人工系統(tǒng)生態(tài)服務研究.pdf

1、到本世紀中葉，全球人口會增長23億，人均收入也會更高。由此，人們對各種生態(tài)服務（例如，食物、纖維、燃料、處理污水、文化美學享受）的需求不斷增長。單純依賴自然系統(tǒng)已經(jīng)遠遠不能滿足日益增長的人類對服務的需求。提供充足的生態(tài)服務必須依靠能夠集約化高效提供服務的人工設計的生態(tài)系統(tǒng)。與此同時，生態(tài)保護壓力又要求限制人工生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境的影響。這樣的兩難局面要求人工生態(tài)系統(tǒng)在滿足目標需要的同時也成為其他生態(tài)服務的提供者。盡管生態(tài)服務已經(jīng)成為研究生態(tài)-

2、經(jīng)濟-社會系統(tǒng)的主流分析工具，但針對人工系統(tǒng)生態(tài)服務的系統(tǒng)研究仍舊缺乏。本文針對人工系統(tǒng)的特點，為人工生態(tài)系統(tǒng)建立了目的服務和伴隨服務的評估和分析框架，并將3類具有不同目的服務的人工系統(tǒng)——生產(chǎn)系統(tǒng)、分解系統(tǒng)和居住支持系統(tǒng)作為研究對象，分別以茶園和塑料蔬菜溫室、人工濕地、城市綠地系統(tǒng)作為這三類系統(tǒng)的研究案例，進行生態(tài)服務的評估和相關分析。由于人類需要和人類改造自然系統(tǒng)以滿足需要所造成的環(huán)境影響的矛盾問題在發(fā)展中國家尤為突顯，因此本文以中

3、國作為研究對象來進行闡述。主要研究結果如下:
　　 (1)人工系統(tǒng)生態(tài)服務價值評估框架。分析了人工生態(tài)系統(tǒng)的特點和現(xiàn)在主流評估系統(tǒng)不適用于人工生態(tài)系統(tǒng)的原因，從人工生態(tài)服務的目的性、可調控等特點出發(fā)，構建了包括目的服務和伴隨服務的評估框架，此框架能夠體現(xiàn)構建人工系統(tǒng)的目的，又能體現(xiàn)人工系統(tǒng)構建目的之外的服務;將多種人工系統(tǒng)統(tǒng)一在一個框架體系內，排除其目標是多類別服務的可能性;在體現(xiàn)服務的不同性質的同時，同時體現(xiàn)服務的可市場交易性

4、，以便于福利經(jīng)濟學角度的分析。
　　 (2)人工系統(tǒng)生態(tài)服務價值評估。通過分別針對三類、四個系統(tǒng)構建框架和生態(tài)服務價值的評估，發(fā)現(xiàn)所評估的四個系統(tǒng)除了提供目的服務外，還同時提供一定價值的正向伴隨服務和負向伴隨服務?；谀壳暗脑u估框架，負向伴隨服務的價值只能抵消正向伴隨服務的部分價值，從而提供正向的凈伴隨服務價值。經(jīng)評估，生產(chǎn)系統(tǒng)的茶園和塑料溫室蔬菜分別提供價值5653yuanhm-2a-1和44000yuanhm-2a-1的目的

5、服務;提供價值6054yuanhm-2a-1和7894yuanhm-2a-1的伴隨服務。分解系統(tǒng)人工濕地1436，809yuanhm-2a-1的目的服務和10576yuanhm-2a-1的凈伴隨服務。而同樣是分解系統(tǒng)的污水處理廠目的服務為人工濕地的三倍多，但凈伴隨服務為-2，838，860yuanhm-2a-1。而居住支持系統(tǒng)城市綠地的目的服務與凈伴隨服務價值分別為21050yuanhm-2a-1和5186yuanhm-2a-1。

6、>　　 (3)提出土地利用轉變的權衡強度的概念和權衡強度系數(shù)的計算方法。權衡強度指權衡強度土地轉變帶來的目的服務與伴隨服務權衡程度的大小，權衡強度系數(shù)是衡量權衡強度的量化指標，其數(shù)值上等于土地利用變化前后伴隨服務的價值變化百分比除以目的服務的價值變化百分比。權衡強度系數(shù)的符號表示土地利用轉變帶來的是協(xié)同（目的服務和伴隨服務的同向變化，系數(shù)為正）還是權衡（目的服務和伴隨服務的反向變化，系數(shù)為負），數(shù)值大小表示土地利用轉變帶來的權衡或協(xié)同

7、程度的大小。通過計算發(fā)現(xiàn)，不同土地利用轉變的權衡強度不同。以浙江省為案例，分析了四種土地利用變化（即從森林轉變到茶園，從森林到農(nóng)田，從農(nóng)田到茶園，從茶園到農(nóng)田），權衡強度系數(shù)表明不同土地利用轉變的權衡強度差異很大。從農(nóng)田到茶園和從茶園到農(nóng)田的轉變都引起了協(xié)同，但前者是正向協(xié)同，后者是反向協(xié)同。從森林轉變到農(nóng)田和轉變到茶園都引起了權衡，前者權衡強度是后者的將近5倍。其次發(fā)現(xiàn)同一土地利用在不同區(qū)域權衡強度也不同:從露天蔬菜到塑料蔬菜溫室在中

8、國九個區(qū)域的權衡強度系數(shù)表明，北方Ⅰ-Ⅳ區(qū)和南方Ⅱ區(qū)和Ⅴ區(qū)，這種轉變引起了正向協(xié)同，最大強度差異達42倍。而在南方Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ區(qū)引起了權衡。最大權衡強度差異達18倍。權衡強度系數(shù)作為一個同時考慮了目的服務和伴隨服務的基于生態(tài)服務評估的科學數(shù)據(jù)，具有良好的分辨不同土地利用轉變和不同區(qū)域的同一利用轉變的能力，可以作為決策土地利用轉變的科學數(shù)據(jù)基礎。
　　 (4)分析了同一系統(tǒng)在不同空間區(qū)域的目的服務與伴隨服務的權衡或協(xié)同模式。對全國所

9、有產(chǎn)茶縣茶園的目的服務與伴隨服務的價值評估表明，全國918個產(chǎn)茶縣的目的服務價值和伴隨服務價值差異巨大。目的服務價值從1109-63904yuanhm-2a-1不等，最大值達到最小值的57.6倍，凈伴隨服務價值從-237到5410yuanhm-2a-1不等，最大值達到最小值的22.8倍。全國產(chǎn)茶縣茶園的目的服務與伴隨服務價值不具有空間一致性。58.2％（534個）的產(chǎn)茶縣茶園屬于高目的/高伴隨服務協(xié)同區(qū)，2.0％（18個）屬于低目的/低

10、伴隨服務的協(xié)同區(qū)，38.1％（350個）屬于低目的/高伴隨服務的權衡區(qū),1.7％（16個）屬于高目的/低伴隨服務的權衡區(qū)。在中國，雙贏茶園地區(qū)大部分存在于茶區(qū)的南部和東部。而雙輸茶園地區(qū)通常位于茶區(qū)的西部和北部。
　　 (5)研究了中國人工系統(tǒng)生態(tài)服務價值的空間異質性。發(fā)現(xiàn)人工系統(tǒng)生態(tài)服務價值受到社會經(jīng)濟因素和自然氣候因素的雙重影響，且不同種類的服務受影響因素不同。茶園的目的服務價值與自然氣候因子——多年均降水量和多年均溫均無正

11、相關關系，但與經(jīng)濟社會因子——人均GDP呈現(xiàn)正相關關系。四項正伴隨服務（固碳，保土，保肥，保水）中，僅固碳和保水被發(fā)現(xiàn)與多年均降水和溫度有顯著正相關關系，但與人均GDP無關。而三項負伴隨服務（CO2排放，N2O排放與非點源污染）均與降水、溫度和人均GDP無正相關關系。而塑料溫室蔬菜的目的服務價值與年均降水量和年均溫這兩個自然氣候因子呈負相關，而與人均GDP這個經(jīng)濟社會因子無關。而其四項正伴隨服務（固碳，保土，保肥，節(jié)水）中，僅節(jié)水被發(fā)現(xiàn)

12、與溫度降水有顯著負相關關系，與人均GDP無關。三項負伴隨服務中(CO2排放，N2O排放和土壤鹽漬化)，CO2排放與溫度，降水有負相關關系，N2O釋放與兩者有正相關關系。
　　 (6)人工系統(tǒng)生態(tài)服務價值與土地資源稀缺程度與人口密集程度的關系。在以杭州城市綠地為案例進行的服務研究表明，從杭州市中心到邊緣（代表人口密集程度和土地資源稀缺程度逐漸下降），目的服務（文化美學）服務呈現(xiàn)遞減趨勢，七項正伴隨服務（固碳，降噪，保土，保水，吸收

13、SO2，調節(jié)小氣候，除塵）中，除固碳和降噪無明顯趨勢外，其他五項均呈現(xiàn)遞減趨勢。而負伴隨服務VOC排放的價值量也從市中心到邊緣遞減。城市綠地的成本和服務總價值都呈現(xiàn)出從市中心到邊緣遞減的趨勢，凈價值也呈現(xiàn)出相同的遞減規(guī)律。
　　 (7)提出突生服務概念。人工系統(tǒng)會在滿足一定條件下突生出本來不具有的生態(tài)服務。本文以茶園為案例，分析了茶園突生旅游服務的條件，表明目的服務大小、系統(tǒng)位置和鄰近城市核經(jīng)濟發(fā)展水平是關鍵因素，并揭示生產(chǎn)系統(tǒng)

14、的目的服務、伴隨服務和突生服務之間的正反饋關系。以人工濕地和城市綠地為案例，分別分析了兩者突生生物能源服務的條件，表明凈能量平衡、溫室氣體排放、經(jīng)濟可行性和技術可行性等是突生服務得以實現(xiàn)需要考慮的關鍵因素。
　　 綜上，本研究針對人工系統(tǒng)特點，提出目的服務、伴隨服務的評估和分析框架，并針對城市化區(qū)域人工系統(tǒng)的重要類型——生產(chǎn)系統(tǒng)、分解系統(tǒng)和居住支持系統(tǒng)進行了服務的評估、系統(tǒng)間轉變權衡和空間權衡、影響因素分析，并通過突生服務的案例