劉倩倩，徐昔保

(1：中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，中國(guó)科學(xué)院流域地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008) (2：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，南京學(xué)院，南京 211135)

1990s以來(lái)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值評(píng)估逐漸成為國(guó)內(nèi)外生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究熱點(diǎn), 隨著1997年Costanza等在Nature上發(fā)表了針對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值評(píng)估研究，2005年聯(lián)合國(guó)在千年評(píng)估報(bào)告中將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給服務(wù)、支持服務(wù)、文化服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)4類(lèi)并相繼開(kāi)展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估與影響分析，有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的認(rèn)識(shí)逐步提高[1-8]?，F(xiàn)有研究主要有圍繞物質(zhì)量與價(jià)值量的評(píng)估[9]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)變化與影響機(jī)理分析[10]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系的定性/半定量分析研究等[11-12]，已形成了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-過(guò)程與功能-服務(wù)的研究框架[13]。過(guò)去幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)內(nèi)涵、評(píng)估框架、模型應(yīng)用等方面作了大量的探索和嘗試，為我國(guó)湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[14]。然而，湖泊生態(tài)系統(tǒng)高度復(fù)雜，缺乏較為完整的監(jiān)測(cè)體系與數(shù)據(jù)，針對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(lake ecosystem service valuation，LESV)評(píng)估的過(guò)程模型以及湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征和生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的尺度關(guān)聯(lián)等研究較少，導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究相對(duì)較為滯后，在內(nèi)在傳遞機(jī)制、影響因素定量甄別、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與優(yōu)化調(diào)控等方面仍較為薄弱[15]。本文嘗試構(gòu)建湖泊生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)(lake ecoservice production function，LEPF)以探求一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的方法模型，擬通過(guò)在湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值與關(guān)鍵特征指標(biāo)間構(gòu)建一定的函數(shù)關(guān)系，揭示一段時(shí)間內(nèi)維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生使用服務(wù)的各種生態(tài)生產(chǎn)要素與其所能產(chǎn)生的最大生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)之間的關(guān)系。研究可作為生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)的主要理論基礎(chǔ)和分析方法[16]，為L(zhǎng)ESV的評(píng)估及關(guān)鍵特征指標(biāo)貢獻(xiàn)度的定量甄別提供方法借鑒。

數(shù)學(xué)家Charles Cobb與經(jīng)濟(jì)學(xué)家Paul Douglas于1928年提出生產(chǎn)函數(shù)(CD生產(chǎn)函數(shù))用于研究既定的技術(shù)水平下生產(chǎn)要素投入量的組合與產(chǎn)品的最大產(chǎn)量之間的技術(shù)關(guān)系，此后該函數(shù)不斷發(fā)展并作為工具被廣泛應(yīng)用于人才、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、企業(yè)管理、旅游業(yè)等經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域[17]。隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的不斷發(fā)展，生態(tài)學(xué)家嘗試基于過(guò)程模型與統(tǒng)計(jì)學(xué)方法將生產(chǎn)函數(shù)與生態(tài)過(guò)程相結(jié)合，提出構(gòu)建一種生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)過(guò)程的可用表達(dá)式(模型)，即生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)[18-21]。Jonsson等在提出生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)概念框架的基礎(chǔ)上構(gòu)建一種新型景觀模型，將生產(chǎn)函數(shù)與描述作物生長(zhǎng)的模型相結(jié)合以預(yù)測(cè)土地利用對(duì)天敵害蟲(chóng)生物防治的影響[22]；Maltby等利用定量生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)或外推因子外推的改進(jìn)方式評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系，以此量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡，但同時(shí)存在資源和數(shù)據(jù)密集的問(wèn)題[23]；Faber等基于文獻(xiàn)綜述，對(duì)25種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)121個(gè)生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)的量化程度和因果關(guān)系進(jìn)行歸類(lèi)，認(rèn)為目前只有少數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)建立了合理的生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)[24]。現(xiàn)有生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)研究通常僅根據(jù)生物物理措施來(lái)定義生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，缺乏了一些必要投入的非生態(tài)因素[25]；涉及最終服務(wù)的同時(shí)涉及到中間服務(wù)，二者之間的混淆導(dǎo)致大部分用于關(guān)聯(lián)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過(guò)程與功能的回歸模型并非嚴(yán)格意義上的生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)[20]?；诖耍糠謱W(xué)者進(jìn)一步引進(jìn)“生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)”概念，謝高地等根據(jù)計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)理論和生態(tài)服務(wù)研究積累的理論成果，提出生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)可以被看成是生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)的主要理論基礎(chǔ)[16]；Wainger等在鏈接生態(tài)和經(jīng)濟(jì)建?？蚣艿幕A(chǔ)上提出一系列量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的函數(shù)關(guān)系，逐步揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與人類(lèi)福祉之間的關(guān)系[25]。目前生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)的理論框架仍然是個(gè)空白，大多處于定性的描述階段，定量化構(gòu)建函數(shù)的研究實(shí)例較少，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)生產(chǎn)的基本理論框架首先需要構(gòu)建生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)[16]。

本研究借鑒生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)的內(nèi)涵與框架，在湖泊面廣量大、類(lèi)型豐富、區(qū)域差異大及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較為缺乏等情形下，首先根據(jù)生態(tài)學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的原理確定最終指標(biāo)體系，采用市場(chǎng)價(jià)值法、影子工程法和替代成本法等生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法對(duì)博斯騰湖近30年來(lái)生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果作為被解釋變量；在此基礎(chǔ)上，從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-過(guò)程與功能-服務(wù)的機(jī)理層面分析并綜合考慮湖泊生態(tài)本底、區(qū)位因素影響及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的聯(lián)系等，最終選取了湖泊面積、水位、蒸發(fā)量、水生植被面積、綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)這5類(lèi)關(guān)鍵特征指標(biāo)作為解釋變量；最后基于湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)與關(guān)鍵特征指標(biāo)構(gòu)建出LEPF以定量甄別LESV主導(dǎo)因素貢獻(xiàn)度，并為拓展到區(qū)域尺度的LESV評(píng)估提供一定的理論基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

新疆博斯騰湖(41°56′～42°14′N(xiāo)，86°40′～87°26′E)位于天山南麓，地處巴州焉耆盆地博湖縣境內(nèi)，是我國(guó)最大的內(nèi)陸淡水湖、西北地區(qū)最大的淡水湖、新疆典型的吞吐型湖泊，同時(shí)也是一個(gè)不完整的天然調(diào)節(jié)水庫(kù)，具有調(diào)節(jié)河川徑流、凈化水質(zhì)、蓄洪灌溉、產(chǎn)品提供、生態(tài)調(diào)節(jié)及促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等功能，為水資源匱乏的干旱地區(qū)提供了重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，被譽(yù)為巴州人民的母親湖[26-29]。博斯騰湖作為塔里木河的主要配水湖泊及塔克拉瑪干沙漠和庫(kù)魯克大沙漠之間綠色走廊水源的重要補(bǔ)給湖泊，其對(duì)流域生態(tài)安全保障、“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和中國(guó)-蒙古國(guó)-俄羅斯經(jīng)濟(jì)走廊建設(shè)均具有舉足輕重的作用[30]。然而近年來(lái)由于受自然和人為兩種因素的制約，博斯騰湖湖區(qū)的濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向著更加簡(jiǎn)化和脆弱的方向演化，在生態(tài)環(huán)境中有著多重角色的博斯騰湖面臨著一系列的環(huán)境問(wèn)題[31-34]。此外，相比于森林、草原、荒漠和農(nóng)田等其他生態(tài)系統(tǒng)，湖泊面積及其在陸地中占比都非常有限，其重要性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值往往被嚴(yán)重低估，也缺乏必要的量化表征以及區(qū)域時(shí)空多尺度的研究方法[30]。在當(dāng)前生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的大背景下，博斯騰湖長(zhǎng)期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估及關(guān)鍵特征指標(biāo)定量甄別可為湖泊生態(tài)保護(hù)與優(yōu)化調(diào)控提供理論與科學(xué)依據(jù)，以博斯騰湖為例構(gòu)建LEPF，可為拓展到區(qū)域尺度上的LESV評(píng)估提供一定的理論基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)支撐。

1.2 研究方法

1.2.1 理論框架 LEPF將生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)運(yùn)用到LESV評(píng)估上，主要揭示一段時(shí)間內(nèi)湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值(被解釋變量)與關(guān)鍵特征指標(biāo)(解釋變量)之間的函數(shù)關(guān)系[35]?；舅悸钒ǎ?1)對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)進(jìn)行價(jià)值量評(píng)估，價(jià)值評(píng)估結(jié)果作為最終被解釋變量。評(píng)估主要針對(duì)供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)3類(lèi)，由于支持服務(wù)在起到中間過(guò)程作用(即支持服務(wù)通常是其他三類(lèi)服務(wù)的形成條件)，為了避免重復(fù)計(jì)算，在評(píng)估過(guò)程中不涉及[3]；(2)從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-過(guò)程與功能-服務(wù)機(jī)理層面分析并綜合考慮湖泊生態(tài)本底、區(qū)位因素影響及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的聯(lián)系等，確定影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值的關(guān)鍵特征指標(biāo)；(3)將生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)與關(guān)鍵特征指標(biāo)分別作為被解釋變量與解釋變量代入生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)框架，通過(guò)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)遴選最終的輸入變量，完成LEPF構(gòu)建(圖1)。

圖1 LEPF理論框架[25,35] Fig.1 Theoretical framework for the LEPF[25,35]

1.2.2 函數(shù)構(gòu)建 基于長(zhǎng)時(shí)間序列的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究，更有助于揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)，故研究選取1990-2019年近30年作為研究時(shí)段，根據(jù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，結(jié)合《濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估規(guī)范》(LY/T 2899-2017)，制定了生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)評(píng)估指標(biāo)體系，將博斯騰湖生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)劃分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)價(jià)值3大類(lèi)共8項(xiàng)服務(wù)價(jià)值。其中，供給服務(wù)直接使用市場(chǎng)價(jià)值法進(jìn)行計(jì)算；調(diào)節(jié)服務(wù)使用影子工程法、造林成本法、工業(yè)制氧法、替代成本法等；文化服務(wù)獲得的收益直接從政府統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中獲得。價(jià)值評(píng)估結(jié)果作為被解釋變量(表1)。

表1 被解釋變量指標(biāo)體系*Tab.1 Indicators system of the explained variable

公式如下：

V=∑iVi

(1)

式中，V為湖泊提供的生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值(億元/a)；Vi為湖泊第i項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(億元/a)。

因?yàn)閹缀醪豢赡軐?duì)所有影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的直接或潛在特征指標(biāo)進(jìn)行建模，所以縮小度量集合的一個(gè)有用策略是從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-過(guò)程與功能-服務(wù)的機(jī)理層面綜合考慮湖泊生態(tài)本底、區(qū)位因素影響及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的聯(lián)系等因素，將研究的重點(diǎn)放在關(guān)鍵特征指標(biāo)上。在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，隨著氣候環(huán)境變化和人類(lèi)活動(dòng)影響加劇，作為典型的干旱區(qū)內(nèi)陸湖泊，博斯騰湖面積、水位都發(fā)生了明顯階段性變化，且湖區(qū)地處亞歐大陸中心，氣候干燥少雨且蒸發(fā)量大[43-46]。在生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程和功能方面，水生植被是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成因素，在湖庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮穩(wěn)定沉積物、凈化水質(zhì)、平衡水生生態(tài)系統(tǒng)等作用，對(duì)湖庫(kù)生態(tài)環(huán)境具有重要作用，而各種社會(huì)因素的影響導(dǎo)致的湖泊生態(tài)環(huán)境改變，主要體現(xiàn)在水生植被面積的變化方面[47]；湖泊水環(huán)境對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)起關(guān)鍵性作用，而富營(yíng)養(yǎng)化影響水體水質(zhì)，降低水的透明度，影響水中植物的光合作用，可能造成溶解氧急劇減少，使魚(yú)類(lèi)大量死亡等[48]，葉綠素a濃度常常作為反映水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[49]，透明度是湖泊水體重要的物理參數(shù)之一，是水體光學(xué)組分的綜合反映，二者對(duì)研究湖泊生態(tài)環(huán)境具有重要科學(xué)意義[50]。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面，湖泊面積、水位、蒸發(fā)量3類(lèi)水文氣象要素的波動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響區(qū)域的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，可在反映干旱區(qū)湖泊水文情況的基礎(chǔ)上進(jìn)一部系統(tǒng)研究湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化情況，主要解釋水資源供給服務(wù)及大部分調(diào)節(jié)服務(wù)尤其是氣候調(diào)節(jié)服務(wù)；水生植被是博斯騰湖長(zhǎng)期保持淡水特色的主要原因之一，在促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和湖區(qū)水域環(huán)境保護(hù)方面發(fā)揮了重要的作用[51]，主要用于解釋物質(zhì)產(chǎn)品供給及部分調(diào)節(jié)服務(wù)；營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)方法是識(shí)別湖庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和水污染程度的主要技術(shù)手段[52]，本文主要參照《湖泊(水庫(kù))富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定》中的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI)法對(duì)葉綠素a(Chl.a)、透明度(SD)兩種水質(zhì)特征指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果主要用于解釋部分供給服務(wù)及調(diào)節(jié)服務(wù)，尤其是水質(zhì)凈化服務(wù)?；谘芯繀^(qū)域關(guān)鍵特征及數(shù)據(jù)可得性，最終選定湖泊面積、水位、蒸發(fā)量、水生植被面積、綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)這5類(lèi)關(guān)鍵特征指標(biāo)作為解釋變量(表2)。博斯騰湖1990-2019近30年生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值與5類(lèi)關(guān)鍵特征指標(biāo)分別作為被解釋變量與解釋變量共同構(gòu)成LEPF(表3)。

表2 解釋變量數(shù)據(jù)來(lái)源Tab.2 Data source of the explanatory variable

表3 解釋變量與被解釋變量要素指標(biāo)Tab.3 Indicators of explanatory variables and explained variables

LEPF公式如下：

(2)

式中，A、B、Γ、Δ、E分別代表5類(lèi)關(guān)鍵特征指標(biāo)，α、β、γ、δ、ε分別代表5類(lèi)關(guān)鍵特征指標(biāo)相對(duì)產(chǎn)出彈性系數(shù)，c代表生態(tài)服務(wù)水平常數(shù)；t代表不同年份。

對(duì)(2)式作對(duì)數(shù)處理，得回歸方程(3)：

lnV=αlnAt+βlnBt+γlnΓt+δlnΔt+εlnEt+c

(3)

2 結(jié)果分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值變化

博斯騰湖1990-2019近30年來(lái)生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值為1900.26億～2560.66億元/年，年均2226.84億元/年，其單位面積生態(tài)系統(tǒng)提供的各項(xiàng)服務(wù)功能的價(jià)值，即年平均生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值系數(shù)[53]為2.14億元/km2，遠(yuǎn)高于世界陸地平均單位面積生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值(691400元/km2)和我國(guó)陸地平均單位面積生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值(583100元/km2)[54]。其中氣候調(diào)節(jié)、防洪蓄水在8類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估中占據(jù)主導(dǎo)地位，為主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，分別占生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值的89.43%、10.15%，其年平均生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值系數(shù)分別為1.91億、0.22億元/km2。生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值總體呈“上升-下降-上升”的變化趨勢(shì)且與水位變動(dòng)密切相關(guān)(圖2)。第1階段為1990-2002年，水位持續(xù)上升，生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值量隨之不斷增加；第2階段為2003-2012年，生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值隨水位下降持續(xù)下降；第3階段為2013-2019年，水位和生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值量同步回升。

圖2 生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值與水位變化趨勢(shì)Fig.2 Change trend of final ecosystem service value and water level

2.2 生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)

將博斯騰湖生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值(被解釋變量)與關(guān)鍵特征指標(biāo)(解釋變量)一并代入湖泊生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)模型，在E-views軟件中采用最小二乘法(OLS)進(jìn)行回歸模擬(表4)。

表4 湖泊生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)回歸結(jié)果Tab.4 Regression results of the LEPF

模型1中綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)這個(gè)關(guān)鍵特征指標(biāo)不顯著，剔除該變量后得模型2以便比較。結(jié)果顯示，兩個(gè)模型調(diào)整R2都趨近于1且P值都趨近0，擬合度都較高，整體都通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，且模擬效果良好。本文主要嘗試構(gòu)建LEPF，未來(lái)研究將進(jìn)一步通過(guò)尺度外推開(kāi)展區(qū)域尺度的LESV評(píng)估，該關(guān)鍵特征指標(biāo)的可獲取性與可推廣性較強(qiáng)，故予以保留，即最終選取模型1。

lnV=0.111lnAt+31.955lnBt+0.871lnΓt-0.002lnΔt+0.001lnEt-217.674

(4)

經(jīng)對(duì)數(shù)變換得博斯騰湖1990-2019年近30年來(lái)的生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)：

(5)

從公式(5)可知，湖泊水面面積的產(chǎn)出彈性為0.111，表明湖泊水面面積增加1%，則年均生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值增加0.111%；湖泊水位的產(chǎn)出彈性為31.955，表明湖泊水位增加1%，則年均生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值增加31.955%；湖泊蒸發(fā)量的產(chǎn)出彈性為0.871，表明湖泊蒸發(fā)量增加1%，則年均生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值增加0.871%；湖泊水生植被面積的產(chǎn)出彈性為-0.002，表明湖泊水生植被面積增加1%，則年均生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值減少0.002%；湖泊綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的產(chǎn)出彈性為0.001，表明湖泊綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)增加1%，則年均生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值增加0.001%。5類(lèi)關(guān)鍵特征指標(biāo)中，水位的產(chǎn)出彈性較高，表明水位波動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值變化最為密切，占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。綜合比較各關(guān)鍵特征指標(biāo)對(duì)博斯騰湖生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)度為：湖泊水位>蒸發(fā)量>面積>水生植被面積>綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

3 討論

由于湖泊面廣量大、類(lèi)型豐富、區(qū)域差異大及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較為缺乏等原因，適用于湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定量評(píng)估的方法較少?，F(xiàn)有大部分針對(duì)LESV的研究主要是采用生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估方法針對(duì)單個(gè)湖泊的某個(gè)年份開(kāi)展研究。以博斯騰湖為例，江波等評(píng)估其2002年生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值為91.89億元，價(jià)值量從高到低依次為徑流調(diào)節(jié)>休閑娛樂(lè)>釋氧>原材料生產(chǎn)>固碳>淡水產(chǎn)品>非使用價(jià)值>水資源供給>水質(zhì)凈化[34]；孫玉芳等從直接利用價(jià)值(物質(zhì)生產(chǎn)、休閑旅游功能)和間接利用價(jià)值(涵養(yǎng)水源、調(diào)蓄洪水、降解污染、生物棲息地、文化科研功能)兩個(gè)維度，評(píng)估了2004年博斯騰湖濕地間接和直接服務(wù)價(jià)值分別為1.49億和76.8億元[33]。同時(shí)，北方區(qū)域的青海湖濕地生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)總價(jià)值評(píng)估表明，按最終服務(wù)價(jià)值從高到低依次為水源涵養(yǎng)>氣候調(diào)節(jié)>休閑娛樂(lè)>非使用價(jià)值>釋氧>原材料生產(chǎn)>固碳>食物生產(chǎn)[39]，由此可見(jiàn)氣候調(diào)節(jié)服務(wù)對(duì)干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)具有巨大的生態(tài)價(jià)值，不可忽視。由于評(píng)估指標(biāo)選取差異，尤其是氣候調(diào)節(jié)服務(wù)的選取與否，可能造成最終服務(wù)價(jià)值評(píng)估結(jié)果的巨大差異。上述關(guān)于博斯騰湖的兩項(xiàng)研究均未包括氣候調(diào)節(jié)服務(wù)，而本研究中氣候調(diào)節(jié)為主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，扣除氣候調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值后，2002年與2012年LESV分別為299.40億和293.21億元。因此，不同LESV研究之間差異深受評(píng)估指標(biāo)選取、評(píng)估方法及價(jià)值系數(shù)差異影響。

目前鮮有研究將生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)運(yùn)用到LESV評(píng)估中，本研究嘗試構(gòu)建的LEPF可為區(qū)域尺度上定量評(píng)估湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供方法借鑒。同時(shí)，目前仍存在部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏、未充分考慮湖泊本身生態(tài)機(jī)理影響、部分解釋變量不夠具體等問(wèn)題，本文構(gòu)建的LEPF也存在一定的不確定性。首先，針對(duì)被解釋變量，湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估受限于數(shù)據(jù)可得性，漁獲量、蘆葦產(chǎn)量等存在某些年份的缺失，故導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值長(zhǎng)期變化趨勢(shì)的缺乏，并且在指標(biāo)的選取、定量化評(píng)價(jià)等方面還有待進(jìn)一步深入、完善。其次，對(duì)于解釋變量，特征指標(biāo)的選取需兼顧特征指標(biāo)的可獲取性與可推廣性以及排除指標(biāo)數(shù)據(jù)內(nèi)部可能存在的冗余性等，因此本研究采取了縮小度量集合的有用策略，即從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-過(guò)程與功能-服務(wù)的機(jī)理層面綜合考慮湖泊生態(tài)本底、區(qū)位因素影響及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的聯(lián)系等因素，將研究的重點(diǎn)放在關(guān)鍵特征指標(biāo)上，導(dǎo)致無(wú)法涵蓋更多其他重要但非關(guān)鍵影響因素。此外，特征指標(biāo)的選取還受到時(shí)間、數(shù)據(jù)限制。除了文中提到的5類(lèi)特征指標(biāo)外，水鳥(niǎo)物種數(shù)也在考慮范圍內(nèi)。不同種群的鳥(niǎo)類(lèi)對(duì)棲息環(huán)境有著特殊的依賴性，受環(huán)境變化的直接影響，濕地鳥(niǎo)類(lèi)是濕地環(huán)境質(zhì)量變化中極其敏感的指示物種[55-56]。但由于獲取的數(shù)據(jù)時(shí)間范圍主要是2000年以后，且多是按時(shí)間段來(lái)搜集的，結(jié)果并不足以揭示30年來(lái)的數(shù)量變化，故未作選擇。

最后，從模型結(jié)果上看，以水生植被為例，模擬結(jié)果表明水生植被與博斯騰湖生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值呈較弱負(fù)相關(guān)，可能存在的原因是研究?jī)H提取了湖泊水生植被整體數(shù)據(jù)，并未對(duì)不同植被類(lèi)型加以區(qū)分，再加上研究未充分考慮湖泊本身生態(tài)機(jī)理的影響，導(dǎo)致該結(jié)果在一定程度上僅反映了水生植被整體情況，無(wú)法甄別出具體哪類(lèi)植被類(lèi)型影響較大。未來(lái)研究需重點(diǎn)加強(qiáng)遴選水生植被優(yōu)勢(shì)物種作為關(guān)鍵表征指標(biāo)之一，進(jìn)一步定量探討其與LESV之間的影響關(guān)系。以綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為例，一方面由于本文只利用Chl.a、SD進(jìn)行湖泊(水庫(kù))營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)，參評(píng)指標(biāo)較少，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果在綜合表征營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平方面存在一定的不足；另一方面對(duì)于顯著水平不高的問(wèn)題，可能受近30年來(lái)博斯騰湖營(yíng)養(yǎng)水平?jīng)]有發(fā)生明顯變化影響，導(dǎo)致其對(duì)博斯騰湖LESV變化的影響不顯著。該關(guān)鍵特征指標(biāo)未來(lái)需通過(guò)搜集其他長(zhǎng)時(shí)間序列參評(píng)指標(biāo)數(shù)據(jù)(如總氮(TN)、總磷(TP)等)進(jìn)一步完善。目前有關(guān)LESV的定量評(píng)估模型較少，本研究從理論到應(yīng)用作了初步探討，未來(lái)LEPF評(píng)估與應(yīng)用方向可更多集中于區(qū)域LESV的定量評(píng)估中，其關(guān)鍵特征指標(biāo)的選取可結(jié)合不同湖區(qū)特點(diǎn)作進(jìn)一步的區(qū)分篩選，即關(guān)鍵特征指標(biāo)的選取需根據(jù)湖泊生態(tài)本底特征而定，從而使LEPF模型在區(qū)域尺度上評(píng)估更具有普適性。

綜上，LEPF的構(gòu)建及應(yīng)用與推廣還需進(jìn)一步補(bǔ)充。構(gòu)建LEPF首先需要大數(shù)據(jù)支撐，針對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)匱乏問(wèn)題，可通過(guò)廣泛收集歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并利用多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取更精確、長(zhǎng)時(shí)間序列的數(shù)據(jù)；其次，函數(shù)模型中應(yīng)充分考慮湖泊本身生態(tài)機(jī)理影響，在遴選關(guān)鍵特征指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步重點(diǎn)突出生態(tài)要素比例。此外，函數(shù)模型需重點(diǎn)考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空權(quán)衡關(guān)系、生態(tài)系統(tǒng)特征對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的邊際效應(yīng)及未來(lái)人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化不同情景下的LESV變化趨勢(shì)，切實(shí)為湖泊生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與管控而提供有效的手段與科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

本研究在高度復(fù)雜、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與體系較為缺乏的湖泊生態(tài)系統(tǒng)背景下以及湖泊面廣量大、類(lèi)型豐富、區(qū)域差異大及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較為缺乏等情形下，借鑒生態(tài)服務(wù)生產(chǎn)函數(shù)的內(nèi)涵與框架，構(gòu)建LEPF以定量評(píng)估LESV價(jià)值。以博斯騰湖為研究對(duì)象，研究結(jié)果如下：

1)1990-2019年近30年來(lái)博斯騰湖生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值總體呈“上升-下降-上升”的變化趨勢(shì)且與水位變動(dòng)密切相關(guān)，在8類(lèi)最終生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估中，氣候調(diào)節(jié)、防洪蓄水占據(jù)主導(dǎo)地位。

2)LEPF模擬結(jié)果較好地反映了研究最終選取的5類(lèi)關(guān)鍵特征指標(biāo)的波動(dòng)對(duì)最終生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的貢獻(xiàn)情況，其指標(biāo)貢獻(xiàn)度從高到低依次為：湖泊水位>蒸發(fā)量>面積>水生植被面積>綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。其中，水位的產(chǎn)出彈性較高，表明水位波動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)價(jià)值的變化密切相關(guān)。

致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所劉凱、中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所賈明明、劉閣等對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的共享與支持!