人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的影響

劉慧敏,劉綠怡,丁圣彥,*

1 河南大學(xué)教育部黃河中下游數(shù)字地理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,開封 475004 2 河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院,開封 475004

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人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的影響

劉慧敏1,2,劉綠怡1,2,丁圣彥1,2,*

1 河南大學(xué)教育部黃河中下游數(shù)字地理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,開封 475004 2 河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院,開封 475004

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)地形成、輸送、轉(zhuǎn)化和維持具有重要作用,搭建起了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與人類需求之間的橋梁,成為近期學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)之一。隨著人口數(shù)量的急劇增加和經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展,人類的物質(zhì)需求呈非線性方式增長。人類在利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流帶來惠益的同時(shí),也給生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流帶來壓力。綜述了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的內(nèi)涵和屬性特征,包括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的定義、分類、時(shí)空尺度、載體特征和量化屬性等。分析了人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的影響機(jī)制,即積極的與消極的人類活動通過對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的空間單元、傳遞載體和量化屬性等方面的影響進(jìn)而影響到具體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流并最終影響人類福祉。探討了通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流價(jià)值和風(fēng)險(xiǎn)評估、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流保護(hù)規(guī)劃、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流恢復(fù)與重建等積極的人類活動,來實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳輸功能的可持續(xù)。未來可以通過對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流路徑載體衰減效應(yīng)研究、多尺度分析處理系統(tǒng)的使用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳輸網(wǎng)絡(luò)動態(tài)耦合模型的構(gòu)建等來制定合理的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流集成管理。通過對人類活動與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流相互關(guān)系的研究,有利于對退化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流進(jìn)行保護(hù)和恢復(fù),也可為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流；人類活動；時(shí)空尺度

20世紀(jì)90年代以來,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(Ecosystem service, ES)逐漸成為生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、環(huán)境科學(xué)等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[1]。千年生態(tài)系統(tǒng)評估(Millennium Ecosystem Assessment, MA)將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定義為“人類從自然生態(tài)系統(tǒng)獲得的產(chǎn)品或收益”,并將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給、文化、支持和調(diào)節(jié)服務(wù)四大類[2]。生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)不僅包括對人類有益的正服務(wù),如水質(zhì)凈化、氣候調(diào)節(jié)等,也包括對人類有害的負(fù)服務(wù),如洪澇災(zāi)害、污染物傳播、生物多樣性喪失等[3- 4]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對人類福祉至關(guān)重要[5]。前期國內(nèi)外學(xué)者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究大多局限于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給及其價(jià)值量評估方面[6- 7],也有部分學(xué)者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消費(fèi)和需求進(jìn)行評估或制圖[8],生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給區(qū)與需求區(qū)之間存在是空間間隔[9],簡單的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡狀況研究存在供需時(shí)空不匹配問題[10]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的是在一定時(shí)間尺度內(nèi)具有流動性、傳遞性的某種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在不同空間區(qū)域的動態(tài)過程生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流能夠?qū)⑸鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求動態(tài)耦合起來,是連接自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)不可或缺的紐帶。

近年來,人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的開發(fā)和利用強(qiáng)度逐漸增大。據(jù)MA結(jié)果顯示,全球60%的生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)退化,其中人類活動是主要驅(qū)動因素[5]。人類活動影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給、傳遞等,同時(shí)也會威脅到人類自身的可持續(xù)發(fā)展[11- 12]。認(rèn)識人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的影響的目的在于對退化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流實(shí)施人工控制,且具有以下幾方面的生態(tài)學(xué)意義：(1)明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)傳遞路徑,有助于判斷服務(wù)傳遞過程中流量的損耗與積累,并建立態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需耦合及其反饋關(guān)系; (2)根據(jù)人類活動空間位置、干擾范圍和強(qiáng)度辨認(rèn)被破壞、受損和阻斷的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流,并通過政策調(diào)控進(jìn)行恢復(fù)和重建。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的內(nèi)涵與特征

1.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的內(nèi)涵

Serna-Chavez等將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流定義為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供區(qū)與使用區(qū)之間的時(shí)空關(guān)聯(lián),并將服務(wù)流看作服務(wù)的實(shí)際供給[13]；李雙成等認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在形成地和使用地之間空間位移[14]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流是在流域或景觀系統(tǒng)中,由提供區(qū)產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),依靠某種載體或不經(jīng)過載體運(yùn)載,在自然因素或人為因素等的驅(qū)動下沿著一定的方向和路徑傳遞到使用區(qū)的時(shí)空過程?；贔isher等[15]對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間關(guān)系的分類可將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流分為原位服務(wù)流、全向服務(wù)流和定向服務(wù)流3種。原位服務(wù)流指生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給區(qū)和使用區(qū)基本重疊,如土壤形成；全向服務(wù)流是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)沿各方向傳遞到使用區(qū),如碳匯和氣候調(diào)節(jié)等。定向服務(wù)流是服務(wù)從提供區(qū)沿某一方向傳遞到使用區(qū),如污染物傳輸與河岸防護(hù)等。本文根據(jù)以上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流類型,總結(jié)了與之特征相應(yīng)的具體子類,且為各子類均指定代碼(表1)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流還可從多個(gè)角度來分類,如驅(qū)動力特征、供需主體的移動性、服務(wù)流距離長短等[16],分類的目的是為了根據(jù)不同服務(wù)流特性進(jìn)行有針對的研究,實(shí)際研究中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流往往是幾種類型交互在一起。

物質(zhì)流、能量流和信息流能夠?qū)⑸锶?、水圈、大氣圈、巖石圈聯(lián)系起來,維持著地球內(nèi)部和表層的系統(tǒng)平衡,使地球成為一個(gè)有機(jī)整體。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞的產(chǎn)品與服務(wù)包括對人類有用的物質(zhì)、能量和信息。區(qū)別二者的關(guān)鍵是其傳遞終端客戶群是否是人類,其聯(lián)系是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流是物質(zhì)流、能量流和信息流的一部分(圖1)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流大部分貢獻(xiàn)于人,其傳遞的物質(zhì)、能量與信息為人類的生產(chǎn)生活和精神享受提供保障。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流類型

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流與物質(zhì)流、能量流和信息流的關(guān)系 Fig.1 The relationship between ecosystem service flow and material flow, energy flow or information flow

1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的屬性特征

1.2.1 時(shí)空尺度特征

圖2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的空間單元Fig.2 The space units of ecosystem service flow SPU:服務(wù)供給單元Service-providing unit； SUU:服務(wù)使用單元Service-using unit; SCU:服務(wù)連接單元Service-connecting unit

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需異質(zhì)性決定了生系統(tǒng)服務(wù)流隨不同時(shí)空尺度發(fā)生改變,故生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流會呈現(xiàn)出不同的時(shí)空特征。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流存在時(shí)滯效應(yīng),通常大空間距離傳遞的服務(wù)流需要更長時(shí)間到達(dá)使用區(qū),在小范圍內(nèi)的服務(wù)流傳遞花費(fèi)時(shí)間較短。但也有例外,如較小尺度的土壤形成需要很長時(shí)間實(shí)現(xiàn)；而隨人類科技的進(jìn)步,某些大空間尺度的服務(wù)流,其時(shí)間尺度在逐漸縮短,如互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使信息流的傳遞速度提高到過去的幾萬倍。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流時(shí)空關(guān)系是互相依存的,其空間屬性本身就包含時(shí)間概念。沒有一定的時(shí)間,空間流動無法進(jìn)行；沒有一定的空間流動,隨著時(shí)間變化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)只能在本地自產(chǎn)自消抑或存留。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的空間尺度在明確服務(wù)流傳遞路徑時(shí)可以測量,但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流需要多長時(shí)間能夠?qū)崿F(xiàn)其效益只能根據(jù)流動特性、空間距離、季節(jié)變化、植物節(jié)律等條件推測。

大部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)只有經(jīng)過產(chǎn)生、傳遞、轉(zhuǎn)化等過程才能夠被人類利用,服務(wù)流實(shí)現(xiàn)效益的過程會經(jīng)過一定的空間區(qū)域。Luck等[17]將能夠提供產(chǎn)品或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)稱為服務(wù)供給單元(Service-providing unit, SPU),并認(rèn)為它是進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成和變化機(jī)制研究的基本單元[18]。相應(yīng)的消費(fèi)服務(wù)區(qū)域稱為服務(wù)使用單元(Service-using unit, SUU)。Ralf-Uwe等又提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)連接單元(Service-connecting unit, SCU)的概念[19],是服務(wù)供給單元和使用單元具有空間異質(zhì)性條件下存在的中間區(qū)域,這個(gè)空間會影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的過程變量。部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流可以通過服務(wù)供給單元直接傳遞服務(wù)到使用單元,而有些服務(wù)流傳遞路徑中存在一些區(qū)域或景觀系統(tǒng)稱為“匯”[20],能夠吸收被傳遞的產(chǎn)品或服務(wù),降低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的傳遞效率。因此,本文認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞經(jīng)過的基本空間單元包括供給單元、連接單元和使用單元(圖2)。

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的載體特征Fig.3 The carriers feature of ecosystem service flow 圖中最上部分表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流載體僅作為傳遞工具,中間部分表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流載體既是工具也是服務(wù),最下部分表示的不需要載體傳遞,人類主動轉(zhuǎn)移到服務(wù)供給區(qū)獲取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

1.2.2 載體特征

在自然界中,部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需要借助非生物因子或生物因子等承載工具從服務(wù)的供給區(qū)轉(zhuǎn)移到使用區(qū)[21],這些承載工具就是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)傳遞的載體。載體可以是物質(zhì)(洪水、CO2或動物)、能量(野火)、或信息(旅游景區(qū)質(zhì)量相對排名)[22]。載體是作為承載工具還是具體的服務(wù)取決于其本身的性質(zhì)及其在特定條件下受益者的不同選擇。有些載體僅能夠作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞的工具,如運(yùn)輸物資到受益區(qū)的車輛；有些載體既是服務(wù)承載工具,其本身也是一種服務(wù),如河水既可作為營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體也可飲用和灌溉農(nóng)田；也有部分生態(tài)服務(wù)不需載體就可被人類使用,通常這些服務(wù)需要依托人類主動轉(zhuǎn)移至供給區(qū)獲取,如生態(tài)旅游(圖3)。不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對特定傳遞載體具有不同程度的依賴,一種載體也可能同時(shí)承載多種生態(tài)服務(wù),一種生態(tài)服務(wù)也可能需要多個(gè)載體才能傳遞到受益區(qū)。

1.2.3 量化屬性特征

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流具有時(shí)空流動性,因此有流向、流速和流量3種屬性[16]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流向是生態(tài)服務(wù)從供給區(qū)到使用區(qū)的傳遞方向,不同服務(wù)流在不同載體的傳遞下流向不同。由水流傳遞的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的流向受重力、地勢、地形、坡長、坡度、土地覆被類型等影響[23]。以空氣為載體的服務(wù)流向受風(fēng)向和氣體分子擴(kuò)散方向的影響。對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流流向的把握是量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的前提,可以判斷生態(tài)服務(wù)從哪里來到哪里去。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流速是生態(tài)服務(wù)從供給區(qū)到用戶區(qū)傳遞的距離與時(shí)間之比,流速的測定需要將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的空間尺度與時(shí)間尺度結(jié)合起來,流速的大小受驅(qū)動力、服務(wù)連接單元的地理要素和景觀類型等條件的影響,對流速的研究有利于整體把握生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的時(shí)空動態(tài)；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流量是指生態(tài)服務(wù)從供給區(qū)傳遞給受益區(qū)的服務(wù)量。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流流量的大小關(guān)系人類福祉。部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流量會隨空間距離的增大而減小[24],如空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)服務(wù)流。對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流流量的評估有助于判定終端客戶群接受的有效服務(wù)量。

2 人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的影響

2.1 人類活動對生態(tài)系服務(wù)流的影響機(jī)制

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流縱橫交織形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流網(wǎng)絡(luò),人類處在網(wǎng)絡(luò)終極節(jié)點(diǎn)。人類在享受生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞來的惠益的同時(shí),通過農(nóng)業(yè)活動、工業(yè)活動、城市建設(shè)活動,經(jīng)濟(jì)活動、水資源開發(fā)以及其他活動等[25]干擾著服務(wù)流的傳遞過程。積極的人類活動如退耕還林還草[26]、生態(tài)系統(tǒng)管理[27]、生態(tài)恢復(fù)與重建等[28],以及消極的人類活動如化石能源消耗[29]、森林采伐[30]等均會對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流產(chǎn)生影響。人類活動對服務(wù)流的影響機(jī)制是通過對不同時(shí)空條件下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的屬性或特征的影響進(jìn)而影響到具體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流類型。人類活動的對生態(tài)系服務(wù)流的影響通過循環(huán)最終將影響人類自身,積極地人類活動能夠增加生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流提升人類福祉,消極的人類活動反之(圖4)。

圖4 人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的影響機(jī)制Fig.4 The influence mechanism of human activity on ecosystem service flow

2.2 人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流種類的影響

工業(yè)活動、經(jīng)濟(jì)活動、城市建設(shè)、水資源開發(fā)、農(nóng)業(yè)活動和其他活動等還具有不同類型的活動表現(xiàn)方式,會影響不同種類的陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流,一種人類活動方式可能會影響多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流,一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流也可能受多種人類活動的共同影響。陸地生態(tài)系統(tǒng)中,人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流種類的影響如表2。

2.3 人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流屬性特征的影響

2.3.1 影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的空間單元

供給單元、連接單元和使用單元是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流基本的空間單元,人類活動可單獨(dú)影響其中的任一部分,也可交互影響。如森林生態(tài)系統(tǒng)是薪材供給、氣候調(diào)節(jié)等服務(wù)的供給單元,人類亂砍濫伐造成氣溫升高,生物多樣性降低[31]；紅樹林濕地具有防浪護(hù)岸、凈化水質(zhì)等功能,且是典型的碳匯[32- 33],人類圍海造田,毀林養(yǎng)殖等造成紅樹林濕地資源瀕危[34]；城市化建設(shè)帶來的水問題、空氣質(zhì)量下降和交通擁堵等嚴(yán)重影響人類聚居區(qū)人們的生存與生活[35- 36]。小尺度的人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流格空間單元的影響是單獨(dú)的。大中尺度的人類活動對服務(wù)流的影響效應(yīng)在一定程度上被擴(kuò)大或延伸,如在流域上游農(nóng)田中施用化肥和農(nóng)藥等形成的非點(diǎn)源污染,經(jīng)過服務(wù)流的傳遞造成中下游水資源污染、河流生物多樣性喪失等[37]。

表2 受人類活動影響的主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流類型

人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流空間的影響是單獨(dú)的或者交互的取決于研究對象的尺度特征。一般情況下,單獨(dú)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流系統(tǒng)某個(gè)組分的研究有助于探究的深入,但最終的解決方案要考慮眾多聯(lián)合的影響因素。

2.3.2 影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的傳遞載體

水是地球上重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),也是多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流載體,很多物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)依靠水的循環(huán)流動。地表水與地下水在橫向、縱向和垂直三維方向上的運(yùn)動為人類獲取各種服務(wù)做出重要貢獻(xiàn)。然而,圍墾填湖、過度開發(fā)等人類活動引起湖泊與河流等生態(tài)系統(tǒng)的水文特征、水質(zhì)狀況等的變化[38],嚴(yán)重影響水載體；空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)等服務(wù)流都是以空氣作為載體的。林木砍伐、化石燃料的開采和使用、工業(yè)化等人類活動引起空氣質(zhì)量降低、溫室效應(yīng)、酸雨和臭氧層破壞等[39],人類活動嚴(yán)重影響空氣載體；土壤支持著陸地大部分的生態(tài)系統(tǒng),是重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流載體。農(nóng)業(yè)集約化過程中大型農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用和農(nóng)藥化肥的施用等造成土壤板結(jié)、穩(wěn)定性降低[40],影響了土壤載體功能；生物因子載體本身就可以提供各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。狩獵、捕魚、藥物采集等造成生物多樣性降低,部分生物甚至滅絕[41],人類活動嚴(yán)重影響生物因子載體。人類活動在影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流載體的同時(shí),也會影響被承載的多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(表3)。

部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流載體之間具有權(quán)衡與協(xié)同作用,人類活動對服務(wù)流載體的直接或間接影響均有一定的尺度依賴性,研究其對服務(wù)流載體的實(shí)際影響在不同時(shí)空尺度上會更加復(fù)雜。小尺度上對于某種服務(wù)流載體小規(guī)模的破壞,經(jīng)過載體的傳遞、疊加和連接之后會富集起來而在大時(shí)空尺度得以體現(xiàn)。服務(wù)流載體承載的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)最終會傳遞給人類,影響人類福祉。

表3 受人類活動影響的載體及主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型

2.3.3 影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的量化屬性

(1) 影響流向

人類可以改變服務(wù)流傳遞的方向,使其從原路徑變?yōu)槠渌窂睫D(zhuǎn)移到受益區(qū),如沿道路運(yùn)輸貨物被航空運(yùn)輸取代；工程建筑、城市化等人類活動可以阻斷生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的傳遞路徑,如水庫和大壩建設(shè)導(dǎo)致河流斷流；景區(qū)提供的文化服務(wù)(旅游等)雖然會隨著游客人數(shù)的增多造成更大的壓力,但服務(wù)流方向沒有改變；人類利用先進(jìn)的科技手段可以延長生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流,使服務(wù)流傳遞的空間尺度更大,如我國的“南水北調(diào)”工程(圖5)。

圖5 人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流流向的影響Fig.5 Impact of human activities on the direction of ecosystem services flowA1代表人類活動改變生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流流向；A2代表人類活動阻斷了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流；A3代表人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流流向沒有影響；A4代表人類活動延長了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流

人類活動對服務(wù)流流向的影響最終會對生態(tài)系統(tǒng)和自身造成一定影響。正服務(wù)流的阻斷和負(fù)服務(wù)流的延長會損害人類福祉,反之,則能夠增加人類福祉。正服務(wù)或負(fù)服務(wù)流向的改變與人類福祉的關(guān)系均需根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。為維持或提高人類福祉,人類在延長正服務(wù)流,最大化其服務(wù)效益的同時(shí),也要通過建立“匯”區(qū)域,來消除或減小負(fù)服務(wù)對人類的不利影響,但要多方權(quán)衡,盡量維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。

(2) 影響流量

有些人類活動能夠增加生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流量,如隨著農(nóng)業(yè)集約化程度的加劇,農(nóng)產(chǎn)品供給服務(wù)流大幅提高[42]；人類活動也能減小生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流量,如城市化、工業(yè)化等活動造成了全球土地利用土地覆被變化,森林、濕地等面積減小,致使景觀調(diào)節(jié)服務(wù)流的流量減小[43]；但某些處在生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的范圍內(nèi)輕度人類干擾活動,不影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流流量,如釣魚、劃船等休閑活動不會影響水源涵養(yǎng)服務(wù)流的流量(圖6)。

大部分的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流之間存在此消彼長的權(quán)衡,某些服務(wù)流的增加可能會減少其他服務(wù)流,如供給服務(wù)流和部分調(diào)節(jié)服務(wù)流。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流流量的增減對是否有利于人類福祉的提升還需要從大時(shí)間尺度來分析,明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流之間的權(quán)衡協(xié)同對研究人類活動與服務(wù)流流量的關(guān)系至關(guān)重要。

圖6 人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流流量的影響Fig.6 Impact of human activities on ecosystem services flow fluxB1代表人類活動增加了服務(wù)流的流量；B2代表人類活動減少了服務(wù)流流量；B3代表人類活動對服務(wù)流流量無影響

(3) 影響流速

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流速在一定程度上代表著人類獲取服務(wù)與產(chǎn)品的效率。人類活動能夠增加生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流速,如水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)的提高和高科技養(yǎng)殖工具的使用迅速增大了人類獲取魚類產(chǎn)品的速率[44]；人類活動也能夠降低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流速,如畜禽養(yǎng)殖等在滿足人類物質(zhì)需求的同時(shí)降低了調(diào)節(jié)服務(wù)流流速；在較大尺度,某些干擾度較小的人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流速無影響,如釣魚、劃船等活動不會影響淡水供給服務(wù)流的流速(圖7)。

圖7 人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流流速的影響Fig.7 Impact of human activities on ecosystem services flow speedC1代表人類活動增加了服務(wù)流的流速；C2代表人類活動降低了服務(wù)流流速；C3代表人類活動對服務(wù)流的流速無影響

人類對于物質(zhì)或文化的大力需求致使部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流向改變、流速變快、流量增加,但各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡與協(xié)同作用必然會使其中一些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受到負(fù)面影響,有些退化或甚至消失。人類對自然不能無止境、無條件索取,應(yīng)遵循可持續(xù)發(fā)展之路,充分發(fā)揮主觀能動性來保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

人類對陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流空間單元、傳遞載體和量化屬性的直接與間接影響根據(jù)所實(shí)施的具體行為活動不同而體現(xiàn)出不同特點(diǎn)。目前人類對景觀多功能性認(rèn)識不足,對自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會關(guān)聯(lián)缺乏關(guān)注,對服務(wù)流的重要性程度不完全清楚等降低了部分人類福祉。

3 人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的維護(hù)與調(diào)控

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流對不合理人類活動引發(fā)的負(fù)效應(yīng)的傳遞,能夠引起一系列自然災(zāi)害和生態(tài)危機(jī)。消極的人類活動作用于服務(wù)流會降低人類福祉。為促進(jìn)人類與生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展,人類需采取以下措施,控制生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的不良效應(yīng)并維護(hù)其積極效應(yīng)。

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流價(jià)值與風(fēng)險(xiǎn)評估

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流價(jià)值是生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的服務(wù)經(jīng)過服務(wù)流傳遞轉(zhuǎn)移到人類社會的價(jià)值,是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流重要性的體現(xiàn)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流價(jià)值評估能夠明確生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際供給能力、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流量在傳遞過程中的耗散以及到達(dá)使用區(qū)的實(shí)際數(shù)量,有利于對服務(wù)流傳遞路徑與過程的保護(hù)。如Serna-Chavez等[13]利用通用框架結(jié)構(gòu)評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流,通過計(jì)算經(jīng)服務(wù)流傳遞獲得福利的面積占總受益區(qū)面積的比例,來衡量服務(wù)流的在研究區(qū)的重要性程度。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流風(fēng)險(xiǎn)評估是在服務(wù)流價(jià)值評估基礎(chǔ)上,利用環(huán)境科學(xué)、水文學(xué)、生態(tài)學(xué)等知識,定量確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞的負(fù)服務(wù)對用戶區(qū)產(chǎn)生的消極影響的概率及強(qiáng)度。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流價(jià)值與風(fēng)險(xiǎn)評估是維護(hù)與調(diào)控服務(wù)流的首要步驟。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流保護(hù)規(guī)劃

在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流風(fēng)險(xiǎn)評估的前提下,根據(jù)“源”、“匯”景觀理論[37],判斷由人類活動影響形成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流負(fù)效應(yīng)位點(diǎn),或?qū)θ祟惛＠陵P(guān)重要的服務(wù)流環(huán)節(jié)。應(yīng)用多學(xué)科方法與技術(shù)設(shè)計(jì)自然生態(tài)系統(tǒng)-社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合模型,建立反饋機(jī)制。明確由生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流交織形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的各種生態(tài)關(guān)系,并制定人類活動強(qiáng)度與景觀適宜度函數(shù),探討改善服務(wù)流傳遞效率,增加服務(wù)流傳遞正效應(yīng)頻數(shù)的生態(tài)建設(shè)對策,促進(jìn)人類活動與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流效應(yīng)的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流恢復(fù)與重建

圖8 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流價(jià)值評估、保護(hù)規(guī)劃以及恢復(fù)與重建的相互關(guān)系Fig.8 The relationship between value and risk assessment, protection plan, recovery and reconstruction of ES flow

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的恢復(fù)與重建對人類福祉的提高具有重要意義。在完善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流評估工作的基礎(chǔ)上,制定合理的保護(hù)規(guī)劃。判斷生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的脆弱性環(huán)節(jié)以及阻斷位點(diǎn),以綜合、對比等方法人為地切斷致使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流退化的主導(dǎo)因子,并對阻斷的服務(wù)流進(jìn)行疏通,科學(xué)地重建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞過程中的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的組成、載體、屬性、功能恢復(fù)到原有或更高水平。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的價(jià)值與風(fēng)險(xiǎn)評估、保護(hù)規(guī)劃的制定和恢復(fù)與重建工作是相互聯(lián)系、相互影響、三位一體的,要運(yùn)用相關(guān)理論知識,以技術(shù)作指導(dǎo),并需要有關(guān)部門政策上的支持才能最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)(圖8)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流恢復(fù)工程耗費(fèi)時(shí)間長,工作量大,因此要從實(shí)際出發(fā)努力完善服務(wù)流恢復(fù)體系,保證生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的傳遞過程積極、有效、穩(wěn)定的進(jìn)行。

4 結(jié)語

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流能夠在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與使用之間構(gòu)建因果聯(lián)系[45]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究不僅能夠確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的來源和去向,還能判斷流動過程中流量的耗散位點(diǎn),對探索生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給時(shí)空動態(tài)與人類福利變化的關(guān)系意義重大?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流向、流量和流速的控制能夠在一定程度上滿足人類對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求,但從大尺度上來看,高強(qiáng)度人類活動造成的生態(tài)系統(tǒng)完整性破壞、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流阻斷等負(fù)面影響,嚴(yán)重阻礙了社會和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。地球生態(tài)系統(tǒng)的組成要素不計(jì)其數(shù),各要素存在著直接或間接的關(guān)聯(lián),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流織成的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)連接著不同類型生態(tài)系統(tǒng)與人類社會。人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流有極大影響,綜合分析自然地理系統(tǒng)各要素和人類社會的不同環(huán)節(jié)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的影響意義重大。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的傳遞作用決定了人類對生態(tài)系統(tǒng)的作用力最終會影響自身。在大時(shí)間尺度上,為避免生態(tài)災(zāi)害危及人類本身,人類應(yīng)該采取積極的措施來維持和保育生態(tài)系統(tǒng),對受損和被破壞的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流進(jìn)行恢復(fù)與重建,實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞效益的可持續(xù)性。然而,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞機(jī)制、閾值范圍、時(shí)空尺度以及權(quán)衡協(xié)同等研究的滯后影響生態(tài)工程的實(shí)施。

基于以上人類活動對生態(tài)系服務(wù)流影響的研究,本文認(rèn)為今后的研究方向應(yīng)集中在構(gòu)建由不同尺度下的多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流所形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),有效評價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給、傳遞和需求。將景觀地理要素特征與區(qū)域人類活動結(jié)合起來,根據(jù)人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的影響,明確影響路徑及范圍,為提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞的正效益以及減少或阻斷負(fù)服務(wù)流提供研究依據(jù)。并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步明確生態(tài)系統(tǒng)負(fù)服務(wù)流的“源”及其影響區(qū)域,為今后建立有效和完善的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制奠定研究基礎(chǔ)。進(jìn)一步加強(qiáng)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的定量化研究,探討不同載體在傳遞路徑上的衰減或積累效應(yīng),建立綜合的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流定量化的評估與模擬工具。

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The impact of human activities on ecosystem services flow

LIU Huimin1,2, LIU Lüyi1,2, DING Shengyan1,2,*

1KeyLaboratoryofGeospatialTechnologyFortheMiddleandLowerYellowRiverRegions,MinistryofEducation,HenanUniversity,Kaifeng475004,China2CollegeofEnvironmentandPlanning,HenanUniversity,Kaifeng475004,China

Ecosystem service flow, which has been concerned by researchers recently, is significant in the process of the generation, delivery, transformation and maintenance of ecosystem services, and can be seen as a linkage between the provision of ecosystem services and human demands. Material demands of humans show a non-linear increase under the situation of sharp growth of population and the rapid development of economy and society. So at the time when humans enjoy the benefit that is brought by ecosystem service flow, they also give pressure on the flow. In this article, we reviewed the connotation and attributes of ecosystem service flow that include its definition, classification, spatial-temporal scales, carrier characteristics and quantitative attributes. We also analyzed the influencing mechanism of human activities to ecosystem service flow, such as, positive and negative activities can affect the spatial units, delivery carriers and quantitative attributes of ecosystem service flow, thus impacting the specific flow and finally, human well-being. In addition, we discussed the contributions of positive activities (i.e. valuation and risk assessment of ecosystem service flow, conservation planning of ecosystem service flow, recovery and restoration of ecosystem service flow) to the sustainable delivering function of ecosystem service flow. Therefore, appropriate integrating management of ecosystem service flow can be established by investigating attenuation of path carriers, or using the processing system of multi-scale analysis and the dynamic coupling model of ecosystem service flow transmitting networks. Research on the interacting relationship between human activities and ecosystem service flow can provide efficient conservation and restoration to the degraded ecosystem service flow, and will also establish a solid foundation for future research.

ecosystem services flows; human activities; spatial and temporal scales

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41371195, 41071118)

2016- 02- 25; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2017- 02- 17

10.5846/stxb201602250325

*通訊作者Corresponding author.E-mail: syding@henu.edu.cn

劉慧敏,劉綠怡,丁圣彥.人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(10):3232- 3242.

Liu H M, Liu L Y, Ding S Y.The impact of human activities on ecosystem services flow.Acta Ecologica Sinica,2017,37(10):3232- 3242.