国外土地生态系统服务研究进展及其对国内的启示.pdf
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1、第 卷第期 年月地 理 与 地 理 信 息 科 学 收稿日期:;修回日期:基金项目:国家自然科学基金项目(、);江苏省社会科学基金项目()作者简介:王培家(),男,博士研究生,研究方向为旅游规划与区域旅游环境影响。通信作者 :国外土地生态系统服务研究进展及其对国内的启示王 培 家,章 锦 河,徐冬,马 小 宾,周 乐 莹,(南京大学地理与海洋科学学院,江苏 南京 ;黄山公园生态系统教育部野外科学观测研究站,安徽 黄山 ;扬州大学旅游烹饪学院,江苏 扬州 )摘要:土地生态系统服务是链接人类福祉和自然环境的纽带。该文基于 软件,对国外土地生态系统服务研究进行系统梳理,分析其演化趋势和研究热点并探讨
2、对国内研究的启示。国外土地生态系统服务研究经历了萌芽(年)、增长(年)、爆发(年)个阶段,主要从土地生态系统服务评估、权衡与协同、空间流动以及集成与优化个角度展开。目前,国内研究亟须建立土地利用生态系统服务管理决策系统框架、构建适合中国国情的动态评估体系和模型、加强基于土地生态系统服务的人与自然系统耦合研究、强化多尺度关联研究等。关键词:土地系统;土地生态系统服务;启示中图分类号:;文献标识码:文章编号:()引言生态系统服务是指“人类从生态系统中得到的惠益”,即人类通过直接或间接方式从生态系统获取到的全部产品和服务,是链接人类福祉和自然环境的纽带。土地是各类生态系统在区域上的镶嵌体,不同土地利
3、用类型具有提供不同生态系统服务的能力,而土地生态系统服务是人类社会从各种生态系统获取的最主要惠益,。因此,土地生态系统服务逐渐成为生态学、地理学、景观学等学科的重要研究内容。在全球经济快速发展的大背景下,土地利用类型由自然主导(森林、湿地、草地等)向人为主导(城市用地、农业用地等)转变,土地利用的面积、类型、结构和格局发生变化,会引起生态系统服务的质量、数量和类型发生相应的改变。这是由于土地利用改变生态系统的结构和功能,进而影响区域的气候、土壤、水文资源和生物多样性等物质循环和生态过程,最终影响整个生态系统服务的供给和分配,。自 年 等核算了生态系统服务的经济价值以来,基于土地利用的生态系统服
4、务相关研究逐渐成为研究热点。从研究内容看,早期研究侧重基于土地利用的生态系统服务内涵、分类、时空变化、价值评估,等,后期逐渐集中在土地生态系统服务的空间流动、供给 需求关系 、权衡 协同效应,、集 成 优化 等方面,也愈来愈聚焦于生态系统服务在土地利用规划、生态补 偿 机 制、环 境 影 响 评估、生态安全构建和生态红线划定 等实践和应用中的作用。从研究尺度看,研究视角由单一尺度逐渐发展为具有关联性的多尺度比较,主要由大尺度(全球、国家)、中等尺度(省域)、小尺度(市、县)拓展到某一特定案例地尺度(村镇、聚落、社区、绿色用地等)。在研究方法方面,仍以价值当量法、物质量法、能值法为主,主要通过
5、空间制图、统计分析、生态过程数值模拟,、土地利用估算、遥感定量反演,、情景预测 等手段对生态系统服务进行评估和预测。目前已开发出 、等评估模型,用以测度生态系统服务价值量以及各生态系统服务间的关系。然而,人地系统共同作用下的生态系统服务十分复杂,如何进一步厘清各生态系统间的生态过程与相互作用关系、深化驱动机理与评价指标、优化情景分析与集成模型等,有待取得新的突破。土地利用通过对资源再分配,对生态系统产生深远的影响,既影响了生态系统服务的过程、结构,也改变了区域内生态系统向社会提供的各种产品和服务的能力,。目前,虽然普遍认识到亟须将生态系统服务价值纳入土地系统设计与管理中,但如 何将生态系统服务
6、与土地空间规划有效衔接,还存在许多问题和难点。鉴于此,本研究基于 软件,对国外土地生态系统服务研究的关键词共现、合作机构、突现词等进行系统梳理,分析土地生态系统服务之间的知识结构、前沿问题和演化趋势,提出国外四大研究主题,进而指出国外土地生态系统服务研究对国内的启示。数据来源本文基于“”核心合集平台,对国外土地生态系统服务研究的相关文献进行检索。其中,在 平台以“”和“”为主题,语种为英语,文献类型为“”,检索 年 和 两大来源文献共计 篇,经去重,筛选出文献 篇。然后,基于 的 数据板块,对国外土地生态系统服务研究的文献数量、关键词共现、突现词等进行系统梳理,以分析国外土地生态系统服务的前沿
7、研究趋势和不足。文献发展脉络 演化过程分析通过对 年国外土地生态系统服务研究的文献数量进行梳理(图),可将国外研究进展分为个阶段:萌芽阶段(年),国外文献数量较少且上升缓慢。该阶段国外土地生态系统服务研究相关文献为 篇,主要聚焦于生态系统的概念与框架构建,一些国际组织和政府机构已经开展相关实践。增长阶段(年),文献数量快速上升。年文献数量为 篇,到 年则快速增至 篇。该阶段国外主要关注生态系统服务价值评估和时空分异,相关研究占总数的 。研究内容进一步扩展,学者们开始关注供给 需求关系、土地利用规划、集成优化等。爆发阶段(年),国外文献数量由 年的 篇快速增至 年的 篇。该阶段国外研究内容更广泛
8、,土地生态系统的空间流动、服务权衡 协同关系、生态补偿机制、环境影响评估、生态安全构建等相关研究受到关注,;研究类型更丰富,大致分为类:以水为主题,如湿地、流域、湖泊、海洋等生态系统;以人为主题,如城市群、城市、乡村、农业等生态系统;以生物为主题,如森林、草原等生态系统;研究尺度更多样化,检验了土地生态系统服务的尺度效应,。图 年土地生态系统服务研究文献数量犉 犻 犵 犖 狌 犿 犫 犲 狉 狅 犳 犾 犻 狋 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲 狅 狀 犾 犪 狀 犱 犲 犮 狅 狊 狔 狊 狋 犲 犿狊 犲 狉 狏 犻 犮 犲 狊 犳 狉 狅 犿 狋 狅 研究热点分析通过 软件对国外文献进行关键词
9、共线图谱分析,梳理出土地生态系统服务的研究热点和主要方向(图)。在关键词共现方面,英文高频词有 、等。可见,国外相关研究主要表现在生态系统服务、土地利用与景观格局、生物多样性、管理和保护、影响因素等方面,研究方向由自然系统向人与自然系统耦合转变,开始关注生态系统服务与土地规划的交互作用影响,重视土地生态系统服务的价值化评估和驱动因素探测,强调科学管理和决策过程在生态系统中的重要性。图 年英文文献关键词知识图谱犉 犻 犵 犓 狀 狅 狑 犾 犲 犱 犵 犲 犵 狉 犪 狆 犺狅 犳 犽 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊 犻 狀犈 狀 犵 犾 犻 狊 犺犾 犻 狋 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲 犳 狉 狅
10、 犿 狋 狅 研究前沿分析突现词可以检测出某一研究领域焦点的变化,页第地 理 与 地 理 信 息 科 学第 卷表征该领域的前沿研究方向和发展态势。利用 探测国外土地生态系统服务的重点研究方向(图)。在英文文献中,突现词强度排名靠前的有 ()、()、()、()、()、()、()、()、()、()、()等。可以看出,土地生态系统服务价值评估和测量是研究重点和热点,生态物种的多样性、环境影响、森林生态系统、权衡与协同、生态补偿、生物多样性保护、土地利用等也受到重点关注。从突现持续时间看,、和 等突现词持续时间较长,近年 、和 等突现词的关注度较高,是该领域的学术研究热点。犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱
11、狊犛 狋 狉 犲 狀 犵 狋 犺犅 犲 犵 犻 狀犈 狀 犱 图 突现词强度和生命周期犉 犻 犵 犛 狋 狉 犲 狀 犵 狋 犺犪 狀 犱 犾 犻 犳 犲 犮 狔 犮 犾 犲 狅 犳 犲 犿 犲 狉 犵 犲 狀 狋狑 狅 狉 犱 狊 国外主要研究进展和不足通过对国外土地生态系统服务高被引文献的关键词共线图谱和突现词分析发现,(评估)和 (多样性)的突现强度大,持续时间长,(土地利用)、(权衡)、(管理)、(保护)、(影响)等关键词也属于高频词,说明国外土地生态系统服务的评估测量、权衡协同、空间流动、优化管理是热点。基于此,进一步将国外相关研究概括为四方面:土地生态系统服务评估、土地生态系统服务
12、权衡与协同、土地生态系统服务空间流动和土地生态系统服务集成与优化。土地生态系统服务评估目前,国外土地生态系统服务评估主要有价值量评估法、物质量评估法和统计学法。价值量评估法从经济学视角,通过货币价值估算区域内生态系统服务价值,可为生态补偿、生态效益核算、生态支付意愿等经济价值衡量提供科学依据。价值量评估法主要包括市场评价法、机会成本法、影子价格法、支付意愿法、价值当量法等,其中价值当量法应用最广泛。例如,等运用价值当量法测算了全球 种生物群落(类土地利用类型)的 类生态系统服务价值;等利用价值当量法估计了 年埃塞俄比亚高地由土地利用变化导致的生态系统服务价值变化,发现生态服务价值量处于下降趋势
13、。然而,该方法主要用不同土地利用类型替代生态系统类型,评估各生态系统服务的价值,对空间分辨率和土地分类精度要求较高,且评估指标的赋值有一定的主观性。物质量评估法基于生态系统视角,主要包括生物物理模型法、能值法、情景模拟等,采用土地利用、遥感影像、社会经济等数据,揭示生态系统服务的形成机制,估算结果相对客观,因而应用比较广泛 。如 等应用该方法发现明苏达州农业用地增多导致区域内水体富营养化、碳储量减少、生物多样性降页第第期 王培家,章锦河,徐冬,等:国外土地生态系统服务研究进展及其对国内的启示低,致使区域内生态服务价值呈断崖式下降趋势。统计学法主要包括指数分析法、计量统计法及数学模型法等,通过量
14、化土地生态系统服务指标体系,分析两者间的相关程度和影响因素,解释各因素间的相关关系,但难以解释其内在机理。国外土地生态系统服务评估模型主要有 、等,目前应用最广泛的是美国斯坦福大学研发的 模型。这些模型基于“大数据”分析和空间建模,通过简化算法,能可视化分析全球、区域等不同尺度的生态系统服务,但均有其局限性。例如,生态系统服务涉及的数据众多且庞杂,如何将不同地区的数据参数统一量纲?在生态脆弱区或生态交错区,如荒漠、戈壁、草原等不同类型的生态系统,用同一模型或参数是否具有普适性?其他局限还有诸如文化生态系统服务衡量尺度、数据的精度问题等。目前,国外已形成较为完整的土地生态系统服务评价体系,如 、
15、等的价值当量法,但基于不同案例地的评价指标在生态系统分类、参数权重和模型构建等方面存在差异,如对文化生态系统服务的评估主要采用调查问卷的方式,存在很大的主观性,致使评价结果存在很大差异。此外,各生态系统服务间相互依存或对立,且生态系统服务与生态系统过程并非一一对应,这就导致存在重复计算或漏算的现象;而且人类对服务产品的需求层次差异会导致生态系统服务的价值评估过于重视直接使用价值,往往忽视生态效益及文化价值差异,使评估具有一定的主观性和不确定性。土地生态系统服务权衡与协同土地生态系统服务类型多样,且关系错综复杂,存在不同程度的权衡(时间权衡、空间权衡和可逆权衡)或协同关系。土地生态系统服务权衡即
16、一种生态系统服务供给增加,会使另一种生态系统服务减少。当土地利用类型发生改变,会导致生态系统服务间发生冲突或竞争,进而产生对多种生态系统服务不利的权衡关系。比如,农民为获得更多收益,大量砍伐森林,增加耕地面积,虽提高了农业生产力和粮食产量,但也降低了土壤保持服务和水源调节服务。协同则表征两种及以上土地生态系统服务同时增加或同时减少的态势。比如,退耕还林工程可使区域内的供给、调节、文化和支持服务均得到不同程度的改善。土地生态系统服务权衡 协同效应是国外研究的热点,常见研究方法有空间制图、数理统计、情景模拟和生态经济耦合模型等,。空间制图与数理统计比较常见,主要用于生态系统服务类型间作用关系的甄别
17、。如 等基于土地利用数据,采用空间制图和聚类分析,识别了加拿大魁北克省 种生态系统服务的空间格局和权衡关系。情景模拟能通过合理假设,预测未来土地利用类型与生态系统服务间变化的可能性,已成为管理者有效管控生态环境、制定相应政策的重要方法。比如,基于情景分析探讨土地利用类型和生态系统服务间的对应关系;通过设置不同偏好情景,模拟分析未来不同生态系统结构与空间格局变化趋势。情景分析方法可以预测未来土地规划中各种生态系统服务的动态变化,具有不确定性,权衡分析难以有效揭示生态系统服务的变化路径,因此,综合运用情景分析和权衡分析能降低土地生态系统服务集成的不确定性。生态经济耦合模型主要将生态模型和社会经济指
18、标进行耦合分析,如 基于组合社会生态两种不同的建模程序,动态优化模拟红树林生态系统渔业和木材产业间的竞合关系;等通过建立生态经济耦合模型,识别了放牧和打猎这两种市场化的生态系统服务与生物多样性之 间 的 权 衡 协 同 关 系。此 外,、和 等模型在模拟土地利用未来发展趋势及其驱动力等方面作用明显,未来也可耦合不同类型的土地生态系统服务,设定不同情景预测生态系统服务发展态势及其权衡关系。土地生态系统服务的权衡 协同关系既发生在生态系统内部,也存在于多种生态系统服务之间。权衡 协同关系存在“滞后”效应,突破空间范畴,探讨当前与未来土地生态系统服务间的权衡 协同关系是未来研究的重点方向之一。权衡
19、协同关系还存在尺度效应,两种相同的生态系统服务的权衡在不同区域、不同尺度上也存在差异。未来亟须基于大数据量化生态系统服务供给、需求和时空格局的多尺度转换、尺度变异性和弹性,进而识别各尺度的驱动机理,对比不同尺度的交互作用关系,厘清各尺度间传递的跨尺度作用机制。土地生态系统服务空间流动土地生态系统服务空间流动是指将供给区产生的物质、信息、能量等“流”,通过某种媒介,沿着一定路径传输到需求区,即供给区和需求区之间的空间转移过程。土地生态系统服务主要包括供给区、连接区和需求区,其中,供给区是产生土地生态系统服务流的区域,连接区是连接土地生态系统服务流页第地 理 与 地 理 信 息 科 学第 卷的供给
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