康　鵬，陳衛(wèi)平，王美娥

中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室, 北京　100085

基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險評價研究進展

康鵬，陳衛(wèi)平*，王美娥

中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室, 北京100085

摘要:生態(tài)風險評價對科學管理與保護生態(tài)系統(tǒng)具有重要的意義，為彌補傳統(tǒng)生態(tài)風險評價方法的不足和提高風險管理的效率，將生態(tài)系統(tǒng)服務引入生態(tài)風險評價中進行發(fā)展和完善, 成為了當前生態(tài)風險評價研究的前沿和熱點。系統(tǒng)分析了生態(tài)系統(tǒng)服務在生態(tài)風險評價中的應用，指出生態(tài)系統(tǒng)服務在問題形成階段中可明確保護對象和屬性，在風險分析階段可聯(lián)系生態(tài)系統(tǒng)結構過程作用,在風險表征階段及后續(xù)階段能可提供清晰明確的評價結果，加強風險交流和管理,能有效地改進生態(tài)系統(tǒng)傳統(tǒng)生態(tài)風險評價。在實踐上，基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險評價可從3個不同層面開展：一是針對外界壓力對某類特定功能或者系統(tǒng)中某些服務功能的影響，構建基于某種特定服務的實體屬性評價方法；二是針對外界壓力作用下生態(tài)系統(tǒng)結構與過程變化下對功能影響，構建基于復雜生態(tài)系統(tǒng)作用的評價方法，實現(xiàn)對生態(tài)風險的模擬評價；三是評價社會生態(tài)系統(tǒng)下外界驅動對人類福祉的影響時，可將DPSIR(Drive-Pressure-State-Impact-Response)理論模型運用到生態(tài)風險管理中，也可基于景觀生態(tài)系統(tǒng)服務與壓力源的空間作用關系，實現(xiàn)社會生態(tài)系統(tǒng)風險評價與管理。作為生態(tài)風險表征手段，可基于生態(tài)系統(tǒng)服務損失與不利服務進行表征，也可選取熱力學等指標作為評估量綱。從理論、評價方法、風險管理等方面對基于生態(tài)系統(tǒng)服務生態(tài)風險評價給予展望。

關鍵詞：生態(tài)風險；生態(tài)系統(tǒng)服務；評價終點；生態(tài)系統(tǒng)結構與過程；風險管理

生態(tài)風險評價研究開始于20世紀70年代[1]。1992年美國環(huán)境保護署對生態(tài)風險評價作了定義, 形成了生態(tài)風險評價框架，此后生態(tài)風險評價的方法和理論不斷發(fā)展和完善[2- 4]。由于生態(tài)系統(tǒng)的復雜性和不可確定性，傳統(tǒng)生態(tài)風險評價方法在評估生態(tài)系統(tǒng)受一個或多個脅迫因素影響后可能產(chǎn)生的不利效應時, 難以兼顧系統(tǒng)內多保護對象，也較難關注到生態(tài)系統(tǒng)保護對象與屬性在復雜生態(tài)系統(tǒng)下的作用與表現(xiàn)[5- 6]。生態(tài)風險評價的主要目的是為生態(tài)系統(tǒng)保護和管理提供決策支持，僅保護生態(tài)實體而不考量與實體功能屬性密切相關的人類福祉，難以落實到具體的決策層面上。因而，隨著人類生活水平不斷提高，生態(tài)風險評價的主題逐漸上升到與人類生活質量息息相關的生態(tài)系統(tǒng)服務[7- 8]。一些學者認為生態(tài)風險評價改進目的是給決策者們提供更多的信息，最終會走向生態(tài)系統(tǒng)過程與服務之間的關系[9- 10]。生態(tài)系統(tǒng)服務是聯(lián)系生態(tài)系統(tǒng)過程與社會福祉的有效工具，近年來外界驅動因素擾動下生態(tài)系統(tǒng)結構和過程變化對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響已成為當前區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的研究熱點。一些研究嘗試將生態(tài)系統(tǒng)服務引入到生態(tài)風險評價中，從人類福祉角度結合生態(tài)系統(tǒng)過程進行風險表征可極大提高評價的時效性，這也是當前生態(tài)風險評價研究的難點和前沿[11- 12]。本研究基于國內外相關文獻和研究實踐, 首先分析了生態(tài)系統(tǒng)服務在生態(tài)風險評價流程中所起到的作用，然后從三個不同層面對現(xiàn)有的基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險評價應用實踐進行了歸納分析，分析了評估過程中的生態(tài)風險表征方法，最后提出了相應的展望。

1生態(tài)系統(tǒng)服務在生態(tài)風險評價中作用

生態(tài)風險評價包括問題形成、風險分析和風險表征交流3個步驟。圖1概括了生態(tài)系統(tǒng)服務在生態(tài)風險評價過程中所起到的作用，包括：問題形成過程中明確保護對象與相關屬性，風險分析階段聯(lián)系到生態(tài)系統(tǒng)結構、過程與功能，風險表征及其后續(xù)階段可為生態(tài)系統(tǒng)管理提供清晰明確評估結果，加強風險評估者和決策者之間的交流和落實風險管理。

圖1　生態(tài)系統(tǒng)服務在生態(tài)風險評估中的作用示意圖Fig.1　The role of ecological service in progress of ecological risk assessment

1.1明確保護對象及其屬性

確定評價終點是問題形成階段的主要目標，也是生態(tài)風險評價過程的基礎。生態(tài)風險評價終點是指明確評價中所應受到保護的環(huán)境價值。依據(jù)USEPA給出評價終點指導目錄，可理解為生物個體、種群、群落或者生態(tài)系統(tǒng)等層次的結構及附屬功能[13- 14]。實際操作過程中，Apitiz[15]認為將評價終點聯(lián)系到“生態(tài)系統(tǒng)結構、生態(tài)健康”等相關概念，難以把握到所需保護對象特性，需結合評價需求引入生態(tài)學概念彌補這一不足。因此，現(xiàn)有研究嘗試將生態(tài)系統(tǒng)服務作為評價終點引入到評價中進行完善。

根據(jù)評價終點的概念內涵，可將其簡要表達為：評價終點=屬性+實體。生態(tài)系統(tǒng)服務作為評價終點符合該概念公式。生態(tài)系統(tǒng)服務可理解為在特定時空的范圍內，生態(tài)系統(tǒng)服務提供單元實體結構和過程作用所能提供的生態(tài)功能與服務[16- 17]。因而實體可理解為該生態(tài)系統(tǒng)服務提供者的結構和所進行的生態(tài)過程，屬性可解析為單元實體相對應功能和服務，在外界擾動下，可分析該服務提供者結構與過程的變化下功能所受到的影響[18]。

評價終點的選取準則主要包括五個方面：政策目標與社會價值、生態(tài)學關聯(lián)、易感性、操作可定義性、合適的尺度[19- 20]?；谖宕鬁蕜t，生態(tài)系統(tǒng)服務中人類福祉能緊密聯(lián)系到政策目標與社會價值；生態(tài)系統(tǒng)服務是生態(tài)系統(tǒng)結構、過程和功能作用下的產(chǎn)物，容易受到外界壓力干擾而影響服務的產(chǎn)出，符合生態(tài)學關聯(lián)和易感性等準則；在生態(tài)系統(tǒng)、景觀等不同尺度生態(tài)系統(tǒng)服務已有較完善的評價指標和方法，符合操作可定義性和合適的尺度準則。以上分析表明，生態(tài)系統(tǒng)服務相關特點與評價終點選取準則具有很高的契合度。

基于評價終點概念公式和評價準則，圖2分析了生態(tài)系統(tǒng)服務作為評價終點的契合度。總的來說，將生態(tài)系統(tǒng)服務引入生態(tài)風險評價中既符合評價終點概念公式，又符合評價終點的選取準則，可將生態(tài)系統(tǒng)保護對象與屬性在復雜生態(tài)系統(tǒng)下的作用與表現(xiàn)有機關聯(lián)，是理想的評價終點。

圖2　生態(tài)系統(tǒng)服務作為生態(tài)風險評價終點的優(yōu)勢和契合度Fig.2　The advantages about ecological service acted as the assessment endpoint of ecological risk

1.2緊扣生態(tài)系統(tǒng)復雜作用過程

風險分析過程中，傳統(tǒng)的評價終點屬性反應在實驗操作條件下容易實現(xiàn)，但分析中難以將實驗模擬聯(lián)系到實際情況，即較少關注到生態(tài)系統(tǒng)整體表現(xiàn)以及內部關系的復雜性[21]。Power 和McCarty[22]認為生態(tài)風險評價的改進，應從生態(tài)系統(tǒng)整體功能角度出發(fā)，用來研究多重壓力引起系統(tǒng)結構過程及功能變化的作用機理。生態(tài)系統(tǒng)服務是物質或能量在生態(tài)系統(tǒng)內不同結構通過相關生態(tài)過程作用途徑下產(chǎn)生的，可分為基本生態(tài)系統(tǒng)服務、中間生態(tài)系統(tǒng)服務和最終生態(tài)系統(tǒng)服務[23- 24]。將生態(tài)系統(tǒng)服務作為評價終點引入到生態(tài)風險評價過程中，風險分析過程能緊密聯(lián)系到生態(tài)系統(tǒng)結構和過程，能更好關注保護對象及其屬性在系統(tǒng)內受到干擾后的表現(xiàn)。因而，能在風險分析過程中關注生態(tài)系統(tǒng)復雜作用過程，綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)整體性和復雜性，這是傳統(tǒng)的風險分析尤其是基于生物個體和種群層次的“屬性”反應的分析所不能及的。

1.3加強風險評估、管理與交流

生態(tài)系統(tǒng)服務作為生態(tài)風險的評價終點，采用貨幣形式進行價值定量，使得風險表征結果清晰明確，為后續(xù)評估交流與管理奠定了良好的基礎。風險交流過程中，加強交流是Chapman[25]提到的生態(tài)系統(tǒng)服務作為評價終點的重要優(yōu)點。貨幣形式評估結果能引起決策者的極大興趣，為今后風險評估者和風險管理者開展交流提供便捷的平臺；當風險交流評估需考慮公眾價值時，意愿調查法能將不同利益者的想法納入風險評估的實際操作中[26- 27]。在優(yōu)化風險管理方面，決策者可根據(jù)評估結果對不同風險源管理實施主次優(yōu)先的風險調控，針對性地制定有效的管理措施和標準。在生態(tài)風險后續(xù)管理措施制定中，決策者能對不利生態(tài)影響或風險消減措施所帶來的利益進行權衡，如利用成本效益分析生態(tài)修復或恢復所帶來的生態(tài)環(huán)境服務與這些行為所產(chǎn)生的不良環(huán)境效應之間的利益博弈，逐步實施可行的補償和修護計劃，能有效節(jié)約時間和成本[28- 29]。

2基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險評價方法

當前，基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險評價實踐還不多見，依據(jù)前面分析生態(tài)系統(tǒng)服務在風險評估中所起作用，結合評價方法的適應范圍，可從3個不同層面上進行：一是針對某一特定功能的生態(tài)系統(tǒng)或系統(tǒng)中某項受保護的服務功能，重點關注所受保護的生態(tài)功能服務實體及屬性，結合現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)服務評價指標體系，提出明確的服務提供者實體與屬性評價方法。二是從生態(tài)系統(tǒng)上，更好體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務在風險評價中緊扣生態(tài)系統(tǒng)過程作用的特點，結合生態(tài)系統(tǒng)結構和功能體系，構建基于復雜生態(tài)系統(tǒng)過程的評價方法。三是在社會生態(tài)系統(tǒng)上，發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務能更好地進行生態(tài)風險管理與交流的特點，將生態(tài)系統(tǒng)服務納入到生態(tài)風險管理框架或者景觀風險管理中，提出社會生態(tài)系統(tǒng)下加強風險管理方法。

2.1基于某種特定服務的實體屬性評價方法

針對某特定功能的生態(tài)系統(tǒng)或系統(tǒng)中某項受保護的服務功能，開展基于某種特定服務的實體屬性風險評價，可基于如下步驟：關鍵生態(tài)系統(tǒng)服務提供者識別(生態(tài)系統(tǒng)服務產(chǎn)生的結構與功能)——識別關鍵驅動因子(辨別其所受到的壓力源)——分別建立指標體系——運用合適的方法分析兩者之間的關系——風險分析結果表征——風險管理與交流。作為代表該服務單體功能的評價指標體系，指標選取時可參考千年生態(tài)系統(tǒng)服務評估中的評價指標，評價某類生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性時可參考IEEB的生態(tài)系統(tǒng)服務指標體系[30- 31]。

針對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，F(xiàn)aber 和Wensem[32]選取土壤肥力、生物多樣性、產(chǎn)量供給和土壤物理結構等指標代表土地供給服務，對不同情景下農(nóng)田開發(fā)利用的風險進行了評價。對重金屬污染生態(tài)系統(tǒng)研究中，Niemeyer等人[33]重點關注生態(tài)系統(tǒng)調節(jié)恢復功能，選取有機物質降解和營養(yǎng)物質循環(huán)等指標，對生態(tài)系統(tǒng)服務所受到潛在的影響進行了評價。一般來說，篩選和構建能代表生態(tài)結構和過程的指標體系是基礎和重要前提，隨后的評價方法大都采用影響矩陣方法。Nienstedt等人[34]運用影響矩陣從生態(tài)屬性、不確定性等六維尺度上嘗試評價壓力作用下水生生態(tài)系統(tǒng)中服務影響機理。Dodds等人[35]根據(jù)水生態(tài)系統(tǒng)服務與潛在影響之間的作用計算出權重，結合影響矩陣方法提出影響指數(shù)，用于辨識人類活動壓力對水資源提供和水體凈化等生態(tài)系統(tǒng)服務的影響。

通過上述分析，基于某種特定服務的實體屬性評價方法，通過運用影響矩陣等方法能把握壓力源下某項關鍵保護對象的屬性變化, 選取的生態(tài)系統(tǒng)服務指標能適當反映出生態(tài)系統(tǒng)過程，即明確了保護對象，又滿足生態(tài)風險的評價需求，在一定程度上簡化傳統(tǒng)生態(tài)風險的評價流程。

2.2基于復雜生態(tài)系統(tǒng)作用的評價方法

生態(tài)風險在生態(tài)系統(tǒng)層面應用時，應強調外界壓力干擾下系統(tǒng)結構和過程影響下物質循環(huán)速率、能量流變化對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響，可結合系統(tǒng)整體性和動態(tài)性特點進行評價。

2.2.1基于生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)過程的評價方法

生態(tài)系統(tǒng)作為物質與能量循環(huán)作用的復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)，物質、能量在系統(tǒng)內部不同結構與過程之間通過相應的生物化學過程作用下形成不同類型的生態(tài)系統(tǒng)服務[36]。外界壓力作用下系統(tǒng)物質能量流動和循環(huán)速率的改變將影響到作為評價終點生態(tài)系統(tǒng)服務的產(chǎn)出。

基于生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)過程的評價方法可從兩個方面進行，一是針對生態(tài)系統(tǒng)中物質或能量循環(huán)或者是其等效實體(碳、營養(yǎng)物元素)開展評價。Watanabe 和Ortega[37]利用生態(tài)系統(tǒng)碳水平衡模型，在氣候改變、土壤侵蝕等背景下，模擬了土地利用轉變對與水、碳兩基本元素的生物化學循環(huán)過程中有關生態(tài)系統(tǒng)服務的影響。Schramski等人[38]將分配控制理論運用到生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡模型，以河流生態(tài)系統(tǒng)為例，將氮元素循環(huán)過程逐步分解并構建7個控制與分配的子系統(tǒng)模型，模擬了外界壓力對生物固氮等生態(tài)系統(tǒng)服務的影響。將生態(tài)網(wǎng)絡應用到生態(tài)風險評價中具有特定的優(yōu)勢，生態(tài)網(wǎng)絡可描述復雜系統(tǒng)作用下不同系統(tǒng)和結構下能量、物質等狀態(tài)變化，將成員間物質能量流輸入輸出標準化后可提供關于每一成員變化的定量信息，因而，能評價某特定時間尺度內系統(tǒng)內外界作用下系統(tǒng)內部成員狀態(tài)及其相互間的作用關系[39]。

在生態(tài)系統(tǒng)整體服務功能評價方面，Chen等人[40]以信息熵為物質循環(huán)量綱，將控制理論運用到生態(tài)網(wǎng)絡方法中，建立生態(tài)風險評價模型，將該模型運用到大壩建設對河流生態(tài)系統(tǒng)的風險評估，重點評價了該系統(tǒng)水質凈化等功能之間所受到直接和間接風險。為提高該模型在風險評價中的作用，Chen等人[41]將不確定性分析理念引入到生態(tài)網(wǎng)絡模型中，以受到風險干擾的水生態(tài)系統(tǒng)4個功能網(wǎng)絡為研究對象，在建立網(wǎng)絡指標基礎上評估了水生系統(tǒng)內不同部分之間的生態(tài)風險。

通過上述分析來看，對受干擾的自然生態(tài)系統(tǒng)，基于生態(tài)系統(tǒng)過程和生態(tài)網(wǎng)絡分析，能全面評價生態(tài)系統(tǒng)不同風險源與受體之間的直接或間接的作用關系，能較好實現(xiàn)對生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)風險的模擬評價。

2.2.2基于生態(tài)系統(tǒng)整體性的評價方法

生態(tài)系統(tǒng)整體性包括結構整體性和功能整體性：結構整體性是指生態(tài)系統(tǒng)內部生物與非生物組成豐富度、格局、及其內部之間相互關聯(lián)作用；功能整體性是指整體結構基礎上各生物物理化學的復雜過程及所對應的功能[42]。Villamagna等人[43]建立了服務潛力、生態(tài)壓力、服務需求之間相互作用的測度關系，估算了不同情景下生態(tài)系統(tǒng)服務可持續(xù)使用所存在的風險程度。Zell和Hubbart[44]的研究將生態(tài)系統(tǒng)彈力引入到生態(tài)系統(tǒng)評估中，選取了物質循環(huán)、生物多樣性、生物化學調節(jié)等過程作用速率能夠代表系統(tǒng)結構性和功能的效應指標，研究結果表明，系統(tǒng)受到外界的脅迫時，生態(tài)系統(tǒng)彈力能反映出關鍵的調節(jié)服務變化對人類福祉的影響。

生態(tài)系統(tǒng)整體性可認為生態(tài)系統(tǒng)自我管理能力和提供生態(tài)系統(tǒng)服務的能力[45]。作為系統(tǒng)結構- 過程- 功能的有機整體，現(xiàn)有研究引入生態(tài)潛力、生態(tài)系統(tǒng)彈力等概念來評價生態(tài)系統(tǒng)在外界壓力影響下所表現(xiàn)出的性質，可以從整體上評價特定外界壓力干擾對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響與風險程度。

2.3基于社會生態(tài)系統(tǒng)分析的評價方法

社會生態(tài)系統(tǒng)上，為深入發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務在生態(tài)風險管理交流中作用，一方面嘗試如運用DPSIR理論將生態(tài)系統(tǒng)服務納入到生態(tài)風險管理框架中；另一方面，基于景觀生態(tài)學格局過程等理論，對景觀生態(tài)系統(tǒng)服務與風險進行研究。

2.3.1基于DPSIR理論框架的生態(tài)風險評價與管理

DPSIR用來描述環(huán)境問題以及與其相關社會經(jīng)濟領域的關系，其特點是構建環(huán)境、社會和經(jīng)濟各子系統(tǒng)之間的相互作用關系，評估各子系統(tǒng)之間的因果關系[46]。將DPSIR理論框架模型運用到生態(tài)風險管理中，分析社會經(jīng)濟活動驅動下生態(tài)系統(tǒng)過程狀態(tài)改變對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響，可提高模型的操作可行性。

一方面，可針對DPSIR各不同子系統(tǒng)中之間的簡單線性關系，運用方法提升理論框架的非線性，從而達到模擬仿真現(xiàn)實情況的目的。Lozoya等人[47]利用DPSIR理論框架分析了海濱災害與生態(tài)系統(tǒng)服務的關系，通過構建風險文件夾，明確和加強各子系統(tǒng)的作用途徑和影響，對海濱生態(tài)系統(tǒng)風險評價與優(yōu)化管理的發(fā)展起到了一定的推動作用。Maxim等人[48]將集對界面分析應用到DPSIR理論框架各子系統(tǒng)之間的供需關系，分析了外界驅動下生態(tài)系統(tǒng)多樣性變化對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響，基于該方法對歐洲兩個生物多樣性風險管理案例進行了理論的指導。Cook等人[49]將德爾菲法和影響矩陣運用到DPSIR理論框架中，分析了海洋生態(tài)系統(tǒng)下人類活動12項壓力下11項生態(tài)環(huán)境狀態(tài)指標的改變，及其相關11項生態(tài)系統(tǒng)服務的改變，該方法在風險管理中納入了專家建議，能夠對風險管理交流起到一定的推動作用。

另一方面，可將生態(tài)系統(tǒng)服務納入傳統(tǒng)DPSIR理論框架“驅動力-壓力-狀態(tài)-影響-驅動反饋”中，成為該框架內的一部分。Cooper[50]嘗試將生態(tài)系統(tǒng)服務納入到DPSIR理論框架中狀態(tài)部分，即生態(tài)環(huán)境改變影響到生態(tài)系統(tǒng)服務的改變，并在社會福祉上進行成本效益分析，在一定程度實現(xiàn)了風險管理。Atkins等人[51]根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務與社會福利的關系，將生態(tài)系統(tǒng)服務納入社會生態(tài)系統(tǒng)影響部分中，嘗試應用到英國?？谒Y源管理和海洋生物多樣性風險管理。

2.3.2基于景觀生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險評價與管理

針對大尺度的社會生態(tài)系統(tǒng)，傳統(tǒng)生態(tài)風險評價需大量長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的評價方法如相對風險評價能較好解決大尺度風險評價中定量和半定量化問題, 但對多風險源在空間范圍風險表征形式統(tǒng)一及風險源與受體空間作用提出了較大的挑戰(zhàn)[52- 53]。景觀空間形態(tài)和組成在較大程度上決定生態(tài)系統(tǒng)服務的供給，高強度社會經(jīng)濟活動對景觀格局和過程改變能影響到生態(tài)系統(tǒng)服務類型產(chǎn)出的變化。近年來，隨著地理信息技術和景觀格局過程理論的發(fā)展，景觀生態(tài)系統(tǒng)服務評價有了長足發(fā)展，一些研究嘗試將景觀生態(tài)系統(tǒng)服務應用到社會生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)風險管理中。

一方面可通過建立景觀生態(tài)系統(tǒng)服務與壓力源的空間作用關系，用于社會中人類福祉的最優(yōu)化分析，提高風險管理的針對性。Allan等人[54]通過高分辨率遙感數(shù)據(jù)繪制美國五大湖生態(tài)系統(tǒng)服務的變化，辨別出周邊壓力的累積風險作用，利用空間關聯(lián)性方法評價湖區(qū)生態(tài)恢復效果。Su等人[55]依據(jù)城市化過程中對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響，用集變量非線性回歸方法定量分析了城市化標準因子、景觀格局變化指數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)服務三者之間的關系，將該研究方法應用到杭嘉湖地區(qū)景觀格局變化和生態(tài)系統(tǒng)服務價值改變的關系。針對社會生態(tài)系統(tǒng)相關規(guī)劃，Müller[56]定義了生態(tài)系統(tǒng)服務潛力，依據(jù)景觀結構作用的特點和社會經(jīng)濟活動的強度提出了壓力與景觀生態(tài)系統(tǒng)服務供給能力，運用約束模型，決策系統(tǒng)分析等理論方法構建景觀生態(tài)系統(tǒng)服務與相關壓力的模型，分析其在不同社會情景發(fā)展下景觀生態(tài)系統(tǒng)服務狀態(tài)變化的響應。

另一方面通過分析不同壓力源對景觀格局與過程的影響，即導致不同服務之間相互變化，借助成本效益理念分析同一驅動因素或壓力源下各項生態(tài)系統(tǒng)服務的響應，為其后的生態(tài)風險管理提供理論指導和技術支撐[57- 58]。Van der Biest等人[59]建立了景觀生態(tài)系統(tǒng)服務束(landscape ecological service bundle)的理論框架，框架充分考慮了社會生態(tài)系統(tǒng)內在整體性和不確定性，并運用貝葉斯網(wǎng)絡模型分析土地利用政策驅動下不同生態(tài)系統(tǒng)服務博弈關系，從降低政策制定對生態(tài)系統(tǒng)服務風險的角度，結合不同類型用地特點制定了土地利用的優(yōu)化情景。 Raudsepp-Hearne 等人[60]研究了加拿大魁北克137個自治區(qū)12種生態(tài)系統(tǒng)服務的空間格局和辨識出六項生態(tài)系統(tǒng)服務束，研究區(qū)域內社會經(jīng)濟活動對各項服務之間變化的關聯(lián)作用，提出了降低旅游對環(huán)境影響等相關的生態(tài)保護管理措施。Wu等人[61]依據(jù)特大城市對周邊生態(tài)環(huán)境的影響，以北京和周邊區(qū)域為研究對象，計算和繪制物質生產(chǎn)、碳固定和人口支撐等五種景觀生態(tài)系統(tǒng)服務，利用疊加和相關性分析不同服務之間的作用和識別服務熱點，可根據(jù)評價結果對生態(tài)系統(tǒng)服務關鍵地區(qū)進行生態(tài)保護措施管理。

服務間博弈權衡是景觀生態(tài)系統(tǒng)服務研究的重點，也是社會生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)風險評價過程中所應關注的方面，將景觀生態(tài)系統(tǒng)服務應用到社會生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)風險管理中,對作為評價終點的生態(tài)系統(tǒng)服務做出全面的評估，能提高評價的真實性和可靠性，生態(tài)風險評價中做到統(tǒng)籌兼顧。

2.4不同評價方法的應用特點與不足

圖3解析了3個不同層次基于生態(tài)系統(tǒng)服務生態(tài)風險評價的邏輯作用關系。生態(tài)系統(tǒng)作為有機整體，外界脅迫下導致系統(tǒng)結構與過程中物質能量的動態(tài)變化，從而影響系統(tǒng)功能整體性及其生態(tài)系統(tǒng)服務的產(chǎn)生；在上述基礎上解析社會經(jīng)濟活動驅動下對生態(tài)系統(tǒng)服務和社會中人類福祉的影響，可將生態(tài)系統(tǒng)服務納入到DPSIR理論框架子系統(tǒng)中進行分析；為深入分析生態(tài)系統(tǒng)服務變化與風險源空間作用關系，可引入空間線性回歸分析對景觀生態(tài)系統(tǒng)服務與風險源對此進行剖析。

圖3　基于生態(tài)系統(tǒng)服務生態(tài)風險評價的邏輯作用關系Fig.3　Logical effect relationships about ecological risk assessment based on ecological service

圖4總結了三個不同層次上基于生態(tài)系統(tǒng)服務的風險評價方法的應用內容與特點: (1)基于某種特定服務的實體屬性評價方法的適應范圍是評價外界壓力對某類特定功能或者系統(tǒng)中某些服務功能的影響，通過建立相應功能服務與對應壓力的指標體系，利用影響矩陣等方法分析兩者的作用關系，該評價方法直觀明確，評價指標與方法一定程度上考慮到生態(tài)系統(tǒng)過程作用，但從復雜的生態(tài)系統(tǒng)作用角度考慮，需提高該方法的復雜性和非線性。(2)基于復雜生態(tài)系統(tǒng)作用方法，考慮生態(tài)系統(tǒng)整體性和動態(tài)性，引入相關概念或模型評價生態(tài)系統(tǒng)在外界壓力作用下結構與過程變化下功能變化，能較好實現(xiàn)對生態(tài)風險的模擬評價；但為更好結合結構功能與生態(tài)過程，需明確與生態(tài)結構與過程相關特性表征參數(shù)。(3) 針對社會生態(tài)系統(tǒng)下外界驅動對社會福祉的影響，DPSIR理論框架能把握生態(tài)系統(tǒng)過程與社會經(jīng)濟之間的因果關系；但該框架內各子系統(tǒng)間的非線性還有待深入提高，怎樣將生態(tài)系統(tǒng)服務納入該框架中及其作用如何還有待于研究。景觀生態(tài)系統(tǒng)服務能對景觀上生態(tài)風險實現(xiàn)較好的評價與管理，現(xiàn)有方法僅靠線性回歸等統(tǒng)計分析方法從定量的關系進行直觀評價，應深入結合景觀格局過程對其進行分析。

圖4　基于生態(tài)系統(tǒng)服務的風險評價方法的應用內容與特點(DPSIR: Drive-Pressure-State-Impact-Response)Fig.4　Appling content and features of ecological risk assessing methods based on ecological service

3生態(tài)系統(tǒng)服務與風險表征

作為生態(tài)風險表征的評價量綱, 生態(tài)系統(tǒng)服務在表征形式與評價量綱方面具有其自身的特點。

3.1評價表征形式

一般來說，基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險評價中，評估結果常用生態(tài)系統(tǒng)服務的損失來表征。Munns等人[62]嘗試將生態(tài)風險評價流程運用于傳統(tǒng)的自然資源損害評估，評價中以生態(tài)系統(tǒng)服務的損失表征生態(tài)風險。目前常用生態(tài)系統(tǒng)服務損失的評價方法是等價分析法，是一種在服務-服務基礎上確定生境損失和收益的方法，采用假定的生態(tài)標尺作為量度人類福祉變化的表征參數(shù)，衡量社會福利的環(huán)境收益和損失[63]。其關鍵的假設是：從服務類型、質量和價值的角度，由損害導致的服務損失應與補償修復計劃提供的服務收益相等[64]。除了生態(tài)系統(tǒng)服務損失的表征形式，還存在不利服務的表征形式。生態(tài)不利服務是由于生態(tài)系統(tǒng)在外界多重壓力的脅迫累積作用下，系統(tǒng)結構與過程發(fā)生了質的改變下產(chǎn)出與人類福祉相違背的服務[65- 66]。Escobedo 等人[67]利用生態(tài)系統(tǒng)服務和生態(tài)不利服務綜述了分析城市森林生態(tài)系統(tǒng)服務與外界污染作用關系。Lytimaki 和 Sipila[68]指出在生態(tài)系統(tǒng)管理中，應關注外界驅動因素下生態(tài)系統(tǒng)不利服務產(chǎn)生對人類福祉的影響，建議運用生態(tài)和社會學相關方法理論來解析某種不利服務相關的生態(tài)結構質變和相關的生態(tài)過程，及其對不利效應進行評估。

3.2評價量綱

評價量綱除了貨幣評價外，還存在“系統(tǒng)熱力學指標”形式。生態(tài)系統(tǒng)服務經(jīng)自然作用過程而形成，由太陽能在不同時空尺度下驅動形成，因此系統(tǒng)熱力學指標可作為評價量綱。作為能反映出能量和物質在不同情景等級條件下轉化率大小的熱力學指標如能值、火用等指標均可作為評價量綱。Huang等人利用能值方法歸一化城區(qū)與郊區(qū)地區(qū)所能提供的生態(tài)系統(tǒng)服務，通過兩者之間的物質流和能流的交換使用，利用影響矩陣評價了兩者之間相互作用的關系狀態(tài)[69]。在不同土地利用轉化對河流生態(tài)系統(tǒng)累積效應的研究中，Li等人利用生態(tài)系統(tǒng)火用等指標評價了土地利用對底棲生物的有關功能的影響[70]。Xu等人改進并提出一系列生態(tài)火用指標，通過測度不同系統(tǒng)的生物總量，評價白洋淀不同水域生態(tài)系統(tǒng)功能的健康程度[71]。系統(tǒng)熱力學指標作為評價量綱的優(yōu)點如下：一是緊密聯(lián)系生態(tài)系統(tǒng)結構與過程，既能反映出系統(tǒng)內部及其與外部之間物質能量的轉化傳遞，也能體現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)即生態(tài)系統(tǒng)結構組成與功能狀態(tài)；二是將生態(tài)系統(tǒng)物質能量流歸一化后可與現(xiàn)實中貨幣量綱進行轉化換算，現(xiàn)有一些學者根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務和系統(tǒng)熱力學指標在社會經(jīng)濟活動中評價的作用，嘗試進行生態(tài)系統(tǒng)服務與系統(tǒng)熱力學指標之間關系的研究，今后基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險評價研究可借鑒這方面的研究成果[72- 73]。

4結論與展望

本文對生態(tài)系統(tǒng)服務在生態(tài)風險評價中理論發(fā)展和應用實踐進行了系統(tǒng)梳理。生態(tài)系統(tǒng)服務作為“理想的評價終點”, 既能明確保護實體和對象，又能緊扣生態(tài)系統(tǒng)復雜作用過程,還能加強風險評估、交流與管理, 在應用實踐中可根據(jù)需求和評價對象的特點從3個層面進行生態(tài)風險評價，也可利用生態(tài)系統(tǒng)服務作為評價量綱提升生態(tài)風險評價時效性。

目前國內外基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險研究并不多見，一些方法使用大都借用生態(tài)系統(tǒng)服務作為評價終點的理念，大都數(shù)還都停留在探討階段。加強基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險研究，可對傳統(tǒng)的生態(tài)風險評估框架進行完善和發(fā)展，結合現(xiàn)有研究特點和今后的研究需求提出以下展望：

(1)理論方面，為更好將評價終點落實保護對象實體及屬性，需要參考現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)服務評價指標，構建完善的生態(tài)系統(tǒng)服務提供者的指標體系，在生態(tài)復雜過程實踐操作中，需提升生態(tài)過程的主要參數(shù)選取及獲取的能力，可借鑒現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)結構、過程和功能有關模型將生態(tài)系統(tǒng)過程整合到生態(tài)風險評價方法中，對生態(tài)風險評價提供有力的支撐。此外，應綜合生態(tài)系統(tǒng)服務在生態(tài)風險評估中不同流程中所起的作用，發(fā)展相關的評價理論和方法，建立基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險評估框架，提高已有生態(tài)風險評估框架的可操作性。

(2)評價方法上，現(xiàn)有基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險評價大都數(shù)是回顧性評價，在今后發(fā)展中，需建立動態(tài)模型進行模型預測。在理論要素發(fā)展的基礎上，綜合各種生態(tài)過程參數(shù)和理論模型，結合生態(tài)系統(tǒng)特點和評價需求，構建動態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)風險評價模型，模擬不同驅動情景對生態(tài)系統(tǒng)所提供服務的影響，根據(jù)評估結果進行生態(tài)風險的等級劃分。現(xiàn)有評價案例大都關注風險效應，需加強風險發(fā)生概率的研究，增加生態(tài)風險評價的不確定分析，提高模型評價的實用性和可操作性。

(3)風險管理方面，為發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務在社會生態(tài)系統(tǒng)管理的作用，可借助生態(tài)系統(tǒng)服務管理、景觀生態(tài)系統(tǒng)服務等理論方法，重點突出生態(tài)系統(tǒng)服務作為聯(lián)系生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟活動的紐帶作用，使風險評價模型更好服務社會生態(tài)系統(tǒng)風險評價，提高評價過程與社會生態(tài)管理過程的對接性。此外，應推動生態(tài)系統(tǒng)服務在生態(tài)風險評估后續(xù)階段作用的研究，將不同利益者的關注點納入到評估過程中，借鑒現(xiàn)有生態(tài)補償?shù)睦碚摲椒ê筒煌嬲卟┺姆治?，將評估結果應用到生態(tài)風險的控制和已有風險的修復，對相關利益者進行補償?shù)确矫妗?/p>

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Advancesin ecosystem service-based ecological risk assessment

KANG Peng，CHEN Weiping*, WANG Mei′e

StateKeyLaboratoryforUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China

Abstract：Ecological risk assessment (ERA) plays an important role in ecosystem management and conservation. Due to the complex relationship among multirisk sources, multiple receptors, and multiple endpoints, the conventional ERA method has shortcomings when determining the definite protected objects, closely related to the functions of an ecosystem, and when implementing an assessment into practice. Introduction of ecological services into ERA can effectively fix these deficiencies and thus improve the assessment method; this approach has become one of the hot areas in this field of cutting-edge scientific research. In the present study, we systematically analyzed the role of an ecological service in the processes of ERA. We showed that integration of the ecological-service theory into ERA enables this method to explicitly ascertain the protected objects and attributes at the question formation stage, focus on the structures and processes of an ecosystem at the risk assessment stage, provide clear results of the evaluation at the risk characterization stage, and to strengthen the risk communication and evaluation in subsequent phases. Therefore, an ecological service is an ideal assessment endpoint in ERA. In practice, ERA that is based on ecological services can be carried out on three scales. For a particular functional ecosystem or ecosystem′s protected function, the evaluation method can be established according to the entity and attributes of a particular service, and then the researcher can utilize the impact matrix method to analyze the relation between the ecological service and the corresponding pressure. Second, considering the characteristics of an ecosystem such as integrity or dynamics, the evaluation method can be established on the basis of the complex role of the ecosystem. Ecological models such as the ecological network can be used to analyze the effects on an ecological service in relation to changes in ecological structures and functions. Third, for a specified socioecosystem, the DPSIR (drive-pressure-state-impact-response) framework can be modified to analyze the influences of pressures on human well-being based on the following process: driving factors-pressure-status change (environmental ecological elements)-impact (ecological service)-response (risk assessment). From the standpoint of landscape pattern-process, analysis of the spatial relation between the change in a landscape service and a risk source is useful for implementing the assessment into practice and taking effective measures. Besides, analysis of the trade-off between diverse ecological services was also helpful for risk management. In this study, we also analyzed the characterization form and applied cases of an ecological service to ERA; these situations include the loss of an ecological service and disservice. The features and advantages of the thermodynamic index serving as an evaluation dimension are also discussed here. Finally, we provide some suggestions on future studies on ecological service-based ERA in terms of the theory, assessment method, and risk management. As for the theory, an integrated index as well as representative parameters for ecological processes are needed. Regarding the method, it is useful to build a state-of-the-art ecological-risk assessment model for simulation of the effects of an ecosystem service according to various driving scenarios based on theory research, considering the characteristics of the ecosystem. In terms of risk management, in relation to theoretical methods of ecological service management and landscape ecology services, it is imperative to enhance the ecological risk community and management by strengthening the link between the evaluation process and the socioecological management process, with integration of theories and methods of ecological-service management and landscape ecology services.

Key Words:ecological risk; ecological service; assessment endpoint; ecosystem structure and process; risk management

基金項目:國家自然科學基金項目(41272531); 城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室自主項(SKLURE2008-1-4)

收稿日期:2014- 07- 11; 網(wǎng)絡出版日期:2015- 07- 22

DOI:10.5846/stxb201407111420

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

康鵬，陳衛(wèi)平，王美娥.基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)風險評價研究進展.生態(tài)學報,2016,36(5):1192- 1203.

Kang P，Chen W P, Wang M E.Advancesin ecosystem service-based ecological risk assessment.Acta Ecologica Sinica,2016,36(5):1192- 1203.