土地利用变化与生态系统服务进展

土地利用变化与生态系统服务的反馈机制研究进展

摘要

生态系统服务作为生态学与地理学的研究前沿和热点，受到众多学者与研究组织的关注。土地利用变化通过对生态系统格局与过程的影响，改变着生态系统产品与服务的提供能力。本文通过大量文献阅读，归纳出制约生态系统服务价值运用于土地管理实践的三大瓶颈，分别是：①数据的可靠性低、评估方法统一性差；②研究结果的实用性落后；③研究的深入性不够。最后，对该方面研究进行展望：①亟需提出可靠的理论框架，明确生态系统服务评价的方法与指标体系，使得评价方法与评价结果具有广泛一致性和可比性；②加强土地利用变化驱动因子与生态系统服务价值动态变化的互馈机制研究，开展基于生态系统服务价值的土地利用结构优化的深入研究。③加强与3S技术的结合应用，提高土地利用变化和生态系统服务变化的可视化和信息化程度。

1 背景

生态系统服务是指生态系统形成的及所维持的能够支持人类的生存以及发展的环境条件与效用，是人类赖以生存的基础，与人类福祉息息相关[1-2]。近年来，随着人们对生态系统服务功能重要性的理解逐渐加深，众多研究者在生态系统服务的产生原因、影响因素、管理措施等方面开展了大量的研究，尤其是针对人类活动、土地利用变化、生态系统服务价值以及人类福祉的相关研究引起了越来越多的关注，而这其中关于土地利用变化引起区域生态系统服务变化这一方面的研究越发受到学者的青睐[4-16]。

由于人类等活动引起土地利用变化，从而影响生态系统的结构与功能，然后改变生态系统服务价值，进而影响人类福扯。而土地利用变化与生态系统服务价值存在着相互影响又相互制约的关系，是一种互相的反馈调节机制，土地利用变化作为全球环境变化的核心领域，可以改变生态系统的结构和功能，从而对生态系统能够维持其服务功能起到决定性作用[17]。反之，生态系统服务价值的评估结果可以用于评估土地利用规划的生态效应，进而对土地利用规划具有指导性作用[18-19]。近年来，国内外学者越发重视且已经收获众多关于多种尺度上的土地利用变化与生态系统服务价值二者关系的研究成果，已经成为生态系统可持续研究

的热点之一。综合国内外情况，相关研究主要基于地理信息系统（GIS）、遥感（RS）以及建模技术，以研究区域多时相遥感数据为基础，结合其他相关数据综合处理分析得出不同时间的土地利用数据及其变化情况[6,8,11,17]。并以多种统计数据、实地调研数据以及检索数据等多种数据为基础，基于生态系统服务价值评估方法，得出研究区不同时间的生态系统服务价值。进而对研究区土地利用变化情况与生态系统服务价值变化情况进行分析。

当前，国内外对生态系统服务的价值评估大都以Costanza或谢高地以及欧阳志云等人的研究成果为依据，且大多基于土地利用的特征，多数集中对森林生态系统、湿地生态系统、流域生态系统、农业生态系统等方面。2012年，王佼佼、胡业翠等利用2000至2008 年北京市土地利用数据，从生态系统服务功能角度运用Costanza的方法，参照谢高地陆地生态系统单位服务价值当量表，分析了北京生态服务价值与土地利用变化的响应关系[20]。2013年，李屹峰等采用InVEST软件中的多种模型，研究密云水库流域1990至2009年间土地利用变化对生态系统服务的影响[21]。2013年，Ian J. Bateman以及Amii R. Harwood等在Science发表文章，利用模型模拟了生态系统服务价值与土地利用政策的相互影响[18]。2014年，徐小燕等基于遥感RS和GIS技术，以Landsat-TM图像为基本数据，运用谢高地等人的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表以及生态系统服务价值的计算公式，研究了安徽省明光市1995至2009年土地利用变化对生态系统服务价值的影响，结果表明耕地(主要是水田)面积的减少导致生态系统服务价值减少的。此外，还包括姚远等对土库曼斯坦穆尔加布——捷詹绿洲[24]、马骏等对三峡库区(重庆段)[25]、刘玉卿等对张掖市甘临高地区等很多关于土地利用变化与生态系统服务价值变化的相互关系的研究成果。

此外，还有学者利用生态系统服务价值的评估结果来评估土地利用规划的生态效应，从而为指导土地利用规划提供支持。2014年，冯应斌、何春燕等构建不同土地利用类型生态服务价值修正系数，以地处三峡库区腹心的重庆市云阳县为例，从生态系统服务价值以及景观格局视角定量估算三峡库区生态屏障区土地利用规划生态效应。结果表明以土地生态功能建设为导向的土地利用规划能够快速提升生态屏障区生态系统服务价值，同时，通过评估不同土地利用类型结构调整及其产生的生态效应，进一步明确了云阳县生态屏障区各流域土地利用结构优

化调整方向，提升了土地利用规划和生态保护实践工作科学决策水平[14]。2014年，贺子康、张永福等基于遥感与GIS技术,运用中国陆地生态系统服务价值当量表,分析了艾比湖流域2001至2009年生态系统服务价值变化,探讨了干旱区内陆湖流域生态系统服务变化对土地利用与覆被变化的响应[26]。

虽然该方面的研究成果越来越多，但是由于一些瓶颈的存在，研究成果很难再实际中得以应用，本人通过大量阅读文献，总结得出已有研究中存在的三点问题——数据的可靠性低、评估方法统一性差，研究结果的实用性落后，及研究的深入性不够。

2数据的可靠性低、评估方法统一性差

在大多数情况下，当进行土地利用变化对生态系统服务价值影响研究时，研究人员面临的最大困难之一便是缺乏可靠性高的数据源，这一缺陷造成很多研究成果建立在不可靠的数据基础之上[12]。比如作为进行土地利用变化分析最重要的基础数据之一的遥感影像数据，由于从事生态系统评估相关研究的科研人员大多对RS或GIS相关知识了解或掌握有限，当进行土地利用变化分析时难免做到结果的高精度性。此外由于研究区域及时间尺度问题，在现实中很难做到全面把握数据的完整性与精确性，而简化指标、忽略价值量小却难以获取的数据等现象更是普遍。

此外，目前，常用的生态系统服务价值评估方法主要包括市场价值法、替代市场法和假想市场价值法3大类，又可以细分为多种方法。虽然方法多，但是并没有形成规范或统一，而且在实际中由于研究区域的具体情况不同，也很难做到不同区域评估方法的统一。

由于生态系统服务价值评估方法的统一性差，目前的研究大多仅仅覆盖公认性较高的评估方法所涵盖的生态系统服务功能价值，比如供给服务价值、NPP 相关的调解服务价值、水土保持相关的调解服务与支持服务价值等，而例如生物多样性保护价值、文化价值、生态旅游价值等很难做到既准确又权威的评价。

目前发表的关于生态系统服务评估的研究结果中，多数研究人员只是对最终的结果验证的重要性进行解释说明，并且仅停留在讨论的层面，并没有深入且有实质性地展开评估过程[27-28]，从而导致生态系统服务价值评估的结果被制约在一定的假设前提条件下，在辅助决策使用过程中的有效性必然存有疑问[12]。

3研究结果的实用性落后

土地利用变化与生态系统服务功能二者之间是相互影响相互反馈的关系，实际中土地利用相关政策的制定必将影响土地利用的变化，从而影响生态系统服务价值功能及其总体价值。反之，如果我们想把生态系统服务价值最大化，则必将要制定相应的土地利用规划，而这必将为相关政策的制定提供参考与借鉴。

但是在现实中，虽然针对诸多研究区的生态系统服务价值评估的成果非常多，但是能够起到影响甚至决定土地利用相关政策制定这种作用的成果却少之又少。现实情况中，人们更多的注重市场价值的最大化，最为看重土地能够带来最直接的经济效益，而很少关心总体生态系统服务价值的多与少。但是已有研究表明，土地利用变化的影响不仅仅局限于农业生产，而且影响温室气体的排放、城市绿地空间、娱乐服务以及生物多样性。而且如果仅关注农业市场价值的土地利用决策会造成更多的温室气体排放、较少的娱乐机会及诸多其他外部效应，进而导致生态系统服务的总体价值降低。此外土地价值的大幅改善可通过土地利用的适度有针对性的改变而获得[18-19]。

4研究的深入性不够

土地利用变化过程与生态系统服务之间有着紧密的联系——不同的土地利用类型产生的主要生态系统服务有所差异、土地利用格局变化对生态系统服务有着显著影响、土地利用强度不同对生态系统服务产生的影响也不同。土地利用类型的变化影响着生态系统的能量交换、水分循环、土壤侵蚀与堆积、生物地球化学循环等主要生态过程，从而改变着生态系统服务的提供[12]。

近年来，诸多学者通过对生态系统服务变化机制的探究,从而将区域森林、土壤、水域、大气等多个生态系统的变化综合到一起，从宏观层面反映土地利用变化对生态环境的胁迫效应[29-31]。然而，对生态系统服务价值在土地利用方面的应用研究较多关注土地利用对生态系统服务总价值的影响，对土地利用变化如何影响生态系统服务价值不同时间序列的动态变化、空间变化以及生态系统服务总价值结构变化的研究较少[32]。特别是通过定量化计算,研究土地利用变化对生态系统服务价值动态影响机制还有待进一步深入[10]。

此外，诸多成果大多揭示了城市化等引起的土地利用变化对于生态系统服务价值的负面影响，但却没能进一步分析引起该种土地利用变化的具体原因，只是

笼统地提出要在今后的土地利用中更多地考虑生态环境的影响，这使政策制定者很难对症下药。造成这种局面的一个重要原因是土地利用变化的人类驱动因素往往由多种政策制度引起，很难界定某一特定政策引起的土地利用变化所带来的生态环境影响。

5展望

近几十年来，中国城市化进程急剧加快，1990年仅有26%的人居住在城市，随着经济的快速发展，2000年上升到36%，2005年则为43%，并且预计这种增加势头将会继续保持，2050 年时中国将有超过65%的人居住在城市[12]。这种快速城市化在带来经济效益的同时，如果没有合理的城市和土地规划及配套政策，将产生危及人类生存的环境和社会问题。因此，我国政府在制定相应规划和政策时，必须充分考虑对生态系统服务价值的影响，相关研究也应力争为政府部门提供决策依据。因此，本人将我国基于对生态系统服务价值以及土地利用变化相关研究进展的了解，做如下几点展望：

亟需提出可靠的理论框架，明确生态系统服务评价的方法与指标体系，使得评价方法与评价结果具有广泛一致性和可比性。

加强土地利用变化驱动因子与生态系统服务价值动态变化的互馈机制研究，开展基于生态系统服务价值的土地利用结构优化的深入研究。

结合3S技术,提高土地利用变化和生态系统服务变化的可视化和信息化程度。

参考文献

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