張 琨,呂一河,*,傅伯杰

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085 2 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

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生態(tài)恢復(fù)中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的演變：趨勢、過程與評估

張 琨1,2,呂一河1,2,*,傅伯杰1,2

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085 2 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

經(jīng)過10余年的發(fā)展,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)已經(jīng)成為生態(tài)恢復(fù)研究關(guān)注的前沿和熱點(diǎn)。生態(tài)恢復(fù)改變了生態(tài)系統(tǒng)格局與過程,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的產(chǎn)生和提供具有重要影響。但是目前對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在生態(tài)恢復(fù)過程中的演化仍缺少系統(tǒng)性研究。對國內(nèi)外相關(guān)研究的最新成果進(jìn)行綜述,總結(jié)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估中框架的構(gòu)建和方法的選擇(參數(shù)轉(zhuǎn)移法、系統(tǒng)模型法和定量指標(biāo)法),介紹了生態(tài)恢復(fù)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的促進(jìn)作用、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的演變過程以及不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的協(xié)同與權(quán)衡關(guān)系,分析了社會經(jīng)濟(jì)因素對生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)維持的影響。最后結(jié)合我國生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐,提出未來生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究可以從深化作用機(jī)制研究、推動服務(wù)評估創(chuàng)新、增強(qiáng)研究成果應(yīng)用3方面深化和拓展。

生態(tài)系統(tǒng)；生態(tài)恢復(fù)；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)； 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲取的利益,包括支持服務(wù)、供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)四類,是人類社會賴以維持和發(fā)展的重要基礎(chǔ)[1- 6]。隨著人口規(guī)模的增加和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,資源需求大幅上升,生態(tài)系統(tǒng)的開發(fā)強(qiáng)度不斷升級。長時間高強(qiáng)度的開發(fā)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化現(xiàn)象出現(xiàn),表現(xiàn)為水土流失、植被退化、水體污染等。生態(tài)退化使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)出現(xiàn)惡化和退化。聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估計劃(Millennium Ecosystem Assessment, MA)在報告中指出,在其評估的24項(xiàng)全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中,有15項(xiàng)處于退化或不可持續(xù)利用的狀態(tài)[6]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的喪失對人類福祉產(chǎn)生嚴(yán)重影響,并對區(qū)域乃至全球生態(tài)安全構(gòu)成直接威脅[7-8]。生態(tài)恢復(fù)是通過人為干預(yù),啟動或促進(jìn)退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)進(jìn)程的活動,被認(rèn)為是應(yīng)對生態(tài)退化,改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的有效手段。近年來,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)逐漸成為生態(tài)恢復(fù)的焦點(diǎn)[9-10],受到廣泛關(guān)注。2010年,生物多樣性公約締約方大會在《2011—2020年生物多樣性戰(zhàn)略計劃》明確提出,到2020年,對產(chǎn)生重要服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)給予恢復(fù)和保障,恢復(fù)至少15%的退化生態(tài)系統(tǒng),增強(qiáng)碳存儲能力(目標(biāo)14和15)。2012年,在聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的主導(dǎo)之下,生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)政府間科學(xué)政策平臺(Intergovernmental Platform on Biodiversity and Ecosystem Services,IPBES)正式由聯(lián)合國批準(zhǔn)成立。IPBES的成立將進(jìn)一步推動生態(tài)恢復(fù)過程中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變機(jī)制的探索,加強(qiáng)科學(xué)和政策間的互動,促進(jìn)科學(xué)研究向管理實(shí)踐的轉(zhuǎn)化(http://www.ipbes.net)。本文通過綜合國內(nèi)外關(guān)于生態(tài)恢復(fù)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的最新研究進(jìn)展,對生態(tài)恢復(fù)中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變的趨勢、過程以及評估進(jìn)行評述,以期為相關(guān)研究及規(guī)劃管理提供理論參考。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估

1.1 評估框架

構(gòu)建合理框架對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行評估是生態(tài)恢復(fù)中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變分析的基礎(chǔ)。生態(tài)恢復(fù)過程是人為和自然共同作用下的演替過程,其間產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型多樣,同時各服務(wù)通過生態(tài)過程產(chǎn)生聯(lián)系,表現(xiàn)出非獨(dú)立且非線性的特點(diǎn)[11]。服務(wù)間的聯(lián)系使得服務(wù)評估過程中產(chǎn)生種種問題,重復(fù)計算(double counting)現(xiàn)象即為其中典型。

重復(fù)計算現(xiàn)象指在多個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間存在重疊的情況下,對單項(xiàng)服務(wù)分別評估并直接相加,導(dǎo)致重疊部分被多次統(tǒng)計的現(xiàn)象。重復(fù)計算會增加評估結(jié)果的不確定性和不可信性。目前學(xué)者對如何在評估框架中減少重復(fù)計算進(jìn)行了探討,如Trabucchi等指出在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類過程中將過程與服務(wù)相混雜,分類結(jié)果無法為決策者所用,并導(dǎo)致潛在重復(fù)計算的發(fā)生[12]；傅伯杰等進(jìn)一步歸納指出,造成重復(fù)計算的原因包括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類不清晰、生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性理解不到位、各項(xiàng)服務(wù)之間的互補(bǔ)性和排它性認(rèn)識不充分、忽略時空尺度依賴性以及評價方法選擇不當(dāng),而減少重復(fù)計算則需要在框架構(gòu)建過程中注意: ①判明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空尺度,②衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供的最終收益,③構(gòu)建明確的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類體系,④選擇與研究內(nèi)容相契合的評價方法[13]。

隨著研究的深入,通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的觀點(diǎn)受到越來越廣泛的認(rèn)同,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估結(jié)果的應(yīng)用性和實(shí)踐性關(guān)注不斷提高[14- 16]。要滿足管理者的實(shí)際需求,就需要解決生態(tài)系統(tǒng)要素與服務(wù)之間的數(shù)據(jù)空缺(data gap)。對此,Wong等提出利用生物物理模型評估生態(tài)系統(tǒng)要素、基于末端受益識別最終服務(wù)、利用生態(tài)生產(chǎn)功能(ecological production functions)作為二者聯(lián)系的橋梁,明確服務(wù)間的權(quán)衡關(guān)系,并基于該理論提出了由10個步驟構(gòu)成的評估框架?？蚣芊譃閮蓚€階段,階段一包括人類福祉識別、生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)識別、生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)指標(biāo)確定、生態(tài)系統(tǒng)特征指標(biāo)確定4個步驟；階段二則包括生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)指標(biāo)評價、生態(tài)系統(tǒng)特征指標(biāo)評價、生態(tài)生產(chǎn)功能評價、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同評價、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)制圖、情景模擬6個步驟[17]。

1.2 評估方法

目前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法大致可分為3類：參數(shù)轉(zhuǎn)移法、系統(tǒng)模型法以及定量指標(biāo)法。參數(shù)轉(zhuǎn)移法是在空間大尺度上進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的常用方法。該方法是利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值參數(shù)以及空間變化特征[18],根據(jù)相似區(qū)域評估結(jié)果計算研究區(qū)服務(wù)價值[19]或根據(jù)小區(qū)域評估結(jié)果估算大區(qū)域價值總量[20],即包括橫向的參數(shù)轉(zhuǎn)移和縱向的尺度上推。受到數(shù)據(jù)可達(dá)性的制約,在應(yīng)用中價值參數(shù)多通過相關(guān)文獻(xiàn)的meta分析獲取,空間變化特征則通過土地利用數(shù)據(jù)表達(dá)。由于參數(shù)轉(zhuǎn)移法是基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ投鴣?因此存在著忽略空間異質(zhì)性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)實(shí)現(xiàn)機(jī)制分析不足等問題。系統(tǒng)模型法是從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)出發(fā),整合生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科知識形成的系統(tǒng)評估方法。發(fā)展至今,開發(fā)并投入應(yīng)用的評估模型已達(dá)到17種,主要包括INVEST模型、ARISE模型、MIMES模型等[21]。各模型中應(yīng)用最廣泛、認(rèn)可度最高的為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及權(quán)衡綜合評估模型(INVEST模型)[22]。INVEST模型采用分層設(shè)計、階段性開發(fā),模型結(jié)構(gòu)分為0—3層,其中0層評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相對價值,后3層則進(jìn)行絕對價值評估。INVEST模型應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,涵蓋碳存儲和固定、水能、水質(zhì)凈化、泥沙滯留等各個方面[23- 28]。此外,生態(tài)系統(tǒng)人工智能模型(ARISE模型)和多尺度地球生態(tài)系統(tǒng)綜合模型(MIMES模型)也是應(yīng)用較為廣泛的系統(tǒng)模型,前者是以空間貝葉斯網(wǎng)絡(luò)為核心的網(wǎng)絡(luò)化分析模型,著眼于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的流量和路徑分析[29]；后者則是通過模擬地球表層經(jīng)濟(jì)、社會及生態(tài)演變來分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空變化[30]。

雖然上述模型在構(gòu)建過程中已經(jīng)對生態(tài)過程進(jìn)行了一定程度的簡化,但模型的運(yùn)行依然涉及眾多參數(shù),需要大量數(shù)據(jù)的支持,一方面限制了評估結(jié)果的更新,另一方面對模型在數(shù)據(jù)相對匱乏地區(qū)的應(yīng)用帶來制約。因此學(xué)術(shù)界希望能夠在保證生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布準(zhǔn)確性的前提下,根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)要素特征設(shè)計簡要算法。Egoh等在北非地區(qū)開展的研究中發(fā)現(xiàn),植被初級生產(chǎn)力與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)表現(xiàn)出較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,這主要是因?yàn)槌跫壣a(chǎn)力分布格局形成的驅(qū)動因子同時也對多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有重要影響。因此可以將初級生產(chǎn)力視作生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分布的替代指標(biāo)[31]。基于此,以凈初級生產(chǎn)力(NPP)為核心設(shè)計出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的定量指標(biāo)模型。與INVEST等評估模型相比,該模型涉及參數(shù)明顯減少(表1),數(shù)據(jù)可通過遙感手段及時獲取,利于大尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)動態(tài)監(jiān)測的開展。特別是隨著遙感技術(shù)的進(jìn)步,NPP數(shù)據(jù)精度不斷提高,為模型結(jié)果提供了進(jìn)一步保障[32]。Maria等在阿根廷的研究證明,定量指標(biāo)模型能夠滿足區(qū)域尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究需求[33]。

2 生態(tài)恢復(fù)中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變趨勢與過程

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變趨勢

對于發(fā)生退化、損害、轉(zhuǎn)化甚至完全破壞的生態(tài)系統(tǒng),生態(tài)恢復(fù)能夠從物種組成、生態(tài)系統(tǒng)功能、景觀環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性四方面對其產(chǎn)生作用,改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及自我維持能力[9]?？梢?生態(tài)恢復(fù)能夠作用于生態(tài)系統(tǒng)的各個方面,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)會產(chǎn)生重要影響。

關(guān)于生態(tài)恢復(fù)中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的演變,越來越多的證據(jù)表明,生態(tài)恢復(fù)措施對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的恢復(fù)提升具有促進(jìn)作用[12],如Koch和Hobbs 等證實(shí)在西澳洲實(shí)施的紅柳桉樹林恢復(fù)項(xiàng)目使得區(qū)域碳固定和水源涵養(yǎng)能力得到顯著改善[34]；Clements等認(rèn)為,得益于消除重金屬點(diǎn)污染源等措施,阿肯色河流域的水質(zhì)凈化服務(wù)和飲用水供給服務(wù)也在生態(tài)恢復(fù)工程中顯著提高[35]；Marton 等分析了美國濕地保護(hù)項(xiàng)目(WRP)和保育休耕項(xiàng)目(CRP)等生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目的實(shí)施成果,證明通過在濕地和濱岸緩沖帶實(shí)施生態(tài)恢復(fù),由于農(nóng)業(yè)開發(fā)而喪失的水質(zhì)凈化服務(wù)得以恢復(fù)[36]。Rey Benayas等在綜合全球89個生態(tài)恢復(fù)案例的基礎(chǔ)上進(jìn)行meta分析,結(jié)果顯示生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈正相關(guān)關(guān)系,能夠促使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)恢復(fù)25%,尚未達(dá)到退化前水平[10]。Dodds等對美國本土生態(tài)恢復(fù)效果的評價也得到了類似的結(jié)論,評估表明恢復(fù)實(shí)施10年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提高幅度在31%—93%之間[37]。生態(tài)系統(tǒng)類型對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變有一定影響,如濕地生態(tài)系統(tǒng)在生態(tài)恢復(fù)中支持服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)增幅分別為40%和47%[38],而農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(耕地和牧草地)恢復(fù)效果則高于前者,調(diào)節(jié)服務(wù)表現(xiàn)得尤為明顯(42%和120%)[39]。此外,退化主導(dǎo)因素、恢復(fù)方法設(shè)計等也會對恢復(fù)效果產(chǎn)生影響[38]。值得注意的是,雖然在個案分析中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變與恢復(fù)年限可能表現(xiàn)出一定的相關(guān)性,但是有研究提出在總體上看,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)恢復(fù)成果與恢復(fù)年限無關(guān),Meli等認(rèn)為,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的恢復(fù)更可能與恢復(fù)過程所需時間、恢復(fù)措施實(shí)施頻率等因素有關(guān)[38-39]。中國自1999年起開展的退耕還林還草工程是發(fā)展中國家規(guī)模最大的生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目。退耕還林工程的實(shí)施能夠提高植被覆蓋、減少地表徑流、控制土壤侵蝕、降低河流沉積和養(yǎng)分流失,從而從根本上改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[40]。黃土高原是退耕還林的重點(diǎn)區(qū)域,Feng等證實(shí)2000—2008年黃土高原地區(qū)NPP穩(wěn)定增加,碳固定服務(wù)提升明顯,固碳量增加96.1Tg,由碳源轉(zhuǎn)為碳匯,而退耕還林還草的實(shí)施是黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)改善的主要驅(qū)動因素[41]。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變過程

生態(tài)恢復(fù)改變了生態(tài)系統(tǒng)格局和過程,使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的產(chǎn)生和提供發(fā)生變化。在這一過程中,不同服務(wù)類型的演變過程有所差異。隨著植被的恢復(fù)生長,生態(tài)系統(tǒng)的供給服務(wù)(木材供給、糧食生產(chǎn)等)和調(diào)節(jié)服務(wù)(碳固定、水質(zhì)凈化等)逐漸恢復(fù)；在生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(包括形態(tài)結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)結(jié)構(gòu))與功能(生物生產(chǎn)、物質(zhì)循環(huán)、能量流動、信息傳遞)得到一定程度完善的基礎(chǔ)上,支持服務(wù)得以改善并發(fā)揮作用；由于人對景觀的主觀感受對文化服務(wù)有重要影響[42],因此文化服務(wù)的恢復(fù)較其他服務(wù)類型存在一定的滯后。但是對于生態(tài)系統(tǒng)受損較重,需要采用取客土等方式進(jìn)行物理環(huán)境改造的案例,可以認(rèn)為其生態(tài)恢復(fù)過程中,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的演變遵從Whisenant等提出的閾值模型[43],即首先通過人為干預(yù)克服非生物因素閾值,實(shí)現(xiàn)支持服務(wù)的部分恢復(fù),之后隨著生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完善,克服生物因素閾值,促進(jìn)調(diào)節(jié)服務(wù)和供給服務(wù)的恢復(fù),最后在恢復(fù)成果得以維持的前提下,實(shí)現(xiàn)文化服務(wù)的恢復(fù)。上述趨勢在Ciccarese等的研究中得到了一定的驗(yàn)證[44]。就單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)而言,不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的演變格局和軌跡具有顯著差異。Bullock等指出,單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的演變情形較為復(fù)雜,相對于參照生態(tài)系統(tǒng),其演變軌跡包括漸近變化、線性變化、單峰值變化以及隨機(jī)變化。不同軌跡可能共存于同一個生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目中[45]。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相互關(guān)系

近年來,生態(tài)系統(tǒng)變化過程中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的相互關(guān)系逐漸受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注[46- 51]。在生態(tài)恢復(fù)過程中,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相互關(guān)系受到外部和內(nèi)部作用的共同影響,外部作用表現(xiàn)為恢復(fù)措施同時作用于多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),改變了服務(wù)的產(chǎn)生基礎(chǔ)；內(nèi)部作用則是服務(wù)間存在的交互作用(包括單向作用和雙向作用)[52]。生態(tài)恢復(fù)過程中,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相互關(guān)系主要表現(xiàn)為協(xié)同和權(quán)衡。協(xié)同指服務(wù)間的演變趨勢相同,多項(xiàng)服務(wù)共同增強(qiáng)或減弱；權(quán)衡則指服務(wù)間的演變趨勢相異,一類服務(wù)的增強(qiáng)導(dǎo)致另一類服務(wù)的削弱。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的協(xié)同和權(quán)衡可以分為空間和時間兩方面,但在時間上常表現(xiàn)出一定的滯后性,而在空間上表現(xiàn)得相對明顯[53]。目前已經(jīng)有學(xué)者開始對生態(tài)恢復(fù)中的權(quán)衡和協(xié)同進(jìn)行研究,如Jia等從以陜西省退耕還林區(qū)為例,分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在生態(tài)恢復(fù)過程中的協(xié)同與權(quán)衡[40]。其結(jié)果證明退耕還林工程改變了供給服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)的均衡,加強(qiáng)了供給服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)間的交互作用,在退耕還林影響下調(diào)節(jié)服務(wù)間表現(xiàn)出協(xié)同,而調(diào)節(jié)服務(wù)與供給服務(wù)間則表現(xiàn)出權(quán)衡；不同土地利用類型的協(xié)同和權(quán)衡強(qiáng)度存在差異,協(xié)同作用在林地最為顯著,權(quán)衡作用則在灌木中最明顯。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡對于生態(tài)恢復(fù)目標(biāo)設(shè)計和成果維持具有重要價值[53- 55]。關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的識別和評估,近年來也取得了一系列成果。如Pan等提出,可以從NPP變化量的角度設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡分析框架,根據(jù)NPP在供給服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)間的分配變化分析權(quán)衡情況[56]。Raudsepp-Hearne等將頻繁共同出現(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)集合定義為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)簇,并將其應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同和權(quán)衡識別[57]。饒勝等引入極值法構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡模型也在分析中取得了較好的效果[58]。

3 社會經(jīng)濟(jì)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)維持的影響

生態(tài)恢復(fù)活動改善了生態(tài)系統(tǒng),為維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供了自然基礎(chǔ)。但是在環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)的耦合過程中,利益相關(guān)者的態(tài)度和策略同樣會影響生態(tài)恢復(fù)的可持續(xù)性,繼而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平的維持。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對收入的影響是決定利益相關(guān)者態(tài)度的重要因素。供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)間的權(quán)衡,使得生態(tài)恢復(fù)促進(jìn)調(diào)節(jié)服務(wù)的同時,造成供給服務(wù)的降低,對居民收入產(chǎn)生負(fù)面影響。收入波動驅(qū)使居民對恢復(fù)區(qū)重新開發(fā),影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)恢復(fù)的持續(xù)性[59]。我國寧夏省西吉縣曾經(jīng)在聯(lián)合國援助下,開展大規(guī)模植樹種草,共增加林草10.4萬hm2。但是由于恢復(fù)植被短期內(nèi)無法產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益,當(dāng)?shù)鼐用駳Я謴?fù)耕,僅3年時間林地和草地?fù)p毀率就達(dá)到47%和80%[60]。除收入外,居民對周邊生活環(huán)境的需求也對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)維持有重要影響。如在美國薩克拉門托河流域生態(tài)恢復(fù)中,恢復(fù)區(qū)周邊居民投票決定將恢復(fù)規(guī)模由86000hm2大幅縮減至32000hm2,原因就是居民認(rèn)為生態(tài)恢復(fù)措施對其生活環(huán)境帶來了負(fù)面影響,包括害蟲棲息地增加、動物對農(nóng)田損害、農(nóng)場文化喪失、治安惡化等[61],對恢復(fù)區(qū)的再次開發(fā)也會削弱生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的產(chǎn)生基礎(chǔ)。

上述現(xiàn)象的出現(xiàn),其根源在于生態(tài)恢復(fù)過程中收益的尺度依賴性[13],即形成服務(wù)的生態(tài)尺度與產(chǎn)生收益的空間尺度之間存在差異[62]。不同空間尺度上的利益相關(guān)者,其在各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)上的利益差別明顯,導(dǎo)致對各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型持有的態(tài)度和采取的策略差異顯著。一般來說,調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)上的收益體現(xiàn)在大尺度(區(qū)域尺度及以上),而供給服務(wù)的收益則主要在小尺度上得以體現(xiàn)。服務(wù)間的權(quán)衡以及大尺度收益對小尺度損失補(bǔ)貼的不足,造成了在生態(tài)恢復(fù)中,大尺度上利益相關(guān)者享受收益,而小尺度上利益相關(guān)者承擔(dān)成本的局面。生態(tài)補(bǔ)貼被認(rèn)為是協(xié)調(diào)不同尺度利益沖突的有效手段,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值化評估成果可以作為補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)確定的重要依據(jù),此外Banks-Leite等提出的基于生態(tài)閾值確定補(bǔ)貼的思路也具有很高參考價值[63]。除生態(tài)補(bǔ)貼外,還可以嘗試引入新的補(bǔ)償機(jī)制,如Polasky等2014年基于拍賣理論設(shè)計了不同利益相關(guān)者之間的支付制度[64],有效降低了利益信息不完整對補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的影響,保障了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給優(yōu)化。

4 研究展望

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,生態(tài)恢復(fù)由初期單純關(guān)注生態(tài)效益轉(zhuǎn)為兼顧社會需求和經(jīng)濟(jì)效益。在這種情況下,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為生態(tài)功能與人類福祉間的橋梁,受到學(xué)術(shù)界越來越高的關(guān)注。同時,明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空演變,確定生態(tài)恢復(fù)效果和收益,也是我國推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略的實(shí)際需求。關(guān)于生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),我國學(xué)者已經(jīng)開展了一系列相關(guān)研究,內(nèi)容涵蓋不同的尺度和生態(tài)系統(tǒng)類型。高吉喜等對我國大型生態(tài)恢復(fù)工程實(shí)施現(xiàn)狀和存在問題進(jìn)行綜合評述,提出未來我國生態(tài)恢復(fù)工程應(yīng)當(dāng)以生態(tài)功能為導(dǎo)向,將生態(tài)功能作為生態(tài)恢復(fù)的主要目標(biāo)[65]。Zhang等總結(jié)了我國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究歷程,指出未來需要在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定義與分類、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價方法及指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空變化四方面進(jìn)一步深化研究[66]。但是,目前針對生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的作用與響應(yīng),仍缺少系統(tǒng)性、整體性分析。我國未來相關(guān)研究可以從以下3個方面展開：(1)深化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的產(chǎn)生機(jī)理和演變機(jī)制研究,基于動態(tài)視角分析生態(tài)恢復(fù)中生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和服務(wù)間的關(guān)系,明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變趨勢、過程、相互關(guān)系及主要驅(qū)動因素。政策導(dǎo)向下長時間大規(guī)模的生態(tài)恢復(fù)工程是我國生態(tài)恢復(fù)的重要特征,其在各尺度上對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)造成的影響也需要在未來的研究中予以關(guān)注。(2)在深刻理解生態(tài)過程與功能的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)建設(shè)實(shí)踐,推動生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估框架與方法模型的開創(chuàng)性和集成性創(chuàng)新,增強(qiáng)評估結(jié)果與我國生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐的契合度,提高我國系統(tǒng)服務(wù)研究水平和國際影響。(3)加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)研究成果在實(shí)踐中的應(yīng)用,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)納入生態(tài)恢復(fù)的設(shè)計、實(shí)施和管理全過程,將其作為生態(tài)恢復(fù)規(guī)劃、物種選擇、生態(tài)補(bǔ)償方式及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計等的依據(jù),促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目的科學(xué)實(shí)施和可持續(xù)管理。

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Ecosystem service evolution in ecological restoration: trend, process, and evaluation

ZHANG Kun1,2, Lü Yihe1,2,*, FU Bojie1,2

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentScience,ChineseAcademyofScience,Beijing100085,China2UniversityofChineseAcademyofScience,Beijing100049,China

Ecosystems provide essential goods and services to human society, such as food, water, soil retention, and carbon sequestration, which lay the foundations for human well-being. An increase in the scale and intensity of human activity alters the ecosystem services′ supply and demand pattern, and this can lead to ecological degradation. Ecological restoration has been widely regarded as an effective approach for mitigating ecological degradation and improving ecosystem services supply. Over the past few years, ecosystem service research has become an important topic in ecological restoration. Ecological restoration can change ecosystem composition, structure, and processes, which affects the provision and delivery capability of ecosystem services. However, the effects on ecosystem service evolution during ecological restoration have not been systematically researched. This review analyzes the ecosystem services evolution in ecological restoration practices based on new advances in ecological restoration and ecosystem services. Framework establishment and method choosing (including parameter transfer, systematic modeling, and quantitative, indicator-based estimation) have significant influences on ecosystem service evaluation. There is evidence that ecological restoration has positive impacts on ecosystem service increases, but the processes involved are relatively complicated. In the ecological restoration process, a trade-off and synergy interrelationship exists between different types of ecosystem service. Socio-economic factors, especially the attitudes and choices of stakeholders, may affect ecosystem service maintenance. Over the past decade, the Chinese government has implemented a series of ecological restoration projects to alleviate ecosystem degradation. The ecological restoration projects play important roles in environment protection and ecological improvement. After taking into consideration present ecological restoration implementation practices in China, future research into ecological restoration and ecosystem service should aim to improve (1) the understanding of the production and delivery mechanisms underlying ecosystem services; (2) the innovation in framework establishment and method of ecosystem service evaluation; and (3) the application of research findings to ecological restoration practice and environment management.

ecosystem; ecosystem restoration; ecosystem service; ecosystem service evaluation

環(huán)保公益性行業(yè)專項(xiàng)(201409055)；中國科學(xué)院科技促進(jìn)發(fā)展項(xiàng)目(KFJ-EW-STS-021-03)

2015- 04- 03;

日期:2016- 01- 22

10.5846/stxb201504030668

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lyh@ rcees.ac.cn

張琨,呂一河,傅伯杰.生態(tài)恢復(fù)中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的演變：趨勢、過程與評估.生態(tài)學(xué)報,2016,36(20):6337- 6344.

Zhang K, Lü Y H, Fu B J.Ecosystem service evolution in ecological restoration: trend, process, and evaluation.Acta Ecologica Sinica,2016,36(20):6337- 6344.