也有重要作用。4.2完善生态系统服务功能的分类体系由于生态系统提供的服务功能种类多种多样。相互之间又有错综复杂的关系，至今还没有一个比较全面、科学的分类体系。如果生态系统服务功能的分类主体不明会造成评估过程中的重复计算，即对生态系统服务功能的价值评估造成影响。因此建立一套科学合理的生态系统服务功能分类体系，不仅是生态系统服务功能研究的重要内容，也是全面客观地评估生态系统服务功能价值的重要基础。4.3深化农业生态系统服务价值的评估农业是国民经济的基础，其不仅是为人类生存提供优质食品的产业，也是绿色覆盖度最为广泛且光合作用旺盛的载体。要深入评估不同尺度和多种类型的农业生态系统的服务价值，为生态补偿与农业环境保护提供参考依据，提高广大农民的生态保护以及种地与养地相统一的意识。要多学科知识综合，多种方法和多技术手段的集成，力求在农业生态系统服务价值评估方法体系研发过程中，充分考虑种植业、养殖业、加工业等不同系统特点与耦合要素，嵌合经济社会生态复合模型，生态过程模型与乡村社会模型。4.4优化生态系统服务功能价值评估的尺度要加强对不同空问不同生态类型的各种生态服务功能价值的研究．目前生态系统服务功能的价值评估主要集中在对大尺度的生态系统服务功能，但是大尺度服务功能的价值评估对于小区域范围的服务功能指导意义并不直接和明确。分布在不同区域的同种生态系统，因其环境条件和社会经济条件的不同，表现的服务功能也有所差异。因此还要加强对不同空间，不同生态类型的各种生态服务功能生态系统服务功能的空间尺度特征与价值评估研究进展6价值的研究。4.5引入生态系统服务价值评估的新方法国内外学者为推动生态系统服务功能与价值评估研究，都在探索新模式与新方法。例如地理信息技术开