流域生態系統服務研究進展與展望
流域生態系統為人類提供各種服務：以豐富的水資源哺育人類、灌溉農田、凈化環境，以廣闊的水域維持生物多樣性，以干、支流為聯系紐帶溝通全流域，以蘊藏的巨大水能為流域經濟發展提供動力。然而，隨著全球氣候變化和人類活動干擾加劇，流域土地利用/覆蓋發生變化，自然生態環境遭到破壞，水土流失加劇，生物多樣性降低，水體污染和富營養化問題越來越突出，已嚴重影響到流域生態系統服務[1]，導致經濟發展和生態保護之間的不平衡[2]。當前，流域管理是一個棘手的問題，如何協調社會經濟發展和生態環境保護，解決各類開發活動引起的資源沖突和生態環境問題，需要綜合考慮資源環境現狀和社會經濟活動等因素制定相應政策[3-4]。
流域生態系統是由社會-經濟-自然生態系統組成的巨型復合生態系統，由于地域分布差異，各子生態系統的大小、形狀、數量、類型、構型也存在不同，這些都將影響流域能量流動、物質輸送和物種變化。流域生態系統通過水與碳、氧、氮、磷等物質的循環過程得以維系，其中水文過程(水資源、水環境)是流域生態系統健康和社會經濟持續發展的關鍵制約因素，與水資源有關的生態系統服務已成為該領域的研究重點。由于大部分生態系統服務價值無法在常規的商品市場得到反映，因此在經濟發展決策中得到的權重或關注度通常較小。如果能夠量化這些價值，可促使人們全面認識流域生態系統在支撐經濟建設、維護生態系統健康和保障生態安全方面的地位和作用，也有利于幫助決策者尋求合理的流域資源配置和生態系統管理方法[5]。生態系統服務的定量評估也是制定流域生態補償機制、實施生態修復的重要依據和科學基礎[6-8]。
筆者在總結國內外有關流域生態系統服務研究動態的基礎上，歸納流域生態系統服務的分類和評估方法，重點闡述流域生態系統服務的特點和內涵，總結分析該領域的研究重點和發展趨勢，以期為流域生態補償、生態修復和流域綜合管理的相關研究提供參考。
1 國內外研究動態
當前有關生態系統服務的研究已經成為生態經濟學領域的研究熱點[9-10]。特別是1997年COSTANZA等[11]在《Nature》上發表的有關全球生態系統服務價值評估的文章，掀起了生態系統服務研究的熱潮，在全球、國家、市、縣、區域、流域等不同空間尺度上，針對森林、草地、農田、濕地、海洋等不同生態系統類型的研究廣泛開展。中國當前處于經濟發展與生態環境矛盾最為突出的特殊時期，近年來該研究領域發展較快，但總體處于概算式研究和模仿研究的初步階段[12-18]。
流域生態系統服務價值評估是近年來該領域逐漸興起的研究方向。國際上(主要是歐洲、非洲和美洲)，大多基于流域管理、土地/水資源利用、經濟政策制定、公眾教育等目的，評估流域水資源、水土保持、減輕災害等各類生態系統服務價值[19-21]，權衡分析經濟服務和生態服務、流域上游保護與下游經濟的關系[4]，探討農業發展、土地利用變化和不同政策措施對流域生態系統服務價值的影響[2,20,22-24]，并嘗試采用直觀的分類描述和評估結果以使公眾更容易認識和理解所處生態系統的價值[25]。國內方面，已有關于黑河、海河、淮河、黃河、太湖、洞庭湖、延河下游、瑪納斯河、石羊河、鄱陽湖和九龍江等流域生態系統服務價值評估的報道[21,26-29]，當前的研究重點是評估各種人類活動(土地利用變化、農業措施、水力發電等)對流域生態系統服務的影響，并與流域上下游補償機制相聯系[7]。目前，國內流域尺度的生態系統服務研究主要套用全球或區域尺度的研究方法，其相關評估方法、指標體系和賦值標準各不相同，流域生態系統服務評估的特點和內涵也未見明確闡述。
2 流域生態系統服務的分類和評估方法
2.1 流域生態系統服務的分類
生態系統服務是自然生態系統向人類福利傳送的物質、能量和信息流。20世紀90年代開始，研究者從不同學科或跨學科視角，基于不同目的和研究尺度提出了生態系統服務的各種分類方法，整體上以Costanza、De Groot以及MEA(千年生態系統評估小組)的分類體系最具代表性[30]。由于生態系統本身的復雜性、時空異質性以及評估目的不同，目前所有分類體系都可能存在一定的不合理性和局限性[31-32]。由表1可見，隨研究目的不同(如通過評估影響公眾選擇和政策制定、平衡上下游的保護與發展、加強流域資源管理、提高公眾認知、構建綠色GDP、揭示人類活動影響機制等)，流域生態系統服務的分類或指標體系也呈現多樣化特征，但主要包括水資源、農產品和原材料、水和氣候調節、水土保持、生物多樣性以及文化娛樂這6大類。其中，水資源包括工農業用水、生活用水和船舶運輸等;水或氣候調節包括水體自凈、防洪、基流、固碳作用和固氮作用等;水土保持包括維持土壤肥力、減少土地廢棄和減輕泥沙淤積等;生物多樣性包括生物棲息地、珍禽特有越冬地和植被生產力等;文化娛樂包括狩獵和捕魚、濕地景觀、水鳥景觀、科考旅游等。據案例統計，水資源、農林牧副漁產品、水調節、水土保持和文化娛樂是目前流域尺度生態系統服務研究最為關注的內容。由于目前對于流域生態系統服務分類與價值評估方法還沒有形成統一認識，賦值標準也不一致，導致評估結果難以直接比較。
2.2 流域生態系統服務價值評估方法
國內外對全球、區域、流域等不同尺度生態系統服務價值評估的方法可分為市場價值法、替代市場法和假想市場法3大類，具體包括市場價格法、生產率變動法、享樂價格法、旅行費用法、支付意愿法、成本費用法和收益轉移法等。采用這些方法計算獲得的流域生態系統服務價值主要反映人類的需求，但并不能完全體現它對整個流域可持續發展的貢獻，對流域生態系統“隱性”的生態功能(比服務功能更重要，是提供生態服務的基礎)還很少也很難進行定量估算。對于流域尺度的生態系統服務評估，雖然可以借鑒全球或區域尺度生態系統服務的評估方法，但無法完全反映流域生態系統的特性。近年來，不少學者對流域尺度的生態系統服務評估方法作了改進和探索，主要包括3個方面：
(1)在評估中融入社會因素，考慮流域利益相關者的支付意愿。將自然、經濟和社會作為一個整體，在評估中考慮生態系統產品和服務的社會價值[37];考慮流域居民和政府部門等利益相關者對生態系統服務和資源保護的支付意愿或補償意愿[38-41]。通過公眾調查(包括流域居民、專家和管理者
)，可以對不同生態系統服務的重要程度進行排序[25]。支付意愿調查法可以廣泛用于那些間接的或不可見的生態服務評估，但缺點是受限于調查者的主觀意識和對相關專業知識的了解程度[25]，還受到家庭年收入、對政府的信任程度和環境保護意識等因素的影響[42]，易造成評估結果的不確定性。此外，使用層次分析法確定評價因子的權重[36,43]，也可以反映各類生態系統服務對利益相關者的重要程度。
(2)強調生態系統服務價值時空變化的表達，運用GIS技術建立相應的評估模型。由于生態系統服務存在高度的時空異質性，運用GIS技術能夠實現對于生態系統服務價值的空間分析和可視化表達[22]。而且基于GIS建立的各種評估模型可用于模擬和分析整個流域生態系統服務的分布情況[33,44]，使流域生態系統服務的動態化表達成為可能[45]，可視化的評估結果更直觀，對實踐的指導也更具針對性和實用性。
(3)強調生態系統服務的綜合評估應基于長期的生態系統監測。試驗監測結果能為生態系統服務的定量評估提供基礎數據[35]。由于我國的生態環境監測網絡尚不健全，流域研究成果零散，不足以支持流域生態系統服務的長期動態變化評估。針對數據缺乏問題，唐增等[46]應用最小數據法，通過分析土地利用收益的空間分布計算生態系統服務機會成本，進而推導出生態系統服務供給曲線，該方法對數據要求低，計算簡單，可以滿足生態系統服務付費(生態補償)政策分析的需要。
目前，流域生態系統服務價值主要從生態學和經濟學2個角度進行計算[47]。生態系統服務的生態學價值通過生產成本理論估算，未考慮消費者偏好。生態系統服務的經濟學價值主要源于生態系統服務的交換價值，以消費者偏好為基礎，未充分考慮生態系統內部的生態學機制和公共服務性。這些評估方法通過量化流域生態系統服務價值，引導人們有效使用自然資源，協調經濟發展與生態環境之間的失衡問題，但很少考慮人文心理和社會經濟因素[33,48]。此外，受技術限制，現有評估方法大多沒有考慮生態系統的結構與狀況，如未將森林生態系統的幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林區分對待，使得最后的評估結果往往偏差較大，難以直接應用于流域管理、生態補償或生態修復相關政策的制定。因此，在當前大力實施生態工程的背景下，如何在評價體系中將生態系統結構進行細化是今后生態系統服務量化研究的一個重點。
3 流域生態系統服務的特點和內涵
Ehrlich于1983年首次提出“生態系統服務”的概念。廣義的生態系統服務包含生態系統產品和服務，其被大多數學者接受的定義是生態系統能夠生產、輸送和維持的一系列人類認為最重要的產品或服務，衡量生態系統服務價值的標準是人類可以從生態系統中獲得惠益的多少。該定義在內涵上側重于生態系統對于人類發展的支撐意義，也反映出以人為中心的發展觀和價值觀。然而，人們往往忽視了生態系統的生態功能(包括物質循環、能量流動和信息傳遞)是提供生態系統服務的重要前提。生態系統服務在不同空間尺度上應該有不同的特點和內涵。
由于流域特殊的地理特征，對于流域尺度的生態系統服務應重點考慮以水循環過程和水生態過程為紐帶的生態系統產品或服務，其核心價值表現為水資源和水環境在支撐流域社會經濟發展、維護生態系統健康、保障生態環境安全等方面的作用。流域范圍內的森林、草地、谷地、平原通過河流湖庫水系(包括地表水和地下水)構成一個整體生態系統，從而實現物質、能量、信息的傳遞和循環。人們大多選擇在水資源豐富的區域生產和生活，導致河流上下游、左右岸、農村和城市等不同地理單元的社會經濟形態存在空間差異，經世代繁衍逐步形成流域人類文明。因此，流域尺度的生態系統服務主要涉及水資源服務和水生態服務兩大類。前者包括工農業和商業用水、市政用水、娛樂休閑等，屬于可見、直觀的直接利用價值;水生態服務主要包括水調節、氣候調節、水土保持、污染削減和水體凈化、提供與生物多樣性保護相關的生境或棲息地等，總體屬于間接利用價值或支撐性服務。
流域居民和管理者最為關心的生態系統服務類型是水資源服務，它是人類生存與社會經濟發展的重要支撐。雖然水資源的價值可以在市場經濟體系中得到量化，但由于水權界定模糊，其仍然具有公共物品屬性，加上人類對水資源存在超額需求，容易產生水資源浪費、用水沖突、分配困難等資源配置性問題。水生態服務長期以來不受重視，一方面是由于其與生產、生活沒有直接關系，價值難以量化;另一方面，傳統的自然資源管理以行政區劃為單元，無法在流域尺度上統籌考慮河流上下游、左右岸這一整體生態系統。受地理氣候條件影響，流域生態系統存在明顯的分布格局，尤其是大江、大河流域，其上、中、下游在生態系統結構與功能上存在明顯差異，如上游可能是荒漠，中游主要是森林和草地，下游主要是耕地和人工濕地等。受資源稟賦限制，流域內各地區人口分布和經濟發展并不平衡，流域各行政區之間在水資源或水生態服務的利用上必定產生沖突。流域生態系統服務在空間上存在流動性(如河流)和累積性(如梯級電站大壩)的特點，在時間上也存在長期累積效應(如營養鹽結構變化導致生境模式改變和生態系統演替)。人們對流域上、下游生態系統的保護或破壞行為在環境經濟學上表現為正外部性或負外部性問題，而這些問題未能在傳統的國民經濟核算體系(GDP)和“各自為政”的經濟決策中得到平衡。流域生態補償是解決流域社會經濟發展中公平與效率問題的重要途徑，也是實現流域綜合管理和基于生態系統管理的基礎。因此，流域生態系統服務研究應融合水資源服務與水生態服務為一體，在流域尺度上，基于生態系統健康或生態環境安全的考慮，評估生態系統服務的空間分布及其動態變化，并通過合理的評估方法量化生態系統服務價值，將其納入社會發展與生態保護決策機制。
4 生態系統服務與基于生態系統的流域管理
當前水質惡化、富營養化、水土流失和生境破壞等流域性問題凸顯，人們逐步認識到人口增加和經濟快速發展對流域生態系統服務的負面影響——生態系統被破壞，進而導致生態系統服務損失。目前國際上推崇流域綜合管理和基于生態系統的管理理念，我國的水資源管理也在向流域管理和區域管理相結合的模式轉變。毫無疑問，流域社會經濟的可持續發展取
決于生態系統功能的穩定性和生態系統服務的持續性，在流域綜合管理框架下要綜合考慮水資源服務和水生態服務，污染防治與生態修復并重。
國內外已有大量生態修復工程和生態補償機制的實施案例，需要特別指出的是，對生態修復工程的后續評估，必須通過第三方基于生態系統過程和功能(如濕地用于營養鹽削減)開展的科學試驗，評估修復后的資源、生境及其提供的服務是否等同，而不僅僅是簡單的價值量化。若不能確保生態修復工程可完全抵償已受損的生態系統服務，這種生態修復機制就會鼓勵開發者不斷占用生態環境資源(如將濕地轉為建設用地，與支付的生態補償金相比，其收益遠高于成本)，進而導致生態環境持續惡化[8]。當然，在生態修復成本很高或者修復措施不可行時，經濟價值評估也可作為征收生態損害補償金的重要依據。在實踐中，目前還未建立生態系統服務的科學評估體系和配套的政策、財政機制，無法將自然資本核算納入資源管理決策和生態補償機制中[49]，對相關政策的實施結果也缺乏第三方進行客觀的監測與評估[50]。從這個層面來看，流域生態系統服務評估是聯系自然科學、環境經濟學與管理科學的橋梁，是基于生態系統的流域管理的一個衡量基準。
5 總結與展望
在人類活動和全球氣候變化的疊加影響下，流域生態系統提供產品和服務的能力受到了不同程度的損害，流域生態系統是否可持續已成為一大挑戰。人類除了在科學研究上認識生態系統，在技術工程上實現生態修復，還應從社會、經濟和人文層面，利用以市場為主導的政策方法，引導水資源分配機制向促進供給服務、調節服務和水生態系統支撐性服務的可持續發展方向轉變[23]。
當前已進入地球系統科學時代，針對流域生態系統服務的研究，首先要認識到流域生態系統的復雜性，特別是受人類干擾日益強烈的水生態系統，其生態過程、生態功能和生態服務與社會福利之間存在非線性相互作用關系，生態系統服務呈現出高度的空間異質性和動態性。因此，生態系統服務研究的首要任務是將自然過程與社會過程、經濟過程相聯系。在研究思路上，要注重科學研究與應用實踐的對接，加強科學家與管理者的對話，將評估結果轉化為能夠被決策和管理者直接應用的科學依據;在研究內容上，重點研究“生態過程-生態功能-生態服務-獲得利益”之間的關系;在研究手段上，強調跨學科交叉、生態系統服務動態評估模型以及“3S”技術的綜合應用。
在全球生態系統服務研究快速發展的學術背景下，流域生態系統服務研究將更加注重水生態系統服務評估的相關理論和方法學研究。通過系統性研究和多學科綜合研究，推動評估指標體系和賦值標準的規范化，建立一套適用于流域尺度生態系統服務的科學有效的評估方法，是當前該領域研究的主要任務。相信隨著生態系統科學研究的深入，流域生態系統服務評估可為流域生態環境保護和流域綜合管理提供更有力的支撐。
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