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, Christina P. Wong, 歐陽(yáng)志云,*

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)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(yáng)志云1,*

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)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(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科知識(shí)，對(duì)影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過(guò)程、功能的關(guān)鍵因子進(jìn)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(guò)程。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)內(nèi)涵、分類(lèi)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估等方面開(kāi)展了大量研究，極大地促進(jìn)了湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從認(rèn)知走向管理實(shí)踐。然而，現(xiàn)有研究在開(kāi)展湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估時(shí)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(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的邊際影響分析，無(wú)法揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)和轉(zhuǎn)移特征及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)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(jì)結(jié)合。在綜述湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定量評(píng)估方法的基礎(chǔ)上，認(rèn)為通過(guò)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(guò)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(duì)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(shí)踐和政策設(shè)計(jì)的科學(xué)依據(jù)，可以確保生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)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(lèi)生存和可持續(xù)發(fā)展的重要生態(tài)系統(tǒng)。我國(guó)有2759個(gè)面積大于1km2的湖泊(其中1/3是淡水湖泊)[1- 2]， 為我國(guó)提供了多項(xiàng)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(duì)干擾會(huì)做出非線性響應(yīng)并具有一定時(shí)滯效應(yīng)。在外界干擾超過(guò)一定的閾值時(shí)，湖泊能很快從一種狀態(tài)(如：貧營(yíng)養(yǎng)化)越變?yōu)榱硪环N狀態(tài)(如：富營(yíng)養(yǎng)化)，湖泊管理極為困難[3]。近幾十年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展加劇了湖泊水體水質(zhì)污染和水資源過(guò)度開(kāi)發(fā)，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。湖泊富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致藍(lán)藻大量繁殖，嚴(yán)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(jì)損失高達(dá)幾十億元[2]，對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重威脅。最近對(duì)我國(guó)67個(gè)大型湖泊的調(diào)查顯示，80%的湖泊水質(zhì)為IV- 劣V類(lèi)[4]。此外，我國(guó)湖泊面積縮減現(xiàn)象也極為普遍，僅過(guò)去半個(gè)世紀(jì)就有243個(gè)湖泊消失[5]。湖泊水面面積下降和水環(huán)境問(wèn)題已成為我國(guó)局部尺度、區(qū)域尺度和國(guó)家尺度的重要環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)問(wèn)題。

湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理是綜合運(yùn)用生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科知識(shí)，通過(guò)湖泊生態(tài)補(bǔ)償和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃，對(duì)影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過(guò)程、功能的關(guān)鍵因子進(jìn)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(guò)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(rèn)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(píng)價(jià)[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(guò)去20年，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)內(nèi)涵、評(píng)估框架、模型應(yīng)用等方面作了大量的探索和嘗試，為我國(guó)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(guó)內(nèi)研究仍集中于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)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(jī)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(dòng)和轉(zhuǎn)移特征[24- 27]、生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)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(guó)主要采用以下3種方法評(píng)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(biāo)[18,21]或效益指標(biāo)，評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)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(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)值量[43]；(3)基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)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(jià)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(rèn)知走向管理決策和政策設(shè)計(jì)面臨著多方面挑戰(zhàn)，包括：(1)湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值重復(fù)計(jì)算[19, 21- 22, 45]，評(píng)估結(jié)果可信度不高；(2)評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)估方法多樣化，評(píng)估結(jié)果不具可比性且不可尺度擴(kuò)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(wú)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(duì)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(dòng)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(jī)制[40]，無(wú)法為生態(tài)補(bǔ)償?shù)日咴O(shè)計(jì)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(píng)估方法的基礎(chǔ)上，認(rèn)為通過(guò)受益者分析確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)及評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過(guò)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(duì)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(jì)的科學(xué)依據(jù)，可以確保生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[9, 47, 51]。

1湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)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(píng)估方法(物質(zhì)量)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估是環(huán)境管理[52]和生態(tài)規(guī)劃[53]的重要研究?jī)?nèi)容。湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估能揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類(lèi)福祉的直接或間接貢獻(xiàn)[10, 47]，提高管理者和公眾的湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)認(rèn)知和湖泊生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)認(rèn)識(shí)。同時(shí)，湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估可以揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空權(quán)衡關(guān)系、湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征對(duì)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(dòng)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(hù)區(qū)域和優(yōu)化管理方式，促進(jìn)湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由認(rèn)知走向管理實(shí)踐[24- 27, 31, 54]。隨著湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)認(rèn)知的不斷提高，利益相關(guān)者逐漸認(rèn)識(shí)到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與管理決策和政策設(shè)計(jì)結(jié)合的重要性，并在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)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(jià)值量評(píng)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(jìn)行了大量研究，但沒(méi)有形成通用的湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)估方法[16, 30]。我國(guó)湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估方法可以概括為以下3類(lèi)：(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(biāo)或效益指標(biāo)，基于生態(tài)監(jiān)測(cè)、野外調(diào)查、社會(huì)調(diào)查等方式搜集原始數(shù)據(jù)，評(píng)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(píng)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(jì)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(jìn)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(biāo)

國(guó)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(guò)程、功能)等方面開(kāi)展了大量工作，為湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。在開(kāi)展湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估時(shí)，國(guó)內(nèi)研究人員通常會(huì)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(jià)值分類(lèi)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(xiàn)綜述、專(zhuān)家意見(jiàn)[25]、研究區(qū)域特征及數(shù)據(jù)可獲得性，選取特定指標(biāo)，然后基于生態(tài)監(jiān)測(cè)、野外調(diào)查和社會(huì)調(diào)查等方式搜集第一手資料，評(píng)估湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。我國(guó)學(xué)者針對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估開(kāi)展了大量實(shí)踐工作[63- 67]，但沒(méi)有形成通用的湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1.1.2效益轉(zhuǎn)化

效益轉(zhuǎn)化法是評(píng)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(guò)查表的方式將已評(píng)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(shí)間也節(jié)省成本，因此在數(shù)據(jù)缺乏和需要做出即時(shí)決策時(shí)被廣泛應(yīng)用。目前，我國(guó)學(xué)者在開(kāi)展湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估，特別是湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)動(dòng)態(tài)變化分析時(shí)，往往使用單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表[41- 42]進(jìn)行效益轉(zhuǎn)化，評(píng)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(píng)估模型

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估模型能直觀的反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)和轉(zhuǎn)移特征[25- 26]，揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空權(quán)衡關(guān)系和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域[25,37,52]，為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理和政策設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。國(guó)內(nèi)目前主要采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值化和得失權(quán)衡綜合評(píng)價(jià)模型(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs- InVEST)[39-40]進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估、權(quán)衡分析及空間制圖。InVEST模型是基于GIS軟件的功能擴(kuò)展模塊，它能較準(zhǔn)確地模擬不同土地利用情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空權(quán)衡和協(xié)同關(guān)系，在密云水庫(kù)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(jiàn)單獨(dú)應(yīng)用于湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估中。

1.2湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估方法局限性

湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估是湖泊管理決策和政策設(shè)計(jì)的重要組成部分。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)展了大量的湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估案例研究，但在評(píng)估指標(biāo)和評(píng)估方法等方面仍存在很大的局限性：(1)混淆湖泊生態(tài)過(guò)程、功能和最終服務(wù)，造成湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估結(jié)果可信度下降；評(píng)估結(jié)果不具可比性且不可尺度擴(kuò)展；湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)和轉(zhuǎn)移特征不明確，生態(tài)補(bǔ)償?shù)日咴O(shè)計(jì)受到影響；湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)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(píng)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(shì)，但無(wú)法準(zhǔn)確確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)先保護(hù)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(dòng)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(jì)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(píng)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(shí)空異質(zhì)性，受管理決策和人類(lèi)活動(dòng)等多方面因素影響[17,73]。湖泊是一個(gè)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(shí)空尺度，當(dāng)管理者選擇性的提高某一項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)，往往會(huì)削弱其他一項(xiàng)或多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給水平和供給能力[29,32]。開(kāi)展湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空權(quán)衡關(guān)系及湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征對(duì)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(shí)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(píng)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(mén)高度關(guān)注[29,76- 77]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就管理措施(如：土地管理)對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響進(jìn)行了大量研究[31- 39]，從理論和實(shí)踐揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)此長(zhǎng)彼消的權(quán)衡關(guān)系，為開(kāi)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(guó)學(xué)者對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系的認(rèn)識(shí)存在一定的局限性，阻礙了湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由認(rèn)知走向管理實(shí)踐。管理決策者需要綜合利用生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科知識(shí)，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(guò)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(píng)估將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)定義為：人類(lèi)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(píng)估[9]提出了研究生態(tài)系統(tǒng)與人類(lèi)福祉關(guān)系的理論評(píng)估框架，被科學(xué)家和管理決策者廣泛認(rèn)可[6]。然而千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估停留在概念水平，在管理決策中缺乏實(shí)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(duì)人類(lèi)福祉和效益的直接或間接貢獻(xiàn)”[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(jì)算，研究生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)福祉關(guān)系提供了可操作性更好的評(píng)估框架[10,47,80]。生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)是與人類(lèi)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(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)功能等生態(tài)屬性，是無(wú)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(duì)人類(lèi)福祉的直接貢獻(xiàn)轉(zhuǎn)化為具有社會(huì)價(jià)值的物質(zhì)量指標(biāo)，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(lèi)福祉關(guān)系提供了理論基礎(chǔ)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)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(kāi)了大量討論。Bockstael[23]認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以人類(lèi)利用為中心，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值大小與每一個(gè)受益者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和自身福祉關(guān)系的評(píng)估有關(guān)。Wallace[81]認(rèn)為混淆生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程 、功能和服務(wù)是阻礙生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)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(lèi)系統(tǒng)。Boyd[80]將生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)定義為具有社會(huì)價(jià)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(rèn)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(guò)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(duì)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(duì)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(guò)程是中間服務(wù)，清潔的水資源是最終服務(wù)。對(duì)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(lè)是最終服務(wù)。Fu[21]指出重復(fù)計(jì)算是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估面臨的主要問(wèn)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(jià)值重復(fù)計(jì)算的原因，同時(shí)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(zhǔn)則，并指出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類(lèi)需要充分考慮受益者[82]，減少價(jià)值評(píng)估的不確定性。Nahlik[18]認(rèn)為采用Boyd[80]對(duì)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(jià)值重復(fù)計(jì)算；(3)能有效促進(jìn)生態(tài)學(xué)家、社會(huì)學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家及管理者之間的合作；(4)被公眾認(rèn)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(píng)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(biāo)，定量化生態(tài)系統(tǒng)與人類(lèi)福祉關(guān)系的6個(gè)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(duì)確定生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)類(lèi)型和指標(biāo)具有重要作用[19]。Reyers[45]提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估和管理的“社會(huì)-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(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)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(diǎn)卻基本一致?；谝陨衔墨I(xiàn)綜述，本文總結(jié)了通過(guò)受益者分析確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的幾個(gè)基本過(guò)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(lèi)福祉相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)屬性并歸類(lèi)；(4)根據(jù)受益者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的實(shí)際需求和利用，確定生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)類(lèi)型；(5)通過(guò)受益者偏好分析(例如：社會(huì)調(diào)查)，確定生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)指標(biāo)。結(jié)合以上基本過(guò)程及湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估經(jīng)驗(yàn)，確定了與人類(lèi)福祉有直接相關(guān)性的湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)類(lèi)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(kāi)展湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)精細(xì)化評(píng)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(kuò)展性。

表1　湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)類(lèi)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(duì)生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)邊際影響的重要方法。跟經(jīng)濟(jì)評(píng)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(lèi)似，生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)通過(guò)生物物理模型和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法確定生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過(guò)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(jìn)而定量化生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)的時(shí)空權(quán)衡關(guān)系及其對(duì)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(guò)整合生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和社會(huì)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，為管理決策和政策設(shè)計(jì)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(jià)值重復(fù)計(jì)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(shí)空權(quán)衡關(guān)系。(3)揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間流動(dòng)和轉(zhuǎn)移特征。

國(guó)內(nèi)學(xué)者需要整合生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科知識(shí)，通過(guò)生態(tài)- 經(jīng)濟(jì)綜合模型提高湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的可信性，為制定湖泊生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)、確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)先保護(hù)區(qū)和開(kāi)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(jì)價(jià)值評(píng)估和湖泊生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化管理的關(guān)鍵過(guò)程[84]，是湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與政策設(shè)計(jì)有力結(jié)合的重要保障。生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)可以為價(jià)值評(píng)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(jià)值重復(fù)計(jì)算的同時(shí)，揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空權(quán)衡關(guān)系和生態(tài)特征對(duì)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(kù)的構(gòu)建和即時(shí)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(guó)擁有數(shù)量眾多的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)我國(guó)居民生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的支撐作用。然而，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)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(yán)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(duì)湖泊生態(tài)服務(wù)認(rèn)知的不斷提高，湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估已成為環(huán)境管理、生態(tài)規(guī)劃和政策設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。然而，我國(guó)在湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估指標(biāo)和評(píng)估方法等方面存在很大的局限性，嚴(yán)重影響了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由認(rèn)知走向管理實(shí)踐。我國(guó)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(píng)估技術(shù)，揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空權(quán)衡關(guān)系及湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流動(dòng)和轉(zhuǎn)移特征，為管理決策和政策設(shè)計(jì)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(píng)估方法的基礎(chǔ)上，提出通過(guò)受益者分析確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)類(lèi)型及評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過(guò)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(duì)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(jì)價(jià)值評(píng)估和湖泊生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化管理的關(guān)鍵過(guò)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(gè)相對(duì)漫長(zhǎng)的過(guò)程。短期內(nèi)，可以通過(guò)跨學(xué)科合作，確定生態(tài)系統(tǒng)最終服務(wù)指標(biāo)及相應(yīng)的生態(tài)特征指標(biāo)，建立監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(rèn)知走向管理實(shí)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(xiàng)目:國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(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(yáng)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(bào),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.