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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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基于生物多样性保护的兴安落叶松与白桦最佳混交比例要要要以阿尔山林区为例
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中国能源消费碳排放的时空特征 舒娱琴 渊源怨缘园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土丘陵沟壑区坡面尺度土壤水分空间变异及影响因子 姚雪玲袁傅伯杰袁吕一河 渊源怨远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆艾比湖流域土壤有机质的空间分布特征及其影响因素 王合玲袁张辉国袁秦摇 璐袁等 渊源怨远怨冤噎噎噎噎噎噎
雅鲁藏布江山南宽谷风沙化土地土壤养分和粒度特征 李海东袁沈渭寿袁邹长新袁等 渊源怨愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
一株溶藻细菌对海洋原甲藻的溶藻效应 史荣君袁黄洪辉袁齐占会袁等 渊源怨怨猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
砷形态对黑藻和竹叶眼子菜有机酸含量的影响 钟正燕袁王宏镔袁王海娟袁等 渊缘园园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
七项河流附着硅藻指数在东江的适用性评估 邓培雁袁雷远达袁刘摇 威袁等 渊缘园员源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
杭州湾滨海湿地不同植被类型沉积物磷形态变化特征 梁摇 威袁邵学新袁吴摇 明袁等 渊缘园圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
剪形臂尾轮虫形态的时空变化及其与生态因子间的关系 葛雅丽袁席贻龙袁马摇 杰袁等 渊缘园猿源冤噎噎噎噎噎噎噎
太湖流域河流水质状况对景观背景的响应 周摇 文袁刘茂松袁徐摇 驰袁等 渊缘园源猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
荒漠植物白刺属 源 个物种的生殖分配比较 李清河袁辛智鸣袁高婷婷袁等 渊缘园缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
臭氧浓度升高对香樟叶片光合色素及抗过氧化的影响及其氮素响应 牛俊峰袁张巍巍袁李摇 丽袁等 渊缘园远圆冤噎噎
不同密度下凤仙花重要形态性状与花朵数的关系 田旭平袁常摇 洁袁李娟娟袁等 渊缘园苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
五种高速公路边坡绿化植物的生理特性及抗旱性综合评价 谭雪红袁高艳鹏袁郭小平袁等 渊缘园苑远冤噎噎噎噎噎噎
散孔材与环孔材树种枝干尧叶水力学特性的比较研究 左力翔袁李俊辉袁李秧秧袁等 渊缘园愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
北京城区行道树国槐叶面尘分布及重金属污染特征 戴斯迪袁马克明袁宝摇 乐 渊缘园怨缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
南亚热带米老排人工林碳贮量及其分配特征 刘摇 恩袁 刘世荣 渊缘员园猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
植物生活史型定量划分及其权重配置方法要要要以四棱豆生活史型划分为例 赵则海 渊缘员员园冤噎噎噎噎噎噎噎
半干旱区湿地鄄干草原交错带边界判定及其变化 王摇 晓袁张克斌袁杨晓晖袁等 渊缘员圆员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
氮肥运筹对晚播冬小麦氮素和干物质积累与转运的影响 吴光磊袁郭立月袁崔正勇袁等 渊缘员圆愿冤噎噎噎噎噎噎噎
氮肥形态对冬小麦根际土壤氮素生理群活性及无机氮含量的影响 熊淑萍袁车芳芳袁马新明袁等 渊缘员猿愿冤噎噎噎
基于数字相机的冬小麦物候和碳交换监测 周摇 磊袁何洪林袁孙晓敏袁等 渊缘员源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土高原半湿润区气候变化对冬小麦生长发育及产量的影响 姚玉璧袁王润元袁杨金虎袁等 渊缘员缘源冤噎噎噎噎噎
基于土地破坏的矿区生态风险评价院理论与方法 常摇 青袁邱摇 瑶袁谢苗苗袁等 渊缘员远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于生态位的山地农村居民点适宜度评价 秦天天袁齐摇 伟袁李云强袁等 渊缘员苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
氯虫苯甲酰胺对黑肩绿盲蝽实验种群的影响 杨摇 洪袁王摇 召袁金道超 渊缘员愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎远 种植物次生物质对斜纹夜蛾解毒酶活性的影响 王瑞龙袁孙玉林袁梁笑婷袁等 渊缘员怨员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
云南元江芒果园桔小实蝇成虫日活动规律及空间分布格局 叶文丰袁李摇 林袁孙来亮袁等 渊缘员怨怨冤噎噎噎噎噎噎
重庆市蝴蝶多样性环境健康指示作用和环境监测评价体系构建 邓合黎袁马摇 琦袁李爱民 渊缘圆园愿冤噎噎噎噎噎
专论与综述
生态系统服务竞争与协同研究进展 李摇 鹏袁姜鲁光袁封志明袁等 渊缘圆员怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国沿海无柄蔓足类研究进展 严摇 涛袁黎祖福袁胡煜峰袁等 渊缘圆猿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
冰雪灾害对森林的影响 郭淑红袁薛摇 立 渊缘圆源圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同干扰因素对森林和湿地温室气体通量影响的研究进展 杨摇 平袁仝摇 川 渊缘圆缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
采石场废弃地的生态重建研究进展 杨振意袁薛摇 立袁许建新 渊缘圆远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
基于地统计学和 悦云陨样地的浙江省森林碳空间分布研究 张摇 峰袁杜摇 群袁葛宏立袁等 渊缘圆苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿源源鄢扎澡鄢孕鄢 预 苑园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员圆鄄园愿
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封面图说院 秋色藏野驴群要要要秋天已经降临在海拔 源圆园园 多米的黄河源区袁红色的西伯利亚蓼渊生于盐碱荒地或砂质含盐碱土
壤冤铺满大地袁间有的高原苔草也泛出了金黄袁行走在上面的藏野驴们顾不上欣赏这美丽的秋色袁只是抓紧时间在严
冬到来之前取食袁添肥增膘以求渡过青藏高原即将到来的漫长冬天遥
彩图提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援 糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援 糟燥皂
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第 32 卷第 16 期
2012 年 8 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 16
Aug. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展计划 (973 计划)项目(2009CB421106); 国家自然科学基金资助项目(40901285)
收稿日期:2011鄄09鄄16; 摇 摇 修订日期:2012鄄01鄄10
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: jianglg@ igsnrr. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201109161360
李鹏,姜鲁光,封志明,于秀波.生态系统服务竞争与协同研究进展.生态学报,2012,32(16):5219鄄5229.
Li P, Jiang L G, Feng Z M, Yu X B. Research progress on trade鄄offs and synergies of ecosystem services: an overview. Acta Ecologica Sinica,2012,32
(16):5219鄄5229.
生态系统服务竞争与协同研究进展
李摇 鹏1, 2,姜鲁光1,*,封志明1,于秀波1
(1. 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京摇 100101; 2. 中国科学院研究生院, 北京摇 100049)
摘要:生态系统服务作为生态系统评估的核心领域,是生态学的研究热点。 生态系统提供服务的形式与能力受人类活动强烈影
响,反之,生态系统服务的变化又影响着人类相关决策的制定。 不同生态系统服务之间很难甚至不可能同时达到利益最大化,
即存在着不同程度此消彼长的竞争关系。 此外,不同生态系统服务之间也可能形成相互促进或抑制的协同作用。 探讨不同生
态系统服务的相互关系(竞争与协同作用),有利于揭示不同尺度利益相关方与生态系统服务之间的作用与反馈机制,避免生
态系统服务的重复估算;同时可为制定与实施生态补偿、提高人类福祉提供科学依据,优化生态系统服务管理。 综合研究了近
期国外生态系统服务竞争关系与协同作用的相关文献,在简述当前生态系统服务研究若干问题的基础上,以生态系统服务竞争
与协同为视角,厘清了生态系统服务竞争与协同的基本内涵,总结了生态系统服务竞争与协同的主要类型,探讨了生态系统服
务竞争与协同的空间与时间尺度效应;介绍并总结了生态系统服务竞争与协同两种主要研究方法(生态鄄经济综合模型方法、基
于土地利用的情景分析法)的特点与适应范围。
关键词:生态系统服务;竞争;协同;利益相关方;空间尺度;时间尺度
Research progress on trade鄄offs and synergies of ecosystem services: an overview
LI Peng1, 2, JIANG Luguang1,*, FENG Zhiming1, YU Xiubo1
1 Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Being the core of ecosystem assessment, studies on ecosystem services have been becoming a focus in the field of
ecology. The formation and provisioning capacity of ecosystem services are tremendously affected by human activities.
Conversely, the magnitudes of ecosystem service changes also influence the preferences of human being忆s daily decision鄄
making. Investigation into the dynamics of the trade鄄offs and synergistic relationships of regional ecosystem services will
shed light on interactions and feedbacks between ecosystem services and the stakeholders at different spatial and temporal
scales, and avoid double鄄counting issue in ecosystem services assessment. In addition, information and progress on trade鄄
offs and synergies in the delivery of ecosystem services will provide scientific basis for designing and implementing eco鄄
compensation schemes and optimize the management behavior of ecosystem services, and finally improve human well鄄being
associated with trade鄄offs and synergies among different ecosystem services.
It is revealed from this review that in the last decades, the valuation of ecosystem services has been received lots of
attentions in the decision鄄making and scientific research communities. However, the double鄄counting issue during the
valuation process usually leads to insufficient or biased guidance in the management of ecosystem services. Since ecosystem
service is benefit that human receives from the natural ecosystems, the stakeholders忆 demand for ecosystem services from
different spatial and temporal scales often causes competitions and conflicts among ecosystem忆s various goods and services.
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The interactions between human being and ecosystem services often give rise to trade鄄offs and synergies which in turn
directly affect human welfare.
With regard to the terminologies, trade鄄offs between ecosystem services refers to the enhancement of one ecosystem
service locally in a short term is at the cost of other ecosystem services locally or at a large spatial scale (e. g. , globally) in
the future. It can be simplified as the “win鄄lose冶 mode. The term synergies means the synchronous changes between two or
among many different ecosystem services, including the “win鄄win冶 mode and the “ lose鄄lose冶 mode. The trade鄄offs and
synergistic relationships exist not only within different categories of provisioning services, but also among different ecosystem
services and like provision services, regulation services, cultural services, and supporting services. Findings from about 12
literatures has shown specific examples of such kind of trade鄄offs and synergistic relations, for instance, among provisioning
services, between regulating services and cultural services, between provisioning services and supporting services, among
regulating services, and between provisioning services and regulating services. The spatial scale of trade鄄offs and synergies
contain various scales, for instance, from ecological scale to institutional scale. The temporal scale could be short鄄term to
long鄄term based.
This paper indicates that so far, trade鄄offs and synergies analysis of ecosystem services is still at its early stage.
However, we identified and summarized two research approaches which have already been commonly used for the analysis of
ecosystem services忆 trade鄄offs: (1) the Integrated Ecological鄄Economic Model: it is a traditional approach which is often
used to quantify trade鄄offs. The Model consists of several ecological and economic models. The ecological models are mostly
used to analyze the magnitudes of the changes of ecosystem services, while the economic models to evaluate the impacts of
the change on human welfare. Since land use and land cover change serves as a direct driving factor of the ecosystem
services忆 trade鄄offs and synergies, it will become even more extensive due to intensification of interactions between the two
in the future. (2) Scenarios Analysis based on Landuse is attracting more and more attention in scientific literature.
Remote sensing data and management policies of ecosystem services provide strong data basis for the scenarios formulation
and analysis. It could provide more objective and spatially鄄explicit information on the trade鄄offs and synergies for optimizing
ecosystem services management.
Key Words: ecosystem services; trade鄄offs; synergies; stakeholders; spatial scale; temporal scale
生态系统服务是指自然与半自然生态系统为满足人类生存与发展,直接或间接提供的所有商品与服务的
总称[1鄄5]。 由联合国实施的千年生态系统评估为在全球范围内提高生态系统管理水平和改善生态系统服务
状况提供了科学依据[3,6鄄7]。
生态系统提供的各项服务种类与数量极其庞大[1鄄3]。 随着全球人口总量持续增加、世界城市化与工业化
进程日益推进,人类对生态系统服务的需求量也是十分惊人,且需求量仍在逐渐攀升[7鄄10]。 在现有生态系统
服务评估研究文献中,通常会列举并强调生态系统提供的所有服务,然后以货币的形式评估其相应的价值。
这种静态评估一方面容易引起重复计算[1,11];另一方面,相关评估结果在实际生态系统管理中指导作用不甚
明显[6]。 此外,生态系统服务的供给与人类的需求在不同时空尺度上具有高度的变异性[12鄄14]。 试图从自然
对人类提供庞大利益的笼统描述,转向生态系统服务价值定量且可信评估还存在很大困难[15鄄19]。 究其原因,
主要在于自然或半自然生态系统自身的复杂性[20鄄21]、人类对生态系统服务各方面的认识还不够充分[12,22],特
别是对生态系统服务研究的关键问题,即生态系统服务之间的相互关系与反馈机制研究薄弱[13,23鄄26],其中尤
以生态系统服务互竞与协同作用为甚。
由于生态系统服务概念的提出是以人类利用为中心[25,27鄄28],其供给与需求往往受到人类行为与管理决策
的支配与干扰。 在特定时空尺度下,不同生态系统服务之间很难甚至不可能同时达到利益最大化,即存在着
不同程度此消彼长的竞争关系[3,14,29]。 此外,也可能形成相互促进或抑制的协同作用[26,29]。 相对于协同作用
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而言,竞争作用对人类福祉的影响最为直接与明显[8]。 正确认识生态系统服务之间的竞争与协同作用,有利
于合理准确评估区域生态系统服务[17]和科学制定与实施生态补偿方案[30鄄31],优化生态系统服务管理政
策[18],实现满足不同利益相关方效益最大化。 目前,生态系统服务竞争与协同作用已引起学界与决策部门的
高度关注[24,26]。 生态系统服务竞争关系与协同作用将成为生态系统服务评估的一个新的研究方向[32]。
1摇 生态系统服务竞争与协同作用的内涵与类型
图 1摇 不同生态系统服务相互作用示意图
摇 Fig. 1摇 The trade鄄offs and synergies of ecosystem services are
shown schematically
1. 1摇 竞争关系与协同作用的内涵
地球生态系统受人类的影响广泛而深刻[10,33]。 生态
系统服务概念的提出是以人类利用为中心,不同生态系统
所提供服务的类型、数量与相互关系普遍受到人类社会相
应政策的影响[34]。 当前人类对生态系统服务的需求已超
出生态系统的供给水平,随着人口不断增加以及工业化和
城市化的日益推进,在未来这种需求还会持续攀升[3,10]。
从经济学角度看,资源稀缺性是引发利益冲突的主要原
因。 在生态学中也存在类似的相互竞争关系[35]。 竞争与
协同作用构成了生态系统服务相互关系中最重要的部分
(图 1)。 具体说来,生态系统服务的竞争是指,在一定时空
尺度内,当一种生态系统服务供给水平的增强,是以降低
其自身生态系统的恢复力与其他生态系统服务的供给功
能为代价[7鄄8,26,29,33,35],即此消彼长,可以用 win鄄lose 表示。
协同作用是指生态系统受外部因素干扰下,两种或多种生态系统服务同时增强(win鄄win)或减弱( lose鄄lose)的
情形[26,29]。 从生态系统服务与人类福祉角度看,协同作用(win鄄win)即实现生态系统服务利益最大化是人类
活动的最终目标。
生态系统服务的竞争与协同作用与不同尺度(时间与空间)的利益相关方的需求有关。 在分析生态系统
相互关系时必须明确相应的利益相关方。 几乎所有生态系统服务的决策都涉及到利益权衡[29],因而生态系
统服务之间的相互竞争作用在全球具有普遍性,在不同区域内又表现出明显的差异性。 以粮食供给服务与洪
水调蓄服务为例,世界上农业生产主要集中在地势较低的平原地区,同时也是受洪水频繁侵扰的区域。 但是
种植制度、防洪工程措施等因素又造成了二者相互作用的地域差异性。
生态系统服务竞争与协同关系有时可能是某一明确决策的产物,但有时不经意间甚至尚未觉察到就已经
产生了[29]。 理解生态、经济与社会目标之间的得失权衡对于制定生态系统政策,管理或恢复生态系统很重
要[24,36]。 对生态系统服务之间的关系与相互作用全然不知[15,26,37]、错误或片面的认识[38]以及生态系统服务
的市场价值不明确[29]等都可能导致竞争与协同的发生,结果给生态系统管理造成负面的影响。 生态系统服
务竞争关系与协同作用常常处于动态变化之中,如集体林地的大小、地方自治程度及归属权三因素共同决定
了亚非拉部分国家碳汇与生计效益之间竞争与协同关系[39]。 生态系统服务与生物多样性之间的权衡与协同
作用构成了生态保护的主要难题[40]。
1. 2摇 竞争关系与协同作用的类型
由于生态系统服务分类体系多样,本文以千年生态系统服务分类体系为例比较生态系统服务的竞争与协
同作用的主要类型。 该分类体系将生态系统服务划分为供给服务、调节服务、支持服务与文化服务[3],是目
前学界广泛接受的一种分类体系。 这 4 种服务彼此相关[41鄄42],又表现出复杂、动态、非线性的变化关
系[26,29,43]。 摇
根据马斯洛需求层次理论,人类社会对生态系统服务的偏好程度表现为优先关注供给服务,然后分别是
调节服务、文化服务与支持服务[8,34,44鄄46]。 相应的,人类在制定新的政策时又遵循这种偏好,进一步加剧了生
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态系统服务之间的冲突关系,部分支持与文化功能常常被忽略[29,47]。 生态系统服务的相互竞争类型主要有
以下两种[45]:第一种是不同供给服务之间的相互竞争,主要表现在农业初级生产、淡水、渔业、林业、生物质能
源与药物等方面。 如农业灌溉与水产养殖[48鄄50]、林产品生产与水产养殖[51]、流域上下游用水[52];第二种是供
给服务与调节服务、支持服务和生物多样性等之间的竞争作用[7,40,53]。 这是生态系统不同服务之间主要也是
最为普遍的竞争现象,其中最为明显的是农业、渔业生产与其他服务之间的竞争与权衡[15,33,54鄄55]。 农业是全
球环境变化的主要驱动因子[8],农业生态系统为人类生存提供必备的供给服务(食物、生物能源与药材
等) [55]。 如粮食生产与防洪[7,28]、粮食安全与环境污染(富营养化) [10,56]、农业用地扩张与栖息地、生物多样
性[57]、渔业生产与热带海洋生态系统生态保护[36]、木材生产与碳汇及作物授粉[58]等等。 对比而言,协同作
用在四种生态系统服务中均有表现,但以调节服务、支持服务与文化服务之间的相互增强较为常见。 表 1 举
例说明了几种常见的生态系统服务竞争与协同作用。
表 1摇 几种生态系统服务之间竞争或协同作用的案例
Table 1摇 Examples of the trade鄄offs and synergies of ecosystem services
服务 A
Ecosystem services A
服务 B
Ecosystem services B
竞争或协同
Trade鄄off or synergy
参考文献
References
供给服务之间 农业灌溉 渔业养殖 竞争 [50]
Among provisioning services 林木生产 渔业养殖 竞争 [51]
供给服务与调节服务 粮食生产 洪水调蓄 竞争 [28]
Between provisioning services 粮食、纤维生产 水质调节 竞争 [15,59鄄60]
and regulating services 粮食生产 固碳释氧、水源涵养、土壤保持 竞争 [61]
淡水供给 固碳 竞争 [62]
薪材生产 固碳 竞争、协同 [39]
供给服务与支持服务
Between provisioning services and supporting services 农业生产 泥沙淤积 竞争、协同 [34]
调节服务之间
Among regulating services 土壤保持 水源涵养 协同 [61]
调节服务与文化服务
Between regulating services and cultural services (海岸带)水质调节 景观娱乐 协同 [59]
2摇 生态系统服务互竞与协同的尺度效应
尺度是指对某一研究对象或现象在空间上或时间上的物理量度,分别称为空间尺度与时间尺度[63鄄64]。
生态系统服务的形成与供给发生在不同的时空尺度上[29,46],对不同行政尺度的利益相关方而言,其利用与价
值程度相差迥异[3,14,65鄄66]。 生态系统服务竞争与协同不仅发生在同种或不同种服务之间,而且也具有明显的
时空尺度特征[29,47]。 生态系统服务权衡关系可以从 3 个方向来分析:空间尺度(局地与大尺度)、时间尺度
(短期与长期)与可逆性(可逆与不可逆) [29,67]。 然而,将时间与空间尺度分别划成两种类型是无法满足研究
与应用需求。 生态系统服务之间权衡关系发生在不同等级的时空尺度上,从微观到宏观、从个体到全球、从瞬
时到上百年。 明晰不同时空尺度上各种生态系统服务之间的权衡与协同作用[7],有助于合理制定生态系统
管理政策[68],促进生态系统更好的为人类社会提供服务[18]。
2. 1摇 空间尺度
生态系统服务的空间尺度包括生态尺度与行政尺度[12,14]。 生态尺度属于生物学概念,是指不同生态系
统服务形成与供给的空间尺度,一般包括植物个体、样地、生态系统、景观、生物群系到全球等不同等级空间尺
度[14];行政尺度属于社会学概念,是指不同生态系统服务相关受益群体涉及的空间尺度,通常包括个体、家
庭、市县、省(州)、国家与国际等等不同等级空间尺度[14]。 生态系统结构与过程的地域差异性决定了生态系
统服务的空间异质性,不同生态尺度具有不同等级的生态系统[69]。 同样,不同行政尺度的利益相关方对生态
2225 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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系统服务需求的种类与数量不同,进而选择相应的生态系统服务管理策略,必然加剧生态系统服务之间竞争
作用[29,68]。 在评估生态系统服务时,界定生态系统服务供应方与受益方的空间尺度至关重要[14]。
自然界不同生态系统提供的商品与服务往往与不同空间尺度内的人群需求不对称。 人工生态系统如农
田生态系统,通过多种生态管理措施(改进品种、加大化肥及农药的使用量、围垦复种)追求高产优质粮食,造
成了系统内生物多样性下降(如青蛙与泥鳅少了)与温室气体(甲烷等)排放量增加。 粮食生产及供应主要服
务于区域尺度,而生物多样性与温室气体排放问题则涉及到全球尺度。 从生态系统服务竞争与协同角度分
析,粮食生产与生物多样性和温室气体之间形成竞争关系,而后两者之间则为协同作用。 对比人工生态系统
(如农田、草场)而言,自然生态系统(如湿地、森林)提供的各项服务作为公共物品表现出的空间差异性更为
突出。 不同生态系统服务的竞争关系与协同作用更为复杂。 以荷兰 De Wieden自然保护区为例,在市县尺度
上,仅对芦苇与渔业资源的供给特别重视;在省市尺度上,湿地的娱乐消遣功能是其最为关心的;在国家与国
际尺度上,前两种服务可以忽略,而特别注重湿地生物多样性与自然保护的功能[14]。 又以鄱阳湖为例,滨湖
区围垦为当地(县市)提供了丰富的食物(粮食、水产品);而作为长江中游最大的洪水调蓄湖泊,其防洪功能
的受益方则是长江中下游平原地区(区域省际尺度);作为国际重要湿地,为全球数十万只珍稀候鸟提供了优
质的活动场所,其文化服务(观鸟、科教)更是涉及到不同空间尺度的群体。 以森林生态系统为例,全球与局
地的利益相关方对其所需服务各有侧重,前者强调碳汇,即支持与调节服务,而后者往往看重一些初级产品,
即供给服务[39,62]。 因此,在制定生态系统管理政策时,应该综合考虑不同利益诉求方的实际需求,实现生态
系统服务效益最大化。
由于不同生态系统服务的供给与需求在空间不一致,生态系统服务的空间转移必然引起了不同行政尺度
利益相关方之间对服务的竞争与权衡[40]。 如流域上下游之间对水源灌溉、水产养殖、水源净化等之间的竞争
权衡[50,70],不同区域相继拦截河道,结果降低了汛期洪水调蓄能力和破坏了生物多样性,即引起了不同生态
系统服务同时减弱的协同作用。 总之,空间上生态系统服务的竞争与协同广为存在[44]。 生态系统服务的空
间格局分析有助于了解景观尺度上的生态系统服务是如何分布,不同服务空间分布如何对比分析,生态系统
服务的权衡与协同作用可能在哪里发生[71]。
2. 2摇 时间尺度
生态系统服务在时间尺度上具有动态变化性[72],某种生态系统服务的当前与未来利用之间可能存在竞
争与权衡[47]。 从生态系统服务的供应方看,各种商品与服务涉及流量与存量差异,时间尺度包括瞬时、天、
月、季度与年际等;从利益相关方角度看,生态系统服务的时间尺度主要涉及代际差异,即近期与长远的相互
影响。 当前生态系统服务定量评估主要以静态分析为主,忽视了生态系统动态特征[73],对生态系统服务之间
的反馈作用分析不够[74]。
时间尺度上每一种生态系统服务竞争权衡的主要特征:不同空间尺度社会群体的短期需求催生了相应的
生态系统服务管理决策,有意或无意间忽视了这些行动酿成的未来后果[29]。 这是因为生态系统服务竞争与
协同不仅影响到当前生态系统服务的供给水平,还影响到未来生态系统服务供给的能力[53]。 这种影响可能
由于诸多外部不明确性因素而表现更为强烈[29]。 生态系统服务竞争与或协同作用使得供给服务往往是即时
形成的,而对调节服务、支持服务、文化服务及生物多样性的反馈作用往往具有滞后效应[75]。 从某种程度上
说,不同生态系统服务在相关决策干扰下的反馈能力差异进一步降低了对竞争和协同的重视程度。 如农业生
产、渔业养殖等因素造成湿地面积逐年减少,造成防洪、净化水与空气、保护生物多样性与野生动物栖息地等
湿地生态系统重要的服务功能下降甚至消失;与此同时,一系列法规与恢复工程的实施,确实增加了相应的湿
地面积,但是这些湿地的生态系统服务功能单一[28,76]。 半个世纪以来,长江上游植被破坏、森林面积减少导
致水土流失与泥沙淤积严重,中游围湖开垦导致湖体蓄洪与泄洪能力下降,是酿成 1998 年长江大洪灾的主要
原因之一[77鄄79]。 类似的,美国密西西比三角洲平原堤坝修筑与河网化在降低自然洪灾与保护耕地同时,扰动
了自然水文过程,导致天然湿地减少,结果在极端天气影响下造成更大破坏[80]。 因此,时间尺度上的生态系
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统服务权衡具有不对称性与代际不公平性,当前采取的行动将会导致未来大量生态系统服务的损失[23]。 从
生态系统服务竞争与协同角度分析,当代与子孙后代之间对生态系统服务代际需求竞争特别明显,工业化与
城市化在带来经济繁荣的同时,也对地球上不同生态系统生物多样性巨大丧失[7]。
总之,不同尺度内的利益相关方与生态系统的相互作用是引起生态系统服务竞争关系与协同作用的决定
性因素。 因而,应该尽可能考虑不同行政尺度上的利益相关方对生态系统服务之间的需求[81]。 试图维持或
增加一种生态系统服务(如食物)的供给水平,必然造成空间上不同区域其他生态系统服务的大量减少[15]。
生态系统服务的竞争具有放大效应,即这种此消彼长的影响还会在大尺度空间上表现出来,而且可能持续很
长时间,部分生态系统服务变化可能是不可逆的[29]。 随着时空尺度发生变化,生态系统服务之间相应的竞争
与协同的不确定性也将增大,从而加剧生态系统管理的难度[29,55]。
3摇 生态系统服务互竞关系的研究方法
生态系统服务竞争与协同作用主要是由人类鄄生态系统相互作用下制定的管理决策引起的[29]。 当前关
于生态系统服务竞争关系探讨以定性分析较多,侧重生态系统服务竞争与协同关系的辨识[7,29,68,82],如在景
观尺度上,生态系统的供给服务与几乎所有的调节服务与文化服务存在此消彼长的竞争关系[68]。 Chan 等运
用空间直观显示的保护规划框架探讨了美国加州中部海岸生态区生物多样性保护目标与 6 种生态系统服务
(碳汇、防洪、牧草生产、户外游憩、作物授粉与淡水供应)之间的竞争关系[73]。 对比而言,定量研究尚处起步
阶段,亟待加强[25,72,83]。 Lautenbach等比较分析了生态系统服务竞争作用的 3 种研究方法:地图对比法、情景
分析法及基于优化景观权衡分析法,并指出空间对比与情景分析是目前研究生态系统服务之间竞争权衡的有
效方法[25]。
土地利用变化是生态系统服务变化的主要驱动因素之一[8,84],地图对比法的提出是基于土地利用变化;
而情景分析法普遍是基于相关生态系统管理政策下的土地利用情景展开分析的。 鉴于此,本文将地图对比法
与情景分析法合称为基于土地利用的情景模拟法。 根据已有文献,从基于土地利用的情景模拟法与生态鄄经
济模型法对生态系统服务互竞关系的研究方法进行综述。
3. 1摇 生态鄄经济综合模型方法
生态鄄经济综合模型是由若干生态模型与社会经济评价模型组合的模型总称,已广泛应用于自然资源与
生态系统管理服务互竞定量研究[85鄄86]。 生态模型旨在揭示受人类活动干扰下生态系统服务波动幅度、空间
差异;而社会经济评价模型则是评估不同生态系统服务变化对人类福祉的影响[86]。 Higgins等基于生态鄄经济
模型分析了外来植物入侵对南非高山硬叶灌木群落(Fynbos)生态系统服务的影响[87]。 Grasso利用生态鄄经济
模型(动态优化与模拟模型)分析了红树林生态系统中的渔业养殖与林木生产之间的相互竞争关系[51]。
Nalle等利用生产可能性边界模型模拟分析了木材生产与物种保护之间的互竞关系[88]。 Schl俟ter 等运用最优
控制与基于主体模型方法,分析了中亚半干旱地区灌溉与渔业养殖之间的互竞关系[50]。 Swallow 等利用线性
回归分析和基本的描述性统计方法定量分析了生态系统服务之间的互竞权衡关系[34]。 Raudsepp鄄Hearne 等
运用生态系统服务束方法定量分析了不同景观尺度上的多种生态系统服务之间的竞争与协同[68]。 Chisholm
通过建立生态鄄经济动态模型,探讨南非高山硬叶灌木群落种植辐射松(Pinus radiata)引起的森林固碳、木材
生产与水资源供给之间的互竞作用[62]。 结果表明,在现有水资源税率与碳会计立法条件下,植树造林对林业
是可行的;如果林业部门需要支付造林所需水资源成本将变成不可行。
3. 2摇 基于土地利用的情景模拟法
情景是对未来不同发展模式一系列不确定性的描述[40]。 情景规划是合理制定与应用情景进行分析的过
程,包括评估未来事件与趋势的假设,并弄清楚这些不确定性[40]。 当对未来不同事件发生概率缺乏足够信息
时,情景规划是处理不确定性有效的方法[40]。 由于情景分析能够反映时空动态变化,因此可用来揭示不同时
空尺度上生态系统服务的竞争作用[67]。
土地利用变化直接影响生态系统服务变化的主要驱动因素之一,基于土地利用变化制定情景分析方法常
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被用于生态系统服务相关研究。 借助于 3S 技术可在空间直观反映不同生态系统服务的分布及价值变
化[34,89]。 决策部门的生态管理规划、政策因素往往直接主导着土地利用变化,常用于情景模式的设定。 基于
土地利用变化的情景模拟法就是综合考虑土地利用与生态系统管理政策,通过制定不同变化情景反映生态系
统服务之间互竞权衡的动态变化。 但其在生态学研究与保护工作中常常受到忽视[40,90]。 千年生态系统评估
中有大部分内容是围绕情景分析而展开的,该评估为在区域与局部尺度制定生态系统服务与人类福祉关系未
来变化的情景提供了参考[3]。 通过设定 4 种不同情景进行模拟分析,表明 21 世纪不同生态系统服务之间此
消彼长的关系日益加剧。 在 2000—2050 年间,农业用地扩张将是现有草地、林地及其相应的基因资源、林木
生产、栖息地等相关生态系统服务减少 10%—20%的主要原因[57]。
国内学者以中国 2000 年土地利用数据为基准,利用 CLUE 模型分别评估了“一切照常情景冶、“规划情
景冶和“优化情景冶3 种情景下森林、草地和湿地生态系统服务变化[91]。 Bulter 等以澳大利亚大堡礁为例,利
用四种土地利用情景评估了未来水质调蓄服务与其他 10 种服务之间的互竞关系。 结果表明,最直接的竞争
关系发生在食物、纤维生产与水质调节之间;水质调节与渔业生产表现现协同促进作用[59]。 2008 年来,由斯
坦福大学等机构合作开展了自然资本项目,并提出了生态系统服务价值化和得失权衡综合评价方法
(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs, InVEST) [92]。 该方法是一个基于 GIS 软件的功能扩
展模块,它是依托目的是通过揭示局部与区域尺度不同土地利用情景下生态系统服务的空间分布、价值及其
相互关系(如竞争与协同),更好服务于自然资源管理与生态系统保护[43,92]。 目前 InVEST方法已在全球推广
使用,用于多种生态系统服务的竞争模拟分析。 Nelson等以美国俄勒冈 Willamette 流域研究区,将 InVEST方
法应用到基于利益相关方的 3 种土地利用与覆被变化的情景分析中,预测了生态系统服务、生物多样性与商
品产量层面的未来变化及其之间的权衡关系[17,93]。 但是目前该方法处于摸索阶段,对社会经济系统的影响
分析不够,结果缺乏验证,因而对合理制定政策机制还不够[43]。
4摇 结语与展望
生态系统服务作为生态系统评估的核心领域,是生态学的研究热点。 过去 20a 间,围绕生态系统服务评
估发展迅速,成果颇丰。 但大部分研究普遍侧重于列举并概算某区域生态系统提供的所有生态系统商品与服
务,而对生态系统服务之间的竞争关系与协同作用重视与分析不够,甚至完全没有考虑到这种相互关系。 受
人类政策影响,全球范围内生态系统服务之间的竞争关系与协同作用普遍存在,但又表现出明显的地域差异
性与动态变化性[86]。 在不同时空尺度内,探讨生态系统服务之间的相互关系是生态系统评估新的重要的研
究领域,其中生态系统服务互竞作用的影响对人类福祉尤为关键。
当前,关于生态系统服务互竞关系研究仍处于初步阶段。 相关研究多从定性角度,强调生态系统服务互
竞关系对生态系统管理与人类福祉的重要性,囿于数据获取、指标构建等因素,定量分析显得不够成熟。 在研
究范围上,限于少数几种生态系统服务之间的相互作用,以单向作用与双向作用为主,对于多向竞争分析较
少。 在研究方法上,生态鄄经济综合模型法是传统的研究方法,通常研究尺度较小[86]。 对比而言,基于土地利
用的情景分析法日益受到重视。 该方法主要是通过遥感获取土地利用变化资料,结合相关生态管理政策制定
生态系统的多种情景模式,从空间上揭示不同生态系统服务的空间格局特征,并以其为基准根据预设情景定
量分析未来生态系统服务之间的相互竞争关系及其影响。
在生态系统管理过程中,减弱生态系统服务之间的竞争作用,同时加强不同服务之间的协同增强作用[26]
将是人类追求的永恒目标。 不同生态尺度内生态系统提供的服务对于不同行政尺度上的利益相关方来说,由
于不同尺度上利益群体自身文化背景、对其经济活动的影响不同,其利用方式与程度差异明显[14],常常存在
竞争与权衡[14,66]。 充分全面分析不同尺度及其利益相关方之间的相互关系,将有助于解决不同利益群体之
间的利益冲突[65]。 随着人类与生态系统交互作用的日益剧烈,未来关于生态系统服务竞争关系与协同作用
的理论、方法将日臻完善。
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9225摇 16 期 摇 摇 摇 李鹏摇 等:生态系统服务竞争与协同研究进展 摇
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