生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究文獻(xiàn)現(xiàn)狀及不同研究方向評(píng)述

馬鳳嬌，劉金銅，A. Egrinya Eneji

(1. 中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心，石家莊 050022；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 3. 中國科學(xué)院 農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050022； 4. 卡拉巴爾大學(xué)，尼日利亞)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究文獻(xiàn)現(xiàn)狀及不同研究方向評(píng)述

馬鳳嬌1,2,3，劉金銅1,3,*，A. Egrinya Eneji4

(1. 中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心，石家莊 050022；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 3. 中國科學(xué)院 農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050022； 4. 卡拉巴爾大學(xué)，尼日利亞)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究是生態(tài)學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)。對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)文獻(xiàn)發(fā)表情況和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主要研究方向進(jìn)行闡述分析。(1)通過Thomson Reuters公司ISI Web of knowledge 信息平臺(tái)提供的Science Citation Index Expanded 數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源檢索分析得到：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究從文獻(xiàn)數(shù)量、作者、國家和機(jī)構(gòu)上近年來都表現(xiàn)出陡增的趨勢；最主要的研究國家為美國、英國、德國、澳大利亞和中國；涉及54 個(gè)學(xué)科，不同的國家側(cè)重的研究領(lǐng)域不同；來自258 個(gè)期刊，55% 的文獻(xiàn)集中在24 個(gè)主要期刊上，主要期刊平均影響因子5.976。(2)從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)方法、生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部和生態(tài)系統(tǒng)外部驅(qū)動(dòng)因素、基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)管理4個(gè)方面來評(píng)述生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究進(jìn)展。其中生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)主要是指生物多樣性和土地利用變化，生態(tài)系統(tǒng)外部驅(qū)動(dòng)因素包括自然因素和人為活動(dòng)。最后，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的發(fā)展做了展望。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；文獻(xiàn)；研究方向

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的食物、水、薪柴、精神等所有惠益[1- 3]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究是一門連接生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和社會(huì)學(xué)的交叉性前沿學(xué)科[4]。隨著人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和全球的消費(fèi)需求猛增對生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力不斷增大，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供應(yīng)受到極大的影響[5]。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提出至今短短十幾年時(shí)間內(nèi)，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究已經(jīng)發(fā)展成為各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域的研究前沿。對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究進(jìn)展的綜述從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分類[6]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[7]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系[8- 9]到將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)納入到管理決策[10]、不同的研究方向都呈現(xiàn)出快速的發(fā)展趨勢。本文從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的整體視角出發(fā)，先從直觀的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)文獻(xiàn)發(fā)表情況分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的發(fā)展程度，再通過闡述生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在不同研究方向上的進(jìn)展來反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究現(xiàn)狀。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究文獻(xiàn)現(xiàn)狀

以Thomson Reuters公司的ISI Web of knowledge 信息平臺(tái)提供的Science Citation Index Expanded 數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，查詢標(biāo)題為 “ecosystem services”的文獻(xiàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從1980 年第一篇生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)文獻(xiàn)的出現(xiàn)到2012 年，關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的文獻(xiàn)共有993 篇，來自世界80 個(gè)國家/地區(qū)，1184 個(gè)科研機(jī)構(gòu)的3134 位科研工作者。為了進(jìn)一步了解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的研究參與情況、研究涉及領(lǐng)域和研究影響力，對這些文獻(xiàn)進(jìn)行科學(xué)歸類劃分，從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的歷年總體情況、主要研究國家的發(fā)文情況、涉及的學(xué)科領(lǐng)域和發(fā)文期刊4 個(gè)方面分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究現(xiàn)狀。

1.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的歷年總體情況

對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的文獻(xiàn)數(shù)量、作者、參與機(jī)構(gòu)和國家的年度分布特點(diǎn)進(jìn)行分析(圖1)發(fā)現(xiàn)，以文章的發(fā)表情況為主要依據(jù)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究可劃分為3個(gè)發(fā)展階段：第一階段為1980—1997 年，啟蒙階段，該段時(shí)間每年發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量極少或者沒有。進(jìn)行相關(guān)研究的學(xué)者、機(jī)構(gòu)和國家也非常少，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究尚未被重視;第二階段為1998到2004 年，探索發(fā)展階段，該階段文章每年發(fā)表數(shù)量增多，且呈明顯上升趨勢，研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的國家、機(jī)構(gòu)和學(xué)者也相應(yīng)增加，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究得到初步發(fā)展；第三階段為2005 年至今，成熟發(fā)展階段，該階段文章數(shù)量陡增，參與研究的國家、機(jī)構(gòu)和學(xué)者越來越多，研究規(guī)模也逐漸擴(kuò)大，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究進(jìn)入迅速發(fā)展階段。

圖1 1980到2012年歷年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究參與情況Fig.1 Number of published literatures, countries, institutes and authors on ecosystem services between 1980 and 2012

1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主要研究國家的歷年發(fā)表文章情況

對993篇生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究文獻(xiàn)的發(fā)表來源進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，美國、英國、德國、澳大利亞和中國5 個(gè)國家對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究最為重視，其中美國以449 篇文獻(xiàn)位居第1位，英國以146 篇位于第2位，德國、澳大利亞和中國，分別為94 篇、87 篇和82 篇。將這個(gè)5個(gè)國家的歷年發(fā)文數(shù)量整理如圖2。從圖可以看出，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究起源于美國并一直處于主導(dǎo)地位，而其他國家主要是2005 年以后才加入到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究中，并以良好的形式穩(wěn)步增長，從而也可以推知2005 年以后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究文獻(xiàn)的飛速增長主要是由于更多科研實(shí)力雄厚的國家認(rèn)識(shí)到該項(xiàng)研究的重要性，并積極參與進(jìn)來展開研究，推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展。

圖2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主要研究國家的歷年發(fā)表文章情況Fig.2 Number of published literatures from the main research countries in the past years

從這5國的文章質(zhì)量(表1)可以看出，美國各項(xiàng)指標(biāo)均明顯高于其他國家，但每篇平均引用次數(shù)只是略高于英國，說明英國發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量雖少于美國，但影響力很高。德國、澳大利亞和中國相比前兩個(gè)國家就差一些，尤其是中國，數(shù)量和影響力都較低，h-指數(shù)僅為14，每項(xiàng)平均引用次數(shù)僅為6.88；德國和澳大利亞h-指數(shù)相同，德國引用次數(shù)明顯更高。

表1 主要論文發(fā)表國家的論文影響力比較

1.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)涉及學(xué)科

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不同學(xué)科方向的文獻(xiàn)數(shù)量分布圖 Fig.3 Direction pie of ecosystem services literature numbers in different disciplines

對所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)文獻(xiàn)以學(xué)科方向分類，共涉及54 個(gè)學(xué)科，圖3為各個(gè)學(xué)科的發(fā)文數(shù)量，其中將文章數(shù)量少于10 篇的35 個(gè)學(xué)科歸為其他類。從圖3可以看出，文章主要集中于生態(tài)環(huán)境科學(xué)、商業(yè)經(jīng)濟(jì)、生物多樣性保護(hù)、科學(xué)技術(shù)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，而54 個(gè)研究方向又足以說明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是個(gè)多學(xué)科、多方向的交叉研究領(lǐng)域，涉及的研究內(nèi)容非常廣泛。

針對5個(gè)主要的研究學(xué)科，5 個(gè)最主要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究國家的分布和發(fā)展情況有各自的特點(diǎn)(圖4)。美國在各個(gè)學(xué)科的研究都處于領(lǐng)導(dǎo)地位，但是不同學(xué)科的優(yōu)勢程度稍有不同：在生態(tài)環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域多出其他國家兩倍以上的研究文獻(xiàn)數(shù)量；而在商業(yè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域比其他幾個(gè)國家所有的研究總和還要多兩倍以上，說明商業(yè)經(jīng)濟(jì)研究方向是美國主導(dǎo)；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)勢也類似商業(yè)經(jīng)濟(jì)。而英國的研究除生態(tài)環(huán)境科學(xué)這個(gè)學(xué)科以外，在生物多樣性保護(hù)方向的研究貢獻(xiàn)非常突出，文獻(xiàn)數(shù)量幾乎和美國持平，這和英國資深的理論生態(tài)學(xué)學(xué)術(shù)底蘊(yùn)密切相關(guān)，生物多樣性保護(hù)是生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的前沿也是英國科研工作的重點(diǎn)和優(yōu)勢。德國、澳大利亞和英國的分布情況相似，只是數(shù)量略少。中國的研究方向和美國更接近，除生態(tài)環(huán)境科學(xué)以外，最多的文獻(xiàn)就是涉及商業(yè)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)方面，只是文獻(xiàn)數(shù)量遠(yuǎn)低于美國。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的主要期刊分布

文獻(xiàn)來源期刊與文獻(xiàn)的研究方向高度相關(guān)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)文獻(xiàn)來源于258 個(gè)期刊，其中153 個(gè)期刊只發(fā)表過一篇文章，占全部期刊的59%，而209 個(gè)期刊發(fā)文數(shù)量不到5 篇，占81%，其發(fā)表的文章總量僅占全部文章數(shù)量的29.6%。超過10 篇以上的期刊有24 個(gè)，占期刊總數(shù)的9.3%，但發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量占全部文獻(xiàn)數(shù)量的55%，其中比重最大的是Ecological Economics占到文獻(xiàn)總量的13%。這24 個(gè)期刊包括了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主要的研究方向，平均影響因子是5.967，其中包括綜合性前沿刊物Science、Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States Of America，生態(tài)學(xué)前沿刊物Ecology Letters、Frontiers in Ecology and the Environment、Conservation Biology、Journal of Applied Ecology、Ecosystems，可見生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域占據(jù)重要的研究地位和影響力。

2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究方向

圖4 主要發(fā)文國家在主要學(xué)科上文章的分布情況Fig.4 Distribution of the main disciplines literatures on the main countries

從20 世紀(jì)70 年代SCEP(Study of Critical Environmental Problems)的報(bào)告中首次提出環(huán)境服務(wù)功能的概念[11]，到1997 年Costanza在《Nature》上發(fā)表的文章：全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與自然資本的價(jià)值估算[1]和Daily出版的書籍《生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)：人類社會(huì)對自然生態(tài)系統(tǒng)的依賴性》[2]，再到由聯(lián)合國資助、為期4年的國際合作項(xiàng)目千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估于2005 年完成全部評(píng)估工作[3]，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究經(jīng)歷了啟蒙、探索到迅速發(fā)展的歷程(與圖1結(jié)果相符)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究內(nèi)容從單一的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估發(fā)展到生態(tài)結(jié)構(gòu)、過程、功能的機(jī)理探究和生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)管理。2010 年完成的由聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署主持，八國集團(tuán)G8(Group 8)和五大發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體發(fā)起的全球性研究項(xiàng)目：生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的經(jīng)濟(jì)學(xué)(TEEB)將自然科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和政策3個(gè)領(lǐng)域融合起來，分別對國家和國際決策者、本地決策者和管理者、企業(yè)、市民4個(gè)群體給出具體的實(shí)踐指導(dǎo)報(bào)告，是后千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估階段的重要研究成果[12- 13]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是個(gè)多學(xué)科交叉的前沿命題，對其深入探究需要不同背景的科研工作者，把握自己在這個(gè)研究體系中的位置和作用。本文對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的各個(gè)不同方向進(jìn)行歸納整理，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的總體框架概括如圖5，以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究為核心，生態(tài)學(xué)方向的研究涉及不同的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(如生態(tài)系統(tǒng)的土地利用類型、生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性等)對應(yīng)著不同的生態(tài)系統(tǒng)過程(如生態(tài)系統(tǒng)的碳、氮、水等循環(huán)過程、光合過程等)，在此過程上產(chǎn)生不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在社會(huì)管理學(xué)領(lǐng)域的研究是如何將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)納入到?jīng)Q策中，通過決策反饋給生態(tài)系統(tǒng)，使之能夠?yàn)槿祟愄峁└鼉?yōu)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)?；诖搜芯靠蚣埽疚膹纳鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)方法、生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部外部驅(qū)動(dòng)因素以及生態(tài)系統(tǒng)管理4 個(gè)方向分別展開介紹。

圖5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究框架Fig.5 Conceptual framework of ecosystem services

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評(píng)價(jià)方法

傳統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)方法包括：物質(zhì)量評(píng)價(jià)法、市場價(jià)值化方法和能值分析法。物質(zhì)量評(píng)價(jià)法通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、問卷調(diào)查、實(shí)驗(yàn)測定等方法，以物質(zhì)量的方式給出生態(tài)系統(tǒng)提供給人類的服務(wù)[14- 17]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的市場價(jià)值化方法包括兩個(gè)方向：(1)依據(jù)環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，基于市場對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行定價(jià)[18- 21]；(2)基于生態(tài)系統(tǒng)類型和各類型生態(tài)系統(tǒng)單位面積提供服務(wù)的價(jià)值求和得到總價(jià)值[36]。能值分析法是對無法貨幣化的自然資本、不同種類的能量統(tǒng)一成太陽能量來評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值[22- 24]。

基于生態(tài)經(jīng)濟(jì)過程的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)估模型是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)的新工具。其中被廣泛認(rèn)可和推廣的是由美國斯坦福大學(xué)、世界自然基金會(huì)WWF和大自然保護(hù)協(xié)會(huì)(TNC)在自然資本項(xiàng)目的資助下聯(lián)合開發(fā)出來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和交易的綜合評(píng)估模型(InVEST)。InVEST模型基于GIS平臺(tái)，是一個(gè)將自然資本納入到?jīng)Q策中的主導(dǎo)工具。通過咨詢利益相關(guān)者確定出不同的情景，在該情景下利用生物物理模型給出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分布圖、權(quán)衡關(guān)系曲線和資產(chǎn)負(fù)債表；再通過經(jīng)濟(jì)模型，模擬出美元價(jià)值、給出分布圖、權(quán)衡關(guān)系曲線和資產(chǎn)負(fù)債表；最終再將生物物理模型、經(jīng)濟(jì)模型模擬的結(jié)果反饋利益相關(guān)者。模型已經(jīng)成功應(yīng)用于戰(zhàn)略性環(huán)境評(píng)估、海洋空間規(guī)劃、流域生態(tài)補(bǔ)償、減貧戰(zhàn)略文件、減排和補(bǔ)償、碳補(bǔ)償。在中美洲的伯利茲城海岸、美國的夏威夷、加利福尼亞和俄勒岡州、非洲的坦桑尼亞，以及我國的瀾滄江流域、西苕溪流域、北京山區(qū)等多個(gè)地區(qū)成功應(yīng)用[25- 26]。另外，由美國弗蒙特大學(xué)岡德生態(tài)經(jīng)濟(jì)研究所Robert Costanza及其科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)研制的多尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合模型(簡稱MIMES)[27]和由美國林業(yè)署發(fā)行，依托3S技術(shù)，基于ERSI公司的GIS軟件ArcView3.x開發(fā)的擴(kuò)展功能模塊CITYgreen模型也有較多的應(yīng)用[28]。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的驅(qū)動(dòng)因素

2.2.1 生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系

生物多樣性是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，提高從生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)而來的福祉，已經(jīng)作為生物多樣性保護(hù)(CBD)的2020任務(wù)之一[29]。2010 年在韓國釜山聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署召集了關(guān)于“確定一個(gè)新的評(píng)價(jià)體系來跟蹤人為造成的生態(tài)系統(tǒng)改變”的會(huì)議，搭建了生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的政府平臺(tái)IPBES，為國際合作研究、資源共享、社會(huì)科學(xué)與自然科學(xué)的合作提供了可能[30]。

不同的研究結(jié)果表明：生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)不同服務(wù)之間的關(guān)系不同，某些服務(wù)(如漁業(yè)、牧草產(chǎn)量；碳同化、土壤形成)和生物多樣性高度正相關(guān)；某些服務(wù)(如作物產(chǎn)量、昆蟲控制)和生物多樣性的關(guān)系復(fù)雜，研究結(jié)果沒有達(dá)成共識(shí)；很多服務(wù)和生態(tài)多樣性的研究尚未開展；極個(gè)別的服務(wù)(如淡水凈化服務(wù))甚至和生物多樣性呈負(fù)相關(guān)[31]。

生物多樣性和生態(tài)過程之間存在嚴(yán)格的定量關(guān)系，如生物多樣性的增加對土壤侵蝕、氮素循環(huán)都有明確的正相關(guān)關(guān)系[32]。以農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為例，景觀集約化可能干擾生物昆蟲控制、作物授粉等過程；局部集約化也會(huì)影響生物昆蟲控制、草地生物量、授粉、植物入侵的抵抗[33]；田間輪作實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)輪作中的物種數(shù)量越高，作物產(chǎn)量和土壤無機(jī)態(tài)氮的可利用性越高[34]；通過農(nóng)業(yè)管理提高生物多樣性可以改善棲息地的生物多樣性，提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供的各項(xiàng)服務(wù)[35]。

2.2.2 土地利用與覆被變化影響下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究

土地利用/覆被變化通過改變生物生境和資源分布、改變生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)過程3條途徑影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，其反映了人與自然相互影響最直接的關(guān)系，是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要驅(qū)動(dòng)力之一。如果用基于生態(tài)系統(tǒng)類型和各類生態(tài)系統(tǒng)單位面積提供服務(wù)價(jià)值來評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，土地利用類型則直接決定著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的多少。通過土地利用變化來評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究在全球尺度[1]、國家尺度[36]、區(qū)域尺度[37]和地區(qū)尺度[36]內(nèi)廣泛開展。但這類方法缺乏生態(tài)服務(wù)的生態(tài)學(xué)機(jī)制探究，并沒有考慮各種土地利用類型的空間異質(zhì)性和每種土地利用類型非線性提供服務(wù)的過程機(jī)理，使評(píng)估結(jié)果缺乏科學(xué)上的確定性。而基于實(shí)驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)的生態(tài)過程評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對土地利用變化的響應(yīng)，可以獲得更可信的評(píng)價(jià)結(jié)果[38]。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)外部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的驅(qū)動(dòng)因素

2.3.1 自然影響因素

氣候變化是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的一個(gè)重要外部驅(qū)動(dòng)力。在歐洲，通過生態(tài)模型模擬了氣候和土地利用變化對歐洲的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)森林面積和產(chǎn)量呈增加趨勢，而土壤肥力、水資源的可利用性降低、森里火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)增加[39]。在美國，Michael等預(yù)測了氣候變化對水資源相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響[40]；氣候變化對加利福尼亞地區(qū)陸地分布和其影響下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(碳儲(chǔ)量和自然牧草的產(chǎn)量)變化的研究發(fā)現(xiàn)：在不同的預(yù)測情景下，使用生物物理模型研究了碳儲(chǔ)量和牧草產(chǎn)量兩項(xiàng)服務(wù)，發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提供和價(jià)值都是降低的[41]。在中國，3 種氣候變化情景下中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究發(fā)現(xiàn)：全球變暖背景下，中國森林面積雖然減少，但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值卻明顯增加[42]。

對于極端天氣等氣象災(zāi)害對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，如中國98洪水對鄱陽湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服的影響，通過洪水以及洪水后的退田還湖工程使鄱陽湖的土地利用發(fā)生了重要的改變，使洪澇災(zāi)害發(fā)生后的2 年時(shí)間里，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能整體提升了8.5%[43]。

2.3.2 人為影響因素

城市化通過對區(qū)域土地利用、景觀格局、生態(tài)過程、生物物理、生物化學(xué)循環(huán)等強(qiáng)烈影響著區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和服務(wù)[44]。城市化程度越高，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能越低。Schneider等對美國玉米種植帶的3 個(gè)城市在過去(1992—2001)和將來(2001—2030)城市擴(kuò)展計(jì)劃對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)的影響做了評(píng)價(jià)。使用農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)模型模擬了高、中和低密度城市面積情景，結(jié)果表明：擴(kuò)大的城市面積對城市調(diào)節(jié)氣候和洪水的能力有顯著性影響。高密度城市面積的土壤溫度比自然管理的生態(tài)系統(tǒng)高6 ℃。居民區(qū)草坪的增加使徑流增加了15%—48%，降低了調(diào)節(jié)洪水的能力[45]。

農(nóng)業(yè)開發(fā)、水利工程開發(fā)會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供應(yīng)。在某些供給服務(wù)提高的同時(shí)，也會(huì)帶來農(nóng)業(yè)水污染、地下水位下降、泥沙淤積等環(huán)境成本。肖建紅等對全國水壩的評(píng)價(jià)結(jié)果是防洪和水利發(fā)電是其主要正面效應(yīng)，而泥沙淤積是最大的負(fù)面效應(yīng)[46]。瀾滄江漫灣水電站對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響評(píng)價(jià)結(jié)果是水電開發(fā)的生態(tài)環(huán)境效益與生態(tài)環(huán)境成本的比值為1∶5.56[47]。裴廈等總結(jié)了水庫對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的正負(fù)效應(yīng)：水庫蓄水可以提高調(diào)蓄洪水能力、增加灌溉用水、生活用水、工業(yè)用水、水庫養(yǎng)魚、增加航運(yùn)、發(fā)電量、旅游，水庫發(fā)電可以調(diào)節(jié)大氣成分，這些都是正效應(yīng)。而水庫占地導(dǎo)致了破壞生境、水庫移民、文化遺產(chǎn)損失；泥沙淤積導(dǎo)致阻塞營養(yǎng)運(yùn)移、周圍土壤退化；改變河道使生物多樣性喪失、營養(yǎng)運(yùn)移方式改變；水溫改變使生境喪失；河流靜止減弱河流自凈能力，都是其負(fù)效應(yīng)[48]。

合理的人類干預(yù)卻可以提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，如退耕還林等生態(tài)恢復(fù)工程。Rey Benayas等通過對全球89 個(gè)生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)的meta分析表明生態(tài)恢復(fù)增加44%的生物多樣性和25%的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的增量正相關(guān)，以提高生物多樣性為目的的生態(tài)恢復(fù)行為可以增加生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給[49]。

2.4 基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)管理

2.4.1 全球和國家尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理

準(zhǔn)確的監(jiān)控和度量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供量和需求量，可以確保管理者科學(xué)的管理自然資本。生態(tài)系統(tǒng)提供的部分服務(wù)(如調(diào)節(jié)服務(wù))，由于沒有進(jìn)入市場，就沒有價(jià)格，這些服務(wù)就不能在傳統(tǒng)的會(huì)計(jì)程序(如通用的標(biāo)準(zhǔn)國家賬戶體系)中予以衡量。將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)完全整合到國家經(jīng)濟(jì)賬戶中可能是一個(gè)長期的過程[13]。以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為核心的可持續(xù)發(fā)展核算發(fā)展到綠色GDP的計(jì)算，Maler K. G.給出了將生態(tài)服務(wù)納入到資產(chǎn)核算中的方法和具體步驟和實(shí)例[50]。

國家需要對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行投資。第一，對生態(tài)系統(tǒng)能夠提供穩(wěn)定服務(wù)的能力投入必要的保護(hù)資金，如投資110 萬美元用于恢復(fù)和保護(hù)越南的紅樹林，但節(jié)省了海堤維護(hù)費(fèi)730 萬美元[51]。第二，投資各類保護(hù)區(qū)需要投入管理成本，但是可以保證各類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，從全球尺度來看，其效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過投入。如果生態(tài)系統(tǒng)受損已經(jīng)發(fā)生就要恢復(fù)受損的生態(tài)系統(tǒng)，大范圍的恢復(fù)工作中，政府投入和利益相關(guān)方的協(xié)同就尤為重要[13]。第三，為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)付款(PES)的思想受到了極大的重視[52]，有些項(xiàng)目也在嘗試將其應(yīng)用到實(shí)踐中。如，在中國實(shí)施了全球最大的PES計(jì)劃之一——退耕還林[53]；在歐洲，歐盟每年花費(fèi)20 億歐元用于支持PES計(jì)劃(稱為農(nóng)業(yè)環(huán)境和森林環(huán)境計(jì)劃)[13]；在美國佛羅里達(dá)牧場環(huán)境服務(wù)項(xiàng)目FRESP(Florida Ranchlands Environmental Services Project)設(shè)計(jì)了一個(gè)生態(tài)環(huán)境付款方案，由國家機(jī)關(guān)對佛羅里達(dá)私人牧場支付環(huán)境服務(wù)——水儲(chǔ)量和降低磷負(fù)荷的費(fèi)用[54]。

2.4.2 地區(qū)尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡管理

為了對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在空間上進(jìn)行權(quán)衡管理，在生態(tài)學(xué)認(rèn)知上定義生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供者(ESP)，服務(wù)提供單元(SPU)[55]，以及SPU-ESP連續(xù)體概念來研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，從種群、功能群和群落水平上闡述了服務(wù)提供者的概念。對其清晰的定義和準(zhǔn)確的定量是將服務(wù)應(yīng)用到人類福利需求的關(guān)鍵[56]。以加利福尼亞野生蜜蜂傳粉服務(wù)的管理計(jì)劃為例，以野生蜜蜂為一個(gè)ESP，研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)農(nóng)場1—2 km范圍內(nèi)野生蜜蜂棲息地的比例和授粉服務(wù)能力的函數(shù)關(guān)系，基于這個(gè)理論，為土地管理者提供管理方案[57]。而Carcia等將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受益者納入到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)體系當(dāng)中。在西班牙西南部一個(gè)社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行分析，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供者ESP是不同的水生植物功能群，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受益者(ESB)是在該地區(qū)居住或者來旅游的不同利益相關(guān)方。生態(tài)學(xué)研究人員從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程上分析生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受益者用社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)的方法給出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值，最終探索了連接生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和功能特征傳遞的關(guān)系[58]。

對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡管理是生態(tài)系統(tǒng)管理的實(shí)質(zhì)，單單強(qiáng)調(diào)某一種服務(wù)的提高往往導(dǎo)致其他服務(wù)的降低。對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間進(jìn)行權(quán)衡分析的前提是清楚了解生態(tài)系統(tǒng)不同服務(wù)之間的關(guān)系。在某一調(diào)控措施(驅(qū)動(dòng)力)的作用下，不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的響應(yīng)是不一樣的，有些服務(wù)會(huì)增加，而有些服務(wù)會(huì)減少，如施肥情況下，作物產(chǎn)量服務(wù)會(huì)增加，而附近水體可能會(huì)因?yàn)榉柿狭苁Ф晃廴?，供水服?wù)會(huì)降低。另外，不同的服務(wù)之間也會(huì)產(chǎn)生作用關(guān)系，如修復(fù)濕地驅(qū)動(dòng)下，調(diào)節(jié)洪水服務(wù)會(huì)增強(qiáng)，之后作物產(chǎn)量服務(wù)也會(huì)提高；而保護(hù)性耕作情況下，會(huì)提高土壤侵蝕控制服務(wù)，從而提高作物產(chǎn)量服務(wù)，而作物產(chǎn)量服務(wù)的提高又返回來促進(jìn)侵蝕控制服務(wù)的增強(qiáng)[9]。正確的處理不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的響應(yīng)關(guān)系，使生態(tài)系統(tǒng)提供整體最優(yōu)的服務(wù)，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡管理的最終目的。

3 研究展望

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，在不同的研究方向上都取得了顯著的成績，評(píng)價(jià)方法上從單一的生態(tài)物理、環(huán)境經(jīng)濟(jì)方法發(fā)展到綜合評(píng)估模型；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的驅(qū)動(dòng)因素上，從土地利用類型對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，深入到探究生物多樣性、自然因素和人類活動(dòng)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響；基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)管理在理論和實(shí)踐上都進(jìn)行了嘗試性探索。但與人類的需求相比還存在很大的差距，將來需要在以下方面繼續(xù)深入研究和實(shí)踐。

(1)生態(tài)系統(tǒng)為人類提供服務(wù)的同時(shí)，某些生態(tài)系統(tǒng)在某些時(shí)空范圍內(nèi)也為人類提供負(fù)服務(wù)，一些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究人員已經(jīng)注意到這個(gè)問題[59]，如城市生態(tài)系統(tǒng)[60- 61]和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的研究[62]，對生態(tài)系統(tǒng)排放溫室氣體、有機(jī)污染物、土壤鹽漬化、地下水污染等負(fù)服務(wù)進(jìn)行了總結(jié)和評(píng)估，但對生態(tài)系統(tǒng)負(fù)服務(wù)的實(shí)際研究尚處于探索階段，需要擴(kuò)大生態(tài)系統(tǒng)負(fù)服務(wù)的研究對象，建立標(biāo)準(zhǔn)的研究指標(biāo)體系和評(píng)估方法。

(2)權(quán)衡不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消費(fèi)、分配與補(bǔ)償，將生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)提供的服務(wù)價(jià)值納入到自然資本的核算體系[10,63]，構(gòu)建綠色GDP的經(jīng)濟(jì)評(píng)估體制，是將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升到國家決策層面，并切實(shí)影響各個(gè)利益相關(guān)方的有效調(diào)控手段。建立標(biāo)準(zhǔn)完善合理的自然資本核算體系是環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)家的重要工作。

(3)探究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)學(xué)形成機(jī)制，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的準(zhǔn)確科學(xué)評(píng)估，需要基于社會(huì)-生態(tài)體系的長期監(jiān)測，構(gòu)建精確的社會(huì)-生態(tài)體系集成模型。只有長期的一手觀測和調(diào)查資料才能真實(shí)反映生態(tài)系統(tǒng)和人類社會(huì)的現(xiàn)狀，而將數(shù)據(jù)整合到集成模型中，才能從生態(tài)過程機(jī)制上得到可信的整體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給情況。

(4)各種服務(wù)之間的內(nèi)在聯(lián)系以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)系統(tǒng)外部、內(nèi)部驅(qū)動(dòng)力之間的效應(yīng)研究是科學(xué)管理生態(tài)系統(tǒng)的前提和依據(jù)[64- 65]。不同服務(wù)之間的權(quán)衡、不同驅(qū)動(dòng)力下引起的不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化情況需要權(quán)衡，如何將生態(tài)系統(tǒng)提供的整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)最優(yōu)，更多的利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的協(xié)同作用，最大限度的推行共贏模式，是生態(tài)系統(tǒng)管理者追求的最終目標(biāo)。

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Areviewofecosystemservicesandresearchperspectives

MA Fengjiao1，2,3，LIU Jintong1,2,*, A. Egrinya Eneji4

1CenterforAgriculturalResourcesResearch,InstituteofGeneticsandDevelopmentalBiology,ChineseAcademyofSciences,Shijiazhuang050022,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China3KeyLaboratoryofAgriculturalWaterResources,ChineseAcademyofSciences,Shijiazhuang050022,China4DepartmentofSoilScience,UniversityofCalabar,Nigeria

Ecosystems services, defined as the benefits that humans derive from the ecosystem, have attracted more attention because increasing human population, economic growth and global consumption pattern have placed an enormous pressure on environmental systems in recent years. Ecosystem services research is a frontier research field bridging ecology, economy and social sciences. Here, we reviewed the ecosystem services and examined the different perspectives on the ecosystem services research, by searching for publications appearing on the ISI Web of Knowledge up to 2012 with the key term ‘ecosystem services’. We found 993 studies in the past years by 3134 scientists, working in 1184 research institutions in 80 countries/regions. Literature on ecosystem services was sourced from 258 journals with 55% of these being concentrated in 24 major journals, which had an average impact factor 5.976. Based on the numbers of articles, authors, institutions and countries related to ecosystem services research, we classified 1980—1997 as the enlightenment stage of ecosystem services, 1998—2004 as the exploring stage, and 2005—2012 as the comprehensive and rapid development stage. The main contributing countries were the United States, the United Kingdom, Germany, Australia and China. Ecosystem services research originated in the United States, which has retained the most important position till today. Other countries joined the ecosystem services research mainly after 2005. The ecosystem services literature covered 54 subjects and different countries focused on different perspectives. The United States has maintained the leadership position, especially in the field of Business Economics. English research had strength in biodiversity conservation. The main perspectives of ecosystem services were that their evaluation method has developed to the integrated model, InVEST (Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs), MIMES (Multi-scale Integrated Models of Ecosystem Services) and CICYgreen from traditional methods such as physical quality evaluation method, the market value method and emergy analysis. The internal drivers of ecosystem services included biodiversity and land use changes. Biodiversity loss altered the functioning of ecosystem and their ability to provide society with the goods and services. Land use change impacted ecosystem services provision through altering the habitats, biodiversity and ecosystem processes. The drivers outside the ecosystem included natural factors and human beings. Climate change at the global scale and meteorological disasters at the regional scale were natural factors. Urbanization, unsustainable agricultural development and water management had a negative impact on ecosystem services. However, some ecological restoration practices like Farm to Forest Program had a positive impact. Ecosystem services-based management of the ecosystem would require that the nation took account of ecosystem services as state assets, invested in them, established protected areas and pay for ecosystem services. The trade-off analysis of ecosystem services between providers and beneficiaries and between the different services were the cores of ecosystem management on a regional scale. For deeper research into ecosystem services in the future, we should strengthen the ecosystem dis-services, establish long-term monitoring of the social-ecological system for building a precise social-ecological system integration model, and improve ecosystem services-based management of the ecosystem.

ecosystem services; literatures; research perspectives

中國科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目(KSCX2-EW-J- 5)

2013- 03- 07;

2013- 07- 23

*通訊作者Corresponding author.E-mail: jtliu@sjziam.ac.cn

10.5846/stxb201306071398

馬鳳嬌，劉金銅，A. Egrinya Eneji.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究文獻(xiàn)現(xiàn)狀及不同研究方向評(píng)述.生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33(19):5963- 5972.

Ma F J，Liu J T, A. Egrinya Eneji.A review of ecosystem services and research perspectives.Acta Ecologica Sinica,2013,33(19):5963- 5972.