生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)及其生態(tài)學(xué)意義

范玉龍,胡 楠,丁圣彥

1 南陽理工學(xué)院,南陽 473004 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)(Ecosystem Services,ES)是指人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)中得到的產(chǎn)品和服務(wù)[1],是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[2-3]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)將人類福祉與環(huán)境緊密的聯(lián)系在一起,是生態(tài)學(xué)、地理學(xué)和環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的前沿和熱點(diǎn)[4-6]。分類是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基礎(chǔ),Daily等將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為13種類型[7]；聯(lián)合國(guó)千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估(MA)計(jì)劃把生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給、調(diào)節(jié)、文化和支持服務(wù)4類[8]；Posthumus等提出了基于生態(tài)系統(tǒng)過程和功能的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類體系[9]；謝高地等對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力進(jìn)行了劃分[10]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估、空間分布等方面已經(jīng)取得了豐碩的成果,但在服務(wù)形成機(jī)制方面研究較少。這些研究較為散亂,缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),許多問題尚不清楚,研究難以深入。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)基于人類需求的一種表現(xiàn)形式,其背后的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)是問題的實(shí)質(zhì)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)在生態(tài)過程中產(chǎn)生的可用性,這種可用性只是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)相互關(guān)系的一部分,并不是僅僅為了人類的需求。人類為使這種可用性更加直接和可控,將系統(tǒng)的某些構(gòu)成強(qiáng)化或弱化,但這種行動(dòng)往往是粗糙的,對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)造成超乎預(yù)期的改變。因此,集成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)研究[11],全面認(rèn)識(shí)服務(wù)背后的復(fù)雜系統(tǒng)可以從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)著手。不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間總是相互交織在一起[12-13],生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(Ecosystem Services Network,ESN)是指各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其驅(qū)動(dòng)力間交互關(guān)系的集合。各類服務(wù)間的關(guān)系往往是非線性的[14-15],ESN可用來理解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間以及驅(qū)動(dòng)力之間的聯(lián)系機(jī)制[16],從生態(tài)系統(tǒng)到區(qū)域景觀,再到自然—社會(huì)的復(fù)合系統(tǒng),ESN的綜合性、整體性和應(yīng)用性特征為認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)提供了一種范式或視角,將來有望發(fā)展為擁有獨(dú)特的本體論、認(rèn)識(shí)論和方法論。ESN的直接動(dòng)力來源于自然界生物地球化學(xué)循環(huán),通過生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-過程-功能這一途徑來實(shí)現(xiàn)。ESN研究的重點(diǎn)不僅是景觀或群落結(jié)構(gòu),還包括生境與生命體系間形成的復(fù)雜關(guān)系,人類需求與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力間的矛盾統(tǒng)一體。ESN中包含生境子網(wǎng)絡(luò)、生物子網(wǎng)絡(luò)、物質(zhì)循環(huán)子網(wǎng)絡(luò)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)子網(wǎng)絡(luò)等,各種子網(wǎng)絡(luò)互相聯(lián)系、相互影響(圖1)。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.1 The integral structure of ESN

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)的特征及其屬性

1.1 尺度特征

生態(tài)學(xué)要在不同尺度進(jìn)行研究,ESN及其組分關(guān)系也有相應(yīng)的尺度依賴特征[17](圖2),生物的遷移、生態(tài)過程都會(huì)在一定尺度上發(fā)生。如,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供者(源),可以是植物、種群、群落,消費(fèi)者(匯)可以是區(qū)域、流域、城市、國(guó)家等。ESN的影響范圍也會(huì)呈現(xiàn)出微觀到宏觀的尺度特征。在時(shí)間尺度上,不同的組分對(duì)時(shí)間的響應(yīng)也不同,但無論在什么樣的時(shí)間尺度上,ESN都有明顯的螺旋演化特征,這也是生態(tài)適應(yīng)、進(jìn)化的重要組成部分。所以,在ESN優(yōu)化時(shí),要充分考慮到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空尺度特征[18]。

圖2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)尺度特征Fig.2 The scale features of the ESNESN,ecosystem service network,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)

1.2 整體屬性

生態(tài)學(xué)研究從二元關(guān)系鏈轉(zhuǎn)向多維關(guān)系網(wǎng),通過社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然的生態(tài)整合,可以系統(tǒng)地解決全球生態(tài)安全問題[19]。ESN中的各個(gè)組分及其組合是一個(gè)有機(jī)整體,每個(gè)組分都是網(wǎng)絡(luò)中的一部分,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是整體的因變量。ESN具有層次性、時(shí)空動(dòng)態(tài)性、網(wǎng)絡(luò)與流的協(xié)同演化等特性[20]。網(wǎng)絡(luò)關(guān)系造就了不同的組分,而不僅僅是組分影響網(wǎng)絡(luò)。如物種的分布與遷移是自然選擇的結(jié)果,包括它自身屬性,都是網(wǎng)絡(luò)在起決定性作用。同時(shí),網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)組分的改變都會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)向外傳播,并產(chǎn)生相應(yīng)的反饋,如果條件合適,很小一個(gè)改變將會(huì)帶來巨大的整體效應(yīng),如蝴蝶效應(yīng)。

1.3 層級(jí)結(jié)構(gòu)

ESN等級(jí)結(jié)構(gòu)是指不同組分在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中由于功能和性質(zhì)而分化為不同等級(jí)、層次的現(xiàn)象(圖3),片層的數(shù)量、密度和異質(zhì)性是度量ESN的3個(gè)重要變量。這種分化可以分為水平分化和垂直分化兩種類型。水平分化是指同類服務(wù)分化與擴(kuò)張,垂直分化是指不同服務(wù)類型上的分化。網(wǎng)絡(luò)分層是ESN的基本構(gòu)架,網(wǎng)絡(luò)中物質(zhì)循環(huán)不可能在一個(gè)過程中完成,多個(gè)不可逆過程或循環(huán)過程將是ESN的結(jié)構(gòu)方式之一。可以依據(jù)組分所處的位置、發(fā)揮的作用、關(guān)系的強(qiáng)弱進(jìn)行分層分類。如可以通過相關(guān)分析和聚類分析進(jìn)行分層分類[21]。如,森林生態(tài)系統(tǒng)的植物分層、水體中動(dòng)物的分層、土壤中動(dòng)物的分層等。不同組分在ESN中所處的片層位置會(huì)影響該類服務(wù)的影響范圍和整體效應(yīng)。按影響范圍可以把ESN分為核心區(qū)、邊緣區(qū)和影響區(qū)等,也可以按研究對(duì)象分為個(gè)體、局域和整體等?？傊?ESN的分層分類可以根據(jù)需要采用不同的研究方法。

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)成層與分類Fig.3 Stratification and classification in the ESN

2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)的關(guān)系結(jié)構(gòu)

由于人類需求增長(zhǎng)、社會(huì)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)和有限自然資源,任何一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)并不是孤立存在的,它們之間存在著非常緊密的依賴關(guān)系,從而會(huì)形成一定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。位置差異使組分對(duì)整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的貢獻(xiàn)不同,這些組分可以看成是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),它們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流有通道作用或阻擋作用,如城市、鄉(xiāng)村和自然保護(hù)區(qū)對(duì)ESN有不同的意義。主要ES類型控制著區(qū)域資源。如在糧食主產(chǎn)區(qū),人們?yōu)榱颂岣弋a(chǎn)品而大量投入,供給服務(wù)會(huì)處于主導(dǎo)地位,是區(qū)域ESN的核心。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)影響個(gè)體或集團(tuán)的發(fā)展,為其提供機(jī)會(huì)或限制。網(wǎng)絡(luò)類型、網(wǎng)絡(luò)密度和聯(lián)系強(qiáng)度是量化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。按網(wǎng)絡(luò)間聯(lián)系的方式可以分為三類結(jié)構(gòu)(圖4)。1)同軸結(jié)構(gòu)：為優(yōu)勢(shì)ES為主導(dǎo),其他ES為外延,這種結(jié)構(gòu)往往存在服務(wù)的權(quán)衡或協(xié)同。2)扇形結(jié)構(gòu)：“源”、“匯”間從直接到間接的擴(kuò)散結(jié)構(gòu)。3)多核心結(jié)構(gòu)：在一定區(qū)域,往往有不同優(yōu)勢(shì)共存的ES,這種結(jié)構(gòu)是ESN網(wǎng)優(yōu)化的目標(biāo)之一。關(guān)系的屬性可以根據(jù)研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容分為：距離關(guān)系、鄰近關(guān)系、源匯關(guān)系、協(xié)同關(guān)系、權(quán)衡關(guān)系和多關(guān)系共存。按研究尺度可以分為：不同服務(wù)類型間的關(guān)系、不同服務(wù)模塊間的關(guān)系,不同服務(wù)集團(tuán)間的關(guān)系。服務(wù)模塊與服務(wù)集團(tuán)間存在一定的隸屬關(guān)系。ESN間的互相關(guān)系可以建立耦合評(píng)價(jià)模型。如,在一定空間范圍內(nèi)的人類聚居區(qū)內(nèi),通過物質(zhì)、能量和信息的流動(dòng)與交換,將生產(chǎn)、生活與資源環(huán)境以ESN為中心聯(lián)系起來[22],ESN是社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然三個(gè)子系統(tǒng)相互作用與聯(lián)系的紐帶。

圖4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系結(jié)構(gòu)Fig.4 The relationship structure of the ESN

3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)的形成機(jī)制

3.1 景觀異質(zhì)性

景觀異質(zhì)性使區(qū)域內(nèi)存在多種不同的生態(tài)過程[23],是社會(huì)結(jié)構(gòu)、文明與經(jīng)濟(jì)變遷的內(nèi)在重要因素,也是ESN“源”、“匯”及服務(wù)流的直接驅(qū)動(dòng)力[24](圖5)。不同的景觀類型產(chǎn)生不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),地理要素的非均質(zhì)性是ESN多樣性的基礎(chǔ)[25]。ES供需間的權(quán)衡要考慮到景觀異質(zhì)性[26-27]。將ESN與景觀生態(tài)學(xué)中的斑塊-基質(zhì)-廊道理論相結(jié)合也將是研究生態(tài)過程的一個(gè)方向。景觀斑塊可以看作是ESN中的“源”、“匯”,景觀基質(zhì)是ESN的介質(zhì)和背景,景觀廊道是ESN的通道或阻隔。另一方面,人類需求與供給間的矛盾是造成景觀變化的重要外在驅(qū)動(dòng)力,ESN正在改變景觀結(jié)構(gòu)。合理的景觀結(jié)構(gòu)有助于ESN功能發(fā)揮,景觀優(yōu)化實(shí)際上是服務(wù)的空間結(jié)構(gòu)調(diào)整。土地利用/土地覆被(LUCC, land use and land cover change)是影響ESN權(quán)衡及優(yōu)化的最重要因素[28-29]。

圖5 景觀異質(zhì)性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響Fig.5 The influence of landscape heterogeneity on ESN

可以從以下幾個(gè)方面來具體探討景觀與ESN的關(guān)系：1)以ESN來理解物流(包括有機(jī)體的遷移)、能流和信息流在景觀鑲嵌體中的動(dòng)態(tài)機(jī)制；2)ESN受社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響大,它的協(xié)同與權(quán)衡是影響土地利用和覆蓋變化的主要驅(qū)動(dòng)力；3)用ESN來研究景觀復(fù)雜系統(tǒng)。4)ESN中的網(wǎng)絡(luò)體系概念可以應(yīng)用到景觀尺度推繹中；5)ESN可以理解空間自相關(guān)性等問題；6)景觀格局指數(shù)在ESN中的應(yīng)用與融合；7)人類活動(dòng)與ESN的交互；8)景觀優(yōu)化是ESN的協(xié)同。

3.2 生物多樣性

生物多樣性通過在生態(tài)系統(tǒng)屬性和過程中所起的作用與ESN產(chǎn)生密切聯(lián)系[30-32],生物多樣性是ESN存在的核心與驅(qū)動(dòng)力[33],是界定ESN質(zhì)量和穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。生物多樣性越高,生態(tài)系統(tǒng)功能性狀的范圍越廣,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量就越高、越穩(wěn)定[34](圖6)。生物多樣性使生態(tài)系統(tǒng)功能分化成為可能。包括水平和垂直分化兩種：水平分化是同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的多樣化,垂直分化是循環(huán)過程的分化,如營(yíng)養(yǎng)級(jí)鏈條橫向與縱向的拉伸。生物多樣性引發(fā)了植物與植物、動(dòng)物與動(dòng)物、植物與動(dòng)物間的競(jìng)爭(zhēng)與適應(yīng),競(jìng)爭(zhēng)是ESN穩(wěn)定與高效的原因。

圖6 生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[34]Fig.6 Biodiversity and ES

3.3 生態(tài)循環(huán)

ESN的形成是各種循環(huán)交織的結(jié)果,包括水循環(huán)、養(yǎng)分循環(huán)、生物地球化學(xué)循環(huán)和能量流動(dòng)等過程[34],以及人類活動(dòng)對(duì)這些循環(huán)的影響(圖7)。循環(huán)使地球表面的生命系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)具有了活力,保護(hù)地球、保護(hù)海洋以及保護(hù)水資源等等實(shí)際上就是保護(hù)各種生態(tài)循環(huán)?？梢酝ㄟ^分析物質(zhì)和能量流動(dòng)等多重生態(tài)過程來認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)[35]。特別是一些主要的生態(tài)循環(huán)過程往往對(duì)其他過程產(chǎn)生決定性影響,如水循環(huán)、養(yǎng)分循環(huán)等。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)以自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)為主要驅(qū)動(dòng)力構(gòu)建而成。自然網(wǎng)包括生態(tài)鏈、食物網(wǎng)等。經(jīng)濟(jì)網(wǎng)包括農(nóng)業(yè)-工業(yè)生產(chǎn)等需求[36],社會(huì)網(wǎng)包括人際關(guān)系為線和人類認(rèn)識(shí)、需求等。各種循環(huán)網(wǎng)絡(luò)是ESN形成的基礎(chǔ),但是人類活動(dòng)已經(jīng)強(qiáng)烈改變了這種循環(huán)[37-39]。

圖7 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)與生態(tài)循環(huán)Fig.7 Ecosystem services network and ecological cycle

ESN形成過程主要是物理、化學(xué)循環(huán)和生物學(xué)循環(huán)3個(gè)過程。如水循環(huán)和C、N循環(huán)等。這種循環(huán)具有以下特征：1)循環(huán)是所有服務(wù)穩(wěn)定共存的基礎(chǔ),它們相互影響,并與不屬于此循環(huán)的單元競(jìng)爭(zhēng)。2)循環(huán)可以在不同尺度進(jìn)行,只要這種改變具有選擇優(yōu)勢(shì)。3)循環(huán)一旦形成便具有一定的彈性和恢復(fù)力。ESN的逐步發(fā)展過程需要網(wǎng)絡(luò)循環(huán)的組織形式,它既穩(wěn)定又允許變異。ESN循環(huán)結(jié)構(gòu)需要依靠外界的能量和物質(zhì)流來維持,在不斷發(fā)展過程中會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性的變異。ESN擴(kuò)張的方式有通道擴(kuò)張、近鄰擴(kuò)張和等級(jí)擴(kuò)張等幾種形式。ESN有相對(duì)的邊界和結(jié)構(gòu),即ESN的尺度依賴特征。從低層次和微循環(huán)到景觀尺度的大循環(huán)間存在區(qū)分和聯(lián)系,小循環(huán)是大循環(huán)的一部分,大循環(huán)又會(huì)影響小循環(huán)的進(jìn)行(圖8)。可以通過不同尺度的關(guān)聯(lián)來分析ESN的形成機(jī)制,如植物功能群就是物種間存在的一種功能組合[40],可以理解為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)模塊。多功能景觀是在區(qū)域尺度上多種功能組合。ESN中包含各種不同層次的邊界和結(jié)構(gòu),這也正是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域特色,它們存在于具體生態(tài)組分之間的關(guān)系模式規(guī)則中。

圖8 不同生態(tài)循環(huán)尺度間的關(guān)系Fig.8 The relationship among cycles at different scales

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)的聯(lián)系主要靠各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流來實(shí)現(xiàn)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流(Ecosystem service flow,ESF)是指網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)單元間物質(zhì)、能量和信息的流入、吸收和流出,以及與外部系統(tǒng)間的交換和轉(zhuǎn)化。它是ESN聯(lián)系的通道,也是ESN動(dòng)態(tài)變化的直接原因。生態(tài)過程和社會(huì)經(jīng)濟(jì)過程通過ESF聯(lián)系起來[41]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)往往經(jīng)過傳遞才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值,其價(jià)值高低與使用者的情況密切相關(guān)。ESF流是ESN健康程度的最重要標(biāo)志。源匯間的壓力符合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與ESN因果反饋機(jī)制。

地理、生命、經(jīng)濟(jì)、文化、政治和技術(shù)等過程會(huì)使ESN發(fā)生空間移動(dòng)。ES在不同區(qū)域、產(chǎn)業(yè)、消費(fèi)環(huán)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化。如在價(jià)值勢(shì)的作用下,發(fā)生的在原態(tài)、加工、消費(fèi)和廢棄運(yùn)動(dòng)過程中ES類型、功能與價(jià)值的轉(zhuǎn)移過程。ES流向、流速、流量和頻率主要由價(jià)值差、資源分布不均衡、以及提供和消費(fèi)不對(duì)等決定的。供給區(qū)、消費(fèi)區(qū)和連接區(qū)的距離和耗費(fèi)會(huì)影響ESF,引發(fā)ESF的成本效應(yīng),包括構(gòu)建成本、浪費(fèi)本成、源匯不對(duì)等成本、其他因素成本等。在某種服務(wù)被顯式利用和轉(zhuǎn)化的過程中,還可能間接地使用到另一種服務(wù),如水資源參與了多種服務(wù)的流動(dòng)。然而值得注意的是,ESF是一個(gè)自然過程,ES在流動(dòng)過程中即使沒有被消費(fèi),同樣會(huì)流動(dòng)。其他影響ESF的因素：1)生物的集結(jié)與分散。一些區(qū)域干擾的減少或加重,都會(huì)帶來集結(jié)或分散。物種的遷移、傳播和人類的選擇偏好都會(huì)影響ESF,如天然林禁伐后,森林的供給服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹С帧⒄{(diào)節(jié)服務(wù)為主。2)資源的分布差異、服務(wù)需求差異和社會(huì)分工。3)干擾的阻斷與分割。4)入侵,生物入侵會(huì)改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。5)循環(huán),無論是大尺度還是小尺度,均存在不同的循環(huán)體系。

4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人類福祉

4.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)

ESN是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。同時(shí),社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)ESN產(chǎn)生巨大的影響,已經(jīng)內(nèi)化為ESN的重要驅(qū)動(dòng)力?？梢詮?個(gè)方面來理解：1)社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)制度作為最重要的人類活動(dòng)構(gòu)架,會(huì)對(duì)ESN造成主動(dòng)影響。一般來說,自然景觀的ESN最為合理,人們?yōu)榱双@取更加直接有效的服務(wù),往往對(duì)ESN進(jìn)行改造,使其位置、結(jié)構(gòu)和功能都以人類意志發(fā)生偏移,但這種轉(zhuǎn)移要建立在自然ESN的承受能力和轉(zhuǎn)變速率的基礎(chǔ)上。2)ESN的公共屬性造成了它與社會(huì)的緊密聯(lián)系。3)服務(wù)的雙向性。服務(wù)的供給、對(duì)象的需求和兩者的博弈,供給和消費(fèi)不可能完全對(duì)等,不同發(fā)展階段和層次的使用者也會(huì)對(duì)服務(wù)產(chǎn)生不同的反饋。4)ESN的全局性。任何生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)都是全球ESN的一部分。任何區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)都會(huì)得到ESN的惠益或?qū)ζ洚a(chǎn)生影響。如有些地方ESN并不健全,社會(huì)經(jīng)濟(jì)卻十分發(fā)達(dá)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和生活方式的轉(zhuǎn)變都會(huì)對(duì)ESN帶來影響,特別是一些重大的工程,往往對(duì)區(qū)域ESN的整體帶來結(jié)構(gòu)性的改變,如大壩、城鎮(zhèn)化和跨區(qū)域調(diào)水等。

4.2 人類福祉與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)

把ESN與資源利用、生態(tài)系統(tǒng)管理、生物多樣性保護(hù)、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)安全以及減少貧困等人類福祉結(jié)合是ESN應(yīng)用的重點(diǎn)[42-45]。如,貧困與ESN間關(guān)系密切,因?yàn)樨毨丝诟蕾囉谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)[46-47]。可以將自然資源和ESN建設(shè)相結(jié)合來確定區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略[48]。保護(hù)和維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力不僅是一項(xiàng)福利,也是物質(zhì)文明和精神文明建設(shè)的基礎(chǔ)。人類不斷增長(zhǎng)的需求與有限的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力間的矛盾要靠人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)認(rèn)知來解決。ESN可以更直接的展現(xiàn)人與生態(tài)系統(tǒng)間的關(guān)系,能幫助提高公眾對(duì)生態(tài)保護(hù)的意識(shí)[6]。同時(shí),提高文化認(rèn)知是構(gòu)建良好ESN的有效手段。文明也是人類進(jìn)步的標(biāo)志,具有對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)最穩(wěn)定、最長(zhǎng)期、最深遠(yuǎn)的約束力和影響力。如權(quán)力、資源分配、性別、信息技術(shù)等文明是人類社會(huì)特有的,會(huì)對(duì)ESN做出主動(dòng)影響。

5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)與景觀優(yōu)化

景觀優(yōu)化是不同尺度下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的優(yōu)化,是在人類需求下盡可能的維持系統(tǒng)的高效循環(huán),保證ESN結(jié)構(gòu)的完整和功能的完善。除部分人類活動(dòng)有利于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的穩(wěn)定與提高外,更多地導(dǎo)致危及自身生存與發(fā)展的生態(tài)環(huán)境危機(jī)與災(zāi)難[49]。所以,景觀優(yōu)化必須科學(xué)地與ESN相結(jié)合,將人類發(fā)展與ESN依存當(dāng)作生態(tài)系統(tǒng)管理的導(dǎo)向[50],把ESN的健康狀況當(dāng)作可持續(xù)發(fā)展的表征[51]。把生態(tài)紅線和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作為保持、改善和增加生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的條件[52-53]。

ESN與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都有顯著的空間和時(shí)間特色,在景觀優(yōu)化時(shí),必須考慮當(dāng)?shù)氐膶?shí)際狀況,考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在空間和時(shí)間尺度的權(quán)衡[54]。景觀優(yōu)化不是一步完成的,包括結(jié)構(gòu)優(yōu)化—效率優(yōu)化—使用優(yōu)化—文化優(yōu)化等幾個(gè)過程,實(shí)際上是生態(tài)效率不斷提高、人地和諧共處的動(dòng)態(tài)交互過程。包括以下3個(gè)方面(圖9)：1)優(yōu)化景觀結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu),使ESN各個(gè)服務(wù)模塊更加多樣、合理,服務(wù)網(wǎng)絡(luò)完整且密度高；2)提高生產(chǎn)力水平,加快物質(zhì)循環(huán),提高環(huán)境的承受、轉(zhuǎn)化能力；3)提高生態(tài)系統(tǒng)管理水平和大眾參與度,重視人類社會(huì)發(fā)展和生活方式對(duì)ESN的主動(dòng)影響。特別是重大決策與ESN構(gòu)建有機(jī)結(jié)合,如鄉(xiāng)村振興、一帶一路、南水北調(diào)、大壩、高速公路和鐵路重大工程要充分考慮ESN的承受能力,也要考慮不同區(qū)域的ESN差異,如農(nóng)村與城市的差異,黃河流域、西北干旱區(qū)和東南沿海快速發(fā)展區(qū)的差異。

圖9 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)與景觀優(yōu)化過程Fig.9 The optimization process of landscape and ESN

大多生態(tài)學(xué)理論和方法的實(shí)際應(yīng)用面臨困境：見效慢、機(jī)理復(fù)雜、干擾因素多、投資大、受益不明確、需要多方配合等等,并且不十分符合特定區(qū)域社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀。生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)往往需要政府的強(qiáng)烈干預(yù),但不易在短期見成效,政績(jī)不易突出,推進(jìn)困難。ESN的應(yīng)用將成為解決生態(tài)安全方面的有效手段和理論依據(jù),且容易辨識(shí)。未來可以將智慧地球與ESN有效結(jié)合,利用3S技術(shù)在全球范圍實(shí)現(xiàn)ESN與人居環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展的定量化,使生態(tài)補(bǔ)償?shù)缺Ｗo(hù)手段真正有據(jù)可循。

6 展望

人類發(fā)展占用大量的生態(tài)空間,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力下降,人類在服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中得到的保障也越來越弱,最終會(huì)使損害人類自身利益。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)新的研究視角,它把生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的產(chǎn)生、流動(dòng)、需求和消費(fèi)看成是一個(gè)有機(jī)整體。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)的形成機(jī)制是各種生態(tài)過程和社會(huì)發(fā)展在不同尺度上作用的結(jié)果,具有明顯的動(dòng)態(tài)特征。景觀異質(zhì)性、生物多樣性和生態(tài)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系形成的內(nèi)在動(dòng)力,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是其外在的需求壓力,在兩者的推動(dòng)下產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流賦予整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命力。一些主要的生態(tài)循環(huán)過程往往對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生決定性影響。人類福祉與生態(tài)系統(tǒng)管理是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)優(yōu)化的一個(gè)組成部分,可以通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)來進(jìn)行精準(zhǔn)生態(tài)建設(shè)[55],實(shí)現(xiàn)在不同尺度上的穩(wěn)定與高效。最終目標(biāo)是有效的捕獲能量和利用資源,使地球資源能在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系中高效循環(huán)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由生境、生命、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治和文化幾個(gè)層面決定,可以從網(wǎng)絡(luò)視角對(duì)這種復(fù)雜問題進(jìn)行探討,將ESN中的節(jié)點(diǎn)、關(guān)系和對(duì)象作為研究的切入點(diǎn)。ESN也為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)制圖提供一個(gè)新思路[56-57]。ESN中的循環(huán)與反饋總是處于螺旋進(jìn)化過程中,某一循環(huán)單的終點(diǎn)是一個(gè)新階段的開始。ESN研究數(shù)據(jù)來源涉及到生態(tài)學(xué)研究的各個(gè)方面。包括個(gè)體屬性數(shù)據(jù)(生物學(xué)特征等)和關(guān)系數(shù)據(jù)(營(yíng)養(yǎng)級(jí)、食物鏈、景觀連接度、信息傳遞、景觀結(jié)構(gòu)、需求與供給等聯(lián)系數(shù)據(jù))。如果把生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)看成是維持人類生存和發(fā)展保護(hù)網(wǎng),那么現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中“破洞”、“斷線”、“抽絲”、“扭曲”、“單薄”等問題突出,網(wǎng)絡(luò)中的“節(jié)點(diǎn)”、“鏈環(huán)”、“服務(wù)點(diǎn)”、“服務(wù)線”、“服務(wù)面”、“服務(wù)團(tuán)”、“服務(wù)核心”等也應(yīng)該是關(guān)注的重點(diǎn)。現(xiàn)實(shí)中的水循環(huán)網(wǎng)絡(luò)、河道流域網(wǎng)絡(luò)等也值得用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)去研究。