江　波, Christina P. Wong, 歐陽志云,*

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京　100085 2 亞利桑那州立大學(xué), 可持續(xù)發(fā)展學(xué)院, 美國亞利桑那州　85287

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湖泊生態(tài)服務(wù)受益者分析及生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)構(gòu)建

江波1, Christina P. Wong2, 歐陽志云1,*

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京100085 2 亞利桑那州立大學(xué), 可持續(xù)發(fā)展學(xué)院, 美國亞利桑那州85287

摘要:生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理作為生態(tài)系統(tǒng)管理的優(yōu)化方式，是生態(tài)學(xué)研究的前沿方向。湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理是指綜合利用生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科知識，對影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程、功能的關(guān)鍵因子進行調(diào)控，提高湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平和供給能力的過程。近年來國內(nèi)外學(xué)者針對湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)內(nèi)涵、分類、經(jīng)濟價值評估等方面開展了大量研究，極大地促進了湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從認知走向管理實踐。然而，現(xiàn)有研究在開展湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估時多忽略生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受益者和生態(tài)系統(tǒng)特征對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的邊際影響分析，無法揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動和轉(zhuǎn)移特征及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空權(quán)衡關(guān)系，制約了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究與管理決策和政策設(shè)計結(jié)合。在綜述湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定量評估方法的基礎(chǔ)上，認為通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受益者分析確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)，并通過構(gòu)建生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系及湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征對生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的邊際影響，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)走向管理實踐和政策設(shè)計的科學(xué)依據(jù)，可以確保生態(tài)、社會、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：湖泊生態(tài)系統(tǒng)；最終服務(wù)；受益者分析；生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)

湖泊是維持人類生存和可持續(xù)發(fā)展的重要生態(tài)系統(tǒng)。我國有2759個面積大于1km2的湖泊(其中1/3是淡水湖泊)[1- 2]， 為我國提供了多項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。然而，湖泊水體循環(huán)速率慢，極易受到地方性或區(qū)域性污染物排放的影響[1]，對干擾會做出非線性響應(yīng)并具有一定時滯效應(yīng)。在外界干擾超過一定的閾值時，湖泊能很快從一種狀態(tài)(如：貧營養(yǎng)化)越變?yōu)榱硪环N狀態(tài)(如：富營養(yǎng)化)，湖泊管理極為困難[3]。近幾十年，我國經(jīng)濟的快速發(fā)展加劇了湖泊水體水質(zhì)污染和水資源過度開發(fā)，湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)象越來越嚴重。湖泊富營養(yǎng)化導(dǎo)致藍藻大量繁殖，嚴重削弱了湖泊水資源供應(yīng)能力，由此導(dǎo)致的直接經(jīng)濟損失高達幾十億元[2]，對我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展造成了嚴重威脅。最近對我國67個大型湖泊的調(diào)查顯示，80%的湖泊水質(zhì)為IV- 劣V類[4]。此外，我國湖泊面積縮減現(xiàn)象也極為普遍，僅過去半個世紀就有243個湖泊消失[5]。湖泊水面面積下降和水環(huán)境問題已成為我國局部尺度、區(qū)域尺度和國家尺度的重要環(huán)境、經(jīng)濟和社會問題。

湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理是綜合運用生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科知識，通過湖泊生態(tài)補償和生態(tài)系統(tǒng)保護規(guī)劃，對影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程、功能的關(guān)鍵因子進行調(diào)控，提高湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平和供給能力的過程[6- 11]。隨著湖泊生態(tài)系統(tǒng)理論研究的不斷深入和湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)認知的不斷提升，湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究已從生態(tài)系統(tǒng)健康評價[2,5,12- 14]向生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)優(yōu)化管理方向發(fā)展。過去20年，國內(nèi)外學(xué)術(shù)機構(gòu)在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)內(nèi)涵、評估框架、模型應(yīng)用等方面作了大量的探索和嘗試，為我國湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。然而，國內(nèi)研究仍集中于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總經(jīng)濟價值評估[15- 16]，鮮有研究探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)學(xué)形成機理[17]和受益者空間分布特征[18- 24]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動和轉(zhuǎn)移特征[24- 27]、生態(tài)系統(tǒng)和人類福祉關(guān)系[7,28- 30]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系[31- 39]。我國主要采用以下3種方法評估湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)：(1)列舉湖泊生態(tài)系統(tǒng)提供的所有服務(wù)[40](包括中間服務(wù)和最終服務(wù))，選取相應(yīng)的生態(tài)屬性指標[18,21]或效益指標，評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量和價值量；(2)以土地利用和土地覆蓋為替代數(shù)據(jù)，直接采用效益轉(zhuǎn)化法[41- 42]評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量和價值量[43]；(3)基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估模型，模擬不同土地利用和土地覆蓋情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量和價值量權(quán)衡關(guān)系[44]。這3種方法從提高利益相關(guān)者生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)認知走向管理決策和政策設(shè)計面臨著多方面挑戰(zhàn)，包括：(1)湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值重復(fù)計算[19, 21- 22, 45]，評估結(jié)果可信度不高；(2)評價指標和評估方法多樣化，評估結(jié)果不具可比性且不可尺度擴展；(3)缺乏湖泊生態(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)研究[45- 46]，無法揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系及湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征對生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的邊際影響；(4)忽視湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動和轉(zhuǎn)移特征[40]，不利于揭示利益相關(guān)方與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在不同尺度的相互作用機制[40]，無法為生態(tài)補償?shù)日咴O(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

本文在綜述湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定量評估方法的基礎(chǔ)上，認為通過受益者分析確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)及評價指標，并通過構(gòu)建生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)研究湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系及湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征對生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的邊際影響[10- 11,46- 50]，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)走向管理決策和政策設(shè)計的科學(xué)依據(jù)，可以確保生態(tài)、社會、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展[9, 47, 51]。

1湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法(物質(zhì)量)及其局限性

1.1湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法(物質(zhì)量)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估是環(huán)境管理[52]和生態(tài)規(guī)劃[53]的重要研究內(nèi)容。湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估能揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)對人類福祉的直接或間接貢獻[10, 47]，提高管理者和公眾的湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)認知和湖泊生態(tài)系統(tǒng)保護認識。同時，湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估可以揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空權(quán)衡關(guān)系、湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征對生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的邊際影響及湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動和轉(zhuǎn)移特征，幫助確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)優(yōu)先保護區(qū)域和優(yōu)化管理方式，促進湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由認知走向管理實踐[24- 27, 31, 54]。隨著湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)認知的不斷提高，利益相關(guān)者逐漸認識到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與管理決策和政策設(shè)計結(jié)合的重要性，并在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估框架[9- 11, 55- 56]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量[32, 37, 39]和價值量評估[16, 57- 58]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡分析[29, 59- 60]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)制圖[31- 32]等方面進行了大量研究，但沒有形成通用的湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價指標體系和評估方法[16, 30]。我國湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法可以概括為以下3類：(1)列舉湖泊生態(tài)系統(tǒng)提供的所有服務(wù)，選取相應(yīng)的生態(tài)特征指標或效益指標，基于生態(tài)監(jiān)測、野外調(diào)查、社會調(diào)查等方式搜集原始數(shù)據(jù)，評估湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；(2)以土地利用和土地覆蓋為替代數(shù)據(jù)，采用效益轉(zhuǎn)換化評估湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；(3)借助生物物理模型(biophysical model)、ArcGIS工具、統(tǒng)計軟件等技術(shù)手段，模擬不同土地利用和土地覆蓋情景下湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系，并進行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間制圖。

1.1.1生態(tài)屬性或效益指標

國內(nèi)學(xué)者在湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征(包括生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程、功能)等方面開展了大量工作，為湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估奠定了基礎(chǔ)。在開展湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估時，國內(nèi)研究人員通常會參照生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[9, 41, 61]和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分類體系[9, 11, 62]，列舉湖泊生態(tài)系統(tǒng)提供的所有服務(wù)，并基于文獻綜述、專家意見[25]、研究區(qū)域特征及數(shù)據(jù)可獲得性，選取特定指標，然后基于生態(tài)監(jiān)測、野外調(diào)查和社會調(diào)查等方式搜集第一手資料，評估湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。我國學(xué)者針對湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估開展了大量實踐工作[63- 67]，但沒有形成通用的湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價指標體系。

1.1.2效益轉(zhuǎn)化

效益轉(zhuǎn)化法是評估湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)比較流行和比較普遍的方法，效益轉(zhuǎn)化法是通過查表的方式將已評估的湖泊生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到區(qū)域特征相似的湖泊生態(tài)系統(tǒng)[68]。相比原始數(shù)據(jù)搜集，效益轉(zhuǎn)化法不僅節(jié)省時間也節(jié)省成本，因此在數(shù)據(jù)缺乏和需要做出即時決策時被廣泛應(yīng)用。目前，我國學(xué)者在開展湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估，特別是湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)動態(tài)變化分析時，往往使用單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表[41- 42]進行效益轉(zhuǎn)化，評估湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

1.1.3湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估模型

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估模型能直觀的反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動和轉(zhuǎn)移特征[25- 26]，揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空權(quán)衡關(guān)系和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重點保護區(qū)域[25,37,52]，為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理和政策設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。國內(nèi)目前主要采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值化和得失權(quán)衡綜合評價模型(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs- InVEST)[39-40]進行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估、權(quán)衡分析及空間制圖。InVEST模型是基于GIS軟件的功能擴展模塊，它能較準確地模擬不同土地利用情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空權(quán)衡和協(xié)同關(guān)系，在密云水庫流域[69]、白洋淀流域[70]等區(qū)域得到了較好的利用，目前該模型未見單獨應(yīng)用于湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估中。

1.2湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法局限性

湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估是湖泊管理決策和政策設(shè)計的重要組成部分。近年來，國內(nèi)學(xué)者開展了大量的湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估案例研究，但在評估指標和評估方法等方面仍存在很大的局限性：(1)混淆湖泊生態(tài)過程、功能和最終服務(wù)，造成湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估結(jié)果可信度下降；評估結(jié)果不具可比性且不可尺度擴展；湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動和轉(zhuǎn)移特征不明確，生態(tài)補償?shù)日咴O(shè)計受到影響；湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空權(quán)衡關(guān)系不明確，湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)優(yōu)化管理受到制約。(2)忽視湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的空間異質(zhì)性，直接采用效益法評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。效益轉(zhuǎn)換法雖然可以反映湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布特征和基本變化趨勢，但無法準確確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)先保護區(qū)域[43]和湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的關(guān)鍵驅(qū)動因子。其次，效益轉(zhuǎn)換法容易造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重復(fù)計算[41- 42]和較大的轉(zhuǎn)化偏差(忽視生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的空間異質(zhì)性)，評估結(jié)果可信度不高[68, 71- 72]。

2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受益者分析及生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)構(gòu)建

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求具有高度的時空異質(zhì)性，受管理決策和人類活動等多方面因素影響[17,73]。湖泊是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，內(nèi)部各組分和各服務(wù)之間相互作用、相互影響，形成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)束(Ecosystem service bundles)[74]。在特定的時空尺度，當管理者選擇性的提高某一項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時，往往會削弱其他一項或多項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給水平和供給能力[29,32]。開展湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空權(quán)衡關(guān)系及湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征對生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的邊際影響研究，能協(xié)調(diào)利益相關(guān)者之間的矛盾[40]，實現(xiàn)湖泊生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化管理。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系研究是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估和優(yōu)化管理的一種新模式[75]，受到學(xué)界和管理決策部門高度關(guān)注[29,76- 77]。國內(nèi)外學(xué)者就管理措施(如：土地管理)對不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響進行了大量研究[31- 39]，從理論和實踐揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)此長彼消的權(quán)衡關(guān)系，為開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系研究奠定了基礎(chǔ)。然而我國學(xué)者對湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系的認識存在一定的局限性，阻礙了湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由認知走向管理實踐。管理決策者需要綜合利用生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科知識，區(qū)分湖泊生態(tài)系統(tǒng)中間服務(wù)和最終服務(wù)，并通過構(gòu)建生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系及湖泊生態(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)特征[10- 11,46- 50]，提高湖泊生態(tài)系統(tǒng)管理效能[44]。

2.1湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受益者分析

千年生態(tài)系統(tǒng)評估將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定義為：人類從生態(tài)系統(tǒng)中所獲得的效益，并將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)劃分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)[9]。千年生態(tài)系統(tǒng)評估[9]提出了研究生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉關(guān)系的理論評估框架，被科學(xué)家和管理決策者廣泛認可[6]。然而千年生態(tài)系統(tǒng)評估停留在概念水平，在管理決策中缺乏實際應(yīng)用[30- 31,78]。為了更好地將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念納入到管理決策中，相關(guān)研究將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定義為“生態(tài)系統(tǒng)對人類福祉和效益的直接或間接貢獻”[55,79]，為區(qū)分生態(tài)系統(tǒng)中間服務(wù)和最終服務(wù)、避免生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重復(fù)計算，研究生態(tài)系統(tǒng)和人類福祉關(guān)系提供了可操作性更好的評估框架[10,47,80]。生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)是與人類福祉直接相關(guān)的物質(zhì)量產(chǎn)出[51,80]，生態(tài)系統(tǒng)中間服務(wù)是產(chǎn)生生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的生態(tài)特征，包括生態(tài)系統(tǒng)過程和生態(tài)系統(tǒng)功能等生態(tài)屬性，是無直接受益者的生態(tài)功能量[51,56,80]。提供產(chǎn)品服務(wù)和文化服務(wù)通常是最終服務(wù)，調(diào)節(jié)服務(wù)既可以是中間服務(wù)又可以是最終服務(wù)[20]，支持服務(wù)是中間服務(wù)[46]。

生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)將生態(tài)系統(tǒng)對人類福祉的直接貢獻轉(zhuǎn)化為具有社會價值的物質(zhì)量指標，為區(qū)分生態(tài)系統(tǒng)中間服務(wù)和最終服務(wù)，研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系及生態(tài)系統(tǒng)特征與人類福祉關(guān)系提供了理論基礎(chǔ)。近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對生態(tài)系統(tǒng)中間服務(wù)和最終服務(wù)的區(qū)分原則與區(qū)分方法展開了大量討論。Bockstael[23]認為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以人類利用為中心，其經(jīng)濟價值大小與每一個受益者對生態(tài)系統(tǒng)和自身福祉關(guān)系的評估有關(guān)。Wallace[81]認為混淆生態(tài)系統(tǒng)過程 、功能和服務(wù)是阻礙生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估在管理決策中應(yīng)用的主要障礙，并提出了相應(yīng)的分類系統(tǒng)。Boyd[80]將生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)定義為具有社會價值的物質(zhì)量產(chǎn)出，為區(qū)分生態(tài)系統(tǒng)中間服務(wù)和最終服務(wù)奠定了重要的基礎(chǔ)。Turner[82]和Fisher[83]認為生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)量產(chǎn)出取決于生態(tài)系統(tǒng)條件和過程(中間服務(wù))，但物質(zhì)量能否成為生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)與受益者有關(guān)。例如：對排放污染物到湖泊生態(tài)系統(tǒng)的受益者而言，湖泊水體納污量是最終服務(wù)。對飲用湖泊水資源和到湖泊游泳、觀賞的受益者而言，水質(zhì)凈化過程是中間服務(wù)，清潔的水資源是最終服務(wù)。對到湖泊垂釣的受益者而言，清潔的水資源是中間服務(wù)，休閑娛樂是最終服務(wù)。Fu[21]指出重復(fù)計算是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估面臨的主要問題，并在分析以往研究的基礎(chǔ)上指出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值重復(fù)計算的原因，同時提出了相應(yīng)的解決辦法。Johnston[22]提出了區(qū)分生態(tài)系統(tǒng)中間服務(wù)和最終服務(wù)的理論框架和基本準則，并指出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類需要充分考慮受益者[82]，減少價值評估的不確定性。Nahlik[18]認為采用Boyd[80]對生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的定義能：(1)形成通用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定義；(2)避免生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值重復(fù)計算；(3)能有效促進生態(tài)學(xué)家、社會學(xué)家、經(jīng)濟學(xué)家及管理者之間的合作；(4)被公眾認知和理解。Nahlik[18]還指出受益者分析是確定生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的有效途徑。Ringold[19]指出生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)評估是將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)納入到管理決策的重要手段，并提供了確定生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)指標，定量化生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉關(guān)系的6個關(guān)鍵步驟。不同利益相關(guān)者與生態(tài)系統(tǒng)的不同組分相互作用，受益者分析對確定生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)類型和指標具有重要作用[19]。Reyers[45]提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估和管理的“社會-生態(tài)”系統(tǒng)，也需要基于受益者分析確定生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)[45]。

盡管諸位學(xué)者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估有不同的理解和看法，但基于受益者分析確定生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的觀點卻基本一致?；谝陨衔墨I綜述，本文總結(jié)了通過受益者分析確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的幾個基本過程：(1)確定研究區(qū)域湖泊生態(tài)系統(tǒng)組分及其空間分布；(2)確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受益者空間分布；(3)列舉與人類福祉相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)屬性并歸類；(4)根據(jù)受益者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的實際需求和利用，確定生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)類型；(5)通過受益者偏好分析(例如：社會調(diào)查)，確定生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)指標。結(jié)合以上基本過程及湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估經(jīng)驗，確定了與人類福祉有直接相關(guān)性的湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)類型(表1)，為區(qū)分湖泊生態(tài)系統(tǒng)中間服務(wù)和最終服務(wù)，開展湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)精細化評估提供了重要基礎(chǔ)，能提高不同案例研究的可比性和可尺度擴展性。

表1　湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)類型及其受益者

2.2生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)構(gòu)建

生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)是研究生態(tài)系統(tǒng)特征對生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)邊際影響的重要方法。跟經(jīng)濟評估函數(shù)確定產(chǎn)品輸入和輸出的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系類似，生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)通過生物物理模型和統(tǒng)計學(xué)方法確定生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程、功能(解釋變量)和生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)(響應(yīng)變量)的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，進而定量化生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的時空權(quán)衡關(guān)系及其對生態(tài)特征變化的邊際響應(yīng)特征[10, 46, 50](圖1)。生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)通過整合生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)和社會學(xué)等學(xué)科知識，為管理決策和政策設(shè)計提供重要依據(jù)。其重要作用在于：(1)區(qū)分生態(tài)系統(tǒng)中間服務(wù)和最終服務(wù)，避免價值重復(fù)計算[46]。(2)定量化不同管理措施(如：土地利用變化、水資源和水環(huán)境管理等)下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空權(quán)衡關(guān)系。(3)揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間流動和轉(zhuǎn)移特征。

國內(nèi)學(xué)者需要整合生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科知識，通過生態(tài)- 經(jīng)濟綜合模型提高湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的可信性，為制定湖泊生態(tài)補償標準、確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)先保護區(qū)和開展湖泊生態(tài)功能區(qū)劃等提供重要依據(jù)。生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)是湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟價值評估和湖泊生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化管理的關(guān)鍵過程[84]，是湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與政策設(shè)計有力結(jié)合的重要保障。生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)可以為價值評估提供合理的數(shù)據(jù)支撐(物質(zhì)量)，在避免生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值重復(fù)計算的同時，揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空權(quán)衡關(guān)系和生態(tài)特征對生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的邊際影響。生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)能提高效益轉(zhuǎn)化法應(yīng)用的合理性，為湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建和即時決策提供重要支撐。

圖1　生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)在生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)核算及權(quán)衡關(guān)系中的應(yīng)用Fig. 1　Ecological production function calculates the influence of ecological characteristics metrics on final ecosystem services as marginal changes to quantify tradeoffs to inform management decisions

3結(jié)論與展望

我國擁有數(shù)量眾多的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，對我國居民生存和社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要的支撐作用。然而，社會經(jīng)濟發(fā)展對資源的需求加劇了湖泊水體水質(zhì)惡化和湖泊面積萎縮，嚴重影響了湖泊生態(tài)功能及其提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。隨著利益相關(guān)者對湖泊生態(tài)服務(wù)認知的不斷提高，湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估已成為環(huán)境管理、生態(tài)規(guī)劃和政策設(shè)計的重要內(nèi)容。然而，我國在湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估指標和評估方法等方面存在很大的局限性，嚴重影響了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由認知走向管理實踐。我國急需確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)、提高湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估技術(shù)，揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空權(quán)衡關(guān)系及湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動和轉(zhuǎn)移特征，為管理決策和政策設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

本文在綜述湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定量評估方法的基礎(chǔ)上，提出通過受益者分析確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)類型及評價指標，并通過構(gòu)建生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系及湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征對生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的邊際影響。生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)是湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟價值評估和湖泊生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化管理的關(guān)鍵過程。然而，創(chuàng)建完整的生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)需要大量的數(shù)據(jù)支撐，是一個相對漫長的過程。短期內(nèi)，可以通過跨學(xué)科合作，確定生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)指標及相應(yīng)的生態(tài)特征指標，建立監(jiān)測項目，為構(gòu)建生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)提供數(shù)據(jù)支撐，使湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從認知走向管理實踐。

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Beneficiary analysis and ecological production function to measure lake ecosystem services for decision-making in China

JIANG Bo1, Christina P. WONG2, OUYANG Zhiyun1,*

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2SchoolofSustainability,ArizonaStateUniversity,Tempe,AZ85287,USA

Abstract：Lakes provide important resources to sustain human livelihoods and economic development. Lakes have significant ecological, cultural, and economic value in China as they supply drinking water, valuable fish species, regulate local climates, and provide scenic landscapes for leisure and tourism. However, they are one of the most extensively and rapidly altered ecosystems in China. Ecosystem services offer a holistic framework to link ecological and economic outcomes to manage the interconnectivity between ecosystems and human welfare. The ecosystem services concept seeks to clarify tradeoffs among ecosystem services and other social demands to improve lake ecosystem management. In recent decades, scientists have increasingly recognized the relevance of ecosystem services in policy analysis. In China, policy makers want to use ecosystem services in ecological compensation programs where consumers of ecosystem services pay suppliers for the benefits. However, technical challenges in separating intermediate ecosystem services from final ecosystem services to quantify tradeoffs are hindering the measurement and valuation of ecosystem services for lake management. Chinese scientists are confronted with the challenge of creating credible and legitimate ecosystem service values to inform policy makers on designing effective ecological compensation programs. A transdisciplinary approach is fundamental to measuring ecosystem services to understand how biological mechanisms of lake ecosystems support final ecosystem service flows. In the present study, we identify methods to measure lake ecosystem services and the gaps in current methods, and propose using ecosystem service flow mechanisms and beneficiary analysis to identify final ecosystem services, and ecological production functions to characterize the relationships between management choices, ecological characteristics, and economically valuable final ecosystem services. Ecological production function can help advance ecosystem services quantification to clarify tradeoffs for incorporating ecosystem services into lake management in China.

Key Words:lake ecosystems; final services; beneficiary analysis; ecological production function

基金項目:國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201204201)

收稿日期:2014- 10- 19; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 08- 24

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: zyouyang@rcees.ac.cn

DOI:10.5846/stxb201410192051

江波, Christina P. Wong, 歐陽志云.湖泊生態(tài)服務(wù)受益者分析及生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)構(gòu)建.生態(tài)學(xué)報,2016,36(8):2422- 2430.

Jiang B, Wong C P, Ouyang Z Y.Beneficiary analysis and ecological production function to measure lake ecosystem services for decision-making in China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(8):2422- 2430.