人地系统耦合下生态系统服务与人类福祉关系研究进展与展望

21世纪以来生态系统服务退化与人类需求提升间的矛盾愈发激烈,如何有效推进生态系统服务与人类福祉的协调平衡成为当前可持续发展的核心主题。论文通过梳理生态系统服务与人类福祉关系研究的阶段演进发现,现有研究主要从服务对福祉的影响与福祉对服务的反馈切入,逐步聚焦到供需关系与空间流动、权衡/协同的利益博弈、文化服务的价值化、生态补偿与付费、优化调控与可持续管理等二者相互作用关系的实践上。但目前的关系研究仍以“级联框架的‘影响链条’”为主导,缺少测度直接交互作用的技术路径,理论体系匮乏,面向可持续管理的应用支撑较弱,而同时二者逐渐形成非线性交互关系,亟需在人地系统耦合框架下寻求综合集成范式经验以推进理论创新。因此,论文提出从级联到耦合的关系研究新思路,以生态系统服务与人类福祉的耦合研究来系统辨析其交互胁迫效应及内在动力演化机理,同时探索性构建耦合研究的理论框架与技术思路,丰富人地系统耦合的关键命题。以此为基础,未来研究还需着重从交互作用关系的梳理出发,深化耦合效应解耦、传导机制与动态集成、基于服务与福祉协调的可持续优化等领域研究,促进有序协调的生态文明发展。     

旱区人地耦合系统水-粮食-生态关联研究述评

气候变化和人类活动影响下的旱区水-粮食-生态关联机制,是人地耦合系统研究的前沿科学问题之一,为全面保障以水安全为纽带的旱区生态安全和粮食安全提供科学支撑。本研究通过梳理水-粮食-生态关联研究前沿,凝练得到四方面认识：① 在时空特征判别中,旱区土地利用是普遍涉及的水-粮食-生态关联载体;② 在驱动机制分析中,生态系统服务权衡协同关系得到关注,但研究多止步于统计描述;③ 在模型使用中,社会水文系统模型是重要研发对象,生命周期模型和生态系统服务流模型也得以使用;④ 在决策支持中,基于水-粮食-生态关联视角并适用于本地旱区的国土空间规划、资源用途管制、资源使用增效途径仍处探索阶段。在未来研究中,有必要深化旱区生态水文过程对农业生产的影响与响应、旱区生态系统服务权衡及其对人类福祉的影响、旱区水生态安全格局优化下的国土空间开发与保护等研究议题,从而架构水-粮食-生态关联研究从科学到决策的桥梁。     

石羊河流域生态系统服务时空变化及其多尺度影响因素研究

对生态系统服务时空变化的影响因素开展多尺度定量分析,是揭示生态系统服务演化机理和推进区域可持续发展的重要突破口。既有研究侧重于从行政或流域的等级确定研究尺度大小,缺乏科学合理的尺度划分方法。论文以石羊河流域为研究区,评估了食物供给、碳固存、产水量和防风固沙4种生态系统服务的时空变化特征,并应用小波分析和参数最优地理探测器模型确定了生态系统服务时空变化影响因素研究的最佳尺度及不同尺度下的主要影响因子。结果表明：(1) 2000—2020年石羊河流域食物供给、碳固存、产水量和防风固沙4种生态系统服务均呈上升趋势。食物供给服务增幅最大,增幅为138.3%,碳固存、产水量和防风固沙服务增幅分别为0.97%、7.6%和9.5%。(2)根据4种生态系统服务的小波方差主周期,2000—2020年和2010—2020年分别构建了6个、2000—2010年构建了7个影响因素研究的特征尺度。(3)随着尺度增大,影响因子对生态系统服务时空变化的作用程度逐渐增强,且不同尺度的主要影响因子存在明显差异。食物供给和碳固存服务在小尺度上主要受人文因子影响,大尺度上受自然因子影响;产水量服务在不同尺度上始终受自然因子...     

生态系统服务权衡:方法、模型与研究框架

生态系统服务之间存在着此消彼长的权衡关系或彼此增益的协同关系,科学理解和权衡这些作用关系有利于指导生态系统管理实践,也对实现社会经济发展和生态保护的"双赢"目标具有重要意义。系统梳理了国内外现有的生态系统服务权衡研究工作,归纳总结了权衡研究的主要方法:统计学、空间分析、情景模拟和服务流动性分析方法;对权衡研究中常用的生态系统服务权衡模型进行了机理介绍和应用分析;进一步提出了权衡研究的理论框架和重要切入点,即生态系统服务的时空尺度特征、相互作用、效益和驱动机制。对生态系统服务权衡未来的进一步深化研究进行了展望,旨在为国内相关研究提供启迪和参考。     

生态系统服务权衡与协同研究进展及地理学研究议题

由于生态系统服务的多样性、空间分布的不均衡性以及人类使用的选择性,在人为活动和自然因素作用下,服务之间的关系出现了此消彼长的权衡、相互增益的协同等变化。理解服务权衡与协同的表现类型、形成机理、尺度依存和区域差异,对于制定区域发展与生态保护"双赢"的政策措施具有重要意义。从相互作用与联系、类型与形成机制、研究方法与工具、尺度效应以及不确定性等方面评述了生态系统服务权衡与协同的国内外研究进展和局限性,并对研究趋势进行了展望。在此基础上,提出从地理学视角研究生态系统服务权衡与协同的主要议题,包括服务供需的时空异质性、权衡与协同的形成机制、尺度依存和区域差异等。可为拓展生态系统服务权衡与协同研究的深度和广度,提升地理学综合研究水平提供借鉴与参考。     

生态系统服务权衡研究进展：从认知到决策

作为沟通自然生态系统与人类社会的重要桥梁,生态系统服务一直以来都是地理学、生态学等学科的研究前沿和热点。正确认知生态系统服务之间的关系,是开展多种生态系统服务可持续管理决策的前提,有助于人类福祉的全面提升。本文通过厘定生态系统服务权衡的概念内涵,梳理了生态系统服务权衡的空间、时间和可逆性特征,将多层次人类福祉的满足作为权衡的最终目标,视生态补偿为权衡决策的基本保障途径。生态系统服务权衡关系的识别依托于定量指标法和综合模型法,且权衡关系可能随时空尺度的推移发生改变;情景分析与多目标分析是生态系统服务权衡决策的有效手段。生态系统服务权衡多尺度关联、生态系统服务流与远程耦合、生态系统服务消费与生态补偿,成为当前生态系统服务权衡研究的重点方向。     

秦巴山区生态系统服务权衡—协同关系

权衡—协同关系时空分布及其演化机制分析有助于量化生态系统服务.当前,秦巴山区生态系统研究主要集中于刻画单个生态系统服务的演变和两两生态系统服务之间的关系,缺少对多种生态系统服务之间相互作用和演化机制的分析,致使多个生态系统之间的复杂作用机制及其影响因素不能得到全面认识.本文基于多源数据与综合模型,采用空间相关分析、线性...     

生态系统服务权衡量化方法综述及未来模型发展（英文）

生态系统服务具有空间异质性和时间变异性,这导致服务功能间的权衡、协同和中立。权衡是生态系统管理及最优化决策研究中的关键问题之一。本文综述生态系统服务间权衡识别方法,并对未来生态系统服务模型发展提出建议。主要结论:(1)生态系统服务评估基于定量化指标及其模型模拟;(2)生态系统服务权衡分析多以相关性为主,情景分析、多目标分析、生产可能性边界成为生态系统服务权衡决策的有效手段;(3)未来研究需加强生态系统服务供需流、辅助决策的生态系统制图等。最后,应该集成模型以模拟和诊断情景,优化土地和生态系统管理不同措施,实现区域可持续发展。     

流域生物地球化学循环与水文耦合过程及其调控机制

流域生态系统的水文和生物地球化学循环通过水文通量的物理作用紧密耦合,其时空尺度的物质和能量耦合为流域生物地球化学过程的物质平衡和能量流动提供重要基础。通过研究流域尺度生物地球化学循环—水文耦合过程,将更加深刻揭示水循环驱动下陆地—水生生态系统碳氮循环与人类活动及气候系统的生物学、物理学和化学过程的耦合机制。本文综合阐述了流域生态系统的时间、空间以及时间—空间尺度的生物地球化学循环与水文耦合特征,揭示营养元素循环在时间—空间尺度上的耦合特征,通过大气、陆地、河流、河口和海洋系统形成了一个连续体并由水、气体和气溶胶通量进行物理连接;分析流域营养物质的生物地球化学循环与水文耦合过程随着时空尺度在大气—陆地界面、陆地—河流界面以及河口—海洋界面的耦合变异性;最后通过流域生态化学计量特征及水陆交错带对营养物质输出的调控分析耦合过程的生物学调控机制,以提高对流域景观水平的生态水文、生物地球化学和生态动力学的理解。     

城市化背景下食物系统耦合研究的理论框架及优先方向

受城市化、地域功能分化、生产要素优化配置和交通网络快速扩展等因素影响,区域之间资源要素的流动已成为区域可持续发展的内在需求。在这种背景下,人类与地理环境互动模式的网络化就要求地理学研究采取全程耦合范式,即将区域内部、区域与周边区域、以及非邻接区域之间的人地互动同时纳入考虑。食物系统作为衔接乡村与城市、以及产地与全球消费市场的产业链和价值链,是开展人地系统近远程耦合研究的重要切入点。基于这种认识,本文在论证理论研究内在依据及外在条件的基础上,将食物系统的构成要素与远程耦合框架相结合,建立“城市化驱动下食物系统近远程耦合的理论框架”并论述该理论框架的具体内涵。以拓展理论框架中的前沿领域为基本导向并结合国家重大战略需求,本文进一步明确了食物系统耦合研究的基本问题和4个亟待突破的优先研究方向。其中,基本问题是食物域的格局特征、时空演化及其动力机制。4个优先方向则包括：耦合社会经济文化变迁与生物地球化学循环的供应链网络人地互动研究;食物系统近远程耦合效应及其调控策略研究;基于食物系统的城乡融合与长效脱贫机制研究;以及面向公共卫生安全的食物系统跨区域、多层次治理研究。本文最后设计了食物系统耦合研究的一般技术路径,研究结果可为进一步的案例实证提供理论支撑和研究思路参考。     

Review of Methods to Quantify Trade-offs among Ecosystem Services and Future Model Developments

Ecosystem services are spatially heterogeneous and temporal variability, which results in trade-offs, synergies and neutrality. The trade-off is a key problem in ecosystem management and requires optimized decision-making research. This paper reviews methods for identifying trade-offs and suggest future model developments. We conclude that (1) ecosystem service assessment depends on quantitative indicators and its modeling; (2) scenario analysis, multi-objective analysis and production possibility boundary are an effective means of ecosystem service trade-off decision-making; (3) future research needs to strengthen ecosystem service supply and demand flow and assist decision-making ecosystem mapping. Finally, integrated models should be developed to simulate and diagnose different scenarios and to optimize measures in land and ecosystem management for sustainability.     

生态系统服务权衡与协同视角下的重点生态功能区保护特征

重点生态功能区提供着源源不断的生态系统服务,在保障国家生态安全和社会可持续发展方面,有着不可或缺的基础作用。但是,以生态系统服务权衡与协同关系为视角,进而探讨分析重点生态功能区保护特征的研究案例相对较少。本文以秦巴重点生态功能区为评估分析区域,选择自然地理条件相似度极高的秦巴山区为参照单元,以生态系统供给服务与调节服务为核心内容,在定量分析2000—2019年期间的生态空间变化特征基础上,分析评估生态系统服务权衡与协同关系。结果表明：秦巴山区生态状况逐渐变好,重点生态功能区划定之后,生态系统趋于稳定;重点生态功能区服务能力呈逐渐增强的趋势,平均净初级生产力、土壤保持总量和水源涵养总量比重点生态功能区外分别高出了25.95 gC/m²、5.81亿t和24.95亿m³;土壤保持服务和生态系统供给服务的协同关系与生态状况改善呈正相关;由于受到降水的影响,2010年之后的水源涵养服务与生态系统供给服务的协同关系变差。总体来看,秦巴重点生态功能区的划定带动了区域生态空间“量的增长”和生态系统服务“质的提升”,但生态系统服务之间关系的“协调性”仍然不足,甚至从“协同”转为“权衡”关系,这要求未来国家需要制定更有针对性的生态系统保护管理决策,提高生态系统总体效益,支撑区域生态系统服务的可持续供给。     

洞庭湖生态经济区生态服务供需平衡研究

基于洞庭湖生态经济区土地覆被类型和土地利用现状,测算并研究区域内供给服务、调节服务、支持服务和文化服务及生态服务总量供给的价值当量;根据国家相关建设指标规定和人均资源消耗量,估算各项生态服务需求量价值当量;进而对区域内生态服务的供—需盈亏状态进行分析。结果表明：① 洞庭湖生态经济区各项生态服务及生态服务总量供需状况良好,供需比均大于1.2;② 不同生态服务供需状况存在差异,支持服务（1.46）>调节服务（1.44）>供给服务（1.39）>文化服务（1.28）;③ 供需比在空间上整体呈现“四周高中间低”的分布模式,北侧荆州供需比偏低;④ 城乡供需状况差异显著。本次研究囿于行政边界,基于自然边界的供需状况研究有待深入。     

A Review on the Supply-Demand Relationship and Spatial Flows of Ecosystem Services

Research on spatial flow as it relates to the relationship between the supply and demand of ecosystem services supports a significant connection between the supply of ecosystem services and human well-being. Understanding the entire process of the production and flow, as well as the use of ecosystem services, accurately assessing the balance of supply and demand of ecosystem services, and establishing a two-way feedback relationship between supply and demand are vital for the scientific management of the ecosystem and ensuring the sustainable development of regional resources. Based on a large number of relevant publications, this paper comprehensively summarizes the concepts and assessment methods of ecosystem service supply and demand from the perspective of ecosystem service supply and demand, and discusses the impacts of land use and climate change on the temporal and spatial changes of ecosystem services under the background of global change. Then, an analysis of the research progress in the ecosystem services spatial flow indicated that there are still deficiencies in the quantification of cultural services, the dynamics of ecosystem service flow and the driving mechanism of ecosystem services. We also propose that clarifying the driving mechanism and transfer process of ecosystem services, and realizing the mutual conversion between different spatial-temporal scales of ecosystem services, is an important approach for improving the application of ecosystem services research in practice in the future.     

生态系统服务供给和需求研究进展

生态系统为人类供给产品与服务,人类对其产品与服务形成需求和消费,供需两者共同构成生态系统服务从自然生态系统流向人类社会系统的动态过程。对生态系统服务的供给和需求进行识别、度量、空间化及均衡分析是生态系统服务研究的重要组成部分,有助于生态系统有效管理以及自然资源合理配置,为生态系统服务付费和生态补偿提供理论支撑。本文基于国内外理论和案例研究成果,首先梳理生态系统服务供给和需求的含义,其次总结和对比从供需空间特征角度对生态系统服务的分类,并归纳生态系统供给和需求的空间化方法,最后从实际供给和潜在供给、实现需求和总量需求、供需数量和空间关系3个方面探讨生态系统服务供需均衡分析框架。     

黄土丘陵区生态系统服务供需匹配研究——以兰州市为例

生态系统服务的持续供给是社会和自然可持续发展的基础,人类通过对生态系统服务的消费来满足需求和提高自身福祉。研究生态系统服务的供给和人类对生态系统服务的需求与消费,分析生态系统服务的供需特征与空间权衡关系,对区域生态系统的管理和资源的有效配置具有重要意义。以兰州市为例,利用全市2017年土地覆被、气象观测和统计年鉴等多源数据,应用InVEST模型、ArcGIS和GeoDA等空间分析工具,计算了研究区产水、食物供给、碳固持和土壤保持等4项服务的供给量及需求量,并对区域内生态系统服务的供需匹配状况进行了分析与评价。结果表明：① 兰州市各项生态系统服务的供给与需求空间异质性显著,各项服务总供给量均大于总需求量,且在不同区域与不同生态系统服务之间存在明显差异;② 兰州市综合生态系统服务供需比为0.039,不同生态系统服务供需匹配状况存在差异,产水服务（0.098）>碳固持服务（0.066）>食物供给服务（0.030）>土壤保持服务（0.001）,且城乡供需匹配差异显著;③ 兰州市生态系统服务供需空间匹配有“高高型空间匹配”、“低低型空间匹配”、“高低型空间错位”和“低高型空间错位”4种类型,且各项服务的主导空间匹配类型有所不同;④ 兰州市各项生态系统服务的供需平衡状况存在明显的协同作用,分别是“高高协同”与“低低协同”。     

多情景模拟下粤港澳大湾区生态系统服务评估与权衡研究

城镇化快速发展导致区域的生态系统服务衰减,威胁城市的生态安全;掌握城市群地区生态系统服务权衡/协同关系量化,对提升生态系统服务总体效益和维护区域生态安全至关重要。以粤港澳大湾区为研究区域,利用InVEST模型对粤港澳大湾区1995—2018年间产水服务、固碳服务、土壤保持服务、食物供给服务共4项生态系统服务进行评估,设定历史趋势情景、规划情景和生态保护情景,借助GeoSOS-FLUS模型进行2030年生态系统服务情景分析,探讨各种生态系统服务之间的权衡/协同关系。结果表明：① 1995—2018年间,粤港澳大湾区产水服务出现增加趋势,固碳服务、土壤保持服务和食物供给服务出现下降趋势。② 不同类型生态系统服务变化存在明显的区域异质性,产水服务高值区域其值增大,低值区域其值减小;固碳服务低值区域,其值下降更大;除香港外,土壤保持量减小的区域呈零星状分布;食物供给高值及减小的最大值位于东莞、佛山、中山和深圳等中部区域。③ 产水服务在规划情景下达到最佳,固碳服务和土壤保持服务在生态保护情景下最佳,历史趋势情景下食物供给服务最佳,生态系统服务综合效益在生态保护情景下达到最佳。④ 历史趋势情景下生态系统服务之间的权衡程度最大,生态保护情景下各项生态系统服务之间的协同程度较高。基于生态耦合模型进行粤港澳大湾区生态系统服务估算,揭示生态系统服务权衡或协同的变化关系及作用机理,可为区域生态系统服务管理和社会经济发展规划提供参考。     

生态系统服务弹性敏感性系数的合理性与决策属性探讨

在经济学弹性基本概念的基础之上,采用数学推导的方式重点探讨3种生态系统服务弹性敏感性评价模型的合理性与决策属性。研究结果表明：① Kreuter敏感性系数大小始终为0~1;在极限形式下,生态系统服务价值变率函数与Kreuter敏感性系数具有相同的数学表达式与值域;所以这两种敏感性评价模型把1作为是否敏感的评价标准并不合适。生态系统服务交叉敏感性系数不符合一般意义上的“交叉敏感性”的概念,并且其计算公式不符合弹性的基本定义。② 弹性敏感性计算方式适用于随机变量间的研究,不适用于具有确定性关系的变量;生态系统服务框架下的3种弹性敏感性系数均建立在具有确定性关系的生态系统服务价值计算公式的基础之上,导致其敏感性计算结果缺乏深层次的决策属性。     

连接多层次人类福祉的生态系统服务分类框架

千年生态系统评估提出将"生态系统服务与人类福祉"作为未来生态学研究的核心内容,相关研究日益增多。然而,当前学界对生态系统服务的定义和分类仍存在争论,概念的混乱导致研究中对服务理解的分歧。本文在综述国内外主要生态系统服务定义和分类方案的基础上,利用从生态系统服务到人类福祉的服务级联框架,辨析生态系统服务形成过程中不同级联的联系和区别,探讨人类福祉的内涵及其与生态系统服务的联系,提出使用终端生态系统服务来连接生态系统与人类福祉,以此建立连接服务与多层次人类福祉的服务分类框架。根据终端生态系统服务所产生收益与不同层次人类福祉的关联,将生态系统服务划分为福祉构建、福祉维护和福祉提升3 大服务类别。这种服务分类框架可为生态系统服务评估以及服务与人类福祉耦合关系的相关研究提供帮助。