生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求、供給和消費(fèi)研究進(jìn)展

嚴(yán) 巖,朱捷緣,,吳 鋼,*,詹云軍

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 武漢理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 武漢 430070

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生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求、供給和消費(fèi)研究進(jìn)展

嚴(yán) 巖1,朱捷緣1,2,吳 鋼1,*,詹云軍2

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 武漢理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 武漢 430070

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的持續(xù)供給是社會(huì)和自然可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ),人類通過(guò)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消費(fèi)來(lái)滿足需求和提高自身福祉。研究人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求、消費(fèi),分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給與需求關(guān)系,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的管理、土地發(fā)展規(guī)劃和資源的合理有效配置具有重要意義。首先分析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求、供給和消費(fèi)的內(nèi)涵與特征,辨析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的有效需求和潛在需求、有效供給與潛在供給,進(jìn)而提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與供給研究框架,指出應(yīng)研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的空間關(guān)聯(lián)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求彈性差異,進(jìn)而因地制宜地調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)效用最大化。梳理并比較了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的量化指標(biāo)和研究方法,包括基于土地利用和土地覆被的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系矩陣法、生態(tài)足跡法、公眾參與法、模型計(jì)算法等。提出了未來(lái)的相關(guān)研究主要應(yīng)從不同群體的需求彈性差異、跨學(xué)科與多源數(shù)據(jù)結(jié)合的需求定量評(píng)估方法、供需關(guān)系的多尺度分析、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與人類福祉的耦合機(jī)制拓展等方面展開,為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)調(diào)控管理和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供切實(shí)可行的科學(xué)依據(jù)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù); 需求; 供給; 消費(fèi); 均衡; 空間關(guān)聯(lián)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)所形成和維持的人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用[1- 2],據(jù)TEEB[3]報(bào)告,利益主體的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生了巨大的需求,并導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)狀態(tài)發(fā)生改變。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的持續(xù)供給是社會(huì)和自然可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ),人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)代謝的生態(tài)服務(wù)需求和消費(fèi)必須在生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境容納量和生態(tài)服務(wù)可持續(xù)供給范圍內(nèi)[4]。研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給、需求和消費(fèi),包括數(shù)量上的供需均衡關(guān)系和空間關(guān)聯(lián)格局,為生態(tài)系統(tǒng)的管理、資源的合理有效配置提供決策輔助,對(duì)人與自然的和諧耦合發(fā)展具有重要意義。同時(shí),從相關(guān)利益方的角度了解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和消費(fèi)過(guò)程,有助于在制定資源管理和生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制中更好地協(xié)調(diào)各利益相關(guān)者的關(guān)系[5- 6]。

目前,從供給和消費(fèi)的角度研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)已逐漸受到國(guó)內(nèi)外研究者的重視,并成為一個(gè)重要研究方向。本文在綜合分析相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,辨析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求、供給和消費(fèi)的內(nèi)涵與特征,在此基礎(chǔ)上提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與供給研究的總體框架,并對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求研究的量化指標(biāo)和研究方法進(jìn)行了梳理歸納和比較,最后對(duì)目前研究中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析,并對(duì)未來(lái)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求研究進(jìn)行展望。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求、供給和消費(fèi)的內(nèi)涵與特征

1.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求

目前對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的定義還沒(méi)有形成一個(gè)被廣泛接受的統(tǒng)一表述。Burkhard等[7]從消費(fèi)角度定義，認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求是特定的時(shí)間和空間范圍內(nèi)被消費(fèi)或使用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；Villamagna[8]和Schr?ter[9]等從社會(huì)或個(gè)體的偏好角度將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求定義為被社會(huì)要求或渴望得到的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的數(shù)量和質(zhì)量；Geijzendorffer等[10]認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求是為獲取或者保護(hù)某種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)所付出的支付意愿,如金錢、時(shí)間、距離成本等?？偟膩?lái)說(shuō),從消費(fèi)角度的定義強(qiáng)調(diào)當(dāng)前階段對(duì)自然資源的實(shí)際消耗,從偏好角度的理解認(rèn)為是為達(dá)到某種生活質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)而期望獲取的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),強(qiáng)調(diào)從生態(tài)系統(tǒng)所到的惠益與預(yù)期的差異；從支付意愿的角度定義反映了消費(fèi)者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的感知程度和效用價(jià)值的判斷。

經(jīng)濟(jì)學(xué)中對(duì)需求的定義是一定時(shí)期內(nèi)消費(fèi)者在各種價(jià)格水平下愿意而且能夠購(gòu)買的該商品的數(shù)量,消費(fèi)者的購(gòu)買欲望和購(gòu)買能力是構(gòu)成有效需求的基本因素。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的效益[11],很多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是無(wú)形的、無(wú)償?shù)墓卜?wù),因此被消費(fèi)者感知并且產(chǎn)生效用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)就可以構(gòu)成有效需求,值得注意的是，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求除了目前已經(jīng)從生態(tài)系統(tǒng)獲取的惠益,還包括潛在需求,因?yàn)橐恍┫拗埔蛩?如可達(dá)性、成本、資源獲取的技術(shù)限制)造成某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求目前可能并未得到滿足。因此,本文認(rèn)為用個(gè)體偏好、意愿作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求衡量標(biāo)準(zhǔn),更貼合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉的主線,也可以提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)的有效性和實(shí)用性。

1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給

與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給相關(guān)的最早的概念是生態(tài)承載力[12]。生態(tài)承載力表示了給定區(qū)域的資源供給,即潛在供給,但并不能全部作為有效供給傳遞給人類[7- 10]。Burkhard等[7]認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給是在給定的時(shí)間和區(qū)域范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)提供的能夠被實(shí)際利用的自然資源和服務(wù),強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的有效性和可獲取性。Schr?ter等[10,13]認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給是從潛在供給傳遞出來(lái)的最終服務(wù)量,指出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給有明顯的空間依賴性,當(dāng)具備特定的空間條件后才能產(chǎn)生服務(wù)功能,例如授粉服務(wù)必須在周圍有農(nóng)作物、果園的時(shí)候才能產(chǎn)生效用,洪水調(diào)節(jié)服務(wù)僅僅在下游平原地區(qū)存在受益者(人類、建筑物、經(jīng)濟(jì)資產(chǎn)等)的時(shí)候才能發(fā)揮作用,休閑服務(wù)在空間可達(dá)的地方才存在而不是所有的自然景觀都可以作為休閑服務(wù)供給。也就是說(shuō),潛在供給量是生態(tài)系統(tǒng)提供資源和產(chǎn)品的最大閾值,但并一定能全部形成有效供給,單純考慮生物物理環(huán)境和土地類型確定服務(wù)供給量是不準(zhǔn)確的,真正有效生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量還與獲取難度、可達(dá)性、人類技術(shù)和管理方式有關(guān)。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消費(fèi)

甄霖等[14]認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消費(fèi)是人類生產(chǎn)和生活對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消耗、利用和占用,可分為直接消費(fèi)如食物、燃料和間接消費(fèi)如凈化水質(zhì)、廢棄物處理等。經(jīng)濟(jì)學(xué)中的消費(fèi)具有多樣性,包括購(gòu)買產(chǎn)品、獲得服務(wù)和享受資源[15],因此可以將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消費(fèi)定義為購(gòu)買生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品以及接受、享受生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來(lái)滿足需求和提高自身福祉的行為和過(guò)程。然而大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)排他性和競(jìng)爭(zhēng)性不明顯,人們?cè)谙M(fèi)的時(shí)候意識(shí)不到它們的稀缺性[16]。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的空間分異特征

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和需求在時(shí)間和空間上具有很強(qiáng)的分異特征[17]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給在空間上受制于生物物理化學(xué)過(guò)程以及土地利用/土地覆被(LUCC)類型的空間分布和結(jié)構(gòu),數(shù)量上受制于自然資本提供服務(wù)的能力,同時(shí)也受制于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和福祉目標(biāo)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求是由個(gè)人和群體的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)決定的,具有區(qū)域差異性和需求彈性差異,對(duì)自然資源依賴程度不同的區(qū)域呈現(xiàn)出不同的需求目標(biāo)和福祉測(cè)度,在經(jīng)濟(jì)水平落后的地區(qū)對(duì)最基本食物和能源等物質(zhì)供給服務(wù)的需求最大,而城市居民更關(guān)注主觀需求和福祉,例如教育、文化、休閑等；同時(shí),不同消費(fèi)者對(duì)同一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)因社會(huì)背景、收入、偏好、認(rèn)知水平、評(píng)價(jià)體系差異[18- 20]產(chǎn)生不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求彈性,從而產(chǎn)生不同的消費(fèi)意愿。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求彈性差異是進(jìn)行地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給結(jié)構(gòu)調(diào)整和供給管理政策實(shí)施的理論依據(jù)。

2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求研究框架

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需雙方是服務(wù)形成、輸送和最終被消費(fèi)的主體[21],沒(méi)有人類需求,生態(tài)系統(tǒng)功能和過(guò)程無(wú)法形成服務(wù)[22- 23]。Fisher等[22]將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間結(jié)構(gòu)分為供給區(qū)、受益區(qū)、連接區(qū)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求、消費(fèi)空間的不一致以及服務(wù)流動(dòng)過(guò)程中的距離衰減等造成了生態(tài)服務(wù)供給和需求空間關(guān)聯(lián)特征。一些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求空間重合,如降低噪音和廢物分解等；一些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求發(fā)生在供給區(qū)周圍一定地域內(nèi),如上游森林為下游居民提供水質(zhì)凈化和洪水調(diào)節(jié)服務(wù)；還有一些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可以在全球范圍內(nèi)被需求和消費(fèi),如氣候調(diào)節(jié)和空氣凈化服務(wù)。

本文提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求與供給研究框架如圖1所示。社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)作為生態(tài)服務(wù)的需求方,自然生態(tài)系統(tǒng)作為生態(tài)服務(wù)的供給方,兩者之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系。社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)一方面通過(guò)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消費(fèi)來(lái)滿足人類需求和提高自身福祉,另一方面對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生直接或間接的影響,進(jìn)而改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能從而影響服務(wù)的供給。當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有效供給不足,或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的空間分異過(guò)大,或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)被過(guò)度消費(fèi)導(dǎo)致其可持續(xù)供給能力下降時(shí),需要進(jìn)行有效的生態(tài)系統(tǒng)管理,通過(guò)增強(qiáng)服務(wù)供給和可達(dá)性,提升供需的空間匹配度,減輕生態(tài)壓力,或者通過(guò)生態(tài)補(bǔ)償?shù)葯C(jī)制調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與消費(fèi),進(jìn)而調(diào)控和平衡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和需求。

大多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不能像普通商品那樣通過(guò)自由市場(chǎng)調(diào)節(jié)供需均衡。因此需要通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的關(guān)聯(lián)分析,研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求彈性差異,結(jié)合區(qū)域社會(huì)特征、經(jīng)濟(jì)發(fā)展特征、人口結(jié)構(gòu)、受教育程度等特征,因地制宜地調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和資源配置,滿足人們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求,使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)效用最大化,并實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)供給。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求關(guān)系研究框架Fig.1 The research framework of ecosystem services demand and supply

3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求研究進(jìn)展

3.1 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

近幾年,國(guó)外關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究的文獻(xiàn)開始出現(xiàn)并逐漸增多,研究涉及多種服務(wù)類型,研究角度和方法也比較多樣。供給服務(wù)的供需研究主要集中在食物、能源和水資源等方面,調(diào)節(jié)服務(wù)研究主要是洪水調(diào)節(jié)服務(wù)、授粉、侵蝕控制和固碳服務(wù)等,文化服務(wù)主要集中在休閑和生態(tài)旅游方面。在GIS和RS的技術(shù)支持下,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的空間分布格局研究和供需量的關(guān)系研究逐漸增多。

國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究多是從需求者生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消費(fèi)的角度研究,服務(wù)類型主要集中在食物、薪柴、水資源等直接消費(fèi)的產(chǎn)品服務(wù)方面,研究方法主要是問(wèn)卷調(diào)查或者通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消費(fèi)。謝高地等[16]根據(jù)計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)理論,構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)生產(chǎn)-消費(fèi)-價(jià)值化的理論分析框架,提出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消費(fèi)的主要理論方法；甄霖等[14]制定了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消費(fèi)的概念框架,列出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)-消費(fèi)-管理之間的相互關(guān)系；還有學(xué)者從流域和區(qū)域尺度進(jìn)行了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給-消費(fèi)研究?？偟膩?lái)說(shuō),主要集中于對(duì)自然資源的消耗方面,偏向供給和消費(fèi)的負(fù)荷關(guān)系定量化研究,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和消費(fèi)的空間關(guān)聯(lián)研究還較少。

3.2 研究方法比較

評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的關(guān)鍵步驟是選擇合適的指標(biāo)和量化方法,使服務(wù)供給和需求的研究具有統(tǒng)一可比的度量基礎(chǔ)。

3.2.1 不同生態(tài)服務(wù)類型的量化指標(biāo)辨析

千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估(MA)[11]將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給、調(diào)節(jié)、文化和支持服務(wù)4大類,已有研究中,對(duì)供給服務(wù)的量化一般用生產(chǎn)力水平作為供給能力量化指標(biāo),如區(qū)域的農(nóng)作物產(chǎn)量、薪柴面積等[24]；將人均消耗量或者通過(guò)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)的消費(fèi)數(shù)據(jù)[25]作為服務(wù)需求指標(biāo),如Morri等[26]通過(guò)不同用地類型對(duì)水資源的消耗量來(lái)量化水資源需求。調(diào)節(jié)服務(wù)涉及到復(fù)雜的生物物理化學(xué)過(guò)程,量化過(guò)程需要對(duì)生態(tài)過(guò)程的充分理解[27-28],一般是基于過(guò)程模型來(lái)評(píng)估調(diào)節(jié)服務(wù)供給能力,涉及地形、植被、土壤、降水、溫度、蒸散發(fā)量等多重?cái)?shù)據(jù)。調(diào)節(jié)服務(wù)的需求可以用脆弱性[29]程度分級(jí)量化,如Nedkov[30]以及Stürck[31]用假設(shè)洪水調(diào)節(jié)服務(wù)失衡下社會(huì)遭受洪水災(zāi)害的脆弱性和經(jīng)濟(jì)損失程度作為洪水調(diào)節(jié)服務(wù)的需求大??；Baró等[32]將為達(dá)到環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所需要的調(diào)節(jié)能力作為空氣凈化服務(wù)的需求；Schulp等[33]將依賴生物授粉達(dá)到最優(yōu)生長(zhǎng)的農(nóng)作物產(chǎn)量作為授粉服務(wù)需求。文化服務(wù)的量化和空間制圖是不確定性和主觀性最大的,受個(gè)體或群體的環(huán)境背景、信仰、認(rèn)知體系等多種條件影響,文化服務(wù)需求多利用公眾參與的方式獲得消費(fèi)者的偏好和意愿作為需求,例如將想去公園的人口數(shù)量[8]、公眾偏好的目的地作為休閑服務(wù)需求[34- 35]。而休閑服務(wù)供給可以利用GIS工具通過(guò)可達(dá)性分析等對(duì)自然景觀提供的有效供給進(jìn)行空間制圖。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求量化指標(biāo)的具有多樣性、多維性。Oudenhoven[36]指出評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求關(guān)系的指標(biāo)必須是可量化的、對(duì)土地利用變化反應(yīng)靈敏的、在空間和時(shí)間尺度上可擴(kuò)展的。目前供給和需求定量化研究正在向這個(gè)方向努力。

3.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求研究方法的比較

不同角度的定義、不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類別決定了不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求量化指標(biāo)和計(jì)算方法。目前的研究方法有基于土地利用/土地覆被變化(LUCC)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系矩陣法、生態(tài)足跡法、問(wèn)卷調(diào)查法和公眾參與法、模型計(jì)算法、市場(chǎng)價(jià)值法等。

(1)基于LUCC的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系矩陣法

LUCC被認(rèn)為是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要影響因素之一。基于LUCC的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡關(guān)系矩陣是一個(gè)專家知識(shí)來(lái)表征各類土地利用類型上的生態(tài)服務(wù)供需相關(guān)關(guān)系的成果,由Burkhard等[7]提出。44個(gè)土地利用/土地覆被為矩陣的橫列,29個(gè)服務(wù)類型為縱列,不同土地利用土地覆被類型的服務(wù)能力和服務(wù)需求不一樣,用-5到5的等級(jí)來(lái)表示供需能力匹配相關(guān)程度,5表示高供給低需求,0表示供需基本相當(dāng),-5表示高需求低供給。Burkhard[7]和Kroll[37]基于此方法研究了德國(guó)中部城市Leipzig和Halle 1990年和2007年的能源、食物、水資源的供給和需求關(guān)系并進(jìn)行供給和需求匹配結(jié)果的空間制圖,結(jié)果表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求變化很大?；贚UCC的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系矩陣法可以快速獲取從局部到區(qū)域尺度土地覆被類型對(duì)應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系,可用于具有高度復(fù)雜性和不確定性的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)中,應(yīng)用過(guò)程中可以根據(jù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能豐富和調(diào)整已有的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)列表[21]。

(2)模型計(jì)算法

模型計(jì)算法是通過(guò)對(duì)生態(tài)過(guò)程和機(jī)理的充分理解建立模型,輸入所需的生物物理數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和需求。Nedkov[30]用GIS和KINEROS水文模型,結(jié)合土地利用、土壤、人口、地形、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等研究了Etropole市的洪水調(diào)節(jié)服務(wù)的供給和需求關(guān)系,結(jié)果表明人口密集區(qū)、人工建設(shè)用地的洪水調(diào)節(jié)需求最大。Baró[32]運(yùn)用i-Tree Eco干沉積模型,計(jì)算了歐洲5個(gè)城市的綠色基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)空氣凈化、氣候調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)服務(wù)的貢獻(xiàn),結(jié)果表明綠色植被的調(diào)節(jié)服務(wù)能力十分有限,難以將現(xiàn)有空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)到滿足人類需求的環(huán)境質(zhì)量。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于可移植性,不受空間尺度和時(shí)間限制,可以根據(jù)不同年份的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同場(chǎng)景下的供需關(guān)系分析,但是計(jì)算過(guò)程需要全面的數(shù)據(jù)支持和對(duì)模型的運(yùn)用限制因素的充分了解。

(3)生態(tài)足跡法

生態(tài)足跡法是將區(qū)域內(nèi)總?cè)丝趯?duì)自然資源的消費(fèi)量和吸納社會(huì)經(jīng)濟(jì)代謝排放的廢棄物轉(zhuǎn)化為所需要的生物生產(chǎn)性面積作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求,將區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)每年所提供的生物生產(chǎn)性面積之和作為服務(wù)供給,乘以均衡系數(shù)和當(dāng)?shù)厣a(chǎn)力系數(shù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)單位,再與總?cè)丝谒璧纳鷳B(tài)足跡進(jìn)行負(fù)荷比較反映當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需平衡關(guān)系[38]。Palacios等[39]運(yùn)用生態(tài)足跡和碳足跡計(jì)算方法,對(duì)Biscay地區(qū)2000至2010年間的原材料、食物、能源等服務(wù)的供需關(guān)系進(jìn)行了研究。謝高地等[4]采用生態(tài)足跡法自下而上的加權(quán)計(jì)算了中國(guó)1980—2005年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消耗,進(jìn)而度量所形成的生態(tài)債務(wù),結(jié)果表明85%以上的省份長(zhǎng)期處于生態(tài)負(fù)債狀態(tài),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求超過(guò)了生態(tài)承載力,人均生態(tài)債務(wù)持續(xù)擴(kuò)大。生態(tài)足跡方法排除了價(jià)格等外在因素,并采用了面積這個(gè)統(tǒng)一度量單位,可以直觀度量區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給與消費(fèi)關(guān)系,但生態(tài)足跡法不能分開計(jì)算特定類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需關(guān)系。

(4)公眾參與法和問(wèn)卷調(diào)查法

公眾參與法和問(wèn)卷調(diào)查法是基于利益相關(guān)者的認(rèn)知、支付意愿和偏好來(lái)研究生態(tài)服務(wù)需求和供給。García-Nieto等[34]結(jié)合配圖和面對(duì)面的解說(shuō),讓不同利益相關(guān)者從圖片上識(shí)別西班牙東南部Granada和Almería市的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型(如薪柴供給、侵蝕控制、生態(tài)旅游等),并且讓受訪者判斷其重要性作為社會(huì)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求偏好。Pea等[35]在網(wǎng)上對(duì)巴克斯地區(qū)對(duì)629位受訪者進(jìn)行圖片-問(wèn)卷調(diào)查,根據(jù)視覺(jué)上直觀的審美偏好級(jí)別量化休閑服務(wù)的需求和供給,結(jié)果23%的可視域顯示出較高的休閑服務(wù)需求和較差的服務(wù)供給。此種方法較真實(shí)地反映了不同利益相關(guān)者的需求,但也存在一些缺陷,調(diào)查者會(huì)因?yàn)樽约旱睦斫獬霈F(xiàn)對(duì)服務(wù)類型的描述性偏差,同時(shí),欠缺環(huán)境意識(shí)的受訪者對(duì)提供生態(tài)安全的調(diào)節(jié)服務(wù)類型的需求識(shí)別的不充分,會(huì)導(dǎo)致服務(wù)需求的過(guò)低估計(jì)。

此外,市場(chǎng)價(jià)值法也為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求匹配研究提供了一種便捷的方法,將供給方的成本和受益方消耗的自然資產(chǎn)統(tǒng)一貨幣化,便于供需預(yù)算比較。但該方法存在一些爭(zhēng)議,因?yàn)楹芏嗌鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)的效用并沒(méi)有被消費(fèi)者感知到,價(jià)值評(píng)估結(jié)果很難真實(shí)反映消費(fèi)者剩余,只有基于支付意愿的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估才能被管理者和公眾所接受從而在實(shí)際決策中起到作用。

4 問(wèn)題與展望

目前對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求關(guān)系的研究還處于起步階段,研究大多集中在供給源和消費(fèi)區(qū)靜態(tài)的服務(wù)量計(jì)算和比較中,缺少生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的經(jīng)濟(jì)學(xué)規(guī)律探析以及服務(wù)空間流動(dòng)的時(shí)空動(dòng)態(tài)模擬,也沒(méi)有全面地測(cè)度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求變化對(duì)人類福祉的影響。

當(dāng)前,研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求和消費(fèi)需要重點(diǎn)研究和明確的幾個(gè)主要科學(xué)問(wèn)題是：(1)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的內(nèi)涵。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求具有區(qū)域差異性和個(gè)體差異性,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給受制于自然資源容量同時(shí)也受制于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求彈性差異,從而產(chǎn)生不同的消費(fèi)格局和效用價(jià)值；(2)如何量化一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求？即尋找統(tǒng)一的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求、供給評(píng)價(jià)指標(biāo)和計(jì)算方法使得供需結(jié)果具有數(shù)量單位上可比性；(3)如何調(diào)控一定區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和供給的均衡配置？包括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)量、質(zhì)量上的均衡關(guān)系以及供給、需求和消費(fèi)的空間關(guān)聯(lián)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)缺乏市場(chǎng)性,難以直接通過(guò)市場(chǎng)調(diào)節(jié)達(dá)到供需均衡的資源配置,很大程度上只能通過(guò)主動(dòng)干預(yù),結(jié)合區(qū)域特征和需求彈性差異選擇不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給模式和資源配置管理方式,在保證生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)供給的基礎(chǔ)上最大化地滿足人們生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求。

針對(duì)以上關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和應(yīng)用需求,展望今后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求、供給和消費(fèi)的相關(guān)研究,主要有以下幾個(gè)方向：

(1)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和消費(fèi)差異特征和評(píng)估方法研究。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求是由個(gè)人和群體的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)決定的,具有區(qū)域差異性和個(gè)體效用差異性,不同的區(qū)域呈現(xiàn)出不同的需求目標(biāo)和福祉測(cè)度,同時(shí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和消費(fèi)行為涉及到地理學(xué)、水文學(xué)、社會(huì)學(xué)、行為學(xué)等跨學(xué)科研究。深入分析不同區(qū)域自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的影響,揭示不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求目標(biāo)和不同層次消費(fèi)者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的認(rèn)知和偏好差異,建立跨學(xué)科、多源數(shù)據(jù)結(jié)合、可移植的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求定量評(píng)估方法。

(2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求關(guān)系的多尺度研究。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求關(guān)系在不同的空間和時(shí)間尺度以及不同的利益相關(guān)者之間有不同的匹配模式。不同的空間尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需雙方存在不同的空間關(guān)聯(lián)特征和均衡關(guān)系,在生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控時(shí)應(yīng)綜合權(quán)衡不同尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求關(guān)系；時(shí)間尺度上,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給不僅要滿足當(dāng)前的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求,也要在長(zhǎng)遠(yuǎn)上滿足子孫后代的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求,此外,不同利益相關(guān)者對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求也存在短期和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益差異。因此,從時(shí)空變化和多重利益相關(guān)者角度研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的變化,制定滿足生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)供給模式,是實(shí)現(xiàn)社會(huì)和自然的可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

(3)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)服務(wù)需求與人類福祉的耦合機(jī)制。在保證人類社會(huì)和自然和諧發(fā)展的基礎(chǔ)上,提高人類福祉和生活質(zhì)量是可持續(xù)發(fā)展追求的最終目標(biāo)[40]。進(jìn)一步研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的實(shí)現(xiàn)水平和被滿足的程度,定量評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類日常生活相關(guān)的生計(jì)、健康、安全福祉的變化,建立相應(yīng)的分析方法,揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求、消費(fèi)與人類福祉之間的關(guān)系和機(jī)制,為面向人類福祉的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)和分析工具。

(4)基于供需均衡的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)調(diào)控與管理方法。人類的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和消費(fèi)是受自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的多重非線性因素影響的,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)缺乏市場(chǎng)性,難以直接通過(guò)市場(chǎng)調(diào)節(jié)達(dá)到社會(huì)福利最大化的的供需配置方式。研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的相互作用機(jī)制,分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系在自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)影響下的變化過(guò)程,探索生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究結(jié)果從理論到實(shí)際管理的應(yīng)用模式,建立考慮多尺度、多重利益相關(guān)者需求的生態(tài)系統(tǒng)決策機(jī)制和調(diào)控方法,為實(shí)現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

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Review and prospective applications of demand, supply, and consumption of ecosystem services

YAN Yan1, ZHU Jieyuan1,2, WU Gang1,*, ZHAN Yunjun2

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2WuhanUniversityofTechnology,SchoolofResourceandenvironmentalengineering,Wuhan430070,China

Humans meet their needs and improve their well-being through the consumption of ecosystem services; thus, sustainable supply of ecosystem services is fundamental for the sustainable development of society and nature. Therefore, for effective ecosystem management, land development planning, and rational allocation of resources it is necessary to understand ecosystem services demand, consumption, supply, and supply-demand relations. Firstly, this study analyzed the characteristics of ecosystem services demand, supply, and consumption, as well as the relationship between the effective/potential demand and supply. Subsequently, the research framework of ecosystem services demand and supply was established, which showed that different regions could regulate ecosystem services supply to achieve maximum utility according to local conditions, based on the results of spatial correlation between ecosystem service supply and demand and demand elasticity differences. Furthermore, the measured indicators and approaches for quantifying ecosystem service supply and demand were reviewed and compared, including supply and demand relationship matrix methods based on land use and land cover, ecological footprint approaches, and public participation methods and model calculations. Finally, future research directions were suggested, including demand elasticity differences among different human groups, interdisciplinary quantitative evaluation methods of ecosystem service demands with multisource data, the analysis of multiple spatiotemporal interactions between supply and demand of ecosystem services, and coupling mechanisms of ecosystem service demands and human well-being, which could provide a practical scientific foundation for the regulation and management of ecosystem services and sustainable society development.

ecosystem services; demand; supply; consumption; balance; spatial association

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(71673268)；城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主項(xiàng)目(SKLURE2013- 1-02)

2016- 02- 01;

2016- 03- 14

10.5846/stxb201602010229

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wug@rcees.ac.cn

嚴(yán)巖,朱捷緣,吳鋼,詹云軍.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求、供給和消費(fèi)研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(8):2489- 2496.

Yan Y, Zhu J Y, Wu G, Zhan Y J.Review and prospective applications of demand, supply, and consumption of ecosystem services.Acta Ecologica Sinica,2017,37(8):2489- 2496.