袁周炎妍, 萬榮榮,*

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法研究進展

袁周炎妍1,2, 萬榮榮1,2,*

1. 中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所, 中國科學(xué)院流域地理學(xué)重點實驗室, 南京 210008 2. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

自然生態(tài)系統(tǒng)是人類生存不可或缺的支持系統(tǒng)，為人類提供了供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)及支持服務(wù)，高質(zhì)量的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能促進人類社會的平穩(wěn)、可持續(xù)發(fā)展，因此準確評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對生態(tài)系統(tǒng)多樣性保護、區(qū)域規(guī)劃以及管理整治有重要意義。文章在介紹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)目前主要研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上，重點總結(jié)回顧了國內(nèi)外生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量和物質(zhì)量評估方法，分別分析了當量因子法、功能價值法、能值法及模型法的利弊及適用范圍，并對目前價值量評估忽視生態(tài)學(xué)機理、物質(zhì)量方法模型構(gòu)建不完善等問題進行了探討，展望了建立信息共享平臺以及充分利用數(shù)據(jù)處理技術(shù)，完善、綜合利用價值量和物質(zhì)量評估方法等未來拓展方向。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù); 評估; 價值量評估; 物質(zhì)量評估

0 前言

在開發(fā)和利用自然生態(tài)系統(tǒng)的過程中，人類為了在短期內(nèi)使取得效益最大化，普遍重視生態(tài)系統(tǒng)的市場價值以及給人類帶來的直接利益，輕視其生態(tài)價值及社會價值，導(dǎo)致自然生態(tài)系統(tǒng)對人類社會福祉以及生態(tài)環(huán)境的效用價值被低估[1]。近二十年來，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展、人口的增長及自然環(huán)境變遷，自然生態(tài)系統(tǒng)日益破壞，為人類帶來的服務(wù)效益減少，長此以往會影響人類生活環(huán)境以及社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[2-3]。在此背景下，有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究備受科學(xué)家關(guān)注，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行評估、分析逐漸成為生態(tài)學(xué)研究中的熱點問題[4]。

目前，關(guān)于單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估、耦合模型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評估、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同、權(quán)衡以及人類福祉與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)系分析等研究較多，生態(tài)系統(tǒng)評估方法逐漸多樣化。綜合而言，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法可以大致歸納為兩類——物質(zhì)量評估法和價值量評估法。本文基于已有研究，詳細歸納及總結(jié)各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法，并分別分析其適應(yīng)領(lǐng)域及主要特點，對生態(tài)系用服務(wù)評估方法的發(fā)展方向予以展望，以期能為相關(guān)研究提供參考。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的內(nèi)涵

1970年“關(guān)鍵環(huán)境問題研究小組”在其出版的《人類對全球環(huán)境的影響》中首次使用了“環(huán)境服務(wù)” (Environmental services)這一概念，提出生態(tài)系統(tǒng)能為人類提供“服務(wù)”的觀點。Westman在自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基礎(chǔ)上，綜合考慮了生態(tài)系統(tǒng)收益的社會價值，提出“自然的服務(wù)(Nature’s services)”[5]。Ehrlich等學(xué)者梳理并統(tǒng)一了相關(guān)概念，完善了Westman的結(jié)論，初次提出“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”[6]。這一術(shù)語逐漸得到了學(xué)術(shù)界的認可，并被廣泛使用。隨后，國內(nèi)外學(xué)者Daily、Costanza、謝高地、歐陽志云等、聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估計劃(MA, Millennium Ecosystem Assessment)及生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)政府間科學(xué)政策平臺(IPBES)分別從生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)等不同學(xué)科以及功能、過程、內(nèi)在聯(lián)系等不同角度定義生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[4,7-11]。

正是由于對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)內(nèi)涵存在不同的理解，國內(nèi)對“Ecosystem services”有“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能”與“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”兩種解釋[4,11-12]。然而，傅伯杰、馮劍豐等學(xué)者對“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能”術(shù)語提出了質(zhì)疑[12-13]。他們認為生態(tài)系統(tǒng)功能是生態(tài)系統(tǒng)本身具有的基本屬性，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種好處，不能將生態(tài)系統(tǒng)功能與服務(wù)混為一談。目前，MA在Costanza的基礎(chǔ)上對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的定義——形成及維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件和直接或間接為人類提供的效益——被認為是當前較為完整、科學(xué)的定義[7-9]。

2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估研究概述

2005年，MA首次提出將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給服務(wù)(食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、水資源供給等)、調(diào)節(jié)服務(wù)(凈化水質(zhì)、水資源調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)等)、文化服務(wù)(美學(xué)景觀、精神宗教、文化遺產(chǎn)等)以及支持服務(wù)(土壤形成、養(yǎng)分循環(huán)、初級生產(chǎn))[4]。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)外學(xué)者針對不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、不同生態(tài)系統(tǒng)、不同時空尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估開展了大量的研究。

針對不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評估：本文利用web of science核心合集數(shù)據(jù)庫及其檢索功能，對1997—2018年(截止到2018年9月26日)關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的文獻進行檢索，分析結(jié)果顯示，自21世紀起各國關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估研究的文量呈指數(shù)增長趨勢(圖1)。在增長期初，各國針對文化服務(wù)、支持服務(wù)的研究較少，研究主要集中在生態(tài)系統(tǒng)供給、調(diào)節(jié)服務(wù)價值評估方面，其中關(guān)于土地利用覆蓋變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響的研究較多。隨著學(xué)者開始重視各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的形成機理及生態(tài)過程，各國研究重點逐漸轉(zhuǎn)移至物質(zhì)量評估方面。同時，學(xué)者開始從多樣性的角度耦合分析不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，運用生物DNA條形碼、元鏈接編碼追蹤監(jiān)控生態(tài)學(xué)過程，構(gòu)建InVEST、SoLVES、ARIES等生態(tài)學(xué)評估模型，這在很大程度上拓展了該領(lǐng)域的研究方法及研究結(jié)果表現(xiàn)形式[14-16, 21, 48-53]。

針對不同生態(tài)系統(tǒng)進行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估：目前，大多數(shù)學(xué)者將研究對象集中在農(nóng)田、森林、海洋、湖泊濕地等生態(tài)系統(tǒng)。由于農(nóng)田、森林等生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)帶來的經(jīng)濟利益直接影響人類福祉，如今為了保障生態(tài)系統(tǒng)能持續(xù)性提供為人類提供服務(wù)，在社會背景下分析其社會經(jīng)濟價值仍然很有必要。近幾年，郭力娜、Zanten等學(xué)者將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、景觀生態(tài)學(xué)概念納入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，分析當前自然資源管理現(xiàn)狀及利用誤區(qū)，以支持和維持農(nóng)業(yè)景觀中包含的社會經(jīng)濟價值[17-18]；王兵、宋慶豐等學(xué)者的研究團隊及國家林業(yè)部門相繼出版了《廣東省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估》專著、評估了國內(nèi)多個省份森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值以及發(fā)布了《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估技術(shù)規(guī)范》國家標準，這直接推動了國內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估研究的進展[19-22]；Hayha、Lakerveld、Maroschek等學(xué)者在生物物理和貨幣單位的基礎(chǔ)上獲得森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)實際服務(wù)流程，重視氣候因素和管理規(guī)劃對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，分析利益相關(guān)者的意見和偏好，綜合社會背景分析人類福祉以及與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)的分配和公平問題[23-25]；針對海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究大多集中在沿海地區(qū)的價值量評估，Johns、Loomis等學(xué)者認為以人文因素(HD)作為主要驅(qū)動因素的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方法已成為沿海資源管理的焦點，國家海洋局陳尚、夏濤的研究團隊構(gòu)建了代表海洋供給服務(wù)、文化服務(wù)、支持服務(wù)及調(diào)節(jié)服務(wù)的指標體系定量評估海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量和價值量，國家海洋局依據(jù)已有研究公布了《海洋生態(tài)資本評估技術(shù)導(dǎo)則》等國家標準，對海洋生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)類型、數(shù)據(jù)來源、評估指標及評估公式進行了詳細闡述[26-29]；Kingsfor、江波、Malekmohammadi等學(xué)者重視湖泊、濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、服務(wù)與生態(tài)條件的復(fù)雜性，側(cè)重于其水源涵養(yǎng)、美學(xué)景觀、生物多樣性等服務(wù)評估及水文平衡的維持，提出利用3S技術(shù)動態(tài)監(jiān)測生態(tài)數(shù)據(jù)，降低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重復(fù)計算[30-32]。

圖1 1997到2018年歷年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估研究發(fā)文量趨勢

Figure 1 Trends in ecosystem services assessment research from 1997 to 2018

針對不同時空尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行評估：張宏鋒、歐陽志云等學(xué)者認為不同時間、空間尺度上的同種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對相關(guān)區(qū)域具有不同的重要性，在評估不同尺度上同種生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時通常也有不同的側(cè)重點[33]。Sun、Ge等學(xué)者針對不同年份受干旱影響而形成不同陸地表面特征的國家森林和草原生態(tài)系統(tǒng)，分析森林水文和生產(chǎn)力對不同時間尺度上干旱的響應(yīng)程度[34]。廖文婷、鄧紅兵等學(xué)者研究證實農(nóng)田、自然植被面積比例、水庫庫容、人口數(shù)量等是影響長江流域子流域生態(tài)系統(tǒng)水文調(diào)節(jié)服務(wù)的主要因素，影響因素的空間尺度上的差異直接導(dǎo)致流域生態(tài)系統(tǒng)的空間異質(zhì)[35]。因此，科學(xué)認識生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分異規(guī)律，了解其權(quán)衡協(xié)同作用，可為生態(tài)系統(tǒng)保護措施、跨區(qū)域合作等提供科學(xué)依據(jù)，促進全面協(xié)調(diào)發(fā)展。

3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法及比較分析

Daily和Costanza等學(xué)者[7-9]的研究明確了生態(tài)系統(tǒng)的定義，為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估研究的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。國內(nèi)最初的相關(guān)研究由歐陽志云、陳仲新、謝高地等學(xué)者引入，在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)眾多學(xué)者利用價值量、物質(zhì)量評估方法開展了大量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)研究工作。目前，國內(nèi)外生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法可以大致歸納為價值量和物質(zhì)量兩類評估方法[10-11,37-38]。

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量評估法

2008年，謝高地等學(xué)者在Costanza于1997年提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算原理及其研究方法的基礎(chǔ)上，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值體系中國化，極大地促進了這類方法在中國的發(fā)展[1, 35]。謝高地總結(jié)認為目前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估可分類兩大類，一是基于單位面積價值當量因子的評估方法(簡稱當量因子法)，二是基于單位服務(wù)功能量價格的評估方法(簡稱功能價值法)[9, 40-43]。目前，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量評估法主要被運用在對供給服務(wù)的評估，其次是調(diào)節(jié)服務(wù)及文化服務(wù)。該方法對食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、水資源供給等供給服務(wù)的價值量評估結(jié)果具有較高的經(jīng)濟意義。

3.1.1 當量因子法

當量因子法主要是基于各種服務(wù)的價值當量，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)的分布面積對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行評估。謝高地等在2015年改善了之前的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價體系，提供了針對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空動態(tài)評估的綜合評估方案，促進了當量因子法在自然資產(chǎn)評估、生態(tài)補償?shù)确矫娴膽?yīng)用發(fā)展[40]。目前，單純用單位面積上土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值乘以研究區(qū)域土地利用類型面積的原始當量因子法的使用率逐漸減少[44-45]。近幾年，在計算不同區(qū)域單位面積價值時，通常在單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的基礎(chǔ)當量的基礎(chǔ)上，通過糧食單產(chǎn)、凈利潤、NDVI、NPP、降水或土壤保持調(diào)節(jié)等與全球或全國平均水平比較進行當量校正，或者通過查閱對應(yīng)文獻資料的服務(wù)價值研究結(jié)果，以生態(tài)服務(wù)功能量和專家經(jīng)驗相結(jié)合確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的單位面積價值[40, 46]。

當量因子法在實際應(yīng)用中對數(shù)據(jù)需求少、操作簡單，可以快速加總與比較不同服務(wù)，且非專業(yè)政府人員和民眾也能很直觀的理解其評估結(jié)果，對將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值納入國民經(jīng)濟核算體系有重要意義。此方法的核心在于確定各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的單位面積價值，但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空異質(zhì)性決定了特定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值指標體系不能用于衡量每一個地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的實際價值[45]。相比較大尺度區(qū)域研究而言，針對小尺度區(qū)域利用當量因子法開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估研究具有更高的可靠性和實踐性。

3.1.2 功能價值法

功能價值法是基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能量的多少和功能量的單位價格得到總價值的評估方法，通常運用直接市場價值法、間接市場價值法、模擬市場價值法等方法進行價值轉(zhuǎn)化[40, 47-48]。

直接市場價值法是指針對存在實際市場的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)，以直接實物價格和直接市場價格評定其價值的評估方法。此方法借助實際市場價格數(shù)據(jù)來反映個人的實際偏好或成本，但需要足夠的數(shù)量、成本和市場價格數(shù)據(jù)。然而，大部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)缺少市場交易價格，限制了直接市場在多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估上的應(yīng)用，無法充分分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)邊際變化[49]。該方法適用于具有實物量和存在市場價格的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)的價值測算，常用于供給服務(wù)方面的價值評估，其評估方法包括市場價值法、費用成本法、生產(chǎn)效應(yīng)法等[50]。

如果某生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)缺少實際交易市場，我們可以憑借其替代品的交易價格，間接評估其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，這種方法簡稱間接市場價值法。該方法對沒有實際市場來提供直接價值的服務(wù)也能進行評估，因此其適用范圍比直接市場價格法適用范圍要大。但是，替代品的估算價格與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)真實價值存在偏差，需要對估算價格進行調(diào)整后才能用來間接評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，因此間接市場價值法對于直接市場價值法而言評估結(jié)果可信度較低。常用的間接市場價值法包括機會成本法、重置成本法、替代成本法、享樂價格法、旅行費用法、環(huán)境損益法等[51]。

針對既不存在實際市場，也不存在代替品等間接市場的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，可以通過構(gòu)建虛擬市場，收集大眾對某類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的支付意愿、補償意愿，借此評估這類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。模擬市場價值法主要分為條件價值評估法(CVM)、支付意愿調(diào)查法[50-52]。CVM是指通過問卷調(diào)查或訪談的形式直接詢問人們對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的支付或補償意愿，借此衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值；支付意愿調(diào)查法通常是指邀請相關(guān)領(lǐng)域的專家通過面談或郵件的形式就各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行多次打分或排序，憑借調(diào)研結(jié)果來評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。此類方法受樣本量、群眾知識水平、專家專業(yè)水準等因素影響較大，具有較大的主觀性。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量評估法

隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類的細化，在當今市場條件下，文化、調(diào)節(jié)、支持服務(wù)價值市場化的科學(xué)依據(jù)不出充分，物質(zhì)量評估方法逐漸成為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估研究領(lǐng)域的主流。對比價值量評估方法，物質(zhì)量評估方法主要是從生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)量的角度對其提供的服務(wù)進行綜合性、整體性評價。該方法通常是基于生態(tài)系統(tǒng)過程而構(gòu)建的，其深入了解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生機理，評價結(jié)果可信度更高，利于對生態(tài)系統(tǒng)開展可持續(xù)性研究分析，可為決策提供更加科學(xué)可靠的依據(jù)[37]。目前，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量評估方法大致可以分為能值法、模型法兩種。其中，評估模型的出現(xiàn)及發(fā)展，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估研究領(lǐng)域的一大突破。不同于眾多價值量評估方法，利用模型評估能使結(jié)果以地圖的方式呈現(xiàn)，更為空間化、直觀化，能夠模擬和預(yù)測未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化趨勢。

3.2.1 能值法

為了揭示特定生態(tài)系統(tǒng)的特性和自然環(huán)境性能，了解生態(tài)系統(tǒng)自身的能量流動很有必要。Odum為評估某系統(tǒng)中不同類型的能量與物質(zhì)流動，基于能量系統(tǒng)理論創(chuàng)新了能值法[53-55]。能值法以能量作為共同的評價標準，基于能量投入，將直接或間接投入生態(tài)系統(tǒng)中的有效能總量(以焦耳Sej為單位)與能量間的能量轉(zhuǎn)換率相結(jié)合，計算得出生態(tài)系統(tǒng)最終能值，以此評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。能值法從輸入生態(tài)系統(tǒng)的各種能量的角度(供給者角度)出發(fā)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行評估，能定量分析生態(tài)系統(tǒng)與人類社會的價值以及各生態(tài)系統(tǒng)間的相互關(guān)系，能較好地闡述生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能量流動及利用率[56-59]。同時，該方法在共同的基礎(chǔ)上考慮到不同形式的能源、材料、人類勞動和經(jīng)濟服務(wù)，為探索環(huán)境與經(jīng)濟的可持續(xù)互動提供更大的潛力[60]。

因此，能值法目前常被用來描述大尺度研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)利用區(qū)域差異，評估城市生態(tài)系統(tǒng)及人造綜合工農(nóng)業(yè)園區(qū)等。于曉曼等學(xué)者基于中國30個省份不同區(qū)域的能值消費情況，借助GIS技術(shù)更好地了解資源利用空間差異，證實可再生資源的有效利用能促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展[61]。劉喆、Hwang、Raman等學(xué)者利用能值綜合法，分析現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi)部能量流動及利用情況，了解城市生態(tài)系統(tǒng)存在的薄弱區(qū)及可發(fā)展區(qū)，優(yōu)化綜合工農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)，完善環(huán)保建筑設(shè)計，提升不可再生資源的能源利用率及能源生產(chǎn)率[62-64]。但文化服務(wù)以及部分調(diào)節(jié)服務(wù)較難以用能值指標來體現(xiàn)，能值法不適用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)文化服務(wù)的評估。

3.2.2 模型法

近幾年，學(xué)者對研究方法的實操性、研究成果科學(xué)性的要求增高。隨著多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的耦合關(guān)系、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡與協(xié)同、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉等研究熱度的增加，對比在特定時空下粗精度的估計生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，我們需要的是創(chuàng)新出能將小規(guī)模研究的嚴謹性與廣泛的評估范圍相結(jié)合并能量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究方法，或?qū)⒁延械难芯糠椒ㄟM行組合，擴大適用范圍[65]。目前，基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的形成機理，通過綜合模型計算生態(tài)系統(tǒng)真正產(chǎn)生的物質(zhì)量評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究逐漸增多。目前，InVEST、ARIES、SolVES、MIMES、TESSA等模型使用得較多[66-73]。其中，InVEST內(nèi)涵評估模塊較多，發(fā)展的最為完善；SoLVES、ARIES、MIMES等模型針對特定的區(qū)域有較好的評估結(jié)果，雖還未發(fā)展完善，但具有應(yīng)用前景較好。

眾多評估模型中，美國自然資本項目組2007年研發(fā)的InVEST(integrated valuation of ecosystem services and trade-offs)模型適用范圍較廣，該模型包括陸地、淡水和海洋三類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估模型，能廣泛地應(yīng)用于局部地區(qū)、區(qū)域以及全球尺度，常用于多種服務(wù)多目標評估、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉相互影響關(guān)系、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系、情景分析預(yù)測生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化等研究[65,74-78]。目前，學(xué)者對InVEST模型的應(yīng)用主要集中于生物多樣性保護、水質(zhì)凈化、水源涵養(yǎng)與碳儲存等調(diào)節(jié)服務(wù)的定量評估，其次為水資源供給、食物供給等供給服務(wù)以及養(yǎng)分循環(huán)、土壤保持和初級生產(chǎn)等支持服務(wù)。Nelson等利用InVEST模型在景觀尺度上對多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、生物多樣性保護、商品生產(chǎn)和權(quán)衡進行建模，構(gòu)建三種不同發(fā)展方案，預(yù)測并分析其分別對當?shù)厮牡挠绊慬65]。何春陽、黃博強、黃金亮等將InVEST與其他經(jīng)濟價值模型結(jié)合或綜合3S技術(shù)，擴大模型時空適用范圍，評估研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)整體變化趨勢，分析時空動態(tài)變化規(guī)律，為空間規(guī)劃和管理決策提供科學(xué)依據(jù)[74,79]。

MA所提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)四大類中，關(guān)于美學(xué)景觀、文化教育、娛樂價值等文化服務(wù)的評估大多以個人主觀感受為基礎(chǔ)[80]。為此，美國地質(zhì)調(diào)查局與美國科羅拉多州立大學(xué)合作開發(fā)了能評估、映射和量化各種生態(tài)系統(tǒng)利益相關(guān)者所感知的非市場價值的工具——SolVES(social values for ecosystem services)模型，其囊括了社會價值模型、價值制圖模型及價值轉(zhuǎn)換制圖模型三個子模型[69]。SolVES模型能憑借利益相關(guān)者對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)的態(tài)度和偏好生成更完整的社會價值空間分布圖，描述社會價值和生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系，為研究區(qū)游憩資源的配置提供參考[81-82]。王玉、馬橋等學(xué)者利用SolVES模型量化濕地森林公園提供的景觀美學(xué)、生物多樣性、娛休閑樂等服務(wù)的社會價值，評估生態(tài)系統(tǒng)社會價值的價值指數(shù)與道路、水體及其他類型濕地的關(guān)系，并呈現(xiàn)了各種價值指數(shù)的空間分布特征空間分析，分析得知景觀區(qū)域的潛力熱點區(qū)域[83-84]。但是，SolVES模型需要大量問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，在新研究區(qū)應(yīng)用時耗費時間較長，且傳統(tǒng)經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃托卵芯繀^(qū)的環(huán)境因子有差異，模型評估結(jié)果的可信度會依情況而降低[69, 82]。目前，為保證SolVES模型評估結(jié)果的科學(xué)性，SolVES模型多用于濕地、森林公園等小尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)文化服務(wù)、社會價值方面的評估。同時，SolVES模型對不同的景觀類型采用相同的景觀參數(shù)，這一局限性阻礙了其應(yīng)用的推廣[85]。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價方法比較與匯總

注: +++表示非常適用； ++表示較適用；+表示勉強適用。

為了解決研究區(qū)域數(shù)據(jù)稀缺、輸出模型化地圖以及消除相關(guān)的不確定性等技術(shù)阻礙，美國佛蒙特大學(xué)研發(fā)了ARIES(artificial intelligence for ecosystem services)模型[82]。ARIES模型通過人工智能、語義，集合相關(guān)算法和空間數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建空間數(shù)據(jù)庫，量化、評估多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，如碳儲量和碳源碳匯、美景和鄰近距離、洪水管理、水土保持、淡水供給、休閑等, 多用于模擬“源”、“匯”、“使用者”生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的空間動態(tài)研究[71,86]。Bagstad等基于生物物理模型及ARIES模型生成的碳固存模擬圖、風(fēng)景景觀圖以及沉積物調(diào)節(jié)和水產(chǎn)量，分析PSI國家森林熱點及冷點分布規(guī)律，為國家制定新的森林計劃提供參考[87]。Barquín、Zank等利用人工智能生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(ARIES)平臺開發(fā)的五個ES模型，分析河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對環(huán)境變化的響應(yīng)研究及不同程度的城市擴展及其相關(guān)景觀改造的情景下研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化，并確定其重要驅(qū)動因素[88-89]。該模型建立初衷是為了實現(xiàn)全球尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的量化、評估，然而目前ARIES的全球模型尚未開發(fā)完全，且因無法全面考慮生態(tài)或社會經(jīng)濟等影響因素，在全球尺度上推進該模型比較困難，并且大尺度下，空間數(shù)據(jù)分辨率會相對較差，評估精度會降低[90-91]。

另外，近幾年為了同時監(jiān)控、反饋多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)品和需求的動態(tài)，MIMES模型被開發(fā)出來，常用于描述具有空間顯性生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)的景觀。相比InVEST、ARIES等模型，MIMES的運作方式類似于動態(tài)地理空間信息系統(tǒng)，綜合人類社會和自然系統(tǒng)，通過整合用戶指定站點的信息與空間數(shù)據(jù)監(jiān)測并權(quán)衡不同經(jīng)濟、政策及氣候情景[73,92]。但因為模型購買價格較高，使用率較低。

本文根據(jù)已有的研究結(jié)論，總結(jié)歸納了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價方法如表1。

4 存在問題與研究展望

4.1 評估依據(jù)的問題

無論是評估過程中采用的數(shù)據(jù)來源、評估指標體系，還是評估后需與之比較分析的評估標準，這些都是評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)優(yōu)劣的依據(jù)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量評價方法包括評價指標體系的建立、數(shù)據(jù)來源的查詢與服務(wù)或指標單位價格的確定等重要步驟，而這些核心過程均具有較強的主觀性。部分價值量評價法中原始數(shù)據(jù)來源于研究區(qū)域居民，由專家確定評價指標體系以及指標權(quán)重，這間接造成樣本量、群眾知識水平、專家專業(yè)水準等因素在很大程度上影響評估的結(jié)果。另外，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的最終目的是維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定并使其能被人類較為高效且可持續(xù)地利用，無節(jié)制利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提高經(jīng)濟效益或者盲目地保護自然環(huán)境都是不可行的。目前，如何合理地獲取源數(shù)據(jù)，并憑借其構(gòu)建科學(xué)的評估指標體系；如何憑借生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評估結(jié)果，擬定生態(tài)系統(tǒng)維持穩(wěn)定的指標閾值；如何制定合理的、可實現(xiàn)最佳標記效益、可持續(xù)的開發(fā)利用方案，并隨著自然、社會經(jīng)濟環(huán)境的變動調(diào)節(jié)、維護利用方案的穩(wěn)定進行；以一個怎樣的標準或指標評定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是否優(yōu)良等問題仍未得到較好的解決。

4.2 時空尺度的選擇問題

目前，國內(nèi)外對局部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的研究占大多數(shù)，國外開展了部分在區(qū)域/景觀及全球水平上的大尺度評估研究，但仍不能滿足利益相關(guān)者決策與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)發(fā)展的需要。小尺度下的評估研究能更詳細地闡述受研究區(qū)社會經(jīng)濟因素影響的生態(tài)系統(tǒng)的能量流動、物質(zhì)循環(huán)及信息傳遞，提出更契合研究區(qū)的管理規(guī)劃，但也可能因忽視其他尺度下的信息而得出錯誤的評估結(jié)論。大尺度下的評估研究，不僅僅局限在某一個單一的區(qū)域，會綜合考慮多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡與協(xié)同，更宏觀的了解社會、經(jīng)濟及生態(tài)因素之間的關(guān)系，能為生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)控以及管理工作提供更科學(xué)的依據(jù)。因此，如何根據(jù)研究區(qū)及周邊社會經(jīng)濟環(huán)境的特征，選擇合適的尺度進行評估研究至關(guān)重要。

4.3 評估方法的選擇問題

利用價值量評估方法評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是建立服務(wù)市場的重要途徑，能及時反映部分服務(wù)的稀缺性，為研究區(qū)域的生境保護、環(huán)境功能區(qū)劃、生態(tài)補償政策、生態(tài)經(jīng)濟核算等提供重要依據(jù)。在實際應(yīng)用上，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的貨幣價值容易被決策者及大眾所接受，能對不同時間段、不同區(qū)域或者不同設(shè)想情形下土地利用變化進行比較研究，能為政府部門權(quán)衡土地管理策略及決策提供市場依據(jù)[38]。但由于生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和時空異質(zhì)，定義一套可以在大尺度上應(yīng)用的價值評估指標體系難度較大，準確地評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值比較困難。為了避免價值量評估方法的缺陷，依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成機理而發(fā)展起來的、重視生態(tài)學(xué)規(guī)律的物質(zhì)量評估方法備受眾多國內(nèi)外學(xué)者青睞。但由于大部分模型都只針對某一特定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，學(xué)者通常將統(tǒng)計學(xué)方法、3S技術(shù)等與生態(tài)學(xué)模型結(jié)合，旨在既能體現(xiàn)小尺度研究區(qū)域土地利用覆蓋變化下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化特征，也能借助站點觀測數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)等實現(xiàn)對大尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的有效評估。因此，目前沒有能囊括并精準評估所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究方法，如何根據(jù)研究目的及研究區(qū)特征，針對不同類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)選擇合適的方法是評估研究中一個重要的問題。

4.4 研究展望

針對已存在的問題，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法未來的研究可以在以下三個方面進行集中拓展。

首先，在評估依據(jù)方面，應(yīng)對研究區(qū)域有更系統(tǒng)的了解，合理地選擇評估所需的數(shù)據(jù)來源及專家組，更多地從生態(tài)過程、服務(wù)形成機理等方面構(gòu)建指標體系，統(tǒng)一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)合理利用閾值及劃分評估等級、評估標準，以期在多尺度生態(tài)系統(tǒng)中，更系統(tǒng)地、綜合地評估多種不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的應(yīng)用及分類。這樣有利于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成機理相關(guān)研究的推進，對生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量流動進行更深層次的了解。分析不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系，以期整體提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量。

再者，建立信息共享平臺對時空尺度的選擇十分有必要。只有綜合分析大量有效信息，才能根據(jù)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的特點，選擇合適的時空尺度進行評估研究，降低錯誤結(jié)論的可能性。而相比較國外的信息共享程度，國內(nèi)缺少這方面的平臺，這也在很大程度上阻礙了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷慕⒓拔镔|(zhì)量模型的創(chuàng)新。國內(nèi)研究機構(gòu)間，應(yīng)主動增強合作，打破壁壘，一起達到學(xué)術(shù)上的“互利共贏”。

另外，在評估方法方面，應(yīng)在繼續(xù)擴充、完善已有評估方法的基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)據(jù)處理技術(shù)，綜合利用價值量和物質(zhì)量評估方法。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量評估方法應(yīng)從各類生態(tài)過程形成機理及過程出發(fā)，制定更科學(xué)、更切合研究區(qū)特征的評估指標體系，依據(jù)發(fā)展較完善的市場確定對應(yīng)的市場或非市場單位價格，且需深入研究克服時空異質(zhì)性的指標體系或價值轉(zhuǎn)換方法。物質(zhì)量評估方法中的模型法是目前采用較多的評估方法，但現(xiàn)有的許多模型都有自身的片面性，對各類服務(wù)進行單獨評估后再借助GIS等技術(shù)進行簡單疊加分析的模型較多，較少有模型考慮多種服務(wù)之間權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系。部分模型購買費用較高，導(dǎo)致模型使用率較開源模型低很多，且用戶使用反饋較少會影響模型后期的完善，因此模型開發(fā)團隊應(yīng)在維護自身權(quán)益的情況下，合理地設(shè)定模型的購買價格。同時，生態(tài)系統(tǒng)自身的復(fù)雜性導(dǎo)致相關(guān)數(shù)據(jù)分析處理的難度增強，不利于多種方法的集成利用。借助編程語言或已有的數(shù)據(jù)統(tǒng)計技術(shù)對生態(tài)數(shù)據(jù)進行處理，能較好地推進多種分析方法的綜合利用，從多種角度解讀研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估結(jié)果。另外，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量評估方法與物質(zhì)量評估方法各有利弊，在研究中可根據(jù)研究目的及側(cè)重點選擇合適的方法。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量的變化過程及變化幅度能說明生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)過程及服務(wù)現(xiàn)狀，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的貨幣價值能較直觀的反映市場的實時需求，兩種方法雖差異較大，但從不同的角度補充生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的意義。若評估目的是分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的形成機理及其生態(tài)學(xué)過程，那么物質(zhì)量評價方法更契合研究主題；若研究宗旨是為了反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在市場上的貨幣價值或客觀稀缺性，那么價值量評估方法比物質(zhì)量評估方法更合適。所以，在實際評估工作中，應(yīng)根據(jù)研究主旨及研究區(qū)特征，選擇合適的方法，對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行準確評估，為政府制定保護、調(diào)控政策提供可靠參考。

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A review on the methods of ecosystem service assessment

YUAN Zhouyanyan1,2, WAN Rongrong1,2,*

1.Key Laboratory of Watershed Geographic Sciences, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China 2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Natural ecosystem, an indispensable support system for human survival, provides supply services, regulation services, cultural services and supporting services for people. High-quality ecosystem services can promote the stable and sustainable development of human society. Therefore, assessing ecosystem services accurately is important for ecosystem diversity conservation, regional planning, and management remediation. Based on the introduction of ecosystem services’ concept and the main research contents of ecosystem services, this paper reviews the domestic and international ecosystem service value and physical assessment methods, and separately summarizes the pros and cons and application scope of equivalent factor method, functional value method, energetic valuation method and ecological models. We illustrate some problems that value assessment methods ignore ecological mechanism and lots ofdefective physical models and so on. Finally, we explore three major future directions for research: (1) strengthening mechanism research, (2)establishing an information sharing platform, (3)making full use of data processing technology, improving and comprehensively utilizing value and material quality assessment methods.

ecosystem service; assessment; value assessment method; physical assessment method

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.05.028

X171.1

A

1008-8873(2019)05-210-10

2018-10-30;

2019-01-18

中國科學(xué)院“美麗中國生態(tài)文明建設(shè)科技工程”專項(XDA23020201); 中國科學(xué)院重點部署項目(KFZD-SW-318); 國家自然科學(xué)基金(41571107)

袁周炎妍(1995—), 女, 湖南長沙人, 碩士, 主要從事自然資源利用與生態(tài)保護方向研究, E-mail: 429128354@qq.com

萬榮榮, 女, 博士, 副研究員, 主要從事資源利用與生態(tài)保護方向研究, E-mail: rrwan@niglas.ac.cn

袁周炎妍, 萬榮榮. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法研究進展[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(5): 210-219.

YUAN Zhouyanyan, WAN Rongrong. A review on the methods of ecosystem service assessment[J]. Ecological Science, 2019, 38(5): 210-219.