面向可持续土地利用管理的生态系统服务权衡分析研究述评（英文）

Ecosystem services are substantial elements for human society. The central challenge to meet the human needs from ecosystems while sustain the Earth's life support systems makes it urgent to enhance efficient natural resource management for sustainable ecological and socioeconomic development. Trade-off analysis of ecosystem services can help to identify optimal decision points to balance the costs and benefits of the diverse human uses of ecosystems. In this sense, the aim of this paper is to provide key insights into ecosystem services trade-off analysis at different scales from a land use perspective, by comprehensively reviewing the trade-offs analysis tools and approaches that addressed in ecology, economics and other fields. The review will significantly contribute to future research on trade-off analysis to avoid inferior management options and offer a win-win solution based on comprehensive and efficient planning for interacting multiple ecosystem services.     

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。     

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。     

地域生态系统服务功能的价值结构分析——以宁夏灵武市为例

从地域生态系统价值体系出发,探讨城市自然、经济、社会综合资本测算的理论和方法。通过综合资本的测算,认识和了解自然生态系统为人类社会经济提供服务的价值量,以及人类为维护自然生态系统平衡所需的资本投入量。研究表明,灵武市的自然资本约占总资本的1/3左右,牧草地和水域占自然资本总贡献的97%。工矿、城镇等土地利用方式产生巨大的自然资本负价值,其中工矿占84%,城镇占9%,显然工矿业对当地自然资本的损耗最大。     

洞庭湖生态系统最终服务价值评估

生态系统最终服务指生态系统直接提供给人类的,由人类直接享用、消费、使用的生态系统服务,目前生态系统服务评估多将最终服务与中间服务混淆,造成重复计算。以洞庭湖为例,建立洞庭湖生态系统最终产品与服务评估指标体系,并综合运用市场价值法、替代工程法和旅行费用法评估洞庭湖提供给人类的生态经济价值。结果表明:洞庭湖生态系统服务总价值为2 154.22×108元/a,其中洪水调蓄和气候调节占总价值的88.69%,是洞庭湖的主导生态系统服务。评价的10项生态系统最终服务按价值量排序,依次为调蓄洪水气候调节淡水产品水资源供给原材料生产释氧休闲旅游固碳水质净化内陆航运。评估结果比较全面地反映了洞庭湖对人类福祉的直接贡献,不仅能提高公众和管理部门对洞庭湖生态系统服务的认知,也为管理部门管理洞庭湖提供了重要方向。     

国家屏障区生态系统服务权衡与协同

对不同服务间存在的此消彼长的权衡关系和相互增益的协同关系的正确认知,是开展多种生态系统服务可持续管理决策的前提。2018年国家重点专项“典型脆弱生态修复与保护研究”中明确指出要优化“两屏三带”生态系统服务格局,而服务的优化离不开对权衡与协同关系的准确认知。因此,在国家尺度上开展国家屏障区生态系统服务权衡与协同研究具有重要性和迫切性。本文采用RUSLE模型、CASA模型和InVEST产水模型分别评估国家屏障区2000—2015年土壤保持、固碳和产水服务的空间分布格局,并分析三种服务的变化趋势,采用相关分析法和均方根偏差法量化不同服务在各子屏障带整体和空间上的权衡与协同关系。结论如下：① 国家屏障区的三项服务在空间上均呈现由东南向西北减少的格局, 而在时间上,土壤保持与产水显著增加(p<0.05),增加量分别为 20.64 t/(km ²·a)和4.13mm/a,而固碳呈现微弱的上升趋势(p=0.96),服务的提升有利于保障国家生态安全。② 在各子屏障带整体上,土壤保持、固碳及产水间相关系数基本大于0（p<0.05）,表明三者以协同为主;而在空间上,两两服务间的权衡与协同关系存在着极强的空间异质性,如东北森林带固碳与产水、固碳与土壤保持的权衡关系像元比例分别达49%和27%,且均集中在北部。因此,在进行生态环境建设时,需要同时考虑到整体与局部空间的服务权衡与协同关系的不同,以制定更为合理的生态保护政策。     

基于土地利用的河北省生态系统服务权衡/协同关系研究

在分析土地利用变化的基础上,基于InVEST模型计算1985-2015年河北省农作物生产、碳储量、生境质量和土壤保持4种生态系统服务,利用ESCI指数、相关分析法、ESTD模型及双变量局部空间自相关方法识别不同尺度生态系统服务空间格局变化及权衡/协同关系。结果表明:1)1985-2015年河北省土地利用变化剧烈,建设用地、林地面积不断增加,耕地、草地、未利用地逐渐减少,但不同时段变化趋势不同。受土地利用变化影响,河北省4种生态系统服务变化趋势迥异:农作物生产水平不断提升,碳储量呈先增后减趋势,生境质量变化平稳,土壤保持呈波动减少态势。2)从省域尺度看,河北省各类生态系统服务之间相互影响,碳储量与农作物生产以及土壤保持与生境质量均呈现协同关系,农作物生产与生境质量、土壤保持以及碳储量与生境质量、土壤保持均呈现权衡关系;从区域空间分异看,供给服务与支持服务间权衡/协同关系空间变化明显,支持服务中碳储量与生境质量总体上呈现西北协同—东南权衡关系,生境质量与土壤保持以协同关系为主,碳储量与土壤保持以权衡关系为主;从县域尺度看,土壤保持与碳储量、生境质量以及农作物生产与碳储量、土壤保持的权衡/协同关系集聚特征明显,而生境质量与农作物生产、碳储量的权衡/协同关系集聚特征较为分散。理清不同区域生态系统服务间的关系,可避免不必要的权衡风险,为优化河北省土地利用空间布局、实现社会经济发展与生态系统服务双赢奠定研究基础。     

生态系统服务研究的进展与挑战(英文)

生态系统服务研究虽然起步相对较晚,但在最近的十多年里却取得了长足的发展。通过述评生态系统服务研究的进展与挑战,本文得出了以下几点结论:(1)生态系统服务在生物圈中无处不在,但学术界对它们的认识却不尽相同。为了使得生态系统服务这一概念能够在生态保育和人类福祉评估中发挥重要作用,需要根据研究目的和管理决策的要求对其作出清楚的界定,并且根据所研究的生态系统服务的相关特征对其进行恰当的分类。(2)生态系统服务是人类福祉的源泉,它们具有复杂性、空间尺度、公私物品特征和收益依赖性。认识生态系统服务的这些基本特征是测度、模拟、评价和管理生态系统服务的重要前提。(3)生态系统服务的需求、供给与使用是联系生态系统与人类福祉的不可或缺的重要环节,它们事关生态保育和社会公平等重大问题;为了制定科学的生态系统服务管理决策,需要对它们开展跨学科、跨部门、跨地域的综合研究。(4)生态系统服务具有包括效用价值和非效用价值在内的多重价值属性。在制定生态系统服务管理决策的过程中,各种价值会在一个共同、但并非总是公平的决策平台上相互交叉、补充与制衡。因此,生态系统服务的价值评估应当构建与使用多准则的综合价值评估体系。     

人地系统耦合框架下的生态系统服务

生态系统服务是连接自然环境与人类福祉的桥梁,是人地系统耦合研究的核心内容。本文在构建生态系统服务与人地系统耦合研究框架的基础上,系统梳理了生态系统服务评估、生态系统服务权衡、生态系统服务影响因素、生态系统服务供给流动与需求等研究前沿,提出了未来生态系统服务研究的重点领域。主要研究结论认为：①国际生态系统服务模型发展迅速,SAORES模型是中国生态系统服务模型优化与参数本地化的突出代表;②生态系统服务权衡具有相对复杂的时空尺度,权衡分析的前提是辨析不同尺度生态系统结构—过程—功能—服务的作用机制;③自然因素是生态系统服务时空分布的基础,土地利用能改变生态系统结构、功能与生态系统服务变化,社会经济因素会导致生态系统服务权衡的差异;④为明晰生态系统服务供给与需求耦合关系,需进一步识别生态系统服务流的运移路径;⑤未来生态系统服务研究需加强生态系统服务对全球变化的响应特征和机制分析、面向可持续发展目标的生态系统服务供给流动与需求研究、生态系统服务的动态评价集成与优化、生态系统服务与人地系统耦合、生态系统服务与大数据集成等。     

三江源国家公园生态系统服务时空变化及权衡-协同关系

本文基于“当量因子法”、空间自相关及相关系数等方法,定量分析了1990—2015年三江源国家公园生态系统服务的时空变化及生态系统服务间的权衡与协同关系。结果表明：① 1990—2015年,三江源国家公园生态系统服务价值呈不断上升趋势,从研究初期的542.37亿元增加至研究末期的834.70亿元,增长292.33亿元,增幅53.90%,每一阶段平均增长率为9.01%;长江源园区与黄河源园区生态系统服务价值占比情况与三江源国家公园整体情况一致,水域的生态系统服务价值最高,其次为草地、湿地,其中草地与水域提供了各园区90%以上的生态服务;澜沧江源园区的生态系统服务占比则为草地（70.58%）、湿地（23.58%）、水域（3.38%）。② 空间上,长江源园区及澜沧江源园区的生态系统服务价值呈东南高西北低的特征;黄河源园区则呈现西高东低特征。③ 相关分析表明,协同关系是三江源国家公园生态系统服务之间的主导关系,但各生态系统服务之间的相关程度各异。④ 数量方面,4类典型生态服务之间的权衡与协同关系的Moran′s I指数与相关性系数表现一致;空间分析方面,生态系统服务之间权衡与协同关系的异质性显著。     

北京市生态涵养区生态系统服务供给与流动的能值分析

近年来北京市建成区扩张迅速,对城市周边地区的生态系统服务需求上升。本文以北京市生态涵养区为例,利用能值评估方法评估该区域生态系统服务,分析各生态系统及其与城市系统之间的服务流动和依赖关系。研究结果表明：从生态系统类型上看,2012年森林生态系统服务对涵养区生态系统服务贡献最大,占到生态系统服务总能值的79.7%,其次为农田和水域生态系统,分别占总能值的19.7%和0.6%;从生态系统服务类型上看,森林生态系统的有机物生产和水源涵养是其主要的生态系统服务,分别占总能值产出的40.4%和35.8%。粮食供给是农田系统的主要能值输出,占农田生态系统能值的70%。水域提供的生态系统服务中,能值比例较高的依次为水源供给、洪水调蓄和水产品供给,分别占水域生态系统能值的35.1%、28.6%和28.2%;从能值转移矩阵分析可以看出,对城市来说,森林生物量、森林土壤水、水域地下水和农田生物量是重要的生态系统服务供给组分;系统能值动态分析结果表明,2004年到2012年森林和水域生态系统重要程度增加,农田生态系统重要程度有所减少,城市系统的角色由主动变为被动。因此,在未来的发展规划中,对森林和水域生态系统的保育应给予足够关注。     

浙江省滨海湿地生态系统服务及其价值研究

因特殊的地理位置,浙江省分布有丰富的滨海湿地资源。滨海湿地为人类提供了物质生产、环境调节和人文社会等诸多服务。在全面分析浙江省滨海湿地现状及综合比较不同评价方法基础上,对浙江省滨海湿地服务价值进行了初步评估。研究结果表明,浙江省滨海湿地生态系统服务总价值为210.383×108元/a,其中直接使用价值141.658×108元/a,间接使用价值68.725×108元/a;滨海湿地单位面积服务价值为3.664元/(m2·a);各服务价值按大小排列依次为:海水养殖87.022×108元/a,滨海旅游54.636×108元/a,水质净化7.698×108元/a,护岸37.944×108元/a,促淤5.829×108元/a,固碳释氧11.867×108元/a,养分积累4.526×108元/a,提供生境0.861×108元/a;8项服务中,海水养殖价值最大,占总价值的41.363%,其次为旅游和护岸,分别占总价值的25.970%和18.035%。浙江省滨海湿地在发挥显著直接经济效益的同时,还兼具巨大的生态效益和社会效益,在维系浙江省生态安全及国民经济发展方面发挥着不可替代的重要作用。     

Social preferences regarding the delivery of ecosystem services in a semiarid Mediterranean region

The valuation of ecosystem services has primarily been conducted within the context of the economic value of these services to society. Ecosystem services research has since advanced to identify conflicts of interest between different sectors of society while prioritizing conservation actions. This approach can be important in semiarid ecosystems, where biodiversity conservation can be hindered by a lack of community awareness. In the south-eastern Iberian Peninsula, conservation is perceived by society as a barrier to the economic development provided by agricultural or tourism activities. We use the contingent valuation method to identify community perception and economic values of different ecosystem services provided by semiarid ecosystems in the south-eastern Iberian Peninsula. This method identifies the perceptions of individuals benefiting from ecosystem services and examines their willingness to pay for the maintaining of these ecosystem services. Results showed that most respondents recognized the importance of services to human well-being and were willing to conserve these services. Preferences for maintaining water and air quality showed that respondents understood the relationship between the conservation of ecosystem services and local well-being. However, responses varied greatly across categories of beneficiaries; this finding highlights a potential conflict of interest that should be considered in any decision-making processes.     

黄土丘陵沟壑区生态系统服务对人类福祉的影响及其群体差异

生态系统服务对人类福祉的影响研究对于分析区域生态系统的社会贡献及有效减贫等方面具有重要的理论与实践意义。本文以地处黄土丘陵沟壑区的陕西省米脂县为例,在整合主客观人类福祉的基础上,基于生态系统服务可得性评估,利用结构方程模型定量分析了生态系统服务对人类福祉的影响及其群体差异。结果如下：① 生态系统服务对客观福祉和主观福祉具有显著正向影响,并通过客观福祉对主观福祉产生间接影响。农户属性对生态系统服务和客观福祉直接效应显著,对主观福祉直接效应不显著。② 生态系统服务对人类福祉的影响存在群体差异,纯农型与兼业型的服务可得性对客观福祉直接效应显著,而非农型不显著;纯农型与兼业型的服务可得性对主观福祉的直接效应明显大于非农型,且非农型间接效应不显著;非农型客观福祉对主观福祉的影响明显高于纯农型与兼业型。③ 生态系统服务对人类福祉影响的因子贡献与服务组合存在群体差异,即三类群体生态系统服务对福祉影响的差异不仅体现在服务类型及影响程度上,还体现在服务组合的差异上。     

基于贝叶斯网络的生态系统服务空间格局优化——以泾河流域为例

城市高速发展引起了区域土地利用格局的改变,不仅影响生态环境质量,而且还对生态系统服务的空间格局产生影响,在此基础上优化生态系统服务显得至关重要。在泾河流域2000—2020年净初级生产力（Net primary productivity, NPP）、农业生产力、土壤保持和产水服务空间评估的基础上,将贝叶斯网络和生态系统服务相结合,在关键变量子集和可视化的最优状态子集的基础上,评估了4种生态系统服务需要优化的区域,为区域经济和生态和谐发展提供参考。结果表明：（1） 水文评价模型（Soil and water assessment tool, SWAT）模型能较准确地模拟区域的径流量。通过模拟值和观测值对比分析,该模型具有较高的决定性系数（R²>0.6）和纳什效率系数（NSE>0.5）,可为进一步评估产水服务提供保障。（2） 2000—2020年泾河流域4种生态系统服务的时空差异性较为显著。在时间尺度上,4种生态系统服务均呈现波动中上升的趋势,在空间尺度上呈现较为稳定的变化趋势。（3） 通过对4种生态系统服务优化区域进行叠加分析,发现综合优化区域集中在彭阳县的中部和西南部以及环县的零星区域。研究结果对指导优化区域进行生态系统的可持续管理以及改善生态系统的退化状况具有重要意义。     

中美港湾流域生态系统服务价值变化比较——以浙江象山港与佛罗里达坦帕湾为例

人类活动干扰下的生态系统服务价值变化的国别或区域差异与对比研究成果,可为海岸带综合管理和相关空间规划提供有效指引。以Landsat TM/OLI遥感影像为基础数据,运用GIS空间分析手段,对人类活动影响下的中美两个港湾生态系统服务价值时空变化格局进行了研究。结果表明：① 近30年来象山港流域生态系统类型以农田和森林为主,而坦帕湾流域则以城市和森林为主,两港湾非自然生态系统类型面积大于自然生态系统类型,是研究区生态格局分异的主要影响原因。② 随着人类活动强度增加与开发利用范围扩大,研究时段内象山港流域生态系统服务价值减少了397.64×10⁶元,而坦帕湾减少了1186.73×10⁶元。③ 两港湾流域生态系统服务价值空间分布与区域经济发展水平呈负相关,其中交通布局、农业生产、都市发展等因素对生态系统服务价值分布影响显著。④ 90年代以来坦帕湾海洋功能区划与滨海开发建设过程中遵循自然规律,尤其是“坦帕湾河口保护计划”的管理经验可供象山港开发利用借鉴,象山港需要细化符合其开发的管护方案与多规合一规划,加以启示国内相同级别港湾管理、增强邻里计划与合作交流。     

青海湖地区生态系统服务价值变化分析

采用生态系统服务估值、Matlab7.0 多元线性回归分析和敏感性分析等研究方法, 定量分析了生态系统服务价值的变化及其与气候、GDP、个人储蓄、城市化水平等驱动因子之间的相关性和敏感性, 以识别影响青海湖生态环境的主要影响因素, 以期为该区域生态保护调控和管理提供依据。研究结果表明:①2000-2008 年青海湖地区生态系统服务价值平均为119.226 亿元, 2008 年比2000 年下降3.98%;②2000-2008 年生态系统服务价值变化与气温和社会经济发展因素存在显著的负相关, 对气温、GDP和城镇化率的弹性系数分别为0.896、0.249 和0.2988;③2000-2008 年, 生态系统服务价值变化对城市化率和气温具有很大的敏感性, 敏感性系数分别为4.979 和1.712。研究表明, 青海湖地区的生态系统服务下降是气候暖干化和经济发展的综合作用结果。青海湖地区应该关注农牧民生计, 实施生态补偿机制以实现可持续的生态保护战略。     

基于PLUS模型的乌鲁木齐市生态服务价值权衡协同探究

土地利用/覆被变化将干扰生态系统的稳定供给能力,进而对生态系统服务和可持续发展构成威胁。以乌鲁木齐市为研究区,基于斑块生成土地利用模拟（Patch-generating land use simulation,PLUS）模型,模拟了2030年多情景下乌鲁木齐市的土地利用变化,并结合当量因子法、空间自相关分析等方法估算并预测了1990—2030年乌鲁木齐市生态系统服务价值（Ecosystem service value, ESV）及其权衡协同关系。结果表明：（1）1990—2020年乌鲁木齐市土地利用呈现“两增四减”变化趋势。2030年在惯性发展情景下,除林地外其他地类皆遵循历史演变规律;在生态保护情境下,建设用地面积萎缩,生态用地大幅增加;在综合开发情境下,建设用地面积有所增加的同时生态用地面积也处于上升状态;在重点开发情景下,城市建设用地扩张最为剧烈,耕地面积退化严重。（2）1990—2020年乌鲁木齐市ESV整体上呈现“V”型下降态势,共减少59.59×108元。2030年在生态保护情景下和综合开发情景下ESV处于增加趋势,在惯性发展情景和重点开发情景下ESV出现减少趋势。（3）2...     

Advances in research of function and valuation of ecosystem services

It is widely accepted that there is an economic progress beyond the Gross Domestic Product (GDP), while global GDP has increased more than three-fold since 1950, whereas ecosystems have been largely oc...