生态系统服务功能管理研究进展

郑 华，李屹峰，欧阳志云，罗跃初

(1.中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京 100085;2.中国地质环境监测院，北京 100081)

生态系统给人类提供了自然资源和生存环境两个方面的多种服务功能，这些服务功能的可持续供给是经济社会可持续发展的基础［1-3］。然而，近一百多年来，全球范围内的60%以上的生态系统服务功能出现退化，极大地损害和威胁着人类自身的福祉，其主要原因之一就是对生态系统服务功能缺乏有效的管理［4］。因此，如何加强生态系统服务功能管理、引导和规范人类活动，进而协调生态系统服务功能保护与社会经济发展之间的关系是人类发展面临的一个重要议题。以2000年启动的千年生态系统评估计划(MA)为标志，怎样将生态系统服务功能研究与决策和管理结合起来逐渐成为国际生态学研究的热点［5］，美国生态学会在2004年提出的“21世纪美国生态学会行动计划”中，就将生态系统服务科学作为生态学面对拥挤地球的首个生态学难点问题［6］;2006年英国生态学会组织科学家与政府决策者一起提出了100个与政策制订相关的生态学问题(共14个主题)，其中第一个主题就是生态系统服务功能研究［7］。这些研究的共同出发点就是如何将生态系统服务功能认知转变为有效保护和管理生态系统服务功能的行动，进而增强经济社会可持续发展能力。本文在总结生态系统服务功能管理面临挑战的基础上，概述了生态系统服务功能管理研究的热点领域及其研究进展，探讨了生态系统服务功能管理研究的趋势。

1 生态系统服务功能管理面临的挑战

生态系统服务功能管理是指以实现区域生态系统服务功能的可持续供给为目标，综合利用生态学、管理学、经济学等学科基本原理调节生态系统格局、过程和功能。生态系统服务功能管理具有多学科交叉、多部门合作、跨区域联合的特点。尽管国内外学者在生态系统服务功能的内涵、类型划分、经济价值评估等方面开展了大量研究［3，8-12］，极大的促进了人们对生态系统服务功能的认识和保护的意识，但生态系统服务功能研究从理论走向管理实践仍是任重道远，面临着一系列的挑战:(1)如何定量测度和表征生态系统服务功能，使生态系统服务功能评估结果可信、可重复、可尺度扩展［4］、可为决策提供有力支撑?(2)如何权衡一个地区的多种服务功能，协调区域社会经济发展与生态系统服务功能保护的关系?(3)如何关联生态系统服务功能的多尺度特征，有效保护不同尺度的生态系统服务功能?(4)如何将生态系统服务功能评估与科学的政策设计结合起来，创新生态系统服务功能管理途径，提高生态系统服务功能管理效果?

2 生态系统服务功能管理研究热点领域

生态系统服务功能管理是一个复杂过程:决策前，需要科学度量和表征生态系统服务功能、明确生态系统服务功能对人类福祉和生计需要的贡献;决策过程中，需要综合考虑各利益相关者，权衡多种生态系统服务功能，协调好两个矛盾(强调某种服务功能与兼顾利用其它服务功能之间的矛盾;同时维持生态系统多种服务功能措施之间的矛盾);决策后，需要综合利用生态学、经济学、管理学等学科知识，提出具体有效的管理途径和措施，增强生态系统服务功能的可持续供给能力。针对管理过程中的上述难点，近年来生态系统服务功能管理研究主要集中在以下5个领域:(1)生态系统服务功能度量;(2)生态系统服务功能与人类福祉的关系;(3)多种生态系统服务功能权衡;(4)生态系统服务功能保护规划;(5)基于生态系统服务功能的生态补偿机制，其中，准确度量生态系统服务功能、阐明生态系统服务功能与人类福祉的关系是生态系统服务功能管理的基础，多种生态系统服务功能权衡的过程也就是管理决策的过程，开展生态系统服务功能保护规划和基于生态系统服务功能的生态补偿是生态系统服务功能管理的有效途径(图1)。

2.1 生态系统服务功能度量

20世纪80年代以来，为了更直观的了解生态系统服务功能的作用，人类开始试着定量评估生态系统服务功能在提供产品、水土保持、气候调节、景观美学等方面的价值。Costanza［2］的研究表明地球生态系统每年至少提供33万亿美元的服务，是当时全球GNP的1.8倍，以此研究为标志，对生态系统服务功能的价值研究开始在全世界范围内兴起［13］，极大增进了人们对生态系统服务功能的认识［8，14-19］。生态系统服务的定量评估是进行生态系统服务管理的基础［20］，将生态系统服务的经济属性用直观的数字表现，能为制定管理政策提供参考标尺，借助生态-经济综合模型还能在给定的备选政策方案中对生态系统服务功能的变化进行预测，在管理政策的筛选中有重要的作用［21］。现有基于服务类型与单价的众多评估工作使人们意识到了生态系统服务功能的重要性，然而这些方法本身都存在各自的缺陷，在一定程度上限制了在决策过程中的应用，近年来随着生态系统服务功能研究的深入，定量方法也出现了一系列新的关注点。

图1 生态系统服务功能管理研究主要议题Fig.1 Main topics of ecosystem services management

(1)更加注重与生态过程的结合，生态过程是生态系统服务功能产生的基础，生态过程的改变驱动生态系统服务功能的变化，因此将生态系统服务功能与生态过程结合能使研究更加准确。Ooba［22］认为先前的研究对日本森林生态系统服务的评估结果偏低，引入基于过程的模型(BGC-ES)模拟与森林相关的生态学过程，能够评估疾病控制、土壤保持等易被忽视的服务，从而使得结果更加合理。与此同时，基于过程的模型需要一系列生物、非生物的参数(如:气候、地形、植被)，使生态系统服务功能的研究不只是关注生产和经济方面的价值［23］，能更好的体现生态系统与周围环境之间的相互作用。

(2)基于土地利用变化情景开展定量评估，为生态系统管理实践提供依据。土地利用不仅是生态系统服务变化的重要驱动力［24］，而且能充分体现服务空间分布的异质性［25］。InVEST模型是近年来新兴的基于GIS的生态系统服务功能评估模型，它基于不同土地利用情景能较准确地对多种生态系统服务功能进行评估，在全球尺度和流域尺度上都有较好的利用，被认为是将生态系统服务功能研究纳入不同尺度管理决策的高效工具，在未来具有广泛的应用空间［26-28］。

2.2 生态系统服务功能与人类福祉的关系

人类福祉是与人类主观感知相关的人类需求被满足的程度［29］，是一个能将人类自身整合到自然中的多维度概念，是生态系统服务功能管理研究的关注点所在［30］。根据MA［3］的定义，人类福祉具有5种要素:维持高质量生活的基本物质需求、健康、良好的社会关系、安全、选择和行动的自由。一般来说，人类福祉依赖于自然、技术、社会制度等一系列条件，但生态系统持续提供的服务是最重要的条件，通过产品提供、支持、调节、文化服务的作用，生态系统服务功能能直接作用于人类福祉，同时福祉状况也会改变人类对自然资源的消费强度，从而影响生态系统服务功能［31］。

人类福祉是生态系统服务功能研究的根本出发点，实现生态系统服务与人类福利的协同发展也是进行生态系统服务管理的重要目的之一，因此充分理解这两者的关系，即:生态系统服务功能对人类福祉与生计需要的满足程度，是决策者关注的焦点所在。只有明确两者的关系，才有可能采取相对应的管理措施来实现生态系统服务功能和人类福利的“双赢发展”。但目前对于两者的关系缺乏系统的研究方法，在实际研究中，一般采用各种综合指标来表征人类福利，通过指标来探讨生态系统服务功能与人类福利之间的关系。比较常见的综合指标有:①联合国提出人类发展指数(HDI)，该指数包括收入分配和贫穷、寿命预期、知识和教育三部分［32］，大量生态系统服务［33］和人类福利［34-35］与HDI密切相关，HDI能够在一定程度上的反映生态系统服务与人类福利的整体状况和相关程度。② 国家福利指数(NWI)，Vemuri［29］的研究表明自然资本对人类福利(用生活满意度表征)有显著影响，基于此，在联合国HDI指标的基础上加入自然资本部分形成了NWI的概念，该指标能在一定程度上使福利评估更加完善。③人类福利指数(IWB)，该指数是由美国环境总署(EPA)及其合作机构提出的一个复合指标，其目的是为了在多尺度上体现人类福利对服务功能变化的响应。IWB有4层结构，分别基于基本人类需求、环境需求、经济度量、幸福感，解释了健康、财富、主观福利感受等多方面的福利是如何随着环境变化而改变的。IWB的开发和应用刚起步，尚面临一系列挑战［30］，但此指标能够为环境项目提供客观真实的统计，不仅有助于了解生态系统服务在经济学上的价值，更能使人类有机会来理解这些生态系统服务是如何为人类自身服务的。

几乎目前所有人类福利指标的研究都处于起步阶段，存在一系列不足，需要进一步完善［31］。但在目前的研究背景下，上述综合指标依旧是研究生态系统服务与人类福利之间关系的有效方法，深入理解这两者的关系能使决策过程更加具有明确的社会效应，只有在此基础上进行生态系统服务管理，才可能实现生态系统服务与人类福利之间的协同发展，并使自然资本更好地为人类社会服务。因此，围绕生态系统服务功能与人类福祉的关系，研究中主要关注以下问题:如何刻画和表征生态系统服务功能对人类福祉的贡献，或人类福祉对生态系统服务功能的依赖性?生态系统服务功能与人类福祉存在怎样的直接和间接关系?促进生态系统服务功能和人类福祉协同发展的有效途径有哪些?

2.3 多种生态系统服务功能权衡

生态系统是一个复杂的系统，内部各要素和各种生态系统服务之间都存在复杂的相互作用，当人类选择性的强调某一种生态系统服务时，往往会损害到其他一种或多种服务的提供，导致预期之外的生态系统服务衰退，并可能引起一系列环境问题［36-38］，因此，生态系统服务功能管理过程在某种程度上也就是多种生态系统服务功能权衡的过程。

权衡主要可以分为空间、时间两个方面:(1)空间上的权衡是指某些生态系统服务的增加会导致同一区域(或者其他区域)其他服务的衰退，其中最引人关注的是供给服务与其他服务的权衡，农业生产提供各种农产品，但同时会减少下游的用水量，施肥还会使水质下降，毁林开垦在全球范围内改变蒸散作用格局并影响区域气候［39］，人工林在使木材增产的同时会导致河流径流量减少，譬如南非的人工造林所导致的径流量减少量占当地河流径流量减幅的1/3［38］，人工林对土壤肥力也有负面的影响［40］。(2)生态系统服务的权衡在时间上常常表现出滞后性，这是由于生态过程本身具有缓慢性和非线性特征，使得一些生态过程所受的影响要经过一段时间，等变化积累到阈值时才能表现出来，譬如农业生产对生态系统服务的一些其他负面效果也要一定时间尺度才能表现出来［39］，Diaz［41］的研究则表明海岸线开发使海水产生低氧环境，长期低氧会造成海洋动物区系的丢失。

加深对权衡的认识是对多种生态系统服务实现可持续管理的前提。理解空间上的权衡能让管理从全局着眼，不只关注某一种服务，而是考虑整个区域的平衡发展，理解时间上的权衡能让管理的目标不被短期需求主导，而是充分顾及子孙后代的福利，从不同的方面深入理解生态系统服务功能之间的权衡则开阔各级管理者的眼界，决策过程中对生态、社会、政治等内容都有考虑。

然而目前对生态系统服务的权衡理解尚浅，现阶段十分需要从不同的角度来加深对权衡产生机制的认知，而这其中，从不同生态系统服务之间的关系入手来进行研究是一种新颖的方式。Bennett［42］提出一种理论框架，认为存在权衡的生态系统服务之间的关系可以分为两种，包括共同驱动力和直接相互作用两种，如果是前者，便可针对驱动力制定相对应的管理措施，如果是后者，则必须针对生态系统服务本身来进行规划。基于此概念框架能加深对权衡产生机理的理解，从而可以通过合理的政策设计和制度建立来取得合理的权衡。美国Oregon州Willamette流域的产品价值(包括农产品、木材、农村住宅)与固碳等生态系统服务之间存在负相关，这种权衡是因为两者之间存在着共同驱动力，即土地拥有者的经济利益，拥有者为了更大的经济利益，更倾向于选择能提供更多产品价值的土地利用方式，从而导致相应生态系统服务的衰退。在此情形下，如果能够通过一定的政策形成“生态系统服务交易市场”，由受益者根据新增的生态系统服务对土地拥有者进行支付，使得拥有者在选择能提供更多服务的土地利用方式时，也能获得较大的经济利益，从而能在有效的改善流域生态系统服务的同时不损害土地拥有者的经济利益，实现区域的可持续发展［25］。

2.4 生态系统服务功能保护规划

生态系统服务保护规划是加强生态系统服务功能保护和管理的有效途径，政府部门联合学者、环境工作者、利益相关者等群体在全球范围内开展了大量工作，进行了一系列生态系统服务功能规划和保护的实践［43］，总的来看，当前的生态系统服务功能保护规划途径主要有:

(1)借助3S技术确定生态系统服务功能保护区。生态系统服务功能制图是当前研究的热点领域之一，其主要程序包括:采用生态模型和GIS技术，揭示区域各种生态系统服务功能的空间特征及其重要性等级;通过空间叠加和分析，明确区域重点生态功能区和每一个重点生态功能区的主导生态功能;根据重点生态功能区的主导生态功能和保护目标，确定各生态功能区的保护措施。《全国生态功能区划》就是将生态系统服务功能理论应用于生态保护实践，进而加强区域生态系统服务功能保护的经典案例［44］，为全国生态系统服务功能保护提供了科技支撑。

(2)把生态系统服务的保护与传统生物多样性保护规划相结合，通过在生物多样性保护规划中增设生态系统服务功能保护目标，实现两者的协同保护。生物多样性保护项目在全球范围内数目众多且规划成熟，地表约有12%是保护区域［45-46］，而且传统的生物多样性保护规划一般是收购土地权属或者地役权，在特定的区域内集中保护特定、多种物种［47］，这种方式能提高生态系统服务功能保护的效率。与此同时，生态系统服务功能有更大的影响范围，能带来更多的政策支持、财政资源以及资金支持，同时还能有效的促进制度上的变更［39］，加入生态系统服务功能保护的内容还能使生物多样性规划涵括更多的利益相关者，规划内容更加全面［48］。因此，在概念框架和实际应用中，将生态系统服务功能保护与生物多样性保护规划相结合被认为是今后的发展趋势。

将生态系统服务与生物多样性保护相结合在全球范围内也有较多的应用［49］。南非为了恢复和保护多样性，需要大规模进行砍伐入侵植物种以及补种乡土植物种的工程，而研究者发现这些工程能够有效的增加水量和改善水质，改善水生态系统服务功能。认识到两者这种明显的正相关，当地政府部门尝试着把这两者相结合，提高全社会的水价，并用增收的水费来持续支持持续砍伐外来种、补种本地种的工程，从而把生物多样性保护和生态系统服务功能保护有效结合起来，取得了极大成功，被认为是涉及生物多样性、水、社会经济发展的最成功的综合土地管理方案之一［50］。

虽然这些保护规划的手段具有明显的优势，但也都存在争议:服务与生物多样性相结合规划的科学性尚存争议，反对者认为生物多样性与生态系统服务功能之间的关系还不够明确，将两者相结合缺乏足够的理论依据，存在使两者同时受到损害的风险［43，48］，事实上，现有的各种应用在理论上都不完美，对这些项目的评估也仅限于经验水平。出现这些争议的原因还是现有保护规划设计缺乏科学原理支持，同时机制尚不健全，因此在今后的研究中需要进一步结合生态系统服务功能产生的过程以及服务功能与其他社会经济因子的相互关系，制定更加科学全面的保护规划，这是生态系统服务管理发展的重要步骤。

2.5 基于生态系统服务功能的生态补偿机制

生态补偿(PES)是一种基于生态系统服务的管理政策设计，以经济手段为主来调节相关者利益关系，由享受生态系统服务功能的支付者向服务提供者补偿，从而在不损害提供者利益的同时实现生态系统服务功能的可持续利用［51-55］。构建生态补偿机制能够有效改善生态系统服务、协调环境保护与经济发展矛盾，被认为是高效、先进的生态系统服务功能管理方法［56］。在设计过程中能充分考虑那些在生态系统服务功能市场化的过程中易被低估甚至是忽视的服务功能，对于参与者而言，经济刺激的机制也比传统的“命令-指挥”模式更具有吸引力，能够更有效的改变人类利用自然资源的习惯［57-58］，同时，众多研究也表明生态补偿的保护效率比其他保护战略更高［59］。

就当前的实际应用情况而言，生态补偿与生态系统服务功能联系密切，生态系统服务功能理论在生态补偿中的应用主要体现在以下两个方面:

(1)确定补偿标准的根本出发点是受偿者提供的生态系统服务功能。生态补偿的核心问题是补偿标准［60］，只有确定合理的补偿标准，生态补偿项目才能长期实施，目前确定生态补偿标准的方法很多，不同的方法具有不同的适用对象。确定补偿标准的根本出发点是受偿者提供的生态系统服务功能，但由于服务外溢本身很难定量评估，且现有的服务价值化的方法尚不完善，因此目前生态系统服务功能的价值还不能够直接作为补偿的标准，而是需要联系利益相关者、保护工程的成本等一系列相关要素来确定补偿标准［61］。但理论上生态系统服务功能的价值还是合理的补偿标准，不仅能够最公平、客观的对不同区域进行补偿［62］，更能使得整个项目更加关注生态系统服务功能本身，提高管理的效率。因此在生态补偿项目设计时，需要在理解生态系统服务功能的内涵、明确不同服务功能的供给基础上，进一步完善服务功能价值核算的方法，让补偿标准更好的体现生态系统服务功能，提高保护的效益。

(2)生态补偿项目对生态系统服务功能的影响是衡量这些项目是否有效的重要指标。随着生态补偿的概念在全球广泛传播，不同应用尺度的生态补偿项目也越来越多，但这些项目普遍缺乏对保护效果的评估，证明这些项目在保护自然资源方面效率的实验数据十分稀少［63-65］。生态补偿项目对生态系统服务功能的影响是衡量这些项目是否有效的重要指标，效益评估的缺乏会使得项目失去纳税人和政府部门的支持，甚至是损害保护组织的声誉［66］，从而阻碍生态系统服务功能的保护进程;同时生态补偿对生物物理过程影响的不明确可能导致项目失去科学基础，不合理的项目不仅不能够有效保护生态系统服务功能，甚至会使其出现衰退［67］。因此，开发出可行的方法对生态补偿的效果进行综合评估势在必行，基于此，部分学者进行了一些探索，Scullion［68］采用包括时间序列分析、遥感分析、问卷调查、实地采访等方法对墨西哥生态补偿项目的环境效果进行评估，结果表明生态补偿项目未能减少高山地区森林减少的趋势。哥斯达黎加的生态补偿项目是典型的生态补偿案例，对包括造林和森林管理等措施在内的森林保护活动进行补偿，覆盖的面积约50万hm2，Pattanayak［69］的研究发现此项目对减少毁林作用的效果也是有限的，减幅仅限于1%—10%甚至是更少。但这些为数不多的评估实例无论是原理还是方法上都有一定的缺陷，准确性和适用性都需要进一步研究来证明，我们需要进一步完善生态系统服务价值评估体系，在此基础上更多的从生态系统服务功能的角度来评价项目实施的效果，以便进行合理的后续政策筛选，促进可持续的生态系统服务功能管理。

3 研究展望

生态系统服务功能管理在实践中的广泛应用对于改善生态系统的管理状况、提高生态系统提供各种服务的能力、改善人类生存环境发挥了重要的作用。但生态系统服务管理是一个综合的过程，加强生态系统服务功能管理并实现可持续发展需要从多方面深化对生态系统服务的研究。

(1)需要进一步加强生态系统服务功能供给的理论研究，加深对生态系统服务功能自身属性变化的“非线性”和“阈值”特征、不同尺度上生态系统服务功能权衡背后生态学原理的理解。

(2)增加生态系统服务研究结果表达的多样性，目前大多数结果是用经济价值的形式表现出来，多元化的表达方式［25］有利于加深公众对生态系统服务的理解，一种理想化的情况是能够开发出一个能够整合服务、社会、经济等各方面参数的综合指标。

(3)生态系统服务功能的研究应该增加与社会学、经济学、人口统计学等领域跨学科研究，不仅需要建立一套跨学科的检验体系来对价值评估以及各种保护措施的结果进行评价，更需要重点关注生态系统服务功能的变化对人类福利的实际影响，在进一步理解服务和福利的基础上设计完善的框架来进行综合研究，增加研究结果的社会实用性，使其能直接为管理者服务。

(4)进一步探索生态系统服务功能研究的结果如何运用到管理决策中，促进在管理实践中的应用，同时通过项目试点将决策内容在小范围进行验证，不断完善生态系统服务功能管理规划，在明确生态系统保护的前提下，使之具有更合理的原理、更可行的机制、更灵活的实施形式，以达到更好的可持续利用效果。

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