鄧楚雄, 朱大美, 聶小東, 劉唱唱, 李忠武, 劉俊宇, 張光葉, 肖林輝, 張宇婷

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡最新研究進(jìn)展*

鄧楚雄, 朱大美, 聶小東, 劉唱唱, 李忠武**, 劉俊宇, 張光葉, 肖林輝, 張宇婷

(湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 長沙 410081)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究對協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。為推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理和提升人類福祉, 本文以Web of Science核心合集(WOS)和中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD)為數(shù)據(jù)源, 運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量分析法, 系統(tǒng)梳理和總結(jié)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究的學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)、科學(xué)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)和熱點(diǎn)變化等發(fā)展現(xiàn)狀以及最新研究進(jìn)展。研究表明: 1)不同研究層面上, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡關(guān)系受外部風(fēng)險(xiǎn)和人類需求、參數(shù)選取和服務(wù)提供者及區(qū)域差異性和不均衡性的影響。2)研究方法主要有基于關(guān)系識(shí)別和具體表征的權(quán)衡分析、權(quán)衡模擬和預(yù)測的模型量化分析和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡管理優(yōu)化的多準(zhǔn)則分析3類。3)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子為城市化、生態(tài)工程和氣候變化?；诖? 我們認(rèn)為把握生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡不同研究層面的關(guān)聯(lián)特征、創(chuàng)新和優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究方法、準(zhǔn)確甄別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子以及充分整合多維生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡資源搭建數(shù)據(jù)共享平臺(tái)是未來研究的重點(diǎn)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡; 文獻(xiàn)計(jì)量; 評估方法; 供需特征; 關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子

自1967年“權(quán)衡”一詞首次出現(xiàn)在物理學(xué)領(lǐng)域, 用于探討信號(hào)可檢測性、準(zhǔn)確性、分辨率和背景抑制間的關(guān)系以來[1], 越來越多的研究領(lǐng)域中都引入權(quán)衡以理解事物間的相互作用關(guān)系, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)領(lǐng)域也不例外。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的“此消彼長”關(guān)系, 即一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)使用的增加會(huì)造成其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的減少[2]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究是理解多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間關(guān)系的基礎(chǔ), 有利于減小社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)目標(biāo)間的沖突。自千年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(MA)計(jì)劃實(shí)施以來[3], 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡逐漸成為了生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、管理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和環(huán)境學(xué)等學(xué)科的研究熱點(diǎn)和重要領(lǐng)域, 得到了學(xué)術(shù)界和政府的高度關(guān)注[4-6]。在世界人口不斷增長和資源日漸衰竭的背景下, 開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究對合理開發(fā)利用自然資源和積極應(yīng)對全球氣候變化有重要作用。目前, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究已積累了大量較為可觀和豐碩的成果, 但仍存在一些問題和局限。

近年來, “3S”和人工智能等先進(jìn)技術(shù)的廣泛運(yùn)用及新理論的涌現(xiàn), 極大地促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的發(fā)展, 有必要跟蹤和梳理其最新進(jìn)展, 為未來研究提供借鑒。因此, 本文以WOS和CSCD數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源, 運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量分析法, 借助CiteSpace工具, 梳理和總結(jié)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究的學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)、科學(xué)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)和熱點(diǎn)變化等發(fā)展現(xiàn)狀, 系統(tǒng)評述了不同研究層面上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系、權(quán)衡研究方法和關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子, 提出當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究存在的問題和指明未來發(fā)展方向, 以期為推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理和推進(jìn)理論成果轉(zhuǎn)化提供參考。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究現(xiàn)狀

以WOS和CSCD數(shù)據(jù)庫收錄的論文為研究對象。登錄WOS平臺(tái), 在核心合集數(shù)據(jù)庫中檢索主題為Ecosystem services and tradeoffs的文獻(xiàn), 經(jīng)篩選, 發(fā)現(xiàn)2005—2019年共計(jì)653篇; 在CSCD數(shù)據(jù)庫, 查詢主題為“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”并且“權(quán)衡”和“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”并且“協(xié)同”的文獻(xiàn), 發(fā)現(xiàn)2007—2019年共計(jì)209篇; 經(jīng)文獻(xiàn)去重后, 分別得到652篇和152篇題錄文獻(xiàn), 并將其導(dǎo)入CiteSpace V軟件, 從文獻(xiàn)共被引聚類、Category共現(xiàn)、關(guān)鍵詞突現(xiàn)等多維度探析和對比國內(nèi)外生態(tài)系統(tǒng)服權(quán)衡研究的學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)、科學(xué)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)和熱點(diǎn), 以更好地把握其國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。

1.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究的學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)

為了解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡領(lǐng)域的知識(shí)體系和學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)[7], 本文以cited references和cited author為探測類型, 繪制共被引聚類視圖(圖1)。從共被引看, 在WOS數(shù)據(jù)庫中, 自2007年以來, Nelson、Raudsepp- Hearne、Bennett的文獻(xiàn)共被引次數(shù)分別為155、143、115, 穩(wěn)居前三; 此外, Goldstein、Chan、Burkhard、De Groot、Daily、Polasky等研究成果的共被引次數(shù)為65~92, 比較領(lǐng)先。在CSCD數(shù)據(jù)庫中, 自2011年以來, 李雙成的文章共被引次數(shù)為68, 位居該檢索時(shí)段和領(lǐng)域內(nèi)的榜首; 其次是傅伯杰, 自2013年以來, 其文章共被引次數(shù)為63; 此外, 彭建、戴爾阜、李鵬、謝高地、Nelson、Raudsepp-Hearne、Bennett等的研究成果的共被引次數(shù)為16~30。從中心性強(qiáng)弱程度看, CSCD數(shù)據(jù)庫中, 中心性>0.1的有BAI(0.23)、李鵬(0.22)、李雙成(0.15)、傅伯杰(0.14)、Bennett(0.13)、張立偉(0.13)、Burkhard(0.11); WOS數(shù)據(jù)庫中, 中心性>0.1的有Naidoo(0.16)、Carpenter(0.15)、Bennett(0.14)、Nelson(0.12)、Burkhard(0.11)、Polasky(0.11)、Tilman(0.11)、Raudsepp-Hearne(0.1)、Daily(0.1)、Costanza(0.1)、Kremen(0.1)。從聚類詞看, WOS數(shù)據(jù)庫檢索的結(jié)果重點(diǎn)關(guān)注spatial covariation(#1、#2、#7、#8)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系(#3、#4、#5)、土地利用對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的影響(#0)、重大挑戰(zhàn)(#5)等4個(gè)方面; CSCD數(shù)據(jù)庫中主要側(cè)重于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡評估方法(#2、#3、#8、#9)、時(shí)空變化或不同研究層面上的關(guān)系變化(#0、#4、#10)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和管理(#1、#7)、前沿問題(#5)等4個(gè)方面?？偟膩碚f, 研究者成果的共被引次數(shù)、中心性強(qiáng)弱及其研究側(cè)重點(diǎn)等為未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的研究奠定了重要的知識(shí)基礎(chǔ)。

圖1 WOS(a)和CSCD(b)數(shù)據(jù)庫題錄文獻(xiàn)共被引聚類視圖

1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究的科學(xué)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)

文獻(xiàn)類別在一定程度上反映了研究的學(xué)科結(jié)構(gòu)以及所代表學(xué)科之間的聯(lián)系。共詞方法分析科學(xué)結(jié)構(gòu)及演化的運(yùn)用十分廣泛[8]。本文利用節(jié)點(diǎn)類型“Category”, Years per slice選擇1, 剪裁方式采取“Pathfinder”進(jìn)行共現(xiàn)分析(圖2), 以探究生態(tài)系服務(wù)權(quán)衡研究的優(yōu)勢領(lǐng)域。本文根據(jù)共現(xiàn)和檢索結(jié)果中所涉及研究方向的發(fā)文數(shù)量判斷該領(lǐng)域主要的科學(xué)領(lǐng)域結(jié)構(gòu), 在WOS數(shù)據(jù)庫中, 所發(fā)表文獻(xiàn)涉及研究方向排名前5的是Environmental Sciences & Ecology (456篇)、Environmental Sciences(347篇)、Ecology(219篇)、Environmental Studies(134篇)、Science & Technology-Other Topics(106篇), 可看出環(huán)境科學(xué)和生態(tài)學(xué)是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究主要的優(yōu)勢學(xué)科; 此外, Agriculture(68篇)、Water Resources (47篇)、Business & Economics(27篇)、Economics(26篇)、Urban Studies(20篇)、Geography (19篇)等研究方向與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡有著較大關(guān)聯(lián)。在CSCD數(shù)據(jù)庫中, 發(fā)現(xiàn)Environmental Sciences Ecology方向的文獻(xiàn)為59篇, 約占總發(fā)文量的1/3, 充分說明該研究方向在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究中的重要性和關(guān)聯(lián)性; 研究方向Life Sciences Biomedicine Other Topics(22篇)、Business Economics(8篇)、Agriculture(16篇)、Forestry(4篇)等的發(fā)文量在總發(fā)文量中也占有較大比重?？梢钥闯? 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究的學(xué)科結(jié)構(gòu)比較廣泛, 各學(xué)者從不同的學(xué)科視角或多學(xué)科視角研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡, 集中體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究中, 多學(xué)科交叉和融合的趨勢逐漸增強(qiáng)。

圖2 WOS和CSCD數(shù)據(jù)庫題錄文獻(xiàn)主要研究方向的共現(xiàn)知識(shí)圖譜

1.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的研究熱點(diǎn)及演變

研究熱點(diǎn)是一個(gè)研究領(lǐng)域中最近、最具有發(fā)展?jié)摿Φ难芯恐黝}, 代表學(xué)科未來發(fā)展方向[9-10]。關(guān)鍵詞突現(xiàn)檢測可反映某個(gè)專業(yè)興趣的變化, 從而揭示不同時(shí)期的研究熱點(diǎn)[11]。本文運(yùn)用關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析表示該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿。

WOS數(shù)據(jù)庫中(表1), 從突現(xiàn)強(qiáng)度來看, 連接強(qiáng)度較高的有“ecology”(4.90)、“wetland”(4.33)、“urban expansion”(2.97)、“InVEST model”(3.49)、“indicator” (4.42), 集中反映了其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的影響程度; 從關(guān)鍵詞及起始年份看, 在WOS數(shù)據(jù)庫中, “economic value”(2009—2011)、“valuation”(2011—2012)、“gi”(2013—2016)、“InVEST model”(2017—2019)等關(guān)鍵詞表明, 2009—2019年, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的研究熱點(diǎn)之一為利用gi指數(shù)、InVEST model等工具評估和量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值; 由“indicator”(2014—2016)、“urban expansion” (2017— 2019)等關(guān)鍵詞可知, 2014—2019年, 國外學(xué)者側(cè)重于關(guān)注城市化及其背后因素等對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的影響, 著重關(guān)注形成機(jī)制研究; 由“ecology” (2011—2014)、“environment” (2013—2014)等可知, 隨著生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)政府間科學(xué)政策平臺(tái)(IPBES)會(huì)議的召開以及聯(lián)合國2015年后《全球發(fā)展議程》的提出, 2011—2019年, 國外的研究重點(diǎn)在生態(tài)系統(tǒng)(環(huán)境)的可持續(xù)性和管理; 此外, 由“wetland” (2009—2014)、“the United States”(2015— 2016)等知, 國外的研究比較注重從各地區(qū)、各層面出發(fā)研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡。

表1 WOS數(shù)據(jù)庫中前16個(gè)關(guān)鍵詞突現(xiàn)表

CSCD數(shù)據(jù)庫中(表2), 連接強(qiáng)度較高的有“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”(3.97)、“土壤保持”(1.27)、“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值”(1.01)、“生態(tài)用地”(0.93)等, 這些詞的連接強(qiáng)度集中反映了其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的影響程度。在CSCD數(shù)據(jù)庫中, 從熱點(diǎn)詞“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)”(2007—2014)、“生態(tài)服務(wù)價(jià)值”(2015—2016)、“價(jià)值評估”(2015—2016)、“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值”(2017— 2019)可知, 2007—2019年, 國內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究側(cè)重于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估; 由“生態(tài)用地”(2015—2016)、“京津冀城市群”(2017—2019)可知, 近5年國內(nèi)側(cè)重于研究土地利用變化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)建設(shè)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的影響, 且隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 該研究熱點(diǎn)可能得到持續(xù)關(guān)注。

表2 CSCD數(shù)據(jù)庫中前12個(gè)關(guān)鍵詞突現(xiàn)表

綜合分析學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)、科學(xué)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)、研究熱點(diǎn)和前沿等變化可知, 國內(nèi)外學(xué)者的研究成果為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究奠定了堅(jiān)實(shí)的學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ),能夠有機(jī)地將各學(xué)科內(nèi)容融合在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究中。隨著時(shí)間的不斷推移, 結(jié)合關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)看, 研究熱點(diǎn)發(fā)生了一些變化, 但總體來說, 國內(nèi)外現(xiàn)有研究熱點(diǎn)主要于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的不同研究層面(wetland、the United States、生態(tài)系統(tǒng)、京津冀城市群、空間分異)、研究方法(InVEST model、valuation、情景、gi)和驅(qū)動(dòng)因子(indicator、urban expansion、生態(tài)用地、人工林、氣候變化)等方面積累了大量研究成果, 下文將從這3方面跟蹤其最新研究進(jìn)展。

2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究最新進(jìn)展

2.1 不同研究層面上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡關(guān)系

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系因研究層面不同而體現(xiàn)空間差異化特征, 多層面理解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系有利于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的協(xié)同發(fā)展。本文主要從生態(tài)系統(tǒng)、景觀和區(qū)域3個(gè)層面探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系特征, 從而為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理提供理論依據(jù)。

2.1.1 生態(tài)系統(tǒng)層面上, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡關(guān)系受外部風(fēng)險(xiǎn)和人類需求影響

探討生態(tài)系統(tǒng)層面上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系, 需要充分考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與人類需求。本文以森林生態(tài)系統(tǒng)為例概括生態(tài)系統(tǒng)層面上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系。

在國家森林生態(tài)系統(tǒng)中, 法國阿爾卑斯山森林的研究表明, 作物生產(chǎn)、植物多樣性與休閑旅游呈負(fù)相關(guān)關(guān)系, 木材生產(chǎn)、碳儲(chǔ)存和水量調(diào)節(jié)間呈多重正相關(guān)關(guān)系[12]。當(dāng)考慮外部風(fēng)險(xiǎn)和人類需求時(shí), 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系存在顯著差異。德舒特美國國家森林的研究發(fā)現(xiàn), 森林能為野生動(dòng)物提供棲息地, 但森林野火的發(fā)生破壞土壤穩(wěn)定性, 增加了沉積, 影響了水質(zhì)[13]; 當(dāng)人類管理美國弗洛里達(dá)州東南部濕地松森林時(shí), 碳儲(chǔ)量增加, 但會(huì)影響水產(chǎn)量, 如果對灌溉用水有需求, 更多的木材將導(dǎo)致更少的水產(chǎn)量, 如果優(yōu)先考慮木材生產(chǎn), 將導(dǎo)致樹木生物量和碳儲(chǔ)存減少, 伐木減少的木材將導(dǎo)致更多的水產(chǎn)量, 進(jìn)一步導(dǎo)致更多的灌溉用水或增加徑流、沉積和洪水[14]。在熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)中, 固碳、木材生產(chǎn)和作物授粉之間存在經(jīng)濟(jì)權(quán)衡, 若僅考慮授粉服務(wù)時(shí), 不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間潛在的權(quán)衡可能導(dǎo)致造林項(xiàng)目的吸引力降低[15], 但碳固存的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)將對供水和生物多樣性產(chǎn)生負(fù)面影響[16]; 溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)控制土壤侵蝕, 防止了水流與沉積物的超載, 卻增加了營養(yǎng)負(fù)荷, 減少天然和人工水體中的有效氧含量; 此外, 雖墨西哥溫帶森林供應(yīng)了大量食物和木材, 但導(dǎo)致調(diào)節(jié)和文化服務(wù)下降[16-17]。總的來說, 生態(tài)系統(tǒng)層面上, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡關(guān)系深受人類偏好和外部風(fēng)險(xiǎn)的影響。

2.1.2 景觀層面上, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系隨選取參數(shù)和服務(wù)提供者而變化

跨景觀管理多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)管理的重要環(huán)節(jié)。景觀層面上分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系, 有利于促進(jìn)景觀格局的空間優(yōu)化配置和保證景觀生態(tài)的完整性。

為探究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與社會(huì)需求的權(quán)衡, 學(xué)者們綜合考慮生物物理、社會(huì)文化和經(jīng)濟(jì)3個(gè)維度進(jìn)行不同景觀單元評估, 表明種植作物帶來的增產(chǎn)增收卻損害了脊椎動(dòng)物的棲息地, 調(diào)節(jié)服務(wù)(水流維持和氣候調(diào)節(jié))比供應(yīng)服務(wù)更具價(jià)值, 由于農(nóng)業(yè)集約化, 種植作物與維持生境和土壤侵蝕呈顯著負(fù)相關(guān), 但增加了氮肥排放量和加劇水污染[18]。農(nóng)業(yè)景觀提供調(diào)節(jié)土壤和水質(zhì)、固碳、支持生物多樣性和文化服務(wù)的同時(shí), 也造成了野生動(dòng)物棲息地喪失、營養(yǎng)物質(zhì)流失、水道沉積、溫室氣體排放增加以及農(nóng)藥中毒等問題[19]。在137個(gè)城市的混合利用景觀提供的12種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡關(guān)系研究中, 作物產(chǎn)量與其他9項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈負(fù)相關(guān), 豬肉產(chǎn)量與其他5項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能呈負(fù)相關(guān), 表明景觀層面上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給服務(wù)與大部分調(diào)節(jié)和文化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間存在權(quán)衡關(guān)系[20]。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類來看, 該項(xiàng)研究涉及的城市和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)種類多, 研究結(jié)果的適用性高, 但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與空間異質(zhì)性間的關(guān)系仍需深入探討[21]?；诖? 一些學(xué)者使用景觀指標(biāo)來量化景觀層面上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的多樣性和異質(zhì)性, 認(rèn)為其與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境背景、生態(tài)參數(shù)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供緊密關(guān)聯(lián)[22-23]。因此, 在景觀層面上探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系時(shí), 需清晰認(rèn)識(shí)各生態(tài)參數(shù)的代表意義和不同景觀單元間的社會(huì)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系情況。

2.1.3 區(qū)域?qū)用嫔? 區(qū)域之間和區(qū)域內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系差異顯著

厘清區(qū)域?qū)用嫔仙鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系, 有利于促進(jìn)區(qū)域協(xié)同發(fā)展。通過文獻(xiàn)閱讀與梳理, 發(fā)現(xiàn)區(qū)域?qū)用嫔? 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系在區(qū)域之間和區(qū)域內(nèi)部均存在顯著差異。

區(qū)域?qū)用嫔? 碳固持服務(wù)、土壤保持與產(chǎn)水服務(wù)之間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系在不同氣候類型區(qū)(溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)、亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)、溫帶季風(fēng)氣候區(qū)、青藏高寒區(qū))有較大差異。在區(qū)域之間, 碳固持與產(chǎn)水服務(wù)在關(guān)中-天水地區(qū)、漢江上游流域、東北森林帶和青藏高寒區(qū)以協(xié)同關(guān)系為主[24-27], 在黃土高原、呼包鄂榆等地表現(xiàn)為權(quán)衡關(guān)系[28-29], 而在鄂爾多斯市無顯著權(quán)衡關(guān)系[30]; 就土壤保持與產(chǎn)水服務(wù)而言, 在鄱陽湖地區(qū)和關(guān)天地區(qū)、青藏高寒區(qū)、鄂爾多斯市等較為干旱和寒冷地區(qū)主要是協(xié)同關(guān)系[24-25,27,30-32], 卻在呼包鄂榆地區(qū)和整個(gè)漢江上游呈現(xiàn)明顯的權(quán)衡關(guān)系[26-27]。在區(qū)域內(nèi)部, 食物供給與土壤保持在鄱陽湖丘陵地區(qū)表現(xiàn)為協(xié)同關(guān)系, 在鄱陽湖平原地區(qū)卻為權(quán)衡關(guān)系; 國家屏障區(qū)內(nèi)部, 川滇-黃土高原屏障帶的中部主要為土壤保持服務(wù)增加區(qū)域, 北方防沙帶和青藏高原生態(tài)屏障區(qū)為固碳服務(wù)集中上升區(qū), 東北森林帶的西北部和南方丘陵山地帶中部產(chǎn)水量增加[28]; 從關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)64個(gè)縣來看, 除NPP與保水服務(wù)呈現(xiàn)協(xié)同關(guān)系, 大部分縣域的固碳釋氧、水文調(diào)節(jié)、水土保持與糧食生產(chǎn)之間表現(xiàn)為權(quán)衡關(guān)系[24]。整體而言, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系在整個(gè)區(qū)域之間和區(qū)域內(nèi)部存在顯著差異性, 主要表現(xiàn)為不同氣候類型區(qū)之間及其內(nèi)部差異。因此需要處理好整體和局部的關(guān)系, 宏觀把握的同時(shí)結(jié)合局部特征分區(qū)制定生態(tài)保護(hù)政策。

不同的研究層面體現(xiàn)著不同的生態(tài)格局和過程。總的來說, 學(xué)者們就生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡在生態(tài)系統(tǒng)、景觀和區(qū)域?qū)用嫔系捏w現(xiàn)做了大量工作, 但是不同層面間或同一層面內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的關(guān)聯(lián)特征沒有得到很好的揭示, 很少有學(xué)者刻畫不同層面及同一層面內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和人類需求的流動(dòng)過程[33]。因此, 今后的研究應(yīng)結(jié)合多個(gè)層面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)聯(lián)特征及其變化, 著重考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的供需流動(dòng)關(guān)系, 推動(dòng)不同層面上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究結(jié)果的綜合集成, 從而優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡識(shí)別和量化方法

準(zhǔn)確識(shí)別和科學(xué)量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系是有效管理生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡經(jīng)歷了長期的發(fā)展, 涌現(xiàn)了諸多研究方法, 為推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究理論體系構(gòu)建和方法集成, 根據(jù)其作用將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究方法劃分為3類。

2.2.1 基于關(guān)系識(shí)別和具體表征的權(quán)衡分析

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的識(shí)別和表征是理解區(qū)域之間及內(nèi)部差異的基礎(chǔ)。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系研究中, 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析與空間制圖分析通常結(jié)合使用。

基于統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的相關(guān)分析和聚類分析應(yīng)用較為廣泛。相關(guān)性分析用于識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)簇之間的相互作用, Tian等[34]利用斯皮爾曼相關(guān)分析識(shí)別和利用玫瑰圖進(jìn)行表征生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系; 聚類分析是識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)簇類型和分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系的有力工具, 學(xué)者們采用該方法確定了12種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的相互作用情況[20]。但是這兩種方法忽略了空間位置的具體信息, 不利于根據(jù)研究區(qū)內(nèi)部差異制定差別化的管理政策?？臻g制圖法能夠通過可視化彌補(bǔ)這一局限。為揭示京津冀地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空變化特征, 學(xué)者利用多層次空間統(tǒng)計(jì)法和玫瑰圖法直觀表征與對比分析不同時(shí)段、不同地類或區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系[35]; 李晶等[24]利用相關(guān)系數(shù)和空間制圖方法, 研究2000—2010年間關(guān)天經(jīng)濟(jì)區(qū)及其內(nèi)部固碳釋氧、水文調(diào)節(jié)、水土保持、糧食生產(chǎn)之間復(fù)雜的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系。此外, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡分析大多考慮生物物理供給, 從社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求層面研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的很少[4]。為探求社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)三者供給和需求的平衡, 學(xué)者運(yùn)用相關(guān)分析探討了供應(yīng)和社會(huì)需求間的權(quán)衡, 并分析了空間單元內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在生物物理、社會(huì)文化和經(jīng)濟(jì)方面的空間不匹配特征[18]?？偟膩碚f, 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析與空間制圖分析的結(jié)合使用是識(shí)別和具體表征生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的有效工具。但部分學(xué)者認(rèn)為該方法主要用于區(qū)域?qū)用嫔? 其他層面上的應(yīng)用較為少見[36-37], 由于數(shù)據(jù)獲取等原因, 研究結(jié)果的準(zhǔn)確性受到影響[38]。因此, 亟需整合土地利用、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)景觀等數(shù)據(jù)資源, 為提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡分析結(jié)果精準(zhǔn)性奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 基于權(quán)衡模擬和預(yù)測的模型量化分析

集成建模分析不僅可以量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系的時(shí)空變化, 還能夠澄清人類社會(huì)和生態(tài)系統(tǒng)之間的復(fù)雜相互作用[39]。近年來, 許多模型廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡評估, 本文根據(jù)其功能劃分為生態(tài)生產(chǎn)功能模型、人類偏好模型和價(jià)值轉(zhuǎn)移模型(表3)。

在表3中, InVEST模型以土地利用/覆被數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 是目前在生物多樣性、水土保持、碳儲(chǔ)量等模塊研究最為成熟, 也是在全球大部分地區(qū)廣泛應(yīng)用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡評估模型[27-28], 但授粉、游憩、木材產(chǎn)量等模塊有待深入研究和推廣應(yīng)用[40-41]。研究美國俄勒岡流域時(shí), 學(xué)者采用InVEST模型設(shè)置3種土地利用情景, 評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平與生態(tài)系統(tǒng)多樣性間的權(quán)衡關(guān)系, 但是忽略了地理要素的異質(zhì)性, 造成模擬結(jié)果與實(shí)際情況有一定偏差[42]。ARIES模型是一個(gè)web可訪問的應(yīng)用程序, 用于動(dòng)態(tài)評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和使用區(qū)域間的權(quán)衡并可視化, 具有良好的應(yīng)用前景, 但受限于模型復(fù)雜性和模型代碼的透明度, 尚未得到廣泛使用[43]。MIMES模型、EPM模型、EcoAIM模型等均為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡模擬和預(yù)測作了很多貢獻(xiàn), 但在降低模型的不確定和主觀性及推廣應(yīng)用方面仍有很大的提升空間。因此, 要優(yōu)化模型以提高其普遍適用性和公開性, 需綜合考慮區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生物物理等條件分區(qū)設(shè)置參數(shù), 將地面調(diào)查與實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合獲取實(shí)證數(shù)據(jù)用于參數(shù)和評估結(jié)果的校驗(yàn)[44]。同時(shí), 強(qiáng)化多個(gè)模型模擬對比研究, 充分考慮人類需求和利用先進(jìn)技術(shù)拓寬模型適用范圍, 從而提高模型評估結(jié)果的準(zhǔn)確性和提升其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.2.3 基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡管理優(yōu)化的多準(zhǔn)則分析

多準(zhǔn)則分析是兼顧社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)準(zhǔn)則的工具,近年來被廣泛用于解決生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理中多重目標(biāo)沖突問題[45], 從而實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境的多元平衡。

情景模擬應(yīng)用比較廣泛, 通常是基于土地利用數(shù)據(jù), 模擬未來某時(shí)期不同情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系變化, 從而保障區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)安全[32], 但情景設(shè)定的科學(xué)性和預(yù)測的精準(zhǔn)性有待檢驗(yàn)。比較常見的是利用多目標(biāo)線性規(guī)劃, 設(shè)置多個(gè)決策目標(biāo), 探討區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡優(yōu)化[46], 但參數(shù)的選取和約束條件設(shè)置的準(zhǔn)確性有待驗(yàn)證?；诖? 學(xué)者們運(yùn)用OWA(ordered weighted averaged, 有序加權(quán)平均)多屬性決策方法測算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值, 設(shè)立不同風(fēng)險(xiǎn)值和權(quán)重, 計(jì)算OWA算子得出風(fēng)險(xiǎn)情景和保護(hù)效率, 從而選擇最優(yōu)保護(hù)區(qū)[47]。近年來, 學(xué)者們開始探求耦合模型模擬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡情景, 如運(yùn)用Logistic-CA-Markov耦合模型, 設(shè)置自然情景、規(guī)劃情景和保護(hù)情景, 模擬和估算了2030年保水、保土、固碳和食物供給4種關(guān)鍵的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及權(quán)衡關(guān)系以優(yōu)化未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理[32]。多種模型的耦合提高了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空動(dòng)態(tài)演變和模擬預(yù)測能力, 對該區(qū)域的生態(tài)安全協(xié)同聯(lián)動(dòng)管理以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義, 但是關(guān)于模型間耦合程度如何尚鮮見報(bào)道?？偟膩碚f, 多準(zhǔn)則分析在優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理上發(fā)揮著重要作用, 但不同情景和約束條件設(shè)置等方面有待優(yōu)化, 未來需根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r設(shè)定不同預(yù)測情景, 并對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn), 從而促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡內(nèi)部機(jī)理及相互作用的揭示[31]。

表3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡模擬與預(yù)測模型

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子

生態(tài)系統(tǒng)是多種因素相互作用相互制約、多層面相互影響的耦合系統(tǒng)。甄別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子, 有利于揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡作用機(jī)理, 優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究文獻(xiàn)的梳理, 將影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的主要因子概括為城市化、生態(tài)工程和氣候變化。

2.3.1 城市化造成大部分供給服務(wù)與調(diào)節(jié)和支持服務(wù)間存在權(quán)衡關(guān)系

快速的城市化進(jìn)程塑造著土地利用格局, 給生態(tài)系統(tǒng)帶來巨大壓力。全球可持續(xù)性的挑戰(zhàn)在很大程度上取決于城市化進(jìn)程[48]。在過去的半個(gè)世紀(jì)里, 全球60%的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)因城市化而退化[3]。

城市土地利用方式的改變和城市人口的增長加速了城市化進(jìn)程, 影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系。土地利用方面, 耕地減少、建設(shè)用地增加使凈生產(chǎn)力[35]、水源涵養(yǎng)[46]、氣候調(diào)節(jié)、土壤養(yǎng)分保持[49]、碳儲(chǔ)存(下降6%)、水供應(yīng)、棲息地供應(yīng)(2000—2010年南京市適宜生境減少7.57×103hm2)[50]、糧食供應(yīng)服務(wù)[51]等有所減少; 城市人口增加使得生活和生產(chǎn)用水量急劇增加, 導(dǎo)致城市用水供需緊張, 研究顯示城市化水平提高1個(gè)百分點(diǎn), 可使水資源利用率下降0.47個(gè)百分點(diǎn)[52]。隨著開發(fā)強(qiáng)度的增加, 表層土壤被清除, 封閉土壤中有機(jī)碳的累積中斷, 損失了土壤碳儲(chǔ)量, 加之砍伐城郊森林導(dǎo)致植被覆蓋度和地表蒸散作用的降低導(dǎo)致水產(chǎn)量增加[30], 從而降低碳固持服務(wù)和木材供應(yīng)。此外, 碳儲(chǔ)量和棲息地質(zhì)量與水凈化之間存在協(xié)同關(guān)系, 與食物供應(yīng)之間存在權(quán)衡關(guān)系[53]。然而, 有少數(shù)學(xué)者認(rèn)為, 隨著人們生活質(zhì)量的提高, 城市化背景下凈水、水土流失控制、蔬菜供應(yīng)、水果供應(yīng)[48]、空氣污染去除率(綠色基礎(chǔ)設(shè)施的增加)、娛樂潛力(上升1%)都有所增加[49]?？偟膩碚f, 城市化不僅改變了人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求[54], 還改變了城市化進(jìn)程中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的潛在供給, 主要造成了供給服務(wù)與調(diào)節(jié)和支持服務(wù)之間的權(quán)衡。

2.3.2 生態(tài)工程提高了生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)和支持服務(wù), 卻降低了供給服務(wù)

恢復(fù)森林正成為改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要戰(zhàn)略[55]。1990—2015年間全球大部分地區(qū)森林覆蓋率呈增加趨勢, 中國的森林覆蓋率在全球21世紀(jì)的森林?jǐn)U張率排名中位列第1[56], 2019年我國完成退耕還林還草80萬hm2, 森林覆蓋率近23%, 這主要得益于國土綠化等生態(tài)恢復(fù)工程的開展。

目前, 已有研究對全球范圍內(nèi)89項(xiàng)生態(tài)恢復(fù)案例進(jìn)行meta分析, 結(jié)果顯示生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈正相關(guān)關(guān)系, 能夠促使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)恢復(fù)25%, 但尚未達(dá)到退化前水平[57]。大量研究表明, 大規(guī)模的造林和再造林可以防止植被和土壤碳流失, 提高亞洲陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和碳匯[58-59]。生態(tài)工程的開展控制或減少土壤侵蝕, 風(fēng)力和空氣濕度的降低改善了風(fēng)沙[60], 豐富生物多樣性, 增強(qiáng)氣候調(diào)節(jié)和森林水質(zhì)凈化等功能[42,61]。西澳洲實(shí)施的生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目使得碳固存和水源涵養(yǎng)得到明顯改善, 提高了支持功能[40]]; 中國退耕還林區(qū)大多呈現(xiàn)協(xié)同加強(qiáng)、權(quán)衡減弱的趨勢, 非退耕還林區(qū), 存在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)沖突加強(qiáng)、協(xié)同減弱的現(xiàn)象[29], 退耕還林政策有利于實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境和人類社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。然而, 有學(xué)者認(rèn)為植樹造林固碳可能與土壤肥力[61]、生物多樣性價(jià)值、產(chǎn)水量、食物供給等其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相沖突[62]。就影響產(chǎn)水而言, 植被覆蓋度的增加導(dǎo)致地表蒸散作用增強(qiáng), 樹木根系生長過度吸收有限的土壤水分, 減緩了滲透過程; 由于坡度較陡, 大部分降雨以地表徑流的形式流動(dòng), 基流較小[63], 降低了水的可利用能力; 在降水量有限地區(qū), 種植過多的樹木可能會(huì)減少產(chǎn)水和土壤保持等服務(wù)[64], 造成生態(tài)系統(tǒng)和人類之間潛在的水需求沖突, 從而影響食物和原材料的供給[65]?？偟膩碚f, 生態(tài)工程的開展極大地改善了生態(tài)環(huán)境, 增強(qiáng)了生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和支持服務(wù), 但一定程度上影響了產(chǎn)水量和糧食供給。

2.3.3 全球氣候變化增加外部風(fēng)險(xiǎn), 一定程度上降低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、調(diào)節(jié)和支持功能

2014年IPCC第5次評估報(bào)告指出全球變暖現(xiàn)象愈加明顯[66]。全球氣候變暖作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的重要驅(qū)動(dòng)力之一, 是全人類共同面臨的重大問題, 氣候變化對59%的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)都具有負(fù)面影響, 且未來效應(yīng)還會(huì)逐漸增強(qiáng)[56]。

外在風(fēng)險(xiǎn)上, 全球極端強(qiáng)降水事件和極端高溫事件均表現(xiàn)出增多趨勢, 極端低溫事件呈現(xiàn)減少趨勢[67], 潛在火災(zāi)/洪澇的發(fā)生一定程度上對人類賴以生存的自然地理環(huán)境構(gòu)成威脅。供給服務(wù)上, 溫度升高和降雨量減少可能會(huì)使湖泊干涸, 海洋將變暖變酸使熱帶珊瑚礁退化[68-69]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力上, 隨著氣溫的升高, 中高緯度地區(qū)作物生產(chǎn)力預(yù)計(jì)略有增加后下降, 低緯度地區(qū)氣溫的小幅上升可能使農(nóng)業(yè)用水需求增加, 造成生產(chǎn)力下降[70-71], 如氣溫升高將降低美國豬、牛(牛奶)的產(chǎn)量, 氣候變化對非洲農(nóng)業(yè)有強(qiáng)烈負(fù)面影響[72-73]。調(diào)節(jié)服務(wù)上, 水質(zhì)凈化方面, 氣候(全球)變化的影響可能會(huì)增加城市或農(nóng)業(yè)徑流等的擴(kuò)散污染, 洪水和干旱將影響稀釋(有機(jī)物分解)或溶解物質(zhì)濃度以改變水質(zhì)[74]。生物多樣性方面, 氣候變化通過影響開花植物和昆蟲傳粉者的物候變化正直接影響全世界森林生物多樣性, 在未來可能對生物多樣性構(gòu)成極大威脅[75-76]。支持服務(wù)上, 溫度升高與NDVI表現(xiàn)為權(quán)衡關(guān)系的區(qū)域于全球范圍內(nèi)廣泛分布, 表現(xiàn)為溫度升高減少植物可利用水分, 降低了植被綠度[77-78], 增加了植被破壞的可能性[79], 降低了植被初級生產(chǎn)力。此外, 溫度升高可能通過增強(qiáng)土壤呼吸作用來提高CO2排放量, 降水量的減少會(huì)對農(nóng)田和灌木的土壤有機(jī)碳產(chǎn)生不利影響[80-81], 影響碳循環(huán)過程?？偟膩碚f, 全球氣候變化給生態(tài)環(huán)境帶來的壓力逐漸增強(qiáng), 影響了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、調(diào)節(jié)、支持服務(wù), 增加潛在極端天氣災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)[55,82-83]。

綜合來看, 雖然很多研究已經(jīng)關(guān)注到以上3個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響, 但目前對不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間相互作用形成原因的理解尚淺, 并且多停留在表象描述[84], 也很少有學(xué)者去探討以上關(guān)鍵因子及其組合怎樣推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化, 三者的協(xié)調(diào)度如何仍不清楚[85]。要盡可能地減少生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的下降, 亟需加強(qiáng)人類活動(dòng)的定量化研究和多種驅(qū)動(dòng)因素組合的深層次機(jī)理分析[86], 以期為國土空間優(yōu)化配置、生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)同高質(zhì)量發(fā)展提供決策參考。

3 不足與展望

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注, 取得了大量研究成果。本文歸納梳理了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡發(fā)展歷程和研究熱點(diǎn), 并就生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不同研究層面的關(guān)系、權(quán)衡研究方法和關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子3方面的最新進(jìn)展進(jìn)行論述, 發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡主要存在研究層面間的關(guān)聯(lián)性需加強(qiáng)、量化方法的時(shí)空表征和模擬優(yōu)化有待改進(jìn)、相互作用機(jī)理尚未闡明以及大數(shù)據(jù)應(yīng)用有待拓展等方面的不足。為更好地服務(wù)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理, 未來的研究應(yīng)著重考慮以下4個(gè)方面。

3.1 動(dòng)態(tài)刻畫研究層面間供需流動(dòng)過程, 把握生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)聯(lián)特征

不同的研究層面體現(xiàn)著不同的生態(tài)格局和過程。各個(gè)層面上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的側(cè)重點(diǎn)不同, 且不同層面生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系可能隨時(shí)間推移和利益需求而發(fā)生變化。因此, 今后的研究應(yīng)結(jié)合不同層面上不同利益相關(guān)者的需求, 協(xié)調(diào)不同層面或同一層面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給, 細(xì)致刻畫不同研究層面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的供需流動(dòng)過程及供給方和需求方的平衡機(jī)理, 全面探討不同層面上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系, 準(zhǔn)確把握不同層面上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的關(guān)聯(lián)特征和內(nèi)在形成機(jī)制[33], 推動(dòng)不同層面上或同一層面內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究結(jié)果的綜合集成, 從而應(yīng)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡過程研究中的挑戰(zhàn), 為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)管理和規(guī)劃實(shí)踐提供參考依據(jù)。

3.2 優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡方法, 為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理提供參考

量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡能為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)管理提供權(quán)威依據(jù)。當(dāng)前的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡評估模型大多由國外學(xué)者開發(fā), 用于國內(nèi)相關(guān)研究時(shí)都需要考慮數(shù)據(jù)的適用性和參數(shù)修正[87]。此外, 現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡模型多從環(huán)境因子的變化出發(fā)探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡關(guān)系, 尚不能很好地解釋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的動(dòng)態(tài)變化及相互作用機(jī)制。因此, 在使用模型時(shí), 需結(jié)合生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)等理論知識(shí)評估模型分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和適用性[4]。在此基礎(chǔ)上, 優(yōu)化現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡量化模型, 可以更好地凸顯生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的“非線性”關(guān)系和降低研究過程中的不確定性和主觀性等[5,88], 也將對降低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)、揭示未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律產(chǎn)生重要影響。

3.3 準(zhǔn)確甄別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡驅(qū)動(dòng)因子, 系統(tǒng)揭示內(nèi)在機(jī)理

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡為何產(chǎn)生？其過程是怎樣的？這是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的內(nèi)在構(gòu)造和驅(qū)動(dòng)機(jī)制迫切需要回答的問題。現(xiàn)有研究中, 自然和人文驅(qū)動(dòng)力貢獻(xiàn)率定量化和綜合化研究略顯不足。篩選影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的限制性因素是準(zhǔn)確量化和科學(xué)評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的前提。因此, 要重點(diǎn)關(guān)注土地利用、退耕還林、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)擴(kuò)張等人為擾動(dòng)和自然環(huán)境變化與生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能間的“滯后效應(yīng)”和反饋機(jī)制[89], 基于格局分析和過程解析甄別關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力, 辨析和探討驅(qū)動(dòng)因素對不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)簇的影響強(qiáng)度和作用大小, 從而深層次地揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡內(nèi)在機(jī)理。

3.4 充分整合多維生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡資源, 提高綜合研究能力

數(shù)據(jù)資源作為一種戰(zhàn)略資源, 已引起科技界、企業(yè)、決策界的高度重視。然而數(shù)據(jù)多樣且分散, 獲取成本高、周期長、難度大, 如果不充分地整合數(shù)據(jù)資源就不能很好地發(fā)揮“大數(shù)據(jù)”的無形價(jià)值, 甚至造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡細(xì)節(jié)信息的大量忽視[4]。為提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡綜合研究能力, 需利用快速發(fā)展的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能地物識(shí)別等高新技術(shù)深入挖掘數(shù)據(jù), 匯聚國家/地區(qū)、機(jī)構(gòu)、作者、政府等多方力量, 整合土地利用、水文、氣候、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)景觀等數(shù)據(jù)資源, 構(gòu)建一個(gè)全球覆蓋的多學(xué)科、高精度、多尺度、長時(shí)序、實(shí)時(shí)更新的空間數(shù)據(jù)庫, 搭建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡領(lǐng)域數(shù)據(jù)共享平臺(tái), 形成宏觀、綜合、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)模型, 為提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡綜合研究能力提供參考。

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Progress of research regarding the trade-offs of ecosystem services*

DENG Chuxiong, ZHU Damei, NIE Xiaodong, LIU Changchang, LI Zhongwu**, LIU Junyu, ZHANG Guangye, XIAO Linhui, ZHANG Yuting

(College of Resources and Environmental Sciences, Hunan Normal University, Changsha 410081, China)

The extreme intensification of human activities and global climate change have exerted immense pressure on the ecological environment. According to the Millennium Ecosystem Services Assessment, approximately 60% of ecosystem services are in decline globally. Therefore, to better maintain ecological health, promote human well-being, and achieve more sustainability in harmonizing environmental protection and socio-economic development, there remains an urgent need to summarize recent studies on the trade-offs of ecosystem services. In this study, based on the Web of Science Core Collection Database (WOS) and the Chinese Science Citation Database (CSCD), CiteSpace was used to determine the current situation and analyze the latest research on ecosystem services trade-offs by choosing different techniques to create a co-citation cluster view of the citations, a knowledge map of the co-occurrence of subject structure, and a key word emergence map. The results showed that: 1) the trade-offs between ecosystem services are affected by external risks and human needs at the ecosystem level, parameter selection and service providers at the landscape level, and regional differences and heterogeneity at the regional level. 2) Research methods mainly include three categories: trade-off analysis based on relationship recognition and concrete characterization, a module-based quantitative analysis of trade-off simulation and prediction, and multi-criterion analysis toward the optimization of ecosystem service trade-off management. 3) Urbanization, ecological engineering, and climate change are three key drivers of the trade-offs associated with ecosystem services. Most of the trade-offs between supply services, regulation, and support services are caused by urbanization. Ecological engineering improves ecosystem regulation and support services, but reduces supply services to some extent. Global climate change increases external risks while decreasing ecosystem service provision, regulation, and support functions. Based on this analysis, understanding the associated characteristics of ecosystem service trade-offs at various research levels, modifying and innovating study methods, identifying the major factors, and finally, integrating resources to build a data-sharing platform for ecosystem service trade-offs should be the focus of future research.

Ecosystem services trade-offs; Literature statistical analysis; Assessment methods; Supply and demand characteristics; Key driving factors

K9

10.13930/j.cnki.cjea.200062

鄧楚雄, 朱大美, 聶小東, 劉唱唱, 李忠武, 劉俊宇, 張光葉, 肖林輝, 張宇婷. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡最新研究進(jìn)展[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2020, 28(10): 1509-1522

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* 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U19A2047)、湖南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(18A044)和湖南省研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(CX2018B298)資助

李忠武, 主要研究方向?yàn)橥寥狼治g與碳循環(huán)。E-mail: lzw17002@hunnu.edu.cn

鄧楚雄, 主要研究方向?yàn)橘Y源評價(jià)與生態(tài)經(jīng)濟(jì)。E-mail: dcxppd@hunnu.edu.cn

2020-02-03

2020-05-29

* This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (U19A2047), the Key Project of Department of Education of Hunan Province (18A044) and the Postgraduate Scientific Research Innovation Project of Hunan Province (CX2018B298).

, E-mail: lzw17002@hunnu.edu.cn

Feb. 3, 2020;

May 29, 2020