肖　玉, 謝高地, 魯春霞, 徐　潔,2

1 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京　100101 2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京　100049

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基于供需關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)研究進(jìn)展

肖玉1,*, 謝高地1, 魯春霞1, 徐潔1,2

1 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京100101 2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049

摘要:生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究越來越強(qiáng)調(diào)服務(wù)與人類福利的關(guān)系。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)研究試圖在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與使用之間構(gòu)建因果聯(lián)系，探索服務(wù)供給時(shí)空動(dòng)態(tài)與人類福利變化的關(guān)系。綜述了20世紀(jì)90年代以來國內(nèi)外生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的進(jìn)展，梳理了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)研究發(fā)展的脈絡(luò)及其出現(xiàn)的必要性，提出了未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)發(fā)展的重要方向是分布式空間模擬，但這受到數(shù)據(jù)可獲得性和專業(yè)知識的限制。未來可以通過利用已有地理資源數(shù)據(jù)庫和派生數(shù)據(jù)庫增加數(shù)據(jù)來源，組建由不同學(xué)科人員組成的研究團(tuán)隊(duì)來彌補(bǔ)專業(yè)知識不足造成的影響。通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)研究，可以在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求之間建立反饋關(guān)系，為制定科學(xué)合理的管理政策提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；空間流動(dòng)；空間特征；模型模擬

Involvement of ecosystem service flows in human wellbeing based on the

從20世紀(jì)90年代以來，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究開始成為生態(tài)學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)認(rèn)識的深入，研究者有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的關(guān)注點(diǎn)不斷演進(jìn)。最初的研究強(qiáng)調(diào)從生態(tài)學(xué)角度認(rèn)識生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是維持人類生存的生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境條件和過程[1]。隨著聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的開展，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)開始受到包括學(xué)術(shù)界、政府、非政府組織等在內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究者開始認(rèn)識到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福利之間的關(guān)系，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定義為人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的惠益[2- 3]。近年來，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究中越來越強(qiáng)調(diào)人類福利的重要性，認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是“直接享用、消耗和使用以產(chǎn)生人類福利的自然構(gòu)成”[4]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究中越來越關(guān)注人類需求，離開人類受益者，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和過程無法形成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[5- 6]。因此，Burkhard等[7]認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是“生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能結(jié)合其他輸入對人類福利的貢獻(xiàn)”?？梢姡祟惛＠谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究中受到越來越多的重視。那么，如何在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究中體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對人類福利的影響呢？已有的研究大多通過研究某項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的增減來描述其對人類福利的影響[2,8- 9]。這些研究中的人類福利大多是空泛的，受益者沒有具體空間位置，也不能確定哪些人群受益。最近，開始有研究者關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給與需求及其平衡狀況，以某個(gè)區(qū)域內(nèi)人們對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求是否得到滿足來研究服務(wù)對人類福利的影響[10- 11]。但是，這些研究可能存在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和需求空間不匹配的問題[12- 13]，即該區(qū)域提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)并不用于滿足同一個(gè)區(qū)域內(nèi)人類社會的需求。因此，需要對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從產(chǎn)生、流動(dòng)到使用的全過程進(jìn)行研究，理清生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給到達(dá)需求的流動(dòng)過程，才能明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化究竟對人類福利產(chǎn)生了什么樣的影響。在此基礎(chǔ)上，才能在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給與需求之間建立因果關(guān)系，反映受益者對服務(wù)供給的增加或減少做出的直接響應(yīng)和反饋。

1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給研究是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)研究的基礎(chǔ)

1.1從生態(tài)學(xué)角度研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成及其變化機(jī)制

20世紀(jì)90年代以來的很多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究都是從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，更多關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程和功能方面[14- 15]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的產(chǎn)生本身是基于生態(tài)系統(tǒng)過程(如養(yǎng)分循環(huán)、初級生產(chǎn)、分解作用等)、屬性(生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、恢復(fù)力、物理結(jié)構(gòu)等)以及這些過程和屬性在時(shí)間和空間上的維持[16- 18]。一些研究者通過野外實(shí)驗(yàn)來探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生物多樣性以及植物功能性狀之間的關(guān)系，并分析其中存在的內(nèi)在機(jī)制[19- 21]，這有助于探索生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生與形成的過程及其機(jī)制。更多的研究者通過田間試驗(yàn)和模型模擬獲取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)動(dòng)態(tài)[22- 26]，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化與相關(guān)的基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)過程聯(lián)系，試圖將這些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究成果應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理，但目前并沒有明顯進(jìn)展。因?yàn)檫@些研究沒有考慮人類需求，或者假設(shè)人類社會有對這些生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程和功能產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有需求。這些研究只是從生態(tài)學(xué)的角度研究了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給及其形成和變化的機(jī)制，還缺乏有關(guān)人類對該項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的具體研究。

1.2從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度評價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給及其重要性

與此同時(shí)，這一時(shí)期還有很多從生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)角度開展的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的評價(jià)研究。這些研究估算出某個(gè)區(qū)域、某個(gè)物種或某個(gè)過程的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[2,8- 9]。影響范圍最廣的是Costanza等[2]在“自然”雜志上發(fā)表的論文，其評價(jià)結(jié)果顯示全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值為33萬億美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)年全球經(jīng)濟(jì)總量，使得圍繞該結(jié)果產(chǎn)生了大量爭論[27- 28]。后來，國內(nèi)外眾多的學(xué)者評價(jià)了不同區(qū)域和不同類型生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[29- 33]，這為了解全球、國家以及區(qū)域尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間格局和時(shí)間變化提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。但是，這些結(jié)果主要是從生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)角度評價(jià)了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程和功能對人類福利的貢獻(xiàn)，考慮了人類的需求，但是這些人類需求是寬泛的和不確定的，難以在生態(tài)系統(tǒng)管理過程中提供有實(shí)用價(jià)值的科學(xué)結(jié)論。

2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的空間特征研究是服務(wù)流動(dòng)研究的萌芽

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給是指特定區(qū)域在特定時(shí)間段內(nèi)提供特定生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)的能力[34]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給單元是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生的空間單元[6]，由生態(tài)系統(tǒng)、種群及其物理組成構(gòu)成[35]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給單元具有明顯的空間異質(zhì)性，所以其服務(wù)供給能力也具有顯著的空間特征。

由于大部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可以在空間上進(jìn)行模擬和繪圖，使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給空間特征研究成為可能[36- 37]：糧食生產(chǎn)可以通過將農(nóng)業(yè)過程模型與土地利用、土壤和氣候參數(shù)結(jié)合來模擬[38]；水供給可以通過流域尺度水平衡公式來模擬，將降雨、實(shí)際和潛在蒸散、土地覆被和土壤持水能力與基于過程的水文模型相聯(lián)系，用來模擬日徑流，并通過長期日降雨和河流監(jiān)測數(shù)據(jù)來校準(zhǔn)[39]；通過有關(guān)多年生植被覆蓋和土壤類型的方程來模擬洪水調(diào)節(jié)[40]；水流調(diào)節(jié)通常利用水文模型與土壤、植被、土地利用和土地覆被、地形和降雨作為主要數(shù)據(jù)輸入來模擬[41]；侵蝕防護(hù)利用土地覆被、地形和土壤可蝕性參數(shù)通過通用土壤流失方程來模擬[42]。

隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給模擬和繪圖研究的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了一些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給模擬工具。目前使用最廣泛的是美國斯坦福大學(xué)的Natural Capital項(xiàng)目開發(fā)InVEST[43]。它包括用于生物多樣性、美學(xué)、碳、海岸保護(hù)、水產(chǎn)出、沉積物控制等10多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的獨(dú)立模型，結(jié)合用來分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間格局或者跟蹤土地覆被變化導(dǎo)致的改變。InVEST的模型包括基于代理(Tier 1)的繪圖模型、簡單自然產(chǎn)出公式(Tier 2)以及基于點(diǎn)的過程模型(Tier 3)。InVEST的主要輸入是土地覆被數(shù)據(jù)和其他相關(guān)的環(huán)境參數(shù)，產(chǎn)出是生物量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值形式的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)估計(jì)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)是InVEST模型廣泛使用的最大障礙，獲得需要的空間數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化比較花費(fèi)時(shí)間并且存在出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，目前InVEST模型沒有不確定性分析，Kareiva等[43]建議使用相關(guān)的生態(tài)數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行參數(shù)化，得出模型結(jié)果的取值范圍并對其不確定性進(jìn)行度量。因此，未來InVEST模型還需要不斷改進(jìn)以更加準(zhǔn)確的模擬和繪制生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給。另外還有SoIVES，是一個(gè)用于評價(jià)、繪圖和定量認(rèn)知的生態(tài)系統(tǒng)社會價(jià)值的GIS工具，如美學(xué)、生物多樣性和娛樂[44]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給模擬有助于了解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的空間格局，分析不同生物和環(huán)境因素對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的影響，同時(shí)可以利用情景分析的方法研究不同管理措施下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的變化，為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理提供科學(xué)依據(jù)。然而，僅針對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給方面的研究,沒有考慮人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求，沒有將服務(wù)供給與需求關(guān)聯(lián)起來，難以提出科學(xué)有效的管理政策措施。

3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的關(guān)聯(lián)研究促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)研究發(fā)展

3.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求之間的空間關(guān)聯(lián)

Costanza[45]基于服務(wù)供給與享用的空間特征提出了一個(gè)新的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類方法：(1)全球范圍-非臨近的服務(wù)，即人類享用該服務(wù)不依賴于與該服務(wù)的接近程度，如氣候調(diào)節(jié)(碳沉積和碳蓄積)；(2)局部范圍臨近的服務(wù)，即人類享用該服務(wù)依賴于與該服務(wù)的接近程度，如暴風(fēng)雨防護(hù)；(3)與直接流動(dòng)相關(guān)的服務(wù)，即從生產(chǎn)點(diǎn)流動(dòng)到使用點(diǎn)，如水供給；(4)原位的服務(wù)，即服務(wù)產(chǎn)生和享用在同一點(diǎn)，如原材料生產(chǎn)；(5)與使用者運(yùn)動(dòng)相關(guān)的服務(wù)，即人們朝著某個(gè)獨(dú)特自然特征的運(yùn)動(dòng)，如文化/美學(xué)價(jià)值。這表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生及其受益者都與特定的空間位置相聯(lián)系。Burkhard等[34]認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究需要從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和需求及其相關(guān)聯(lián)系來開展研究。Syrbe和Walz[35]提出了服務(wù)連接區(qū)域，是連接生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給單元和使用單元的區(qū)域，也是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和使用相互作用空間，并認(rèn)為服務(wù)連接區(qū)域研究面臨的問題是服務(wù)的傳輸和變換過程。例如，喀斯特地形區(qū)域(服務(wù)供給單元)過濾的水，通過長距離地下輸送(服務(wù)連接區(qū)域)，作為飲用水提供給城市(服務(wù)使用單元)居民使用。可見，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求聯(lián)系起來的核心問題是弄清楚服務(wù)連接區(qū)域內(nèi)服務(wù)的傳輸與變化過程，或者可以稱作生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的流動(dòng)[46]。Fisher等[6]在Costanza[45]的研究基礎(chǔ)上將服務(wù)產(chǎn)生和效益實(shí)現(xiàn)空間關(guān)系分為：(1)原位——服務(wù)供給和效益實(shí)現(xiàn)在同樣位置；(2)全方向——服務(wù)在一個(gè)位置提供，但是惠及周邊景觀而沒有方向偏好；(3)方向性——服務(wù)供給惠及服務(wù)流動(dòng)方向的特定位置。因此，理解服務(wù)產(chǎn)生及其效益實(shí)現(xiàn)之間的空間關(guān)系是研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)的基礎(chǔ)。

3.2基于空間特征的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求及其平衡狀況分析

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的空間關(guān)聯(lián)研究始于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求空間特征及其平衡狀況研究[10]。Kroll等[11]在德國東部的農(nóng)村-城市梯度上利用土地利用、土壤、氣候以及人口、能源消耗、糧食生產(chǎn)等數(shù)據(jù)評價(jià)了能源、食物和水供給服務(wù)的供給與需求，并分析其空間分布格局變化。Burkhard等[34]構(gòu)建了一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求與景觀單元的聯(lián)系矩陣，利用來自遙感、土地調(diào)查和土地覆被以及社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來評價(jià)能源的供給和需求，分析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求及其平衡狀況的空間格局。楊莉等[47]基于縣級統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)，分析了黃河流域生態(tài)系統(tǒng)糧食、油料和肉類三類食物生產(chǎn)服務(wù)的供給與消費(fèi)，分析了食物生產(chǎn)服務(wù)供給與消費(fèi)的平衡狀況，利用縣域空間數(shù)據(jù)將食物生產(chǎn)服務(wù)的供給與消費(fèi)及其平衡狀況進(jìn)行可視化。

這些研究中有關(guān)供給的研究是確切的，因?yàn)橛写_切的生態(tài)系統(tǒng)及其空間分布特征，能較為準(zhǔn)確地計(jì)算出其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給及分布格局，有關(guān)人類需求的估算及其空間分布特征的分析可能也是準(zhǔn)確的，因?yàn)槟軌蚶蒙鐣?jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、調(diào)查數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)將需求在空間上顯示出來，但是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給與需求之間可能空間上是錯(cuò)位的[13]。也就是說，人類利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的位置和產(chǎn)生生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)地點(diǎn)之間不匹配[12]。因?yàn)闆]有對其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給到使用的空間流動(dòng)過程進(jìn)行分析，這些研究中的服務(wù)供給單元產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可能并不用于滿足該區(qū)域服務(wù)使用單元的人類需求，特別針對一些需要通過流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的服務(wù)，如水供給、侵蝕控制等。這種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求之間空間不匹配可能是由于人為原因造成(如修建輸水管道，將水資源輸送到外地，而不是留給下游使用)，有些是因?yàn)樽匀辉?如洪水不可能從低海拔向高海拔流動(dòng))。這樣導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給單元與服務(wù)使用單元之間可能沒有直接因果聯(lián)系，研究得出的結(jié)論也難以為制定科學(xué)的管理政策提供依據(jù)。

3.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)研究的發(fā)展

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)研究實(shí)質(zhì)上就是要在服務(wù)供給與需求之間建立時(shí)空關(guān)聯(lián)，明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)所產(chǎn)生的效益在什么時(shí)間和地點(diǎn)被享用，為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)付費(fèi)等政策措施的制定提供信息[48]。但是，現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)的研究大多還停留在概念階段。

Maass等[49]評價(jià)了由墨西哥太平洋海岸的Chamela地區(qū)的熱帶干旱森林生態(tài)系統(tǒng)提供的淡水供給、氣候調(diào)節(jié)、洪水控制等9項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)供給的服務(wù)，并畫出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)域向受益區(qū)域輸送的示意圖。Palomo等[50]利用參與式調(diào)查法分析了西班牙西南部沿海的國家公園的生態(tài)供給、調(diào)節(jié)和文化服務(wù)的供給區(qū)域和受益區(qū)域，并根據(jù)服務(wù)供給和受益區(qū)域的空間位置繪制服務(wù)空間流動(dòng)的概念模型。另外，還有一些研究涉及有關(guān)大宗商品貿(mào)易的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品空間流動(dòng)，如木材和農(nóng)產(chǎn)品等[51]。Turner等[52]研究了陸地生境保護(hù)區(qū)為人們提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的流動(dòng)，分析了生態(tài)服務(wù)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)過程，建立了空間流動(dòng)模型來估計(jì)能獲得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)效益的人口數(shù)量，在生態(tài)服務(wù)供給與受益區(qū)建立空間關(guān)聯(lián)。Serna-Chavez等[48]構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)的框架來分析服務(wù)供給與受益區(qū)之間的空間關(guān)聯(lián)，提出通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)支持的受益區(qū)面積占總受益區(qū)面積比例指標(biāo)來衡量來自生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間流動(dòng)效益的重要性，并利用該框架及指標(biāo)對授粉服務(wù)、水供給和氣候調(diào)節(jié)服務(wù)空間流動(dòng)做了分析。這些研究已經(jīng)認(rèn)識到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從服務(wù)供給單元到服務(wù)使用單元需要經(jīng)歷一個(gè)空間流動(dòng)的過程，同時(shí)有的研究可以量化出受益區(qū)獲得的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有多少來自服務(wù)的空間流動(dòng)，但是并沒有給出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)的確切路徑并模擬其空間流動(dòng)過程。

美國佛蒙特大學(xué)在美國自然基金的資助下開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)人工智能(Artificial Intelligence for Ecosystem Services, ARIES)項(xiàng)目研究，提出了“服務(wù)路徑屬性網(wǎng)絡(luò)”(Service Path Attribution Networks, SPANs)模型[53]。該模型集成各類生態(tài)學(xué)和地理學(xué)常用的模擬模型，利用概率貝葉斯網(wǎng)絡(luò)來分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給點(diǎn)到使用和受益點(diǎn)的流動(dòng)。ARIES項(xiàng)目組期望這些模型可以模擬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在理想、可能、實(shí)際、難以獲得和封閉條件下的供給、使用、損耗和流動(dòng)過程并繪制地圖[54]。目前，ARIES網(wǎng)站列出其已經(jīng)開發(fā)了包括碳匯和碳蓄積、洪水調(diào)節(jié)、海岸洪水調(diào)節(jié)、美學(xué)景觀、淡水供給、沉積物調(diào)節(jié)等8項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)模擬模塊，并將這些模塊應(yīng)用于不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)模擬。ARIES的設(shè)想非常宏大，需要大量的數(shù)據(jù)和學(xué)科知識來支撐，阻礙了其應(yīng)用。根據(jù)其列出的文獻(xiàn)，目前研究更多是在空間上繪制出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和使用[54-56]，但利用SPANs模型來模擬某項(xiàng)具體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)，并通過空間直觀方法顯示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)路徑和流量的研究還幾乎沒有。因此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)的模擬研究還有很長一段路需要走。

4總結(jié)和展望

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究以人為中心，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生、使用和損耗都與人類社會和人類福利有著密切的關(guān)系。從20世紀(jì)90年代以來，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究經(jīng)過近20年的快速發(fā)展。最初主要關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成和變化的生態(tài)學(xué)機(jī)制以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值的評估，逐漸發(fā)展到關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福利的關(guān)系，這兩方面的研究雖然存在一些爭議(如，同一項(xiàng)生態(tài)服務(wù)的價(jià)值評估方法存在差別，價(jià)值評估結(jié)果的可信度等)，但目前已經(jīng)取得較多研究成果，為后面的研究提供了重要基礎(chǔ)。隨后，研究者開始探究生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)服務(wù)與人類福利之間的空間關(guān)系，研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)流動(dòng)到使用區(qū)的實(shí)現(xiàn)過程，試圖在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給與使用之間構(gòu)建一個(gè)因果聯(lián)系。這方面的研究難度較大，目前研究成果還較少，并沒有突破性進(jìn)展。不過，即便如此也有很多研究者開始投入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)的研究，期望通過這些研究在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福利之間建立反饋關(guān)系，獲得能指導(dǎo)實(shí)踐的科學(xué)結(jié)論。

今后一段時(shí)間內(nèi)，結(jié)合地理要素空間分布特征的分布式模擬仍是研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)的重要發(fā)展方向。SPANs模型就是試圖通過分布式空間模擬來分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)過程與路徑，雖然現(xiàn)在還沒有突破性進(jìn)展，這仍將是未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)研究發(fā)展重要方向。這類方法充分考慮地形地貌、植被、土壤、土地利用等地理要素的空間異質(zhì)性，模擬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)的真實(shí)狀態(tài)，能明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)到受益區(qū)的傳輸過程，確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和享用的利益相關(guān)者，為制定科學(xué)合理的生態(tài)補(bǔ)償和生態(tài)付費(fèi)等政策管理措施提供科學(xué)依據(jù)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)分布式模擬研究發(fā)展受到數(shù)據(jù)獲得性和專業(yè)知識的限制，而且適用于中小尺度(如流域)，在大尺度(如國家或全球)難以應(yīng)用。要克服數(shù)據(jù)缺乏的限制，一方面是直接利用已有的各類數(shù)據(jù)庫，包括地理、生態(tài)、自然資源方面的矢量和遙感數(shù)據(jù)，另一方面也要利用從已有數(shù)據(jù)中派生出的新數(shù)據(jù)，如利用遙感數(shù)據(jù)計(jì)算的植被指數(shù)、NPP等數(shù)據(jù)。要克服專業(yè)知識缺乏的限制需要在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)空間模擬工作中組建由來自不同學(xué)科人員構(gòu)成的研究團(tuán)隊(duì)，如水文學(xué)、地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、氣象學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)等學(xué)科，通過學(xué)科交叉互補(bǔ)，綜合各類專業(yè)知識實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間流動(dòng)模擬。盡管存在很大困難，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給單元到使用單元的空間流動(dòng)過程仍然需要研究，因?yàn)橹挥羞@樣才能準(zhǔn)確的確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給區(qū)域和使用區(qū)域，確定服務(wù)供給和使用的利益相關(guān)者，在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和使用之間建立一個(gè)反饋，將服務(wù)的供給與需求有機(jī)聯(lián)系起來，為制定科學(xué)合理的管理政策提供科學(xué)依據(jù)。

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relationship between supply and demand

XIAO Yu1,*, XIE Gaodi1, LU Chunxia1, XU Jie1,2

1InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

Abstract：Recent ecosystem service flow studies have highlighted the relationship between services and human wellbeing. Ecologists have tried to establish a causal connection between service supply and use, and have attempted to explore the relationship between the temporal and spatial dynamics of service supply and change to human wellbeing. In this report, we review previous studies on ecosystem service flows since the 1990s and investigate the progress that has occurred and its importance. The initial studies focused on the mechanism behind ecosystem service flows and assessed its economic impact, which established a solid basis for further research. The progressively better understanding of the spatial characteristics of ecosystem service supply and use encouraged more researchers to get involved in this study field using simulation modeling, and to investigate supply and use balance at different spatial scales. Analysis of the spatial relationship between service supply areas and use areas identified the existence of a wide spatial mismatch in many types of ecosystem service areas. Therefore, it is necessary to investigate ecosystem service flows in order to understand the process driving the transformation of service production areas into use areas and to clearly define the spatial extent of service providers and beneficiaries. Although several studies on ecosystem service flows have been conducted, information on the distributed simulation of future conditions is limited due to a lack of systematic data and specialized professional knowledge. The data shortage issue can be resolved by using existing databases and derivative databases on geography, ecology, and natural resources. The gap in specialized professional knowledge can be bridged if professionals from different disciplines, such as hydrology, geography, ecology, meteorology, and computer science, join forces. The study of ecosystem service flows will help develop the feedback relationships between ecosystem service supply and demand and will underpin scientific knowledge of ecosystem management.

Key Words:ecosystem services; spatial flow; spatial characteristics; simulation modeling

基金項(xiàng)目:國家科技支撐課題(2013BAC03B05)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31400411)

收稿日期:2014- 11- 17; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 09- 28

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: xiaoy@igsnrr.ac.cn

DOI:10.5846/stxb201411172274

肖玉, 謝高地, 魯春霞, 徐潔.基于供需關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(10):3096- 3102.

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