生态系统服务研究现状及发展趋势课件.ppt

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1、第三届现代生态学讲座,生态系统服务研究现状及发展趋势,谢高地 研究员 中国科学院地理科学与资源研究所,主要内容,引言：将生态系统看成自然资产国外生态系统服务研究进展国内生态系统服务研究进展目前生态系统服务研究存在的问题及原因未来生态系统服务研究展望研究案例：农田生态系统服务与价值评估,第一部分引言：将生态系统看成自然资产,瞥一眼太阳，看一眼月亮和星星，凝视大地上绿色的美丽。现在，开始想。（HILDDEGARD VON BINGEN,1098-1179),生态系统,生态功能,自然资产,生态服务,自然资产价值,生态服务价值,资本价值一次性交易价值,资本利润每年提供的价值,ECOSYSTEM SER

2、VERCICES 的一个概念框架,第二部分国外生态系统服务功能研究进展,生态系统服务功能概念诞生于20世纪60年代 King,1966;Helliwell,1969；20世纪70和80年代起步阶段 Holdren et al.,1974;Ehrlich,1977,1981；20世纪90年代发展阶段 Daily,1997;Costanza et al.,1997;Pimentel et al.,1997；进入21世纪以来，蓬勃发展阶段 Daily,2000;Schneider,2001;de Groot,2002;Farber et al.,2002;MA,2003;Turner et al.,

3、2003。,概念提出SCEP人类对全球环境的影响报告:提出了生态系统的服务功能，并列出了自然生态系统的“环境服务功能”,如：害虫控制、昆虫授粉、气候调节和物质循环等。Holdren等（1974）:拓展为“全球环境服务功能”并在环境服务功能清单上增加了生态系统对土壤肥力和基因库的维持功能。随后Ehrlich（1977）又提出了“全球生态系统公共服务功能”，后来逐渐演化出“自然服务功能”（Westman,1977）。最后由Ehrlich等（1981）:将其确定为“生态系统服务”。,现有概念生态系统服务功能(EC)是指:生态系统及其生态过程所形成与维持的人类赖以生存的环境条件与效用（Daily,19

4、97）。Costanza等（1997），将生态系统的服务功能(EC)定义为:生态系统物品和服务，代表人类直接或者间接从生态系统功能中获得的利益。千年生态系统评估（MA）结合Costanza等和Daily的定义，将生态服务功能定义为:人们从生态系统中获得的利益（WGMEA,2003）。,分类功能分类，如调节、承载、栖息、生产和信息服务（Daily,1997,1999;de Groot et al.,2002），是目前主要的分类方法，也更加便于生态系统服务功能评价工作的开展；组织分类，如与某些物种相关的服务，或者与生物实体的组织相关（Norberg,1999）；描述分类，如可更新资源物品、不可更新

5、资源物品、物理结构服务、生物服务、生物地化服务、信息服务以及社会和文化服务（Moberg et al.,2003）其他分类：一次性服务，连续性服务；有形服务，无形服务。,Daily,1997净化空气；缓解干旱和洪水；废物分解和解毒；产生、更新土壤和土壤肥力；植物授粉；农业害虫控制；稳定局部气候；缓解气温骤变、风和海浪；支持不同的人类文化传统；提供美学和文化、娱乐。,分类（示例）,Costanza,1997气体调节气候调节扰乱调节水调节和水供应侵蚀控制和沉积保存土壤形成营养循环废物处理授粉生物控制庇护食物生产原料、遗传资源、娱乐、文化等17种类型,MA（WGMEA,2003）供给（食物、淡水、薪

6、材）调节（气候管理、疾病控制）文化（精神、娱乐、美学）支持（土壤形成、养分循环）,形成和变化机制 生态系统是生态服务与功能形成和维持的物质基础。在生态系统服务功能形成和维持过程中，生物多样性通过它在管理生态系统属性和过程中所起的作用与生态系统服务功能产生密切联系（Costanza et al.,1997;Daily,1997;Naeem,2001;Loreau et al.,2002）。Colwell等（2000）和Gaston（2000）研究认为，影响生态系统服务功能变化的因素包括：外来的或内在的不同因素。外来的非生命因素如气候和地理，决定生态系统属性和过程存在的边界。在边界以内生物因素如丰

7、富度、分布、动态和物种间功能变异的程度；调节生态系统过程的数量和变异如生产或分解。,价值评价理论（Pearce,1995;Mc Neely et al.,1990;Turner,1991）：,价值评价的原因和目的有人认为人类和环境之间的相互作用并没有被社会价值体系决定，而是被决定生态系统内部相互作用的法则所决定（Limburg et al.,2002）。科学地表述生态系统物品或服务的价值，改善福利衡量的基础，表现社会公平和生态可持续性（Howarth&Farber,2002）。使社会决策机制尽力处理稀缺资源在各种竞争需求之间的分配（Daily et al.,2000），表达生态系统服务功能边际

8、变化对人们评价的其他事物的影响（Batabyal et al.,2003）。,价值评价方法：经济学评价方法：市场基础评估技术、代理市场评估技术以及模拟市场评估技术（Chee,2004）。能值评价方法：能值核算以生产非货币化和货币化资源、服务和商品的太阳能单位（称为太阳能值）来表示其价值（Odum,2000）。效益转化方法：效益转换通常定义为在一个地方（研究地）估计的经济价值通过市场为基础或非市场基础的经济评价技术转换到另外的地方（政策地）（Brouwer,2000;Ruijgrok,2001;Len et al.,2002;Barton,2002）。,评价实例（全球）Costanza,1997

9、：Costanza等(1997)将全球生态系统根据土地覆盖区分为远洋，海湾，森林，草原，湿地，湖泊河流，农田等十五类生物群落，以生态服务供求曲线为一条垂直直线为假定条件，逐项估计了各种生态系统的各项生态系统服务价值。,评价实例（全球）1：Costanza et al.,1997,总价值:33万亿营养循环:51.7%文化价值:9.4%废物处理:6.9%扰乱管理:5.4%水供应:5.1%食物生产:4.2%,评价实例1（全球）Costanza et al.,1997：,评价实例1（全球）Costanza et al.,1997：,Global map of the value of ecosyste

10、m services,一个很有争议的评估,评价实例2（全球）Pimentel et al.,1997：Pimentel等（1997）根据相关研究结果及部分生态系统服务功能的单价评估了全球和美国生物多样性的经济价值，包括废物处理、土壤形成、氮固定、化学物质生物分解、作物繁殖、牲畜繁殖、生物技术、害虫生物控制等。总价值2.931012 US$（全球）。虽然该结果与Costanza等的评估结果存在较大差异，然而两个研究都清楚地强调自然生物区系和生物多样性对人类的巨大价值（Pimentel,1998）。,评价实例2（全球）Pimentel et al.,1997（生态服务更加具体和易于理解）：,评价实

11、例3（全球）Boumans et al.,2002：,Lithosphere,Atmosphere,Hydrosphere,Biosphere,Anthroposphere,全球生物圈统一元模型（Global Unified Metamodel of the Biosphere）（Boumans et al.,2002）,ocean,forest,grassland,.,ocean,forest,grassland,.,Hydrosphere,Antropho,-,sphere,Biome,Change,Ecosystem,Services,ocean,forest,grassland,.,B

12、iosphere,Lithosphere,Atmosphere,GUMBO模型结构Boumans et al.,2002,评价实例3（全球）Boumans et al.,2002：GUMBO模型模拟了整个地球系统，评价了生态系统服务价值。这个模型目前的版本包括234个状态变量、930个变量和1715个参数。GUMBO模型模拟了碳、水和养分在大气圈、岩石圈、水圈和生物圈的流动。最后评价得出，2000年全球生态系统服务功能价值是1801012 US$，为当年世界总产值（Gross World Product）的4.5倍（Boumans et al.,2002）。这一评价的特点是刻画了生态系统生态过

13、程生态功能生态服务。,评价实例4（全球）能值评价（Brown,1999）,1999年，Brown利用能值对生物圈的自然资本进行了分析。构建了一个由可更新资源、环境服务、缓慢可更新资源、不可更新资源、物质循环和人类能量与信息反馈所组成的生物圈系统图,Brown（1999）的计算结果表明：(1)全球自然资本的总能值大约6.851015 Em$。（2）自然资本的储存最大储存是淡水，为2.771015 Em$，土壤有机物质是第二大自然资本，其储存量为2.121015 Em$。植物生物量大约为3.851014 Em$，动物生物量大约为4.21013 Em$。不可更新的能量储存大约为1.531015 Em

14、$。（3）提供环境服务的环境资源储存量为流动量的600倍。（4）不可更新能量的储存量大约是目前流动量的360倍。(这只是一个对自然资本的评估，而不是对生态服务的评估）,评价实例5（区域评估）：Bjrklund等（1999）：研究了瑞典农田生态系统服务功能在20世纪50年代和90年代的变化，其生态系统服务的类型包括：直接生产、土壤肥力、水质量、生态因素以及对全球气体管理的贡献。研究结果表明，从农业集约化程度较低的20世纪40年代到集约化程度较高的90年代，瑞典农业生态系统支持自然生态过程的能力已经下降。Loomis等（2000）：应用条件价值法估算了受损的Platte河流域5种生态系统服务功能恢

15、复的经济价值（支付意愿），包括废水稀释、水的自然净化、侵蚀控制、鱼类和野生动植物栖息地以及娱乐。研究结果显示：每个家庭将为额外的生态系统服务每年平均支付252 US$。,评价实例5（区域评估）：Kreuter等（2001）：利用Costanza的生态系统服务单价系统计算德克萨斯州Bexar县生态系统服务价值的变化。研究结果表明，1976年到1991年，虽然草地减少了65%、城市用地增加了29%，但是研究区年生态系统服务经济价值只减少了4%。,评价实例5（区域评估）：Moberg和Folke（1999）：研究了珊瑚礁生态系统的服务，将其分为物理结构服务、生物服务、生物地化服务、信息服务和社会文化

16、服务。Rnnbck（1999）：研究了海岸附近红树林生态系统的生态服务，估算出每年由红树林支持捕鱼业的市场价值Holmlund和Hammer（1999）：研究了鱼类种群的生态系统服务Moberg和Rnnbck（2003）：探讨了海岸红树林、海草和珊瑚礁的生态系统服务，包括侵蚀控制、风暴和洪水防护、生物多样性和基因资源保护、海岸群落生活环境的维持等。,评价实例5（区域评估）：Acharya（2000）：对尼日利亚的Hadejia-Nguru湿地在湿季洪水时期向地下蓄水层重新注水功能进行了研究。Kundhlande等（2000）估计了津巴布韦热带稀树草原生态系统提供的碳沉降服务的价值。Wood等（

17、2000）：评估了1997年农业生态系统提供的物品和服务，包括食物生产的价值，提供人类消费的蛋白质、热量以及碳储存。,评价实例6（全球）MA（Millennium Ecosystem Assessment）为了明智地使用自然资源，政府、企业和社区必须了解常常被隐藏的风险、机会和取舍方案。建立“千年生态系统评估”（MA）项目的目的是掌握关于生态系统变化和人类福利关系的最新科学知识，提出可供选择的解决方案，为决策提供依据。,MA：生态系统服务,MA：生态系统改变对人类福利的影响：,MA研究发现：(1)在过去50年，人类比历史上任何可比较的时期对生态系统的改变都更迅速和更广泛,（2）对生态系统的改变

18、使得人类福利和经济发展获得许多净收益；自从1960年以来，人口倍增的同时经济增长了6倍，食物生产增加了2.5倍，用于造纸的木材砍伐量为原来的3倍，(3)但是这些收益的获得所付出的代价不断增加，如果不解决，将大大消减后代从生态系统获得的利益。在评估的24种生态服务中，有15种服务正在降低,Status of Provisioning Services,Capture Fisheries,25%of commercially exploited marine fish stocks are overharvested(high certainty),Trophic level of fish ca

19、ptured is declining in marine and freshwater systems,Marine fish harvest declining since the late 1980s,Status of Regulating and Cultural Services,Regulating Services,Natural hazard regulationThe capacity of ecosystems to buffer from extreme events has been reduced through loss of wetlands,forests,m

20、angroves People increasingly occupying regions exposed to extreme events,国外研究现状评述：（1）从20世纪70年代开始至20世纪90年代中期，主要是对生态系统服务功能的概念、内涵和生态服务类型以及分类进行研究。同期，也在积极探讨有关生态资产和生态系统服务的价值评价理论和方法，为以后生态系统价值评估的开展和区域、全球生态系统服务评估框架的建立提供了重要的理论基础。20世纪90年代中期以来，生态系统服务及其价值评估的研究变成生态学研究的一个热点，广泛开展。,（2）不同研究者采用了不同的研究角度Daily等：主要从生态学基础探

21、讨生态系统服务及其价值Costanza等：则更多从经济学的角度研究生态系统服务的经济价值 Turner：注重生态系统服务经济价值评估的技术与方法Naeem：更关注生态系统服务功能变化的机制千年生态系统评估（MA）：更加全面地关注生态系统服务与人类福利之间关系、变化的驱动因子、评价的尺度、评价技术与方法。,第三部分国内生态系统服务功能研究进展,我国真正开展生态服务功能研究，主要还是在1997年受COSTANZA论文的影响，一些学者自发地开展了该领域的探索。迄今为止，国家还没有重大的项目经费支持该领域研究。比较大的专门支持项目有：国家自然科学重点基金项目：我国典型生态系统的生态系统服务功能和经济价

22、值评估，2001-2005科技部国际合作项目：中国西部生态系统千年评估，2002-2005其他途径：（1）各研究机构的领域前沿项目；（2）自然科学基金面上自由申请项目；（3）973，攻关等项目中的某个专题、某个方面等。国家环保局：中国生态系统服务功能区划,在理论介绍方面刘晓荻（1998）：强调对于生态系统服务认识的重要性；欧阳志云（1999）：分析了生态系统服务功能特征；孙刚等（1999）：对生态系统服务与价值分类；李金昌等（1999）：初步总结了生态价值的含义与方法；诸大建（2000）：认为自然资本发起了一场新的产业革命；周亚萍等（2001）：讨论了生态质量与生态系统服务功能；谢高地等（20

23、01）：对全球生态系统服务价值评估的评价。,在生态价值的鉴别、量化和货币化方面 生态系统服务的价值体现，即生态价值的鉴别、量化和货币化都很困难，目前世界上还没有关于生态价值成熟的定价方法，多是采用一些替代法计算，但由于不同人对参数选取的差异，所得结果往往差异很大。一般对生态系统的估价，都按不同的生态类型进行。在这一方面：钟声等（1998）介绍了环境价值评估的旅行费用法；孙刚（2000c，2000d）对生态系统服务的划价与核算方法的讨论；赵景柱等（2000）提出了生态系统服务的物质量与价值量评价方法;粟娟等(2000):引进了基于能量生态学理论能值分析方法张志强，杨开忠等（2000）：生态空间分

24、析方法。,在森林生态系统服务研究方面赵茸等（1994）讨论了城郊林地的环境价值与游憩功能聂华（1994）对于森林生态功能价值的研究；薛达元等（1999）对长白山森林旅游价值的评估；蒋延玲等（1999）对于中国主要森林生态系统的价值评估。周晓峰（1999）讨论了黑龙江省森林效益的计量、评价与补偿问题；周冰冰（2000）等研究了北京市森林的价值；张小军（2000）对祁连山林区森林生态效益的评估；韩维栋等（2000）对于红树林生态系统的经济价值进行了分析；张三焕等（2001）对长白山森林资源资产生态环境价值的评估；,在草地生态系统服务功能研究方面刘起（1999）对于中国草地资源生态经济价值的探讨；张

25、新时（2000）提出了草地的生态经济功能及其范式；谢高地等（2001）对中国自然草地生态系统服务功能研究。在城市生态系统服务功能方面张宇星等（1995）提出城镇生态空间的有关理论问题；宗跃光（1998）对城市景观生态价值的边际效用分析；宗跃光（1999）对城市生态系统服务的价值结构分析在河流与湖泊生态系统方面鲁春霞,谢高地等（2001）对河流生态系统的休闲娱乐功能及其价值评估。,区域生态系统服务功能评价欧阳志云等（1999）对于中国陆地生态系统服务功能及其生态经济价值的评价；宗跃光（2000）以宁夏灵武市为例，研究了地域生态系统服务功能的价值结构；刘晓春（2000）对于青海的生态价值的认识；陈

26、仲新等（2000）对于中国生态系统效益价值的估算。徐中民等（2000）对甘肃省生态占用的分析。谢高地等（2001）对青藏高原生态系统服务的评估；鲁春霞等（2001）利用生态占用方法对青藏高原自然资产的分析；,生态系统服务功能应用研究方面：周晓峰等（1999）讨论了黑龙江省森林效益的计量、评价与补偿黄兴文等（1999）对于中国生态资产的区划研究；欧阳志云等（2000）生态系统服务功能与可持续发展关系的探讨；李利锋等（2000）利用生态占用作为可持续发展发展指标的建议；周国逸等（2000）研究了生态公益林补偿理论与实践；刘德威等（2001）利用生态占用对可持续发展问题的评价；李文华等（2002）生

27、态系统服务功能在减轻自然灾害中的作用；,研究现状评述：从20世纪90年代中期至今，生态系统服务功能研究在国内逐渐发展起来。最初研究更多的集中在对国外生态系统服务概念、内涵、评估方法的介绍以及对生态系统服务功能理论的探讨。1997年Costanza等有关全球生态系统服务功能经济价值的研究引起了国内学者的注意。众多专家和学者开始对全球、区域、城市以及单一生态系统或者单个物种生态系统服务及其价值评估理论与方法进行积极探讨。总的来说，我国系统的研究起步较晚，申请该领域研究经费困难，支持不强，取得的重大原创性成果还不多。尽管如此，近年来也出现了不少的工作，在多方面都有所进展，一方面研究水平正在与国际水平

28、接近，另一方面，研究成果对国家的生态政策产生了重大影响。,第四部分目前生态系统服务研究存在的问题及原因,问题与局限1:评估结果的准确性问题：目前，不管是国内还是国外的研究，物理量和价值量结果都存在很大的争议，很难让公众和学术界普遍接受。这反映了该领域研究方法的不成熟和不完善。原因在于评价大多是基于已有研究成果，在大尺度上进行，缺乏对生态系统结构与服务之间复杂关系以及生态过程与服务发挥之间联系的科学解释，使人类对生态系统服务及其价值的合理界定缺乏坚实的科学基础，从而影响了评估结果的科学性和应用价值。,问题与局限2:将生态系统作为自然资本的价值和生态服务作为资本收益的价值相混淆 作为自然资本的生态

29、系统，具有一切资本特征，有产权，有资本量，有交易，有市场价值和交易价值，有比较成熟的评估方法。作为收益的生态系统服务，是特定时间段为人类福利带来的服务和产品。一些服务可交易，一些服务属于公共服务，无法交易。,问题与局限3:物理量评估方法的不确定性一个生态系统到底有那些服务功能？不确定水源涵养功能到底怎样度量？不确定养分循环的功能到底怎样度量？不确定生物多样性维持功能怎样度量？不确定景观愉悦功能怎样度量？不确定,问题与局限4:价值量评估的不确定性价值的多重认识：生态系统服务是否有价值，价值形态如何,看法不一，如有限资源价值论，价格决定价值论，使用价值决定论，自然价值、劳动价值双重论，天然资源无价

30、值、已开发资源有价值论，三元价值论，服务价值论，主观价值论等等，特别是传统的自然资产无价论普遍盛行，人们要么认为没有劳动参与的东西没有价值，要么认为能够买卖的东西才有价值，根据这种看法自然生态系统服务既无劳动参与也不能买卖，因而没有价值。市场失效与价格空缺 对于生态系统服务，由于普遍存在着发育不良的，扭曲的或完全空缺的市场，从而没有能准确反映生态系统服务价值的价格，一些人认为对生态系统估价是不可能的。,生态系统估价的不可能论 认为对生态系统估价是不可能的，认为我们不可能对象人类生命，环境的美学价值或长期的生态利益这类不可捉摸的事物进行估价。即使硬要对生态系统进行估价，那也肯定是非常困难而又充满

31、不确定性。,问题与局限5:生态系统功能与服务的复杂性（1）每一种生态系统提供多种复合生态服务 生态服务的基础是生态系统内部各种复杂的关系与化学反应的总和，单种生态服务并非是一种独立的存在。各种生态服务类型在不同生态系统中所占的分量不同，例如森林的生态服务偏重于生物多样性维持，而农田的生态服务偏重于食物和原材料生产，湿地生态系统偏重于废弃物净化，但大多数情况下，生态系统都能提供多种类型的生态服务。（2）生态服务的表达和实现具有多样性 生态系统可以提供生态服务，但生态服务的发挥或实现在很大程度上取决于生态系统所处的特定空间，生态服务应该区分出潜在服务能力和实际表达的服务两种类型，否则难以恰当地度量

32、这种生态服务的强度。,（3）生态服务的无形性 生态服务除一些产品服务之外，其余的生态服务对于人类社会的作用都是通过“无形”的力量而给人类社会带来某些变化，这种“无形性”是生态服务表现的一般形态，一般而言，由于人类经济价值的取向，导致的是人类为了索取有形的生态服务而同时破坏甚至毁灭一些无形的生态服务。（4）生态服务类型与生态功能的不对称性 一种生态功能参与了多种生态服务，一种生态服务的形成需要多种生态功能的参与。生态功能与生态服务之间严重的不对称性为揭示生态服务形成的过程增加了困难。,（5）生态服务时间上的动态性 生态系统为人类提供的生态服务强度，随着时间而呈动态变化，这种动态变化一般与其生长曲

33、线有这样或那样的关联。在年周期范围内，生态服务时间上的动态性，有如下特点：食物和原材料的生产是累积性的，它的曲线实际上是一个累积曲线大气调节功能可以用呼吸或光合强度曲线来表示养分循环功能可以用养分吸收或者养分累积曲线来表示。侵蚀控制服务应该主要取决于植被对土壤覆盖叶面积指数曲线表示 总的来讲，不同的生态服务类型其时间动态性是不一样的，在时间维上，有的是一次性实现，有的是多次性实现，有的是连续性实现，有的是离散性实现，其提供的服务强度曲线随群落本身和环境而不断地变化着。,（6）生态服务空间上的异质性 无论从宏观空间尺度还是微观的空间尺度，生态系统本身的多样性和环境条件的多样性决定了生态系统提供的

34、生态服务在类型上，强度上都表现出巨大的空间差异性，一般来讲，这种空间差异性表现在如下几个方面：不同生态系统的空间差异性表现出生态服务的空间差异性同一生态系统在不同区域提供不同的生态服务同一生态系统在不同条件下可以实现或不实现某项服务,第五部分未来生态系统服务研究展望,为了深入研究生态系统服务与生态系统结构-过程-功能之间的关联性，建立生态服务综合评价的理论与方法，以下方面的研究需要进行或加强。,（一）生态系统服务与生态系统过程的复杂关系传统生态学的研究内容不能满足对生态系统服务综合评估的需求需要以生态系统服务为研究对象，以生态服务-生物过程功能-生态系统结构为主线，重新进行基础生态学的研究与观

35、测研究生态系统服务与生态系统结构之间的关联关系分析生态过程与服务表现的动态变化与相互作用揭示这些复杂过程之间的关联特征与定量关系。,（二）人类干扰下生态系统服务的响应与反馈研究人类经济活动胁迫下生态系统服务的响应与反馈特征探究导致生态系统服务变化的系统结构与生态过程根源建立生态系统服务需求-行动-压力-状态-响应的因果链分析人类需求对生态系统服务产生影响的不同驱动作用,（三）生态系统服务变化对人类福利的影响研究 定量评价生态系统服务变化对生态公益的损害或强化程度，确定对人类福利影响的经济价值；研究生态系统服务的空间转移规律和规模，分析生态服务空间转移产生的生态公平问题，提出生态系统服务跨区占用

36、或不公平占用的补偿机制与补偿的定量评价方法；大规模的小尺度变化和小规模的大尺度变化,（四）人类行为方式对生态系统服务的影响机制研究社会经济以及环境保护决策对生态系统服务产生的政策效应研究我国现有生活方式及价值取向对生态系统结构及其服务产生的长远影响构建可持续的消费模式，制定实现可持续消费的制度与政策法规,（五）不同生态类型的各种生态服务价值 一般按生态类型进行服务价值评估，不同生态类型的各种生态服务价值均需进行深入研究，特别是农田生态系统荒漠生态系统冰川生态系统森林生态系统湿地生态系统,今后5年生态系统服务研究在我国将受到重视（1）国务院意见：生态区划，生态补偿（2）国家十一五科技规划和国家科

37、技发展中长期规划 生态系统服务都是其中的重要研究内容。,第六部分：案例研究农田生态系统的生态服务功能和价值,农田生态系统是人类控制之下为人类提供生命支持的一个最有效的利用自然资源的系统。这个系统在生产人类需要的粮食和原材料的过程中，通过其生态过程同时为人类提供生态服务，然而长期以来，人们对农田生态系统提供的生态服务大大地忽视了,有一些学者仅从全球变化的角度出发，研究了农田生态系统吸收CO2，维持大气成分平衡的功能（Lal，1998；宋文质，王少彬，苏维翰，1996；王效科，欧阳志云,苗鸿，2001）。而大量的对粮食生产生态环境效应的评价却过分片面地强调了其引起荒漠化、环境污染等负面效应(Pim

38、entel D,1995;Bjrklund J.,Limburg K.E.,Rydberg T.,1999;Corwin D L and R J Wagenet,1996;Ebbert JC and M H Kim,1998)毫无疑问，这种不全面的评价对粮食生产的发展会带来严重的误解和限制。显然，研究我国农田粮食生产过程中产生的生态环境价值，对于确保我国作为一个人口大国的粮食安全具有重要的现实意义和科学意义。,1 理论假设 设St为农田生态系统在一定期限内为人类提供的总服务，其价值可以区分为自然生态过程产生的价值Sn和人类种植业活动过程产生的经济价值Sp，则有：St=Sn+Sp(1)Sn可以用

39、农田生态系统服务价值来体现，则有：Sn=Snf+Snm+Sne+Sng+Snc+Snw+Sns+Snt+Snb(2),Snc为气候调节服务价值，Snw为水源涵养服务价值，Sns为土壤形成与保护价值，Snt为废弃物处理价值，Snb生物多样性保持价值。,Snf为食物生产价值，Snm为原材料生产价值，Sne景观愉悦服务价值，Sng为气体调节服务价值，,1 理论假设 根据种植业产值定义，种植业产值(GDPf)中包含了所有人类种植活动的经济价值产出和一部分自然过程产生的生态服务价值，这一部分自然生态服务价值包括自然食物生产、自然原材料生产和景观愉悦服务价值，因此，人类种植业活动过程产生的实际经济价值Sp

40、为：Sp=GDPf-(Snf+Snm+Sne)(3)农田生态系统在一定期限内为人类提供的总服务一部分被统计系统计量，一部分未被统计系统计量，因此，St可以表示为被计量的 部分（Sc）与未被计量的部分（Su）之和：St=Sc+Su(4)Sc=GDPf(5)Su=Sn-(Snf+Snm+Sne)(6),2 过程实验 生态系统提供给人类的服务有一个不断变化并逐渐积累的过程。了解农田生态系统服务的形成过程，能更加深刻的认识这些服务对人类的价值。这里仅以稻田生态系统气体调节服务实验，说明生态系统服务形成和累积过程，及其对人类社会的价值。稻田生态系统气体调节主要包括水稻植株固定CO2，释放O2，以及水稻植

41、株和土壤呼吸排放CO2和土壤排放CH4与N2O等功能。,2 过程实验 研究通过采用静态箱法，在采样日上午9:0011:00人工采集稻田主要生育期温室气体(CO2、CH4和N2O)，用气相色谱仪分析和CO2红外分析仪测定其浓度变化，并据此计算其排放通量和采样间隔内稻田温室气体排放量。然后根据各种温室气体增温潜势值，将不同温室气体换算为CO2当量，研究稻田对温室气体的综合调节功能。最后运用目前常用的造林成本法和碳税法计算稻田生态系统对温室气体调节的价值。,五四农场土地利用,试验小区分布,田间尺度研究,生物生产量取样,温室气体通量取样,渗漏水取样,结果1：生态服务价值产生过程的证明 农田生态系统所提

42、供的生态服务包括粮食生产、原材料生产、气体调节、气候调节、水源涵养等9项，不同的生态系统服务功能其形成的过程不尽相同。本研究实验测定稻田温室气体和O2排放量，分析稻田气体调节功能形成过程，包括稻田对大气O2、CO2、CH4和N2O等成分的调节过程。,O2日释放量(kghm-2d-1),O2累积释放量（103kghm-2）,N0 N225 N375 N525,典型区稻田O2释放物质量形成和累积过程,稻田O2日释放量最大值为562 923 kghm-2d-1；稻田O2日释放量最小值为-134-43 kghm-2；到成熟期，稻田O2累积释放量为16518 31537 kghm-2；稻田O2累积释放量

43、随施氮量的增加而增加。,O2释放日价值量(yuanhm-2d-1),O2释放累积价值量(103yuanhm-2),N0 N225 N375 N525,典型区稻田O2释放价值量形成和累积过程,稻田O2释放日价值量变化范围为-47440 yuanhm-2d-1；到成熟期，稻田O2释放累计经济价值为590611276 yuanhm-2；稻田O2释放价值量随施氮量增加而增加。,CH4日排放量(kghm-2d-1),CH4累积排放量(kghm-2),N0 N225 N375 N525,典型区稻田CH4排放物质量形成和累积过程,施加尿素稻田CH4日排放量为0.81 4.17 kghm-2d-1 未施尿素稻

44、田为0.80 12.16 kghm-2d-1；到成熟期，稻田CH4累积排放量为150 388 kghm-2；施加氮肥抑制了稻田CH4排放。,O2日释放量(103kghm-2d-1-1),温室气体调节物理量日变化(kgCO2-Chm-2d-1),O2释放日价值量(yuanhm-2d-1),温室气体调节日价值量(yuanhm-2d-1),CO2 CH4 N2O GHGs O2稻田生态系统物理量和价值量形成过程,运用相应的生态经济学方法计算稻田生态系统气体调节价值量，其中：（1）因为CH4和N2O的排放增加大气温室气体浓度，导致全球变暖，所以其价值为负值；（2）而吸收CO2和释放O2有利于改善大气化

45、学组成，其价值为正。,结果2：农田生态系统自然过程提供的价值 通过计算得到了我国和各省农田生态系统自然生态服务的单位面积价值和总价值。全国农田生态系统自然过程提供的总价值为8183.95108 yuana-1，(以2000年价格为基准)，其中气体调节 592.15气候调节 1054.06水源涵养 710.61土壤形成与保护 1729.20废弃物处理 1942.42生物多样性维持 840.84食物生产 1184.43原材料生产 118.46景观愉悦 11.78 各省农田生态系统的不同类型自然效益单位面积价值和总价值如下图。,单位面积价值/yuanhm-2a-1 总价值/108yuana-1）,农

46、田生态系统每年都在以生物产品和生态服务形式提供着巨大价值，其最小估计，在没有人类经济活动干预下自然能够提供的生态服务价值强度为6114.3 yuanhm-2a-1，其中 气体调节442.4气候调节787.5水源涵养530.9土壤形成与保护 1291.9废弃物处理1451.2 生物多样性维持628.2食物生产884.9原材料生产88.5 景观愉悦8.8,农田生态系统生态服务价值强度的空间分布(yuanhm-2a-1),若以省区为单位，探讨中国农田生态系统效益的空间分布规律表明，我国南方省份比北方省份提供更大价值的农田生态系统服务，这与生物多样性的纬度分布梯度是一致的（如图）。,温室气体调节量(1

47、03kgCO2hm-2),O2释放量(103kghm-2),中国分县稻田气体调节物质量空间分布状况,全国稻田生态系统平均释放O2为17.58 thm-2；高值主要分布在湖南东部、湖北东部、广西东部以及广东东部和西部。全国稻田生态系统平均吸收温室气体9.55 thm-2排放温室气体的县市主要集中在新疆、西藏、云南、贵州、湖南西北部；吸收温室气体的县市主要分布在吉林和黑龙江、广西东部和广东。,结果3：自然过程和人类活动过程共同产生的总服务价值 单位面积土地上人类所有种植业活动的经济产出和自然生态功能为人类提供生态服务。上述评估的仅仅是自然生态系统功能为人类提供的生态服务价值，未包括人类所有种植业活

48、动的经济产出。计算表明，我国单位面积农田上自然过程和人类活动过程产生的总价值为14575.39 yuanhm-2a-1，其中由自然过程提供的生态服务价值为6114.3 yuanhm-2a-1，占41.9%，由人类活动产生的价值为8461.09 yuanhm-2a-1，占58.1%。与自然生态系统相比，农田生态系统承载了更多的人类活动，产出更多的经济价值。各省市自然过程和人类活动过程在单位面积农田上产生的价值和总价值如下图。,各省市单位面积农田生态系统人为活动和自然过程提供的生命支持服务价值（103yuanhm-2a-1）,结果4：价值得到的补偿程度 目前，作为广泛公认的标准和方法，用种植业产值来计量所有人类种植业活动所产出的服务和产品，在我国统计系统计量的种植业总产值中，包括了由生态服务功能产生的食物生产、原材料生产和人类可以意识到的生态旅游价值，未计量其他生态服务价值。研究表明，我国单位面积农田上自然过程和人类活动过程产生的14575.39 yuanhm-2a-1总价值中，由现有统计系统计量的仅为9434.49 yuanhm-2a-1，占64.7%，没有计量的价值为5140.9 yuanhm-2a-1，占35.3%。各省市单位面积农田生态系统提供的计量的和未计量的价值和总价值如下图。,