人工系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)研究.pdf

1、到本世紀(jì)中葉，全球人口會(huì)增長(zhǎng)23億，人均收入也會(huì)更高。由此，人們對(duì)各種生態(tài)服務(wù)（例如，食物、纖維、燃料、處理污水、文化美學(xué)享受）的需求不斷增長(zhǎng)。單純依賴自然系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益增長(zhǎng)的人類對(duì)服務(wù)的需求。提供充足的生態(tài)服務(wù)必須依靠能夠集約化高效提供服務(wù)的人工設(shè)計(jì)的生態(tài)系統(tǒng)。與此同時(shí)，生態(tài)保護(hù)壓力又要求限制人工生態(tài)系統(tǒng)對(duì)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(biāo)需要的同時(shí)也成為其他生態(tài)服務(wù)的提供者。盡管生態(tài)服務(wù)已經(jīng)成為研究生態(tài)-

2、經(jīng)濟(jì)-社會(huì)系統(tǒng)的主流分析工具，但針對(duì)人工系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)的系統(tǒng)研究仍舊缺乏。本文針對(duì)人工系統(tǒng)的特點(diǎn)，為人工生態(tài)系統(tǒng)建立了目的服務(wù)和伴隨服務(wù)的評(píng)估和分析框架，并將3類具有不同目的服務(wù)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(duì)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(jìn)行生態(tài)服務(wù)的評(píng)估和相關(guān)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(guó)家尤為突顯，因此本文以中

3、國(guó)作為研究對(duì)象來進(jìn)行闡述。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)人工系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估框架。分析了人工生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)和現(xiàn)在主流評(píng)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(wù)的目的性、可調(diào)控等特點(diǎn)出發(fā)，構(gòu)建了包括目的服務(wù)和伴隨服務(wù)的評(píng)估框架，此框架能夠體現(xiàn)構(gòu)建人工系統(tǒng)的目的，又能體現(xiàn)人工系統(tǒng)構(gòu)建目的之外的服務(wù);將多種人工系統(tǒng)統(tǒng)一在一個(gè)框架體系內(nèi)，排除其目標(biāo)是多類別服務(wù)的可能性;在體現(xiàn)服務(wù)的不同性質(zhì)的同時(shí)，同時(shí)體現(xiàn)服務(wù)的可市場(chǎng)交易性

4、，以便于福利經(jīng)濟(jì)學(xué)角度的分析。
　　 (2)人工系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估。通過分別針對(duì)三類、四個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建框架和生態(tài)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估，發(fā)現(xiàn)所評(píng)估的四個(gè)系統(tǒng)除了提供目的服務(wù)外，還同時(shí)提供一定價(jià)值的正向伴隨服務(wù)和負(fù)向伴隨服務(wù)。基于目前的評(píng)估框架，負(fù)向伴隨服務(wù)的價(jià)值只能抵消正向伴隨服務(wù)的部分價(jià)值，從而提供正向的凈伴隨服務(wù)價(jià)值。經(jīng)評(píng)估，生產(chǎn)系統(tǒng)的茶園和塑料溫室蔬菜分別提供價(jià)值5653yuanhm-2a-1和44000yuanhm-2a-1的目的

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

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

7、程度的大小。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，不同土地利用轉(zhuǎn)變的權(quán)衡強(qiáng)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(zhuǎn)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(quán)衡強(qiáng)度系數(shù)表明不同土地利用轉(zhuǎn)變的權(quán)衡強(qiáng)度差異很大。從農(nóng)田到茶園和從茶園到農(nóng)田的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變到農(nóng)田和轉(zhuǎn)變到茶園都引起了權(quán)衡，前者權(quán)衡強(qiáng)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(quán)衡強(qiáng)度也不同:從露天蔬菜到塑料蔬菜溫室在中

8、國(guó)九個(gè)區(qū)域的權(quán)衡強(qiáng)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(zhuǎn)變引起了正向協(xié)同，最大強(qiáng)度差異達(dá)42倍。而在南方Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ區(qū)引起了權(quán)衡。最大權(quán)衡強(qiáng)度差異達(dá)18倍。權(quán)衡強(qiáng)度系數(shù)作為一個(gè)同時(shí)考慮了目的服務(wù)和伴隨服務(wù)的基于生態(tài)服務(wù)評(píng)估的科學(xué)數(shù)據(jù)，具有良好的分辨不同土地利用轉(zhuǎn)變和不同區(qū)域的同一利用轉(zhuǎn)變的能力，可以作為決策土地利用轉(zhuǎn)變的科學(xué)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　 (4)分析了同一系統(tǒng)在不同空間區(qū)域的目的服務(wù)與伴隨服務(wù)的權(quán)衡或協(xié)同模式。對(duì)全國(guó)所

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

10、伴隨服務(wù)的協(xié)同區(qū)，38.1％（350個(gè)）屬于低目的/高伴隨服務(wù)的權(quán)衡區(qū),1.7％（16個(gè)）屬于高目的/低伴隨服務(wù)的權(quán)衡區(qū)。在中國(guó)，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(guó)人工系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的空間異質(zhì)性。發(fā)現(xiàn)人工系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和自然氣候因素的雙重影響，且不同種類的服務(wù)受影響因素不同。茶園的目的服務(wù)價(jià)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(guān)關(guān)系，但與經(jīng)濟(jì)社會(huì)因子——人均GDP呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。四項(xiàng)正伴隨服務(wù)（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(guān)關(guān)系，但與人均GDP無關(guān)。而三項(xiàng)負(fù)伴隨服務(wù)（CO2排放，N2O排放與非點(diǎn)源污染）均與降水、溫度和人均GDP無正相關(guān)關(guān)系。而塑料溫室蔬菜的目的服務(wù)價(jià)值與年均降水量和年均溫這兩個(gè)自然氣候因子呈負(fù)相關(guān)，而與人均GDP這個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)因子無關(guān)。而其四項(xiàng)正伴隨服務(wù)（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(fù)相關(guān)關(guān)系，與人均GDP無關(guān)。三項(xiàng)負(fù)伴隨服務(wù)中(CO2排放，N2O排放和土壤鹽漬化)，CO2排放與溫度，降水有負(fù)相關(guān)關(guān)系，N2O釋放與兩者有正相關(guān)關(guān)系。
　　 (6)人工系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值與土地資源稀缺程度與人口密集程度的關(guān)系。在以杭州城市綠地為案例進(jìn)行的服務(wù)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(wù)（文化美學(xué)）服務(wù)呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，七項(xiàng)正伴隨服務(wù)（固碳，降噪，保土，保水，吸收

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

14、的目的服務(wù)、伴隨服務(wù)和突生服務(wù)之間的正反饋關(guān)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(wù)的條件，表明凈能量平衡、溫室氣體排放、經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可行性等是突生服務(wù)得以實(shí)現(xiàn)需要考慮的關(guān)鍵因素。
　　 綜上，本研究針對(duì)人工系統(tǒng)特點(diǎn)，提出目的服務(wù)、伴隨服務(wù)的評(píng)估和分析框架，并針對(duì)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(jìn)行了服務(wù)的評(píng)估、系統(tǒng)間轉(zhuǎn)變權(quán)衡和空間權(quán)衡、影響因素分析，并通過突生服務(wù)的案例