森林生態系統服務功能評估研究進展

王曉榮 潘磊 崔鴻俠 龐宏東 胡文杰

摘要：森林生態系統是陸地生態系統的主體，具有涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養物質、凈化大氣環境、森林保護、生物多樣性保護和森林游憩等多種服務功能。近年來，隨著生態環境的日益惡化，森林生態系統服務功能研究已經成為生態學研究的前言和熱點。本文基于國內外森林生態系統服務功能評估的研究成果，回顧了森林生態系統服務功能評估進展，對森林生態系統服務功能分類、評估方法進行概述，進而探討森林生態系統服務功能評估的發展趨勢。

關鍵詞：森林生態系統服務；功能評估；生態系統管理

中圖分類號：S718.5文獻標識碼：A文章編號：1004-3020（2016）05-0055-05Progress and Perspectives of Forest Ecosystem Services EvaluationWang XiaorongPan LeiCui HongxiaPang HongdongHu Wenjie

（Hubei Academy of ForestryWuhan430075）

Abstract： Forest ecosystem is the main body of terrestrial ecosystems， which has the service functions of water conservation， soil conservation， fixing carbon and releasing oxygen， accumulation of nutrients， purify the atmosphere， forest protection， biodiversity conservation and forest recreation etc. In recent years， forest ecosystem services have become ecological research focus and hot spots with the increasing deterioration of the ecological environment. Based on the results of forest ecosystem services evaluation at home and abroad， We reviewed the development of forest ecosystem services evaluation， and summarized classification and evaluation method of forest ecosystem services， and then discussed its development trends.

Key words：Forest ecosystem services；functional evaluation； ecosystem management

生態系統服務功能是指生態系統與生態過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環境條件與效用，是人類從生態系統獲得惠益以及賴以生存和發展的基礎[2]。隨著人類社會的快速發展，人類活動已嚴重破壞了自然生態環境，人口數量激增、自然資源枯竭、溫室效應、物種瀕危等一系列環境問題已嚴重限制人類社會可持續發展。據研究，全球范圍內約60%以上的生態系統服務功能出現退化，極大地損害和威脅著人類自身的福祉，其主要原因之一就是對生態系統服務功能缺乏有效的管理[3]。

森林是陸地生態系統的主體，對維護和改善生態環境，維持生態平衡，保護人類發展的“基本環境”起著決定性和不可替代的作用，它不僅可為人類提供食品、醫藥以及其他工農業生產所需原料，對支撐與維持地球的生命支持系統、維持生命物質的生物地化循環與水文循環、維持生物物種與遺傳多樣性、凈化環境、維持大氣化學的平衡與穩定等也具有重要意義。近年來生態環境的日益惡化，人類森林認識到了森林的重要作用，生態系統服務功能研究已經成為生態學研究的前言和熱點[8]。國內外在生態服務功能的內涵和類型劃分、服務價值評估以及關鍵驅動因子與相互作用機制等方面進行大量的研究，也取得了豐富的成果。然而，森林生態系統是作為陸地生態系統主體和最復雜的組成部分，帶給評估方法的局限性，對于準確評估其生態系統服務功能尚不能實現[13]。對其進行定量測度、多種服務功能權衡、生態系統服務功能多尺度轉換、生態系統結構、過程與服務功能的耦合關系、生態系統服務功能與政策設計的結合等都是生態系統服務功能研究面臨的艱難挑戰[14]，特別是生態系統服務功能評估已成為社會經濟可持續發展的關鍵。本文基于國內外森林生態系統服務功能評估的研究成果，對森林生態系統服務功能分類、評估方法進行概述，并對森林生態系統服務功能評估的發展趨勢進行了展望。

1生態系統服務功能分類

開展森林生態系統服務功能評估研究，首先要了解其功能組成部分，即生態系統服務功能的分類是基礎和核心。盡管生態系統邊界難以劃分，功能在某種程度上具有不可分割的特點[15]，在一定程度上限制了評估結果的精準度。現有的分類途徑主要集中在功能分類和價值分類。以功能分類為主的代表包括Costanza[9]、Wallance[16]、聯合國千年生態系統評估評估（MA）[2]等，Costanza等[9]首次開展全球生態系統服務功能評估，將生態系統服務分為大氣調節、氣候調節、干擾調節、水分調節、水分供給、養分循環等17個類型。聯合國千年生態系統評估評估在總結前人觀點的基礎上，進一步明確了各種服務類型間的關系，將生態系統服務功能分為四大類：支持服務（養分循環、土壤形成、初級生產等）、供給服務（食物、淡水、木材和纖維、燃料等）、調節服務（調節氣候、調節淡水、控制疾病）、文化服務（美學、精神、教育、消遣等）[2]，這已經得到學術界的廣泛認同。

以價值分類為主的代表有Daily、Fisher[10]、Pearce[17]和歐陽志云等[6]，歐陽志云等[6]將其總結為4類，即直接利用價值、間接利用價值、選擇價值、存在價值。王偉等[18]將Costanza的價值歸為3個層次，包括自然資產價值和人文價值，其中自然資產價值又分為物質價值、過程價值和適棲地價值。國外的研究的主要方法是生態系統服務價值包括使用價值與非使用價值，而使用價值包括直接使用價值、間接使用價值和存在價值，非使用價值包括遺產價值和存在價值。存在分歧的地方是價值分類下面所包含的不同生態系統服務功能劃分不一致[15]。

從上可知，二者的區別其實只是強調的重點不同，前者更多的注重生態系統功能本身，后者更多注重市場對生態服務評估的作用。同時，二者在強調生態系統功能與生態系統服務上也有區別，前者將服務與功能區別對待，認為生態系統具有多種功能，只有那些直接或間接為人類福利做出貢獻的方面才是生態系統服務，而后者將生態系統功能和效益等同[5]。對于森林生態系統而言，現有森林結構與過程、功能、服務、效益、價值的評價均存在不確定性，其各自邊界難以清晰界定，相互之間的關系尚不明確，可以通過確定統一的指標選取原則，并根據結合森林的實際情況確定分類框架[21]，才能從準確對其生態系統服務功能進行合理的評估和研究。

湖北林業科技第45卷第5期王曉榮，等：森林生態系統服務功能評估研究進展2國內外森林生態系統功能評估研究進展

2.1國外研究進展

國外早在在20世紀50年代便開始了對森林生態系統服務功能的研究，主要是對其直接經濟價值、森林游憩價值等進行了計算[13]。20世紀70年代，Holdren等[22]介紹了自然生態系統為人類提供的服務，探討了人類對生態系統服務功能的影響。20世紀90年代成為生態系統服務功能的快速發展階段，以美國生態學會Daily等人發表的《生態系統服務：人類社會對自然生態系統的依賴性》對生態系統服務功能進行了全面的論述。Costanza 等[9]系統提出了森林等生態系統的價值評估方案，對全球生態系統服務功能價值評估，以17種服務功能指標估算出全球生態系統服務功能的年總價值在16～54萬億美元，均對后續開展生態系統服務功能的研究產生了深遠影響。2001年聯合國啟動千年生態系統評估來自全球95個國家的1 360位知名專家和學者對生態系統及其對人類福祉的影響開展評估，重點研究了生態系統與人類福祉的關系，成為近年來生態服務功能評估中最有影響的事件。另外，3S技術的不斷發展，以遙感數據、社會經濟數據、GIS技術等為數據和技術支持的生態系統服務功能評估模型[23]，開辟了生態服務功能動態評估的新紀元[13]，實現了生態系統服務功能評估的動態化和精準化。如Kreuter等基于Costanza等的評估方法，利用RS技術及影像對美國德州貝克薩爾縣的3個主要流域生態服務功能進行了評估。Nelson等＼[25＼]利用InVEST模型分析和預測了美國俄勒岡州威拉米特河流域生態系統服務功能的動態變化。其中，應用較多的模型包括InVEST、ARIEST、SolVES，但不同模型的適用范圍或可推廣性有所不同，而且應用模型評估缺乏對不確定性的分析，因此其仍在不斷的改進過程中。

2.2國內研究進展

我國森林生態服務功能評估研究開始于20世紀80年代，多以Costanza等人對生態系統服務功能價值的研究為基礎，參照國外研究方法，開始多層次、多方位的進行生態服務功能估算，而且發展十分迅速。如蔣延玲等、歐陽志云等[6]、陳仲新等、趙同謙等先后按照Constanza等人的分類方法和經濟參數對中國生態系統功能與效益進行價值估算，但由于數據基礎不扎實、數據量較少等問題，其評估結果存在過高或過低的問題，所采用的經濟參數顯然不能夠準確反映我國國情，而且由于該方面研究尚處于探索階段，評估指標體系和計算方法各異，評估結果之間無法比較。從2008年以后全國森林生態系統服務功能評估工作取得重大突破，以王兵研究團隊制定國家林業行業標準《森林生態系統服務功能評估規范（LY/T 1721-2008）》的發布，構建了包括涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養物質、凈化大氣環境、森林防護、生物多樣性保護、森林游憩和提供林產品等9項功能15個指標的評估指標體系，規范了森林生態站的觀測條件、觀測指標和觀測方法，以及數據傳輸和數據應用等方面的內容，這是全球范圍內首次提出森林生態服務功能評估規范體系，對我國的森林生態系統服務功能評估產生了十分重要的影響。王兵研究組評估了1994～1998年和1999～2003年期間的中國杉木林，利用第七、八次國家森林資源清查數據和森林生態站長期監測生態參數評估了2004～2008年和2009～2013年我國森林生態系統服務總價值為10.01和12.68萬億，而且對遼寧[7]、吉林＼[34＼]和黑龍江等區域尺度上進行評估研究。之后，隨著研究工作的發展也不斷對評估體系指標的調整，如引入瀕危指數和特種種指數來豐富生物多樣性保護值，并引入生態區位商、恩格爾系數及支付意愿指數來界定主導森林生態系統服務功能[11]，使得評估結果更加客觀真實，這在劉勇等基于生物量因子的山西省森林生態系統服務功能評估中也得到了驗證。

目前，國內外大多數評估更多的是考慮的服務功能價值，多以參數法或參數借用法，即根據評估區域各種森林類型面積乘以單位面積生態系統服務的物質量或價值量參數，來計算區域生態系統物質量和價值量，而對生態系統結構、生態過程與生態服務功能關系的缺乏深入研究，特別是生態服務功能的關鍵驅動因子以及不同服務功能之間的權衡關系，以及對森林的不同經營技術、管理方式、森林景觀變化、火災、病蟲害影響以及氣候變化等考慮較少，致使評估結果存在較大的不確定性，這在人們認識生態系統服務功能方面僅具有有限的參考。

3森林生態服務功能評估方法

目前應用于森林生態系統服務功能評估的方法主要有直接市場價格法、替代市場價格法和模擬市場法等。直接市場法包括市場價值法；替代市場法則包括替代成本法、旅行費用法、費用支出法、機會成本法、恢復和防護費用法、影子工程法、享樂價值法；模擬市場法包括條件價值法、聯合分析法和意愿選擇法。趙金龍等[13]和趙海蘭等[15]已經就各種生態系統服務功能價值評估方法的內涵、優缺點進行了歸類總結，認為對于評價方法的選擇要根據不同的評估對象和評估目標選擇不同的評價方法。另外，基于3S技術和生態模型對森林生態系統功能評估也是目前經常用方法，但礙于多種服務功能的科學機理認識不足，以及生態模型現實性強和數據的薄弱等問題的存在，使得生態系統服務功能不確定性廣泛存在。可見，現有眾多評估工作雖使人們意識到了生態系統服務功能的重要性，并且具有參考價值，然而這些方法本身都存在各自的缺陷，無法對真實的生態系統服務功能和價值進行評估，在一定程度上限制了在決策過程中的應用[14]。

國內目前對森林生態系統服務功能的評估多沿用了森林生態系統服務功能評估規范推薦的內容與方法，即評價調節服務與支持服務運用替代成本法，評價文化服務與生物多樣性運用條件價值法，并結合全國各次森林資源清查數據，采用分布式測算法，構建了按照省級行政區劃、林分類型、林分起源、林齡結構劃分的四級測算單元體系，將復雜的評估過程分解成若干個測算單元，可以分析出不同時空尺度、林分類型、起源、林齡間的分布格局、主導功能，較好的實現了森林生態服務功能多層次多目標動態且準確的評估，但其對各種生態服務功能形成機制和關系仍不清楚。同時，從森林生態站所獲得的實測數據均為點數據，只能代表同一生態單元下具有相同結構和功能的同一林分類型，而同一生態單元下同一林分類型不同林分的結構或功能同樣存在較大差異。重要的是森林定位觀測與實地調查存在成本高、效率低、周期長等問題，且目前監測站點數量少，在一定程度上又對森林空間異質性反映不足。有研究表明，生態系統服務只有在景觀和區域等更大尺度上才能夠得以充分的表達和為人類所感知，因此未來需要在此基礎上結合生態模型和3S技術，從而提高森林生態服務功能的精度。

4問題與展望

目前，森林生態系統服務功能評估理論體系已經較為完善、評估方法也較為成熟，但關于森林生態系統系統服務的特征與機理還不清楚，且生態系統服務與自然資本價值評估間的關系也不清楚產生的評估結果不確定性較大。因此，下面總結了未來森林生態系統服務功能評估研究的幾點重要方向。

（1）森林生態系統結構、過程與服務功能的耦合關系及形成機制。生態系統服務結構、過程和機制是功能評估的基礎，生態系統服務依賴于生態系統的結構和過程，土地利用變化、氣候變化和管理措施通過改變生態系統的結構和過程而影響其服務功能，加深對生態系統服務功能變化的非線性和閾值特征的研究，未來可依靠野外森林生態定位研究站平臺，結合長期實驗觀測數據，進而揭示森林生態系統結構和功能形成機制。

（2）森林生態系統服務功能的尺度轉化效率。生態系統服務功能的形成依賴于一定的時間和空間尺度上的生態系統結構與過程，只有在特定的時空尺度上才能表現其顯著的主導作用和效果。森林生態系統結構復雜，不同的立地條件、林分類型、地域差異較大，而且具有時效性，最終導致生態系統服務功能的空間異質性，因此，闡明各種生態服務功能時空變異特性、尺度效應和多尺度關聯因素，開展多尺度、多時效、多層次森林生態服務功能的轉化效率研究，進而提高生態服務功能評估精度和準確定。未來需要在廣泛生態服務功能定位研究的基礎上，結合GIS和遙感監測，從點到面不同尺度的轉化深層次研究成為森林生態系統服務功能評估研究的重點。

（3）森林生態系統服務功能權衡和主導功能的分析。生態系統管理強調多目標管理，通過可持續的管理活動提高某一類生態系統服務的同時，兼顧其他生態系統服務，進而實現生態系統服務功能最大化。就目前研究而言，該方面研究較少，對服務功能權衡產生機制理解較少。同時，森林生態系統是一個復雜的系統，各服務功能相互之間存在相關性，已有研究表明，人類對一些服務功能的過度利用可能會導致另一些服務功能的顯著下降、衰退甚至喪失，特別是當許多服務功能之間存在非線性關系時，其變化更加難以預測[2]。因此，加深生態系統服務功能權衡和主導功能研究，是實現森林生態系統管理的可持續發展的前提。

（4）森林生態系統服務功能與服務的轉化研究。隨著森林生態系統服務功能研究發展，人們清楚地認識到生態系統功能和服務兩者間具有差異性，前者屬于自然屬性，后者則是強調人類的利用。目前幾乎所有森林生態系統服務評估更多集中于價值評估，缺乏對從生態服務功能向服務轉化的研究，在評價主體對森林生態系統提供各種效益缺乏認識的情況下，計量結果不確定度較大，難以客觀反映出森林的實際價值[5]。因此，必須要將森林生態系統服務功能與服務清楚辨析，明白功能向服務轉化機制，實現森林生態系統的可持續發展和利用。

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