王嘉麗,周偉奇,2,*

1 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 2 中國科學院大學,北京 100049

生態(tài)系統(tǒng)服務(Ecosystem services)是人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種產品與惠益[1],與人類福祉密切相關,是人類生存與發(fā)展的基礎[2]。生態(tài)系統(tǒng)服務既包括生態(tài)系統(tǒng)為人類提供的物質產品,也包括維持人類生存和發(fā)展所需的各種環(huán)境條件與效用,如清新的空氣、清潔的水源等。受礦產資源開發(fā)、城市化等高強度人類活動長期干擾的影響,在全球、區(qū)域和局地等多個尺度,生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能發(fā)生了巨大的變化,生態(tài)系統(tǒng)退化嚴重,提供服務的能力下降,對生態(tài)安全及人類可持續(xù)發(fā)展產生了重要的影響[3]。生態(tài)系統(tǒng)服務是當前生態(tài)學與環(huán)境管理研究的焦點[4],眾多的學者圍繞生態(tài)系統(tǒng)服務,開展了大量的研究。同時,生態(tài)系統(tǒng)服務的研究也受到諸多國際組織的廣泛關注,包括生物多樣性和生態(tài)服務跨政府間科學政策平臺,未來地球計劃等,都將生態(tài)系統(tǒng)服務作為其研究的核心主題。

自千年生態(tài)系統(tǒng)服務評估以來,全球范圍內掀起了生態(tài)系統(tǒng)服務研究的熱潮,并在生態(tài)系統(tǒng)服務制圖、價值評估和形成機制,多種類型生態(tài)系統(tǒng)服務之間的權衡協(xié)同關系、以及生態(tài)系統(tǒng)服務與人類福祉等多個方面,取得了較大的進展[5- 8]。不足之處是大多數(shù)研究主要關注生態(tài)系統(tǒng)服務的供給,缺乏對人類社會的需求的考慮[9-10]。然而,生態(tài)系統(tǒng)服務的實現(xiàn)依賴于生態(tài)系統(tǒng)與社會經濟系統(tǒng)的相互作用與反饋[11],只有綜合考慮自然生態(tài)系統(tǒng)提供服務的能力與人類社會對服務的需求[12],才能更有效地揭示生態(tài)系統(tǒng)服務與人類福祉之間的關系。近年來,部分學者從不同尺度對多種生態(tài)系統(tǒng)服務類型的供給與需求進行了研究[13-14],揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求在空間上存在不匹配的特征,意味著存在生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)到需求區(qū)的傳遞過程。生態(tài)系統(tǒng)服務流研究可以將具有空間異質性的供給與需求有效連接,已受到眾多研究者的廣泛關注。雖然當前對生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究還處于概念性探索階段,其定量評估的方法也尚未成熟,但相關的研究已經成為生態(tài)系統(tǒng)服務研究的熱點與前沿,是未來發(fā)展的一個重要方向[15]。

生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究,有助于明晰生態(tài)系統(tǒng)對人類生存與發(fā)展所需的各種產品與服務的供給能力,以及生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求時空分布特征,并明確生態(tài)系統(tǒng)服務對人類社會需求的滿足程度,識別產品與服務在自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會經濟系統(tǒng)之間傳遞的路徑,辨識影響生態(tài)系統(tǒng)服務傳遞的關鍵區(qū)位,從而可以為制定合理的生態(tài)系統(tǒng)管理政策與生態(tài)補償方案等提供依據(jù),對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與保障區(qū)域生態(tài)安全具有重要的意義。

本文在綜合分析當前國內外生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的基礎上,從生態(tài)系統(tǒng)服務流的概念內涵出發(fā),概述了生態(tài)系統(tǒng)服務流定量研究的方法,并對當前國內外生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究進行梳理與總結。在此基礎上,進一步提出了當前生態(tài)系統(tǒng)服務流研究中存在的問題與挑戰(zhàn),并對未來的研究方向進行了展望,以期從理論與應用兩個方面,推動生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的發(fā)展。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務流的內涵

目前,對生態(tài)系統(tǒng)服務流的定義,學術界尚未達成共識,不同研究者對生態(tài)系統(tǒng)服務流的認識有所不同。概括起來,主要從兩個角度來定義和理解,其一強調過程,認為生態(tài)系統(tǒng)服務流是生態(tài)系統(tǒng)從供給區(qū)到需求區(qū)的連接[15-16],是供給區(qū)所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務依靠某種載體或不經任何載體,在自然或人為因素的驅動下,沿某一方向和路徑傳遞到受益區(qū)的過程[10-11]。其二強調最終的效用,認為生態(tài)系統(tǒng)服務流為人類實際所獲得的生態(tài)系統(tǒng)服務,是生態(tài)系統(tǒng)服務的最終實現(xiàn)[17-18]。這兩種理解雖然存在差異,但是兩者關注的對象一致,都是生態(tài)系統(tǒng)所產生的服務中被人類所消耗利用的部分[15]。

生態(tài)系統(tǒng)服務流研究將自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會系統(tǒng)連接起來,其研究的主要內容是探索生態(tài)系統(tǒng)服務由供給區(qū)到需求區(qū)的空間轉移過程。大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務流的實現(xiàn)涉及到三個區(qū)域,供給區(qū)、連接區(qū)與需求區(qū)[19]。生態(tài)系統(tǒng)服務供給區(qū)是產生生態(tài)系統(tǒng)服務的區(qū)域,生態(tài)系統(tǒng)服務連接區(qū)是連接生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求的中間區(qū)域,生態(tài)系統(tǒng)服務需求區(qū)是使用或消費生態(tài)系統(tǒng)服務的區(qū)域[20]。某些生態(tài)系統(tǒng)服務流傳遞過程中還會涉及“匯”區(qū)域,其對生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)至需求區(qū)的傳遞過程形成阻礙,致使達到需求區(qū)的服務流量減少,甚至截留生態(tài)系統(tǒng)服務,使其不能順利傳遞至特定的需求區(qū),如修建大壩等水利基礎設施對水資源在上下游之間流動過程中形成的阻礙[21]。依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務供給區(qū)與需求區(qū)之間的空間關系,生態(tài)系統(tǒng)服務流可以分為三種類型：原位服務流、全向服務流和定向服務流[22]。原位服務流是指生態(tài)系統(tǒng)服務供給區(qū)與需求區(qū)基本重疊,服務的實現(xiàn)無需空間上的轉移,如土壤的形成；全向服務流是生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)沿各個方向傳遞到使用區(qū),其傳遞過程中沒有方向偏好,如以空氣流動為傳播媒介的空氣質量調節(jié)等服務；定向服務流是生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)沿某一固定方向傳遞到服務使用區(qū),如淡水供給服務與洪水調控等。理解生態(tài)系統(tǒng)服務在供給區(qū)與需求區(qū)之間的空間關系是進行生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的基礎。

生態(tài)系統(tǒng)服務流具有時空特征、載體特征與量化屬性特征[18- 19]。生態(tài)系統(tǒng)服務流具有尺度依賴性,不同生態(tài)系統(tǒng)服務類型所具有的時間尺度與空間尺度不同,且隨著社會經濟的發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)服務供需及其傳遞過程也會隨之發(fā)生變化。時空尺度的測定對于準確定量評估生態(tài)系統(tǒng)服務流具有重要意義。生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)傳遞至受益區(qū)的過程需要依靠某種載體或者工具才能實現(xiàn),如區(qū)域間熱力差異引起的空氣流動是氣候調節(jié)服務的重要載體,交通工具是農、林產品等由生產地運送至需求區(qū)實現(xiàn)供給服務流傳遞的一種重要載體。有些載體本身也是一種生態(tài)系統(tǒng)服務,如水流不僅是生態(tài)系統(tǒng)中物質與能量傳遞的重要通道,而且其自身也作為一種重要的生態(tài)系統(tǒng)服務類型滿足人類的需求,如為人類提供飲用水[18]。生態(tài)系統(tǒng)服務流具有流向、流速與流量3種屬性特征,生態(tài)系統(tǒng)服務流的流向是生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)至需求區(qū)的傳遞方向,通常受載體的影響,如水流流向會受地形等因素的影響。生態(tài)系統(tǒng)服務流的流速是生態(tài)系統(tǒng)服務傳遞距離與傳遞時間的比值,其受多種因素的影響,如隨著交通運輸條件日益便利,供給服務在生產地與消費地之間的傳輸速度大幅增加。生態(tài)系統(tǒng)服務的流量是受益區(qū)實際所接收到的生態(tài)系統(tǒng)服務量,生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)傳遞至受益區(qū)過程中基本遵循距離衰減規(guī)律,隨著供給區(qū)與受益區(qū)距離增加,受益區(qū)所接受到的生態(tài)系統(tǒng)服務流量遞減[16,18]。生態(tài)系統(tǒng)服務流流量的確定是定量化生態(tài)系統(tǒng)服務流的根本所在[19]。

2 生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究方法

目前生態(tài)系統(tǒng)服務流研究中應用最多的方法可以分為兩類,其一為利用空間分布式模型對生態(tài)系統(tǒng)服務的供給與需求、傳遞路徑及傳遞過程進行量化分析與制圖分析。其二主要是對生態(tài)系統(tǒng)服務從生產到消費過程中,受益方所接受到的生態(tài)系統(tǒng)服務量的評估[15](表1)。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務流研究方法概況

通過空間分布式模型描繪生態(tài)系統(tǒng)服務流動路徑,模擬生態(tài)系統(tǒng)服務的空間流動過程是生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的重要發(fā)展方向。許多學者借助多種模型對生態(tài)系統(tǒng)服務流動過程進行了探索。如Bagstad等[16]基于生態(tài)系統(tǒng)服務人工智能模型(Artificial Intelligence for Ecosystem Services,ARIES)利用貝葉斯網絡分析生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)至需求區(qū)的傳遞過程,并構建“服務路徑屬性網絡”(Service Path Attribution Networks,SPANs)以模擬生態(tài)系統(tǒng)服務的空間傳遞過程與流動路徑。李婷等基于貝葉斯網絡方法對關中-天水經濟區(qū)生態(tài)系統(tǒng)固碳服務的空間流動路徑進行模擬[23]。Li等利用水文模型從格網尺度與行政區(qū)尺度對京津冀地區(qū)水源供給服務流進行研究,揭示了水源供給服務從供給區(qū)至需求區(qū)的傳遞路徑[24]。Xu等利用混合單粒子拉格朗日積分軌跡模型(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory,HYSPLIT)模擬了寧夏自治區(qū)鹽池縣防風固沙服務的傳遞路徑[25]。這種方法通過空間分布式模型直觀反映生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)到需求區(qū)傳遞過程中傳遞路徑、流向、流量等屬性,明確生態(tài)服務傳遞過程機制,是當前生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的主要工具[26]。但是生態(tài)系統(tǒng)服務傳遞過程較為復雜,其涉及到多種生物因子與非生物因子的綜合作用,模型模擬過程中需要考慮多種影響因子,需要大量的參數(shù),生態(tài)系統(tǒng)服務流傳遞過程模擬存在一定的挑戰(zhàn)。

生態(tài)系統(tǒng)服務量評估方法主要通過對生態(tài)系統(tǒng)服務供給、生態(tài)系統(tǒng)服務流及需求的空間分布格局及其服務量進行識別與量化,用以分析生態(tài)系統(tǒng)服務供需平衡狀況。如Serna-Chavez等[10]從不同尺度選取授粉、地下水供給以及氣候調節(jié)服務,對各類型生態(tài)系統(tǒng)服務供給區(qū)、服務輻射范圍及需求區(qū)的空間位置進行識別,分析供給區(qū)與需求區(qū)之間的空間聯(lián)系,并引入供需比指標來探索生態(tài)系統(tǒng)服務流。Palomo等[27]利用專家評價方法對西班牙多尼亞那國家公園與周圍地區(qū)的供給、調節(jié)與文化多種服務類型的供給-需求流進行了分析。Bagstad等[28]以美國華盛頓州普吉特海灣地區(qū)為例,選取固碳,洪水調節(jié)、泥沙截留等五種生態(tài)系統(tǒng)服務類型,通過對各類型生態(tài)系統(tǒng)服務理論供給量、實際供給量以及實際供給量與理論供給量的比率來分析生態(tài)系統(tǒng)服務流。Baro等[28]以西班牙巴塞羅那市為研究區(qū),對空氣凈化與戶外休閑服務的供給、需求以及服務流進行量化與制圖分析,明確生態(tài)系統(tǒng)服務未被滿足的區(qū)域。在生態(tài)系統(tǒng)服務供給、需求及生態(tài)系統(tǒng)服務流量化研究中,基于LUCC的生態(tài)系統(tǒng)服務供需關系矩陣法,將土地利用/土地覆蓋視為分析生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求的替代指標,依據(jù)專家評價方法,結合研究區(qū)實際情況,對不同土地利用類型所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務的供給量與需求量進行打分,通過分析特定地區(qū)供給與需求得分之間的差異來定量化生態(tài)系統(tǒng)服務流[29]。此方法簡單,易于實現(xiàn),并且所需數(shù)據(jù)量較少,目前已經得到了廣泛的應用。如 Owuor等與Vrebos等利用基于土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求得分矩陣,借助專家評判方法分別對非洲肯尼亞與烏干達地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務流進行量化研究與制圖分析[30-31]。這種方法易于度量,但是其只對供給量、需求量及實際所獲得的生態(tài)系統(tǒng)服務量進行評估,分析生態(tài)系統(tǒng)服務供需平衡狀況,無法揭示生態(tài)系統(tǒng)服務傳遞過程機制[15]?；贚UCC的生態(tài)系統(tǒng)服務供需關系矩陣方法較為主觀,受專家偏好與認知的影響較大,一定程度上會影響研究結果的精確性[5]。

此外,許多研究者也嘗試將其他領域范圍內應用較成熟的方法引入到生態(tài)系統(tǒng)服務流研究中,如李婧昕等以北京市為例,基于統(tǒng)計數(shù)據(jù),利用熵理論方法對北京城市生態(tài)系統(tǒng)服務流進行了定量評估[32]。喬旭寧等通過分析流域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務空間轉移特征,基于場強理論與斷裂點模型構建了流域生態(tài)系統(tǒng)服務空間轉移模型,并分析了生態(tài)系統(tǒng)服務空間流動與居民福祉之間的因果聯(lián)系[33]。

3 生態(tài)系統(tǒng)服務流研究進展

生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究是生態(tài)系統(tǒng)服務研究的一個重要方向,也是當前國內外研究的熱點和前沿。但是目前對生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究仍處于起步階段。已有的研究主要集中在對生態(tài)系統(tǒng)服務流理論、方法的探索,與應用案例的研究?？傮w而言,對生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究,還處于早期的探索性階段。

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務流理論與方法探索研究

目前生態(tài)系統(tǒng)服務流理論與方法方面的探索主要集中在對生態(tài)系統(tǒng)服務流的概念與內涵的研究,側重生態(tài)系統(tǒng)服務供給、需求以及生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)到需求區(qū)的空間聯(lián)系等方面?，F(xiàn)有的研究主要集中在以下三個方面：(1)生態(tài)系統(tǒng)服務流研究理論基礎的探索。生態(tài)系統(tǒng)服務流包括對供給能力、傳遞過程及需求的研究。許多研究針對生態(tài)系統(tǒng)服務流傳遞過程中所涉及的關鍵組分,對生態(tài)系統(tǒng)服務供給、生態(tài)系統(tǒng)服務流與生態(tài)系統(tǒng)服務需求等概念內涵進行區(qū)分[26,29,34]。生態(tài)系統(tǒng)服務的供給分為潛在供給與實際供給,潛在供給是生態(tài)系統(tǒng)基于自身生態(tài)屬性與生態(tài)功能,所提供某種生態(tài)系統(tǒng)服務的供給潛力[34],實際供給是人類實際使用的產品或服務[29]。通常在研究中,學者們將生態(tài)系統(tǒng)服務的實際供給與生態(tài)系統(tǒng)服務流等同起來[19]。生態(tài)系統(tǒng)服務需求是人類社會所使用或消費的產品與服務[34],或者為滿足某種需求期望獲得的生態(tài)系統(tǒng)服務量[11]。(2)生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的理論框架。許多研究者對生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究框架進行了探索[20,35],基于不同的出發(fā)點,提出了不同的理論框架。如Villamagna等通過分析生態(tài)系統(tǒng)服務流傳遞過程中所涉及的關鍵組分,即生態(tài)系統(tǒng)服務的潛在供給能力、生態(tài)壓力、需求以及生態(tài)系統(tǒng)服務流,提出了生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的框架與定量化評價生態(tài)系統(tǒng)服務流的方法[11]。Liu等從生態(tài)系統(tǒng)服務流產生的原因,生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)服務流動過程中涉及到的傳遞主體(源地、目的地)、生態(tài)系統(tǒng)的服務流的影響等多個方面著手,通過建立因果反饋聯(lián)系,提出了人與自然耦合系統(tǒng)中遠程生態(tài)系統(tǒng)服務流傳遞過程框架[36]。此外,生態(tài)系統(tǒng)所提供服務的能力不僅依賴于生態(tài)系統(tǒng)服務流的空間屬性[21],且與利益相關者密切相關。Felipelucia等綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務與利益相關者之間的相互作用關系,從生態(tài)系統(tǒng)服務流傳遞過程中的復雜關系出發(fā),提出了生態(tài)系統(tǒng)服務研究的框架[37]。這些生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究框架不僅關注生態(tài)系統(tǒng)服務供給、需求及在供給方與需求方之間的傳遞過程,而且也關注人類社會系統(tǒng),探索生態(tài)系統(tǒng)服務傳遞過程產生的影響及其溢出和反饋作用。(3)定量化研究生態(tài)系統(tǒng)服務流的步驟。定量化研究生態(tài)系統(tǒng)服務流,剖析生態(tài)系統(tǒng)服務流在傳遞過程中流量、流向等關鍵因素的變化也是生態(tài)系統(tǒng)服務流基礎理論研究的重要內容。Bagstad等在分析生態(tài)系統(tǒng)服務流動過程中源、匯、載體、受益者等因素的基礎上,提出了定量化生態(tài)系統(tǒng)服務流的方法[16]。Serna-Chavez等在分析供給方、受益方及其空間聯(lián)系的基礎上,提出了定量分析生態(tài)系統(tǒng)服務流的通用框架[10]。國內學者姚婧等與劉慧敏等也對生態(tài)系統(tǒng)服務定量化研究的方法與分析步驟進行了介紹[15,19],推動了對生態(tài)系統(tǒng)服務流的定量研究。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務流應用案例研究

生態(tài)系統(tǒng)服務流的理論和方法探討,尤其是模型方法的發(fā)展,也推動了相關案例研究的開展。其中,因為在生態(tài)系統(tǒng)物質能量流動過程中扮演重要角色,物種遷徙受到了廣泛的關注。例如,Bagstad等與Semmens等以尖尾鴨和黑脈金斑蝶為例,引入了空間補貼(Spatial subsidies)的概念——物種在長距離遷徙過程中跨越不同區(qū)域所提供生態(tài)系統(tǒng)服務的變化,定量分析了這兩個物種在美洲范圍內遷徙過程中生態(tài)系統(tǒng)服務流的變化,可為跨區(qū)域生態(tài)保護提供建議[38- 39]。此外,水源供給、雨洪調節(jié)以及文化服務流方面的研究也相對較多。如Li等以京津冀地區(qū)為例,利用水文分析方法從格網尺度與城市尺度對淡水供給服務的供需平衡狀況進行分析,探討不同尺度淡水生態(tài)系統(tǒng)服務的流動路徑,并基于研究結果對區(qū)域水安全格局進行了評價[24]；Goldenberg等以瑞典斯德哥爾摩為例,選取了局地氣候調節(jié)與城市雨洪調節(jié)服務,通過對生態(tài)系統(tǒng)服務潛在供給-需求與實際供給-需求的度量與分析,基于生態(tài)系統(tǒng)服務流的方法對城市生態(tài)系統(tǒng)服務進行了定量地研究[40]。Lankia 等與 Egarter 等通過分析生態(tài)系統(tǒng)服務潛在供給、實際供給(流)、需求以及生態(tài)系統(tǒng)服務的供需關系分別對芬蘭與意大利國家公園的文化娛樂服務流進行了評價[41- 42]。李婷等以關中-天水地區(qū)為研究區(qū),采用多元數(shù)據(jù)模型評估固碳服務的供給與需求,以空間可視化的方式描繪固碳服務從供給區(qū)到受益區(qū)的傳遞過程,并依據(jù)固碳服務供需平衡狀態(tài)提出區(qū)域空間格局優(yōu)化的策略[23]。除了分析生態(tài)系統(tǒng)服務供給、需求以及傳遞過程的研究外,研究者也從產業(yè)生態(tài)的角度,對生態(tài)系統(tǒng)服務產出地、轉移路徑和受益者之間的空間映射關系進行了探索,如趙慶建等以林漿紙一體化為例,基于生態(tài)系統(tǒng)服務流的視角,對森林生態(tài)系統(tǒng)所產生的碳流和水流及其供需狀況進行了分析[43]。

將生態(tài)系統(tǒng)服務流應用于區(qū)域與城市規(guī)劃也是研究的一個重要方向。許多學者從供給、調節(jié)、文化娛樂等方面選取與研究區(qū)密切相關的生態(tài)系統(tǒng)服務類型,通過對生態(tài)系統(tǒng)服務的供給能力與生態(tài)系統(tǒng)服務流進行區(qū)分與量化,并識別生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求的平衡狀態(tài),進而為生態(tài)系統(tǒng)服務可持續(xù)管理提供建議[17,28,44]。生態(tài)系統(tǒng)服務流研究也可以為生態(tài)恢復與保護項目的實施提供科學依據(jù),如Verhagen等從生態(tài)系統(tǒng)服務需求和空間流的視角識別生態(tài)保護的優(yōu)先地區(qū),為區(qū)域尺度生態(tài)恢復提供建議指導[45]。生態(tài)系統(tǒng)服務流研究也為合理制定生態(tài)補償與生態(tài)付費等政策提供支撐,許多學者以世界上最長且最大的調水工程作為研究案例,分別從供給與需求的視角出發(fā),在全面評估水源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務的基礎上,綜合考慮沿線受益區(qū)的社會經濟發(fā)展水平與調入水量等多種因素,提出水源區(qū)生態(tài)補償?shù)臉藴逝c分配機制[46- 48]。

4 生態(tài)系統(tǒng)服務流研究存在的不足與展望

近年來,生態(tài)系統(tǒng)服務流研究受到國內外學者的廣泛關注,在概念探索與評估方法等方面取得了顯著的進展。但其研究仍處于起步階段,面臨諸多的挑戰(zhàn)。未來的工作需要加強生態(tài)系統(tǒng)服務流的理論內涵、定量方法以及應用等多個方面的研究。

4.1 研究不足

國內外學者開展了生態(tài)系統(tǒng)服務流的理論內涵與應用實踐的探索性研究,提高了對生態(tài)系統(tǒng)服務流的理解與認知。但是總體而言,該領域的研究還處于起步階段,在理論原理、評估方法與應用等方面仍存在諸多的不足。具體包括以下幾個方面：

(1)對生態(tài)系統(tǒng)服務空間轉移的規(guī)律尚不明晰

探索生態(tài)系統(tǒng)服務在空間轉移中的規(guī)律是生態(tài)系統(tǒng)服務流研究中的核心內容[33,49]。生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求在空間上存在不匹配性,因此生態(tài)系統(tǒng)所產生的產品與服務需要通過空間上的流動過程傳遞至需求區(qū)以實現(xiàn)其服務的價值。該傳遞過程具有跨尺度、跨區(qū)域的特征,其尺度范圍因生態(tài)系統(tǒng)服務類型不同而異,如空氣凈化、溫度調節(jié)、休閑娛樂等服務通常作用于局地尺度[40,42],影響的范圍相對較小,洪水調節(jié),水源供給等服務涉及到服務在上下游之間的傳遞[14,24,50],通常作用于區(qū)域的尺度,而固碳服務影響的范圍卻可以波及區(qū)域、國家乃至全球的尺度[36]。由于生態(tài)系統(tǒng)服務的傳遞涉及到自然生態(tài)與人類社會經濟兩大系統(tǒng),傳遞過程比較復雜,且受多因素的影響,目前研究中對生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)到需求區(qū)的傳遞的機理與規(guī)律不明晰,當前對生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究主要集中在小尺度[51],缺乏對生態(tài)系統(tǒng)服務流的跨尺度與跨區(qū)域的特征的認識。這在一定程度上限制了生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的發(fā)展。

(2)生態(tài)系統(tǒng)服務流定量化評估方法尚不成熟

生態(tài)系統(tǒng)服務流涉及生態(tài)系統(tǒng)服務供給、需求、以及傳遞過程3個方面的研究。目前僅有生態(tài)系統(tǒng)服務供給的定量研究方法相對比較成熟,尤其是生物量、價值量以及評價模型等方面[52- 53]。生態(tài)系統(tǒng)服務需求的定量方法,尚不成熟[54- 55]。例如,由于對生態(tài)系統(tǒng)服務需求概念內涵缺乏統(tǒng)一的理解以及人類社會系統(tǒng)的復雜性,對生態(tài)系統(tǒng)服務需求的量化所采用的方法與指標并不一致[49],可能導致評價結果存在很大的差異。此外,目前對生態(tài)系統(tǒng)服務流的定量方法仍然存在一些缺陷。如基于土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務供需關系矩陣評估方法比較主觀,對專家的知識要求較高,得出的結果不一定符合生態(tài)系統(tǒng)服務實際的供需狀況[56]。利用空間分布式模型對生態(tài)系統(tǒng)服務傳遞過程與傳遞路徑進行模擬,是生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的一個重要方向[26]。但是當前對這一領域的研究處在起步階段,各類型生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)到需求區(qū)的傳遞過程的量化,缺乏成熟的模型,尤其缺乏流動過程比較復雜的調節(jié)服務流的流動路徑、流量以及流動過程中流量的消耗等方面的模型。已有的模型,例如ARIES模型和SPANs模型,雖然可以實現(xiàn)在空間上繪制生態(tài)系統(tǒng)服務的供給與需求,對生態(tài)系統(tǒng)服務從供給到需求傳遞過程中的流量與流動路徑進行分析[16],但是模型目前仍在開發(fā)階段,且在運行過程中需要大量的參數(shù),尚未得到廣泛的應用[26]。

(3)面向應用的生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究較少

生態(tài)系統(tǒng)服務研究的一個重要目標是將生態(tài)系統(tǒng)服務的概念應用于指導規(guī)劃與制定相關的決策[57]。通過揭示生態(tài)系統(tǒng)服務流動過程及生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求的平衡狀況,可為科學制定合理的生態(tài)系統(tǒng)管理措施與優(yōu)化區(qū)域景觀格局提供支撐,是實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關鍵。目前生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究主要關注其概念與理論內涵,以及研究框架[10-11,21],缺乏面向應用的研究。已有的應用性研究主要聚焦于淡水供給、動物遷徙、旅游休憩等,這類研究供給量和需求量相對容易量化,而對水源涵養(yǎng)、土壤保持等調節(jié)服務及其他類型服務的應用案例尚不多見[34,41]。尤其對城市這種生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求矛盾日益突出的地區(qū),生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究很少,缺乏對城市地區(qū)溫度調節(jié)、雨洪調節(jié)、城市綠地休閑娛樂等直接與城市居民生活相關的生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究。

(4)人與自然耦合系統(tǒng)中生態(tài)系統(tǒng)服務流研究框架有待完善

基于生態(tài)系統(tǒng)服務供給、需求及其相互聯(lián)系的生態(tài)系統(tǒng)服務流研究框架[11,58-59],是當前生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的范式。不足之處是,這些研究框架主要關注對研究方法與內容的解釋[11,34],如通過綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務的潛在供給能力、生態(tài)壓力、利益相關的需求,從供給方、受益方及其空間聯(lián)系著手,定量分析生態(tài)系統(tǒng)服務流[10- 11]。這些框架雖然考慮了人類社會經濟系統(tǒng)中利益相關者的需求,但是由于對人與自然耦合系統(tǒng)中生態(tài)系統(tǒng)服務流傳遞機制及流動規(guī)律的理解尚存在欠缺,較少考慮生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求之間復雜的反饋機制,缺乏完善的框架將生態(tài)系統(tǒng)管理與調控納入至生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究中,從而一定程度上制約了生態(tài)系統(tǒng)服務流應用于可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)管理研究的進程。

4.2 研究展望

研究生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)到需求區(qū)的傳遞過程,識別生態(tài)系統(tǒng)服務流傳遞過程中的關鍵節(jié)點,可為生態(tài)恢復與生態(tài)補償提供依據(jù)；探討生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求平衡狀況,可為景觀規(guī)劃與生態(tài)系統(tǒng)管理提供建議,是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與保障區(qū)域生態(tài)安全的重要途徑。但是生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究比較復雜,涉及對自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會系統(tǒng)中多種要素的分析。未來研究中需要加強以下幾個方面的研究,以期進一步推進生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的發(fā)展。

(1)重點關注復雜系統(tǒng)中生態(tài)系統(tǒng)服務流的傳遞過程

理解生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)到需求區(qū)的傳遞過程是認識生態(tài)系統(tǒng)服務流最關鍵的環(huán)節(jié)。針對生態(tài)系統(tǒng)服務流傳遞過程的復雜性與跨尺度性,未來研究中應該從生態(tài)系統(tǒng)服務傳遞過程中流量,流向及流速變化以及不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務的作用方向與供給范圍等方面出發(fā),分析生態(tài)系統(tǒng)服務在傳遞過程中對其所涉及的區(qū)域產生的影響,揭示生態(tài)系統(tǒng)服務在傳遞過程中的損耗與衰減規(guī)律,實現(xiàn)對跨區(qū)域、跨尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務空間轉移規(guī)律的探索。

(2)加強生態(tài)系統(tǒng)服務流定量方法的研究

定量模擬分析生態(tài)系統(tǒng)服務的空間流動過程與傳遞路徑,是未來生態(tài)系統(tǒng)服務空間流動的一個重要研究方向。未來的研究需要充分利用遙感影像、地理數(shù)據(jù)、地面調查、社會經濟調查等多源數(shù)據(jù)庫[26],綜合考慮地形地貌、植被、土壤以及土地利用等影響生態(tài)系統(tǒng)服務供需異質性的關鍵要素,確定生態(tài)系統(tǒng)服務供給者與需求者的空間分布特征。加強多學科之間的合作與交流,綜合地理學、生態(tài)學、水文學、計算機科學以及社會學等多種學科,通過學科交叉互補,綜合各類專業(yè)知識建立定量化研究生態(tài)系統(tǒng)服務流的動態(tài)評估模型與模擬工具[60]。

(3)重視生態(tài)系統(tǒng)服務流的應用性研究

生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究是生態(tài)系統(tǒng)服務評估的基礎[16],可為生態(tài)系統(tǒng)管理與景觀格局優(yōu)化提供科學依據(jù),具有重要的實踐價值。未來生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究,應該加強面向應用的基礎研究,將生態(tài)系統(tǒng)服務流的概念應用于生態(tài)系統(tǒng)管理、生態(tài)恢復,生態(tài)補償,以及城市景觀規(guī)劃等決策的制定中。具體來說,主要包括以下幾個方面： 1)加強對生態(tài)系統(tǒng)服務從供給區(qū)到需求區(qū)傳遞過程中傳遞路徑及生態(tài)系統(tǒng)服務流量的損耗與積累過程的研究,明確被破壞、受損和阻斷的生態(tài)系統(tǒng)服務流,識別生態(tài)恢復與生態(tài)保護過程中的重點與優(yōu)先區(qū)域,為制定科學合理的生態(tài)修復與生態(tài)管理措施提供科學依據(jù)[45]。2)加強景觀尺度及區(qū)域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究,明確生態(tài)系統(tǒng)服務在較大空間范圍內的流動和轉移規(guī)律,量化各受益方所接受的生態(tài)系統(tǒng)服務量,從而為生態(tài)補償?shù)臉藴柿炕峁┮罁?jù)[61-62]。3)關注對城市生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究,聚焦于與城市居民生活息息相關的生態(tài)系統(tǒng)服務類型,加強生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求的研究,基于供需平衡視角,為城市景觀規(guī)劃與生態(tài)安全格局構建提供合理建議[63]。

(4)完善生態(tài)系統(tǒng)服務流研究框架

通過生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究,基于對生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求平衡關系的探討,進行生態(tài)系統(tǒng)管理與調控是生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的重要內容,也是生態(tài)系統(tǒng)服務研究的重要目標。未來的研究需要在分析生態(tài)系統(tǒng)服務流傳遞過程中各要素綜合作用及其驅動機制的基礎上,明確人與自然耦合系統(tǒng)中,生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求之間復雜的因果-反饋機制,并將生態(tài)系統(tǒng)管理與調控納入至生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的框架中,以期通過分析生態(tài)系統(tǒng)服務流動過程中所涉及各要素的相互作用機制,為制定科學合理的管理政策提供依據(jù),實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。

5 結論

生態(tài)系統(tǒng)服務流為生態(tài)系統(tǒng)服務供給與人類需求搭建了橋梁,是探索生態(tài)系統(tǒng)服務與人類福祉相互作用的關鍵,也是當前生態(tài)系統(tǒng)服務研究的熱點與前沿,對提高人類福祉,實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展,具有重要的意義。生態(tài)系統(tǒng)服務流研究旨在探索生態(tài)系統(tǒng)服務由供給區(qū)到需求區(qū)的空間傳遞過程,利用空間分布式模型對生態(tài)系統(tǒng)服務傳遞過程中流量動態(tài)變化與傳遞路徑進行模擬,是生態(tài)系統(tǒng)服務流研究的一個重要方向,也是定量化生態(tài)系統(tǒng)服務流的根本所在。推進生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究,需要：1)系統(tǒng)分析跨尺度、跨區(qū)域等復雜系統(tǒng)中生態(tài)系統(tǒng)服務流傳遞機理；2)充分利用多種數(shù)據(jù),加強多學科合作交流建立定量研究生態(tài)系統(tǒng)服務流的動態(tài)評估模型與模擬工具；3)重視生態(tài)服務流的應用性研究,將生態(tài)系統(tǒng)服務流理念納入生態(tài)補償,生態(tài)恢復以及生態(tài)安全格局構建等決策制定過程。