生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究進(jìn)展

王嘉麗,周偉奇,2,*

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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100085 2 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(Ecosystem services)是人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種產(chǎn)品與惠益[1],與人類福祉密切相關(guān),是人類生存與發(fā)展的基礎(chǔ)[2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)既包括生態(tài)系統(tǒng)為人類提供的物質(zhì)產(chǎn)品,也包括維持人類生存和發(fā)展所需的各種環(huán)境條件與效用,如清新的空氣、清潔的水源等。受礦產(chǎn)資源開發(fā)、城市化等高強(qiáng)度人類活動(dòng)長期干擾的影響,在全球、區(qū)域和局地等多個(gè)尺度,生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了巨大的變化,生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重,提供服務(wù)的能力下降,對(duì)生態(tài)安全及人類可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響[3]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是當(dāng)前生態(tài)學(xué)與環(huán)境管理研究的焦點(diǎn)[4],眾多的學(xué)者圍繞生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),開展了大量的研究。同時(shí),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究也受到諸多國際組織的廣泛關(guān)注,包括生物多樣性和生態(tài)服務(wù)跨政府間科學(xué)政策平臺(tái),未來地球計(jì)劃等,都將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為其研究的核心主題。

自千年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估以來,全球范圍內(nèi)掀起了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的熱潮,并在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)制圖、價(jià)值評(píng)估和形成機(jī)制,多種類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系、以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉等多個(gè)方面,取得了較大的進(jìn)展[5- 8]。不足之處是大多數(shù)研究主要關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給,缺乏對(duì)人類社會(huì)的需求的考慮[9-10]。然而,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)依賴于生態(tài)系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的相互作用與反饋[11],只有綜合考慮自然生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的能力與人類社會(huì)對(duì)服務(wù)的需求[12],才能更有效地揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉之間的關(guān)系。近年來,部分學(xué)者從不同尺度對(duì)多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的供給與需求進(jìn)行了研究[13-14],揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求在空間上存在不匹配的特征,意味著存在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)到需求區(qū)的傳遞過程。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究可以將具有空間異質(zhì)性的供給與需求有效連接,已受到眾多研究者的廣泛關(guān)注。雖然當(dāng)前對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究還處于概念性探索階段,其定量評(píng)估的方法也尚未成熟,但相關(guān)的研究已經(jīng)成為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的熱點(diǎn)與前沿,是未來發(fā)展的一個(gè)重要方向[15]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究,有助于明晰生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類生存與發(fā)展所需的各種產(chǎn)品與服務(wù)的供給能力,以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求時(shí)空分布特征,并明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)人類社會(huì)需求的滿足程度,識(shí)別產(chǎn)品與服務(wù)在自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間傳遞的路徑,辨識(shí)影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)傳遞的關(guān)鍵區(qū)位,從而可以為制定合理的生態(tài)系統(tǒng)管理政策與生態(tài)補(bǔ)償方案等提供依據(jù),對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與保障區(qū)域生態(tài)安全具有重要的意義。

本文在綜合分析當(dāng)前國內(nèi)外生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的基礎(chǔ)上,從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的概念內(nèi)涵出發(fā),概述了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流定量研究的方法,并對(duì)當(dāng)前國內(nèi)外生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究進(jìn)行梳理與總結(jié)。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出了當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究中存在的問題與挑戰(zhàn),并對(duì)未來的研究方向進(jìn)行了展望,以期從理論與應(yīng)用兩個(gè)方面,推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的發(fā)展。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的內(nèi)涵

目前,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的定義,學(xué)術(shù)界尚未達(dá)成共識(shí),不同研究者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的認(rèn)識(shí)有所不同。概括起來,主要從兩個(gè)角度來定義和理解,其一強(qiáng)調(diào)過程,認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流是生態(tài)系統(tǒng)從供給區(qū)到需求區(qū)的連接[15-16],是供給區(qū)所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)依靠某種載體或不經(jīng)任何載體,在自然或人為因素的驅(qū)動(dòng)下,沿某一方向和路徑傳遞到受益區(qū)的過程[10-11]。其二強(qiáng)調(diào)最終的效用,認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流為人類實(shí)際所獲得的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的最終實(shí)現(xiàn)[17-18]。這兩種理解雖然存在差異,但是兩者關(guān)注的對(duì)象一致,都是生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的服務(wù)中被人類所消耗利用的部分[15]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究將自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會(huì)系統(tǒng)連接起來,其研究的主要內(nèi)容是探索生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由供給區(qū)到需求區(qū)的空間轉(zhuǎn)移過程。大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的實(shí)現(xiàn)涉及到三個(gè)區(qū)域,供給區(qū)、連接區(qū)與需求區(qū)[19]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給區(qū)是產(chǎn)生生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)連接區(qū)是連接生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的中間區(qū)域,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求區(qū)是使用或消費(fèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域[20]。某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞過程中還會(huì)涉及“匯”區(qū)域,其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)至需求區(qū)的傳遞過程形成阻礙,致使達(dá)到需求區(qū)的服務(wù)流量減少,甚至截留生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),使其不能順利傳遞至特定的需求區(qū),如修建大壩等水利基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)水資源在上下游之間流動(dòng)過程中形成的阻礙[21]。依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給區(qū)與需求區(qū)之間的空間關(guān)系,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流可以分為三種類型：原位服務(wù)流、全向服務(wù)流和定向服務(wù)流[22]。原位服務(wù)流是指生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給區(qū)與需求區(qū)基本重疊,服務(wù)的實(shí)現(xiàn)無需空間上的轉(zhuǎn)移,如土壤的形成；全向服務(wù)流是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)沿各個(gè)方向傳遞到使用區(qū),其傳遞過程中沒有方向偏好,如以空氣流動(dòng)為傳播媒介的空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)等服務(wù)；定向服務(wù)流是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)沿某一固定方向傳遞到服務(wù)使用區(qū),如淡水供給服務(wù)與洪水調(diào)控等。理解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在供給區(qū)與需求區(qū)之間的空間關(guān)系是進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的基礎(chǔ)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流具有時(shí)空特征、載體特征與量化屬性特征[18- 19]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流具有尺度依賴性,不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型所具有的時(shí)間尺度與空間尺度不同,且隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需及其傳遞過程也會(huì)隨之發(fā)生變化。時(shí)空尺度的測定對(duì)于準(zhǔn)確定量評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流具有重要意義。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)傳遞至受益區(qū)的過程需要依靠某種載體或者工具才能實(shí)現(xiàn),如區(qū)域間熱力差異引起的空氣流動(dòng)是氣候調(diào)節(jié)服務(wù)的重要載體,交通工具是農(nóng)、林產(chǎn)品等由生產(chǎn)地運(yùn)送至需求區(qū)實(shí)現(xiàn)供給服務(wù)流傳遞的一種重要載體。有些載體本身也是一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),如水流不僅是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能量傳遞的重要通道,而且其自身也作為一種重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型滿足人類的需求,如為人類提供飲用水[18]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流具有流向、流速與流量3種屬性特征,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流向是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)至需求區(qū)的傳遞方向,通常受載體的影響,如水流流向會(huì)受地形等因素的影響。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的流速是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)傳遞距離與傳遞時(shí)間的比值,其受多種因素的影響,如隨著交通運(yùn)輸條件日益便利,供給服務(wù)在生產(chǎn)地與消費(fèi)地之間的傳輸速度大幅增加。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的流量是受益區(qū)實(shí)際所接收到的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)傳遞至受益區(qū)過程中基本遵循距離衰減規(guī)律,隨著供給區(qū)與受益區(qū)距離增加,受益區(qū)所接受到的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流量遞減[16,18]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流流量的確定是定量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的根本所在[19]。

2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究方法

目前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究中應(yīng)用最多的方法可以分為兩類,其一為利用空間分布式模型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給與需求、傳遞路徑及傳遞過程進(jìn)行量化分析與制圖分析。其二主要是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從生產(chǎn)到消費(fèi)過程中,受益方所接受到的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量的評(píng)估[15](表1)。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究方法概況

通過空間分布式模型描繪生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)路徑,模擬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間流動(dòng)過程是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的重要發(fā)展方向。許多學(xué)者借助多種模型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)過程進(jìn)行了探索。如Bagstad等[16]基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)人工智能模型(Artificial Intelligence for Ecosystem Services,ARIES)利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)至需求區(qū)的傳遞過程,并構(gòu)建“服務(wù)路徑屬性網(wǎng)絡(luò)”(Service Path Attribution Networks,SPANs)以模擬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間傳遞過程與流動(dòng)路徑。李婷等基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)固碳服務(wù)的空間流動(dòng)路徑進(jìn)行模擬[23]。Li等利用水文模型從格網(wǎng)尺度與行政區(qū)尺度對(duì)京津冀地區(qū)水源供給服務(wù)流進(jìn)行研究,揭示了水源供給服務(wù)從供給區(qū)至需求區(qū)的傳遞路徑[24]。Xu等利用混合單粒子拉格朗日積分軌跡模型(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory,HYSPLIT)模擬了寧夏自治區(qū)鹽池縣防風(fēng)固沙服務(wù)的傳遞路徑[25]。這種方法通過空間分布式模型直觀反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)到需求區(qū)傳遞過程中傳遞路徑、流向、流量等屬性,明確生態(tài)服務(wù)傳遞過程機(jī)制,是當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的主要工具[26]。但是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)傳遞過程較為復(fù)雜,其涉及到多種生物因子與非生物因子的綜合作用,模型模擬過程中需要考慮多種影響因子,需要大量的參數(shù),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞過程模擬存在一定的挑戰(zhàn)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量評(píng)估方法主要通過對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流及需求的空間分布格局及其服務(wù)量進(jìn)行識(shí)別與量化,用以分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡狀況。如Serna-Chavez等[10]從不同尺度選取授粉、地下水供給以及氣候調(diào)節(jié)服務(wù),對(duì)各類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給區(qū)、服務(wù)輻射范圍及需求區(qū)的空間位置進(jìn)行識(shí)別,分析供給區(qū)與需求區(qū)之間的空間聯(lián)系,并引入供需比指標(biāo)來探索生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流。Palomo等[27]利用專家評(píng)價(jià)方法對(duì)西班牙多尼亞那國家公園與周圍地區(qū)的供給、調(diào)節(jié)與文化多種服務(wù)類型的供給-需求流進(jìn)行了分析。Bagstad等[28]以美國華盛頓州普吉特海灣地區(qū)為例,選取固碳,洪水調(diào)節(jié)、泥沙截留等五種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型,通過對(duì)各類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)理論供給量、實(shí)際供給量以及實(shí)際供給量與理論供給量的比率來分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流。Baro等[28]以西班牙巴塞羅那市為研究區(qū),對(duì)空氣凈化與戶外休閑服務(wù)的供給、需求以及服務(wù)流進(jìn)行量化與制圖分析,明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)未被滿足的區(qū)域。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流量化研究中,基于LUCC的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系矩陣法,將土地利用/土地覆蓋視為分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的替代指標(biāo),依據(jù)專家評(píng)價(jià)方法,結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況,對(duì)不同土地利用類型所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給量與需求量進(jìn)行打分,通過分析特定地區(qū)供給與需求得分之間的差異來定量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流[29]。此方法簡單,易于實(shí)現(xiàn),并且所需數(shù)據(jù)量較少,目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。如 Owuor等與Vrebos等利用基于土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求得分矩陣,借助專家評(píng)判方法分別對(duì)非洲肯尼亞與烏干達(dá)地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流進(jìn)行量化研究與制圖分析[30-31]。這種方法易于度量,但是其只對(duì)供給量、需求量及實(shí)際所獲得的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量進(jìn)行評(píng)估,分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡狀況,無法揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)傳遞過程機(jī)制[15]?；贚UCC的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系矩陣方法較為主觀,受專家偏好與認(rèn)知的影響較大,一定程度上會(huì)影響研究結(jié)果的精確性[5]。

此外,許多研究者也嘗試將其他領(lǐng)域范圍內(nèi)應(yīng)用較成熟的方法引入到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究中,如李婧昕等以北京市為例,基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),利用熵理論方法對(duì)北京城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流進(jìn)行了定量評(píng)估[32]。喬旭寧等通過分析流域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間轉(zhuǎn)移特征,基于場強(qiáng)理論與斷裂點(diǎn)模型構(gòu)建了流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間轉(zhuǎn)移模型,并分析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)與居民福祉之間的因果聯(lián)系[33]。

3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究進(jìn)展

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的一個(gè)重要方向,也是當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和前沿。但是目前對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究仍處于起步階段。已有的研究主要集中在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流理論、方法的探索,與應(yīng)用案例的研究?？傮w而言,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究,還處于早期的探索性階段。

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流理論與方法探索研究

目前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流理論與方法方面的探索主要集中在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的概念與內(nèi)涵的研究,側(cè)重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)到需求區(qū)的空間聯(lián)系等方面?，F(xiàn)有的研究主要集中在以下三個(gè)方面：(1)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究理論基礎(chǔ)的探索。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流包括對(duì)供給能力、傳遞過程及需求的研究。許多研究針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞過程中所涉及的關(guān)鍵組分,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求等概念內(nèi)涵進(jìn)行區(qū)分[26,29,34]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給分為潛在供給與實(shí)際供給,潛在供給是生態(tài)系統(tǒng)基于自身生態(tài)屬性與生態(tài)功能,所提供某種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給潛力[34],實(shí)際供給是人類實(shí)際使用的產(chǎn)品或服務(wù)[29]。通常在研究中,學(xué)者們將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的實(shí)際供給與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流等同起來[19]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求是人類社會(huì)所使用或消費(fèi)的產(chǎn)品與服務(wù)[34],或者為滿足某種需求期望獲得的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量[11]。(2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的理論框架。許多研究者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究框架進(jìn)行了探索[20,35],基于不同的出發(fā)點(diǎn),提出了不同的理論框架。如Villamagna等通過分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞過程中所涉及的關(guān)鍵組分,即生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的潛在供給能力、生態(tài)壓力、需求以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流,提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的框架與定量化評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的方法[11]。Liu等從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流產(chǎn)生的原因,生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)過程中涉及到的傳遞主體(源地、目的地)、生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)流的影響等多個(gè)方面著手,通過建立因果反饋聯(lián)系,提出了人與自然耦合系統(tǒng)中遠(yuǎn)程生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞過程框架[36]。此外,生態(tài)系統(tǒng)所提供服務(wù)的能力不僅依賴于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的空間屬性[21],且與利益相關(guān)者密切相關(guān)。Felipelucia等綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與利益相關(guān)者之間的相互作用關(guān)系,從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞過程中的復(fù)雜關(guān)系出發(fā),提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的框架[37]。這些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究框架不僅關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求及在供給方與需求方之間的傳遞過程,而且也關(guān)注人類社會(huì)系統(tǒng),探索生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)傳遞過程產(chǎn)生的影響及其溢出和反饋?zhàn)饔谩?3)定量化研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的步驟。定量化研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流,剖析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流在傳遞過程中流量、流向等關(guān)鍵因素的變化也是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流基礎(chǔ)理論研究的重要內(nèi)容。Bagstad等在分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)過程中源、匯、載體、受益者等因素的基礎(chǔ)上,提出了定量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的方法[16]。Serna-Chavez等在分析供給方、受益方及其空間聯(lián)系的基礎(chǔ)上,提出了定量分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的通用框架[10]。國內(nèi)學(xué)者姚婧等與劉慧敏等也對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定量化研究的方法與分析步驟進(jìn)行了介紹[15,19],推動(dòng)了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的定量研究。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流應(yīng)用案例研究

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的理論和方法探討,尤其是模型方法的發(fā)展,也推動(dòng)了相關(guān)案例研究的開展。其中,因?yàn)樵谏鷳B(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量流動(dòng)過程中扮演重要角色,物種遷徙受到了廣泛的關(guān)注。例如,Bagstad等與Semmens等以尖尾鴨和黑脈金斑蝶為例,引入了空間補(bǔ)貼(Spatial subsidies)的概念——物種在長距離遷徙過程中跨越不同區(qū)域所提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化,定量分析了這兩個(gè)物種在美洲范圍內(nèi)遷徙過程中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的變化,可為跨區(qū)域生態(tài)保護(hù)提供建議[38- 39]。此外,水源供給、雨洪調(diào)節(jié)以及文化服務(wù)流方面的研究也相對(duì)較多。如Li等以京津冀地區(qū)為例,利用水文分析方法從格網(wǎng)尺度與城市尺度對(duì)淡水供給服務(wù)的供需平衡狀況進(jìn)行分析,探討不同尺度淡水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的流動(dòng)路徑,并基于研究結(jié)果對(duì)區(qū)域水安全格局進(jìn)行了評(píng)價(jià)[24]；Goldenberg等以瑞典斯德哥爾摩為例,選取了局地氣候調(diào)節(jié)與城市雨洪調(diào)節(jié)服務(wù),通過對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)潛在供給-需求與實(shí)際供給-需求的度量與分析,基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的方法對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行了定量地研究[40]。Lankia 等與 Egarter 等通過分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)潛在供給、實(shí)際供給(流)、需求以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需關(guān)系分別對(duì)芬蘭與意大利國家公園的文化娛樂服務(wù)流進(jìn)行了評(píng)價(jià)[41- 42]。李婷等以關(guān)中-天水地區(qū)為研究區(qū),采用多元數(shù)據(jù)模型評(píng)估固碳服務(wù)的供給與需求,以空間可視化的方式描繪固碳服務(wù)從供給區(qū)到受益區(qū)的傳遞過程,并依據(jù)固碳服務(wù)供需平衡狀態(tài)提出區(qū)域空間格局優(yōu)化的策略[23]。除了分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求以及傳遞過程的研究外,研究者也從產(chǎn)業(yè)生態(tài)的角度,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)出地、轉(zhuǎn)移路徑和受益者之間的空間映射關(guān)系進(jìn)行了探索,如趙慶建等以林漿紙一體化為例,基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的視角,對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的碳流和水流及其供需狀況進(jìn)行了分析[43]。

將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流應(yīng)用于區(qū)域與城市規(guī)劃也是研究的一個(gè)重要方向。許多學(xué)者從供給、調(diào)節(jié)、文化娛樂等方面選取與研究區(qū)密切相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型,通過對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流進(jìn)行區(qū)分與量化,并識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的平衡狀態(tài),進(jìn)而為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)管理提供建議[17,28,44]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究也可以為生態(tài)恢復(fù)與保護(hù)項(xiàng)目的實(shí)施提供科學(xué)依據(jù),如Verhagen等從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和空間流的視角識(shí)別生態(tài)保護(hù)的優(yōu)先地區(qū),為區(qū)域尺度生態(tài)恢復(fù)提供建議指導(dǎo)[45]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究也為合理制定生態(tài)補(bǔ)償與生態(tài)付費(fèi)等政策提供支撐,許多學(xué)者以世界上最長且最大的調(diào)水工程作為研究案例,分別從供給與需求的視角出發(fā),在全面評(píng)估水源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基礎(chǔ)上,綜合考慮沿線受益區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與調(diào)入水量等多種因素,提出水源區(qū)生態(tài)補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)與分配機(jī)制[46- 48]。

4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究存在的不足與展望

近年來,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注,在概念探索與評(píng)估方法等方面取得了顯著的進(jìn)展。但其研究仍處于起步階段,面臨諸多的挑戰(zhàn)。未來的工作需要加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的理論內(nèi)涵、定量方法以及應(yīng)用等多個(gè)方面的研究。

4.1 研究不足

國內(nèi)外學(xué)者開展了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的理論內(nèi)涵與應(yīng)用實(shí)踐的探索性研究,提高了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的理解與認(rèn)知。但是總體而言,該領(lǐng)域的研究還處于起步階段,在理論原理、評(píng)估方法與應(yīng)用等方面仍存在諸多的不足。具體包括以下幾個(gè)方面：

(1)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間轉(zhuǎn)移的規(guī)律尚不明晰

探索生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在空間轉(zhuǎn)移中的規(guī)律是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究中的核心內(nèi)容[33,49]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求在空間上存在不匹配性,因此生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的產(chǎn)品與服務(wù)需要通過空間上的流動(dòng)過程傳遞至需求區(qū)以實(shí)現(xiàn)其服務(wù)的價(jià)值。該傳遞過程具有跨尺度、跨區(qū)域的特征,其尺度范圍因生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型不同而異,如空氣凈化、溫度調(diào)節(jié)、休閑娛樂等服務(wù)通常作用于局地尺度[40,42],影響的范圍相對(duì)較小,洪水調(diào)節(jié),水源供給等服務(wù)涉及到服務(wù)在上下游之間的傳遞[14,24,50],通常作用于區(qū)域的尺度,而固碳服務(wù)影響的范圍卻可以波及區(qū)域、國家乃至全球的尺度[36]。由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的傳遞涉及到自然生態(tài)與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩大系統(tǒng),傳遞過程比較復(fù)雜,且受多因素的影響,目前研究中對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)到需求區(qū)的傳遞的機(jī)理與規(guī)律不明晰,當(dāng)前對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究主要集中在小尺度[51],缺乏對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的跨尺度與跨區(qū)域的特征的認(rèn)識(shí)。這在一定程度上限制了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的發(fā)展。

(2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流定量化評(píng)估方法尚不成熟

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流涉及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求、以及傳遞過程3個(gè)方面的研究。目前僅有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的定量研究方法相對(duì)比較成熟,尤其是生物量、價(jià)值量以及評(píng)價(jià)模型等方面[52- 53]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的定量方法,尚不成熟[54- 55]。例如,由于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求概念內(nèi)涵缺乏統(tǒng)一的理解以及人類社會(huì)系統(tǒng)的復(fù)雜性,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的量化所采用的方法與指標(biāo)并不一致[49],可能導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果存在很大的差異。此外,目前對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的定量方法仍然存在一些缺陷。如基于土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系矩陣評(píng)估方法比較主觀,對(duì)專家的知識(shí)要求較高,得出的結(jié)果不一定符合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)實(shí)際的供需狀況[56]。利用空間分布式模型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)傳遞過程與傳遞路徑進(jìn)行模擬,是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的一個(gè)重要方向[26]。但是當(dāng)前對(duì)這一領(lǐng)域的研究處在起步階段,各類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)到需求區(qū)的傳遞過程的量化,缺乏成熟的模型,尤其缺乏流動(dòng)過程比較復(fù)雜的調(diào)節(jié)服務(wù)流的流動(dòng)路徑、流量以及流動(dòng)過程中流量的消耗等方面的模型。已有的模型,例如ARIES模型和SPANs模型,雖然可以實(shí)現(xiàn)在空間上繪制生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給與需求,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給到需求傳遞過程中的流量與流動(dòng)路徑進(jìn)行分析[16],但是模型目前仍在開發(fā)階段,且在運(yùn)行過程中需要大量的參數(shù),尚未得到廣泛的應(yīng)用[26]。

(3)面向應(yīng)用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究較少

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的一個(gè)重要目標(biāo)是將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念應(yīng)用于指導(dǎo)規(guī)劃與制定相關(guān)的決策[57]。通過揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)過程及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的平衡狀況,可為科學(xué)制定合理的生態(tài)系統(tǒng)管理措施與優(yōu)化區(qū)域景觀格局提供支撐,是實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。目前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究主要關(guān)注其概念與理論內(nèi)涵,以及研究框架[10-11,21],缺乏面向應(yīng)用的研究。已有的應(yīng)用性研究主要聚焦于淡水供給、動(dòng)物遷徙、旅游休憩等,這類研究供給量和需求量相對(duì)容易量化,而對(duì)水源涵養(yǎng)、土壤保持等調(diào)節(jié)服務(wù)及其他類型服務(wù)的應(yīng)用案例尚不多見[34,41]。尤其對(duì)城市這種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求矛盾日益突出的地區(qū),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究很少,缺乏對(duì)城市地區(qū)溫度調(diào)節(jié)、雨洪調(diào)節(jié)、城市綠地休閑娛樂等直接與城市居民生活相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究。

(4)人與自然耦合系統(tǒng)中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究框架有待完善

基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求及其相互聯(lián)系的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究框架[11,58-59],是當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的范式。不足之處是,這些研究框架主要關(guān)注對(duì)研究方法與內(nèi)容的解釋[11,34],如通過綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的潛在供給能力、生態(tài)壓力、利益相關(guān)的需求,從供給方、受益方及其空間聯(lián)系著手,定量分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流[10- 11]。這些框架雖然考慮了人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中利益相關(guān)者的需求,但是由于對(duì)人與自然耦合系統(tǒng)中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞機(jī)制及流動(dòng)規(guī)律的理解尚存在欠缺,較少考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求之間復(fù)雜的反饋機(jī)制,缺乏完善的框架將生態(tài)系統(tǒng)管理與調(diào)控納入至生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究中,從而一定程度上制約了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流應(yīng)用于可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)管理研究的進(jìn)程。

4.2 研究展望

研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)到需求區(qū)的傳遞過程,識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞過程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),可為生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)補(bǔ)償提供依據(jù)；探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求平衡狀況,可為景觀規(guī)劃與生態(tài)系統(tǒng)管理提供建議,是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與保障區(qū)域生態(tài)安全的重要途徑。但是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究比較復(fù)雜,涉及對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會(huì)系統(tǒng)中多種要素的分析。未來研究中需要加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究,以期進(jìn)一步推進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的發(fā)展。

(1)重點(diǎn)關(guān)注復(fù)雜系統(tǒng)中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的傳遞過程

理解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)到需求區(qū)的傳遞過程是認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞過程的復(fù)雜性與跨尺度性,未來研究中應(yīng)該從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)傳遞過程中流量,流向及流速變化以及不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的作用方向與供給范圍等方面出發(fā),分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在傳遞過程中對(duì)其所涉及的區(qū)域產(chǎn)生的影響,揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在傳遞過程中的損耗與衰減規(guī)律,實(shí)現(xiàn)對(duì)跨區(qū)域、跨尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間轉(zhuǎn)移規(guī)律的探索。

(2)加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流定量方法的研究

定量模擬分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間流動(dòng)過程與傳遞路徑,是未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)的一個(gè)重要研究方向。未來的研究需要充分利用遙感影像、地理數(shù)據(jù)、地面調(diào)查、社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)查等多源數(shù)據(jù)庫[26],綜合考慮地形地貌、植被、土壤以及土地利用等影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需異質(zhì)性的關(guān)鍵要素,確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給者與需求者的空間分布特征。加強(qiáng)多學(xué)科之間的合作與交流,綜合地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、水文學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及社會(huì)學(xué)等多種學(xué)科,通過學(xué)科交叉互補(bǔ),綜合各類專業(yè)知識(shí)建立定量化研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的動(dòng)態(tài)評(píng)估模型與模擬工具[60]。

(3)重視生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的應(yīng)用性研究

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的基礎(chǔ)[16],可為生態(tài)系統(tǒng)管理與景觀格局優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù),具有重要的實(shí)踐價(jià)值。未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究,應(yīng)該加強(qiáng)面向應(yīng)用的基礎(chǔ)研究,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的概念應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)管理、生態(tài)恢復(fù),生態(tài)補(bǔ)償,以及城市景觀規(guī)劃等決策的制定中。具體來說,主要包括以下幾個(gè)方面： 1)加強(qiáng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從供給區(qū)到需求區(qū)傳遞過程中傳遞路徑及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流量的損耗與積累過程的研究,明確被破壞、受損和阻斷的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流,識(shí)別生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)保護(hù)過程中的重點(diǎn)與優(yōu)先區(qū)域,為制定科學(xué)合理的生態(tài)修復(fù)與生態(tài)管理措施提供科學(xué)依據(jù)[45]。2)加強(qiáng)景觀尺度及區(qū)域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究,明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在較大空間范圍內(nèi)的流動(dòng)和轉(zhuǎn)移規(guī)律,量化各受益方所接受的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量,從而為生態(tài)補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)量化提供依據(jù)[61-62]。3)關(guān)注對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究,聚焦于與城市居民生活息息相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型,加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的研究,基于供需平衡視角,為城市景觀規(guī)劃與生態(tài)安全格局構(gòu)建提供合理建議[63]。

(4)完善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究框架

通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究,基于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求平衡關(guān)系的探討,進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)管理與調(diào)控是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的重要內(nèi)容,也是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的重要目標(biāo)。未來的研究需要在分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞過程中各要素綜合作用及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制的基礎(chǔ)上,明確人與自然耦合系統(tǒng)中,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求之間復(fù)雜的因果-反饋機(jī)制,并將生態(tài)系統(tǒng)管理與調(diào)控納入至生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的框架中,以期通過分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動(dòng)過程中所涉及各要素的相互作用機(jī)制,為制定科學(xué)合理的管理政策提供依據(jù),實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。

5 結(jié)論

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與人類需求搭建了橋梁,是探索生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉相互作用的關(guān)鍵,也是當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的熱點(diǎn)與前沿,對(duì)提高人類福祉,實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展,具有重要的意義。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究旨在探索生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由供給區(qū)到需求區(qū)的空間傳遞過程,利用空間分布式模型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)傳遞過程中流量動(dòng)態(tài)變化與傳遞路徑進(jìn)行模擬,是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流研究的一個(gè)重要方向,也是定量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的根本所在。推進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的研究,需要：1)系統(tǒng)分析跨尺度、跨區(qū)域等復(fù)雜系統(tǒng)中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流傳遞機(jī)理；2)充分利用多種數(shù)據(jù),加強(qiáng)多學(xué)科合作交流建立定量研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的動(dòng)態(tài)評(píng)估模型與模擬工具；3)重視生態(tài)服務(wù)流的應(yīng)用性研究,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流理念納入生態(tài)補(bǔ)償,生態(tài)恢復(fù)以及生態(tài)安全格局構(gòu)建等決策制定過程。