生態系統服務需求、供給和消費研究進展

嚴 巖,朱捷緣,,吳 鋼,*,詹云軍

1 中國科學院生態環境研究中心 城市與區域生態國家重點實驗室, 北京 100085 2 武漢理工大學 資源與環境工程學院, 武漢 430070

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生態系統服務需求、供給和消費研究進展

嚴 巖1,朱捷緣1,2,吳 鋼1,*,詹云軍2

1 中國科學院生態環境研究中心 城市與區域生態國家重點實驗室, 北京 100085 2 武漢理工大學 資源與環境工程學院, 武漢 430070

生態系統服務的持續供給是社會和自然可持續發展的基礎,人類通過對生態系統服務的消費來滿足需求和提高自身福祉。研究人類對生態系統服務的需求、消費,分析生態系統服務的供給與需求關系,對生態系統的管理、土地發展規劃和資源的合理有效配置具有重要意義。首先分析了生態系統服務需求、供給和消費的內涵與特征,辨析了生態系統服務的有效需求和潛在需求、有效供給與潛在供給,進而提出了生態系統服務需求與供給研究框架,指出應研究生態系統服務供給和需求的空間關聯以及生態系統服務需求彈性差異,進而因地制宜地調控生態系統服務供給使得生態系統服務效用最大化。梳理并比較了對生態系統服務供給和需求的量化指標和研究方法,包括基于土地利用和土地覆被的生態系統服務供需關系矩陣法、生態足跡法、公眾參與法、模型計算法等。提出了未來的相關研究主要應從不同群體的需求彈性差異、跨學科與多源數據結合的需求定量評估方法、供需關系的多尺度分析、生態系統服務需求與人類福祉的耦合機制拓展等方面展開,為生態系統服務調控管理和社會的可持續發展提供切實可行的科學依據。

生態系統服務; 需求; 供給; 消費; 均衡; 空間關聯

生態系統服務是指生態系統所形成和維持的人類賴以生存和發展的環境條件與效用[1- 2],據TEEB[3]報告,利益主體的經濟活動對生態系統服務產生了巨大的需求,并導致生態系統服務狀態發生改變。生態系統服務的持續供給是社會和自然可持續發展的基礎,人類社會和經濟代謝的生態服務需求和消費必須在生態系統的環境容納量和生態服務可持續供給范圍內[4]。研究生態系統服務的供給、需求和消費,包括數量上的供需均衡關系和空間關聯格局,為生態系統的管理、資源的合理有效配置提供決策輔助,對人與自然的和諧耦合發展具有重要意義。同時,從相關利益方的角度了解生態系統服務的供給和消費過程,有助于在制定資源管理和生態補償機制中更好地協調各利益相關者的關系[5- 6]。

目前,從供給和消費的角度研究生態系統服務已逐漸受到國內外研究者的重視,并成為一個重要研究方向。本文在綜合分析相關研究的基礎上,辨析了生態系統服務需求、供給和消費的內涵與特征,在此基礎上提出了生態系統服務需求與供給研究的總體框架,并對生態系統服務供給和需求研究的量化指標和研究方法進行了梳理歸納和比較,最后對目前研究中存在的問題進行分析,并對未來生態系統服務供給和需求研究進行展望。

1 生態系統服務需求、供給和消費的內涵與特征

1.1 生態系統服務需求

目前對生態系統服務需求的定義還沒有形成一個被廣泛接受的統一表述。Burkhard等[7]從消費角度定義，認為生態系統服務需求是特定的時間和空間范圍內被消費或使用的生態系統服務；Villamagna[8]和Schr?ter[9]等從社會或個體的偏好角度將生態系統服務需求定義為被社會要求或渴望得到的生態系統服務的數量和質量；Geijzendorffer等[10]認為生態系統服務需求是為獲取或者保護某種生態系統服務所付出的支付意愿,如金錢、時間、距離成本等。總的來說,從消費角度的定義強調當前階段對自然資源的實際消耗,從偏好角度的理解認為是為達到某種生活質量標準而期望獲取的生態系統服務,強調從生態系統所到的惠益與預期的差異；從支付意愿的角度定義反映了消費者對生態系統服務的感知程度和效用價值的判斷。

經濟學中對需求的定義是一定時期內消費者在各種價格水平下愿意而且能夠購買的該商品的數量,消費者的購買欲望和購買能力是構成有效需求的基本因素。而生態系統服務是人類直接或間接從生態系統中獲得的效益[11],很多生態系統服務是無形的、無償的公共服務,因此被消費者感知并且產生效用的生態系統服務就可以構成有效需求,值得注意的是，生態系統服務需求除了目前已經從生態系統獲取的惠益,還包括潛在需求,因為一些限制因素(如可達性、成本、資源獲取的技術限制)造成某些生態系統服務需求目前可能并未得到滿足。因此,本文認為用個體偏好、意愿作為生態系統服務需求衡量標準,更貼合生態系統服務與人類福祉的主線,也可以提升生態系統服務價值評價的有效性和實用性。

1.2 生態系統服務供給

與生態系統服務供給相關的最早的概念是生態承載力[12]。生態承載力表示了給定區域的資源供給,即潛在供給,但并不能全部作為有效供給傳遞給人類[7- 10]。Burkhard等[7]認為生態系統服務供給是在給定的時間和區域范圍內生態系統提供的能夠被實際利用的自然資源和服務,強調生態系統服務供給的有效性和可獲取性。Schr?ter等[10,13]認為生態系統服務供給是從潛在供給傳遞出來的最終服務量,指出生態系統服務供給有明顯的空間依賴性,當具備特定的空間條件后才能產生服務功能,例如授粉服務必須在周圍有農作物、果園的時候才能產生效用,洪水調節服務僅僅在下游平原地區存在受益者(人類、建筑物、經濟資產等)的時候才能發揮作用,休閑服務在空間可達的地方才存在而不是所有的自然景觀都可以作為休閑服務供給。也就是說,潛在供給量是生態系統提供資源和產品的最大閾值,但并一定能全部形成有效供給,單純考慮生物物理環境和土地類型確定服務供給量是不準確的,真正有效生態系統服務供給量還與獲取難度、可達性、人類技術和管理方式有關。

1.3 生態系統服務消費

甄霖等[14]認為生態系統服務消費是人類生產和生活對生態系統服務的消耗、利用和占用,可分為直接消費如食物、燃料和間接消費如凈化水質、廢棄物處理等。經濟學中的消費具有多樣性,包括購買產品、獲得服務和享受資源[15],因此可以將生態系統服務消費定義為購買生態系統產品以及接受、享受生態系統服務來滿足需求和提高自身福祉的行為和過程。然而大多數生態系統服務排他性和競爭性不明顯,人們在消費的時候意識不到它們的稀缺性[16]。

1.4 生態系統服務供給和需求的空間分異特征

生態系統服務的供給和需求在時間和空間上具有很強的分異特征[17]。生態系統服務的供給在空間上受制于生物物理化學過程以及土地利用/土地覆被(LUCC)類型的空間分布和結構,數量上受制于自然資本提供服務的能力,同時也受制于生態系統服務需求和福祉目標。

生態系統服務需求是由個人和群體的社會經濟活動決定的,具有區域差異性和需求彈性差異,對自然資源依賴程度不同的區域呈現出不同的需求目標和福祉測度,在經濟水平落后的地區對最基本食物和能源等物質供給服務的需求最大,而城市居民更關注主觀需求和福祉,例如教育、文化、休閑等；同時,不同消費者對同一生態系統服務因社會背景、收入、偏好、認知水平、評價體系差異[18- 20]產生不同的生態系統服務需求彈性,從而產生不同的消費意愿。生態系統服務的需求彈性差異是進行地區生態系統服務供給結構調整和供給管理政策實施的理論依據。

2 生態系統服務供給和需求研究框架

生態系統服務供需雙方是服務形成、輸送和最終被消費的主體[21],沒有人類需求,生態系統功能和過程無法形成服務[22- 23]。Fisher等[22]將生態系統服務的空間結構分為供給區、受益區、連接區。生態系統服務供給、需求、消費空間的不一致以及服務流動過程中的距離衰減等造成了生態服務供給和需求空間關聯特征。一些生態系統服務供給和需求空間重合,如降低噪音和廢物分解等；一些生態系統服務需求發生在供給區周圍一定地域內,如上游森林為下游居民提供水質凈化和洪水調節服務；還有一些生態系統服務可以在全球范圍內被需求和消費,如氣候調節和空氣凈化服務。

本文提出的生態系統服務需求與供給研究框架如圖1所示。社會經濟系統作為生態服務的需求方,自然生態系統作為生態服務的供給方,兩者之間存在復雜的非線性關系。社會經濟系統一方面通過對生態系統服務的消費來滿足人類需求和提高自身福祉,另一方面對生態系統產生直接或間接的影響,進而改變生態系統的結構和功能從而影響服務的供給。當生態系統服務有效供給不足,或生態系統服務供給和需求的空間分異過大,或生態系統服務被過度消費導致其可持續供給能力下降時,需要進行有效的生態系統管理,通過增強服務供給和可達性,提升供需的空間匹配度,減輕生態壓力,或者通過生態補償等機制調控生態系統服務供給與消費,進而調控和平衡生態系統服務的供給和需求。

大多生態系統服務不能像普通商品那樣通過自由市場調節供需均衡。因此需要通過生態系統服務供給和需求的關聯分析,研究生態系統服務需求彈性差異,結合區域社會特征、經濟發展特征、人口結構、受教育程度等特征,因地制宜地調控生態系統服務供給和資源配置,滿足人們對生態系統服務的需求,使生態系統服務效用最大化,并實現生態系統服務的可持續供給。

圖1 生態系統服務供給和需求關系研究框架Fig.1 The research framework of ecosystem services demand and supply

3 生態系統服務供給與需求研究進展

3.1 國內外研究進展

近幾年,國外關于生態系統服務供需研究的文獻開始出現并逐漸增多,研究涉及多種服務類型,研究角度和方法也比較多樣。供給服務的供需研究主要集中在食物、能源和水資源等方面,調節服務研究主要是洪水調節服務、授粉、侵蝕控制和固碳服務等,文化服務主要集中在休閑和生態旅游方面。在GIS和RS的技術支持下,生態系統服務供給與需求的空間分布格局研究和供需量的關系研究逐漸增多。

國內的相關研究多是從需求者生態系統服務消費的角度研究,服務類型主要集中在食物、薪柴、水資源等直接消費的產品服務方面,研究方法主要是問卷調查或者通過統計數據評估生態系統服務消費。謝高地等[16]根據計量經濟學理論,構建了生態系統服務生產-消費-價值化的理論分析框架,提出生態系統服務生產和生態系統服務消費的主要理論方法；甄霖等[14]制定了生態系統服務消費的概念框架,列出了生態系統服務-消費-管理之間的相互關系；還有學者從流域和區域尺度進行了生態系統服務供給-消費研究。總的來說,主要集中于對自然資源的消耗方面,偏向供給和消費的負荷關系定量化研究,對生態系統服務供給和消費的空間關聯研究還較少。

3.2 研究方法比較

評估生態系統服務供給與需求的關鍵步驟是選擇合適的指標和量化方法,使服務供給和需求的研究具有統一可比的度量基礎。

3.2.1 不同生態服務類型的量化指標辨析

千年生態系統評估(MA)[11]將生態系統服務分為供給、調節、文化和支持服務4大類,已有研究中,對供給服務的量化一般用生產力水平作為供給能力量化指標,如區域的農作物產量、薪柴面積等[24]；將人均消耗量或者通過調查和統計的消費數據[25]作為服務需求指標,如Morri等[26]通過不同用地類型對水資源的消耗量來量化水資源需求。調節服務涉及到復雜的生物物理化學過程,量化過程需要對生態過程的充分理解[27-28],一般是基于過程模型來評估調節服務供給能力,涉及地形、植被、土壤、降水、溫度、蒸散發量等多重數據。調節服務的需求可以用脆弱性[29]程度分級量化,如Nedkov[30]以及Stürck[31]用假設洪水調節服務失衡下社會遭受洪水災害的脆弱性和經濟損失程度作為洪水調節服務的需求大小；Baró等[32]將為達到環境質量標準所需要的調節能力作為空氣凈化服務的需求；Schulp等[33]將依賴生物授粉達到最優生長的農作物產量作為授粉服務需求。文化服務的量化和空間制圖是不確定性和主觀性最大的,受個體或群體的環境背景、信仰、認知體系等多種條件影響,文化服務需求多利用公眾參與的方式獲得消費者的偏好和意愿作為需求,例如將想去公園的人口數量[8]、公眾偏好的目的地作為休閑服務需求[34- 35]。而休閑服務供給可以利用GIS工具通過可達性分析等對自然景觀提供的有效供給進行空間制圖。生態系統服務供給和需求量化指標的具有多樣性、多維性。Oudenhoven[36]指出評價生態系統服務供給和需求關系的指標必須是可量化的、對土地利用變化反應靈敏的、在空間和時間尺度上可擴展的。目前供給和需求定量化研究正在向這個方向努力。

3.2.2 生態系統服務供給和需求研究方法的比較

不同角度的定義、不同的生態系統服務類別決定了不同的生態系統服務供給和需求量化指標和計算方法。目前的研究方法有基于土地利用/土地覆被變化(LUCC)的生態系統服務供需關系矩陣法、生態足跡法、問卷調查法和公眾參與法、模型計算法、市場價值法等。

(1)基于LUCC的生態系統服務供需關系矩陣法

LUCC被認為是生態系統服務的重要影響因素之一。基于LUCC的生態系統服務供需平衡關系矩陣是一個專家知識來表征各類土地利用類型上的生態服務供需相關關系的成果,由Burkhard等[7]提出。44個土地利用/土地覆被為矩陣的橫列,29個服務類型為縱列,不同土地利用土地覆被類型的服務能力和服務需求不一樣,用-5到5的等級來表示供需能力匹配相關程度,5表示高供給低需求,0表示供需基本相當,-5表示高需求低供給。Burkhard[7]和Kroll[37]基于此方法研究了德國中部城市Leipzig和Halle 1990年和2007年的能源、食物、水資源的供給和需求關系并進行供給和需求匹配結果的空間制圖,結果表明生態系統服務供給和需求變化很大。基于LUCC的生態系統服務供需關系矩陣法可以快速獲取從局部到區域尺度土地覆被類型對應的生態系統服務供需關系,可用于具有高度復雜性和不確定性的生態系統服務評價中,應用過程中可以根據區域生態系統功能豐富和調整已有的生態系統服務列表[21]。

(2)模型計算法

模型計算法是通過對生態過程和機理的充分理解建立模型,輸入所需的生物物理數據和其他數據計算生態系統服務的供給和需求。Nedkov[30]用GIS和KINEROS水文模型,結合土地利用、土壤、人口、地形、經濟數據等研究了Etropole市的洪水調節服務的供給和需求關系,結果表明人口密集區、人工建設用地的洪水調節需求最大。Baró[32]運用i-Tree Eco干沉積模型,計算了歐洲5個城市的綠色基礎設施對空氣凈化、氣候調節、溫度調節服務的貢獻,結果表明綠色植被的調節服務能力十分有限,難以將現有空氣質量調節到滿足人類需求的環境質量。此方法的優點在于可移植性,不受空間尺度和時間限制,可以根據不同年份的動態數據進行不同場景下的供需關系分析,但是計算過程需要全面的數據支持和對模型的運用限制因素的充分了解。

(3)生態足跡法

生態足跡法是將區域內總人口對自然資源的消費量和吸納社會經濟代謝排放的廢棄物轉化為所需要的生物生產性面積作為生態系統服務需求,將區域內生態系統每年所提供的生物生產性面積之和作為服務供給,乘以均衡系數和當地生產力系數轉換為標準單位,再與總人口所需的生態足跡進行負荷比較反映當地生態系統服務的供需平衡關系[38]。Palacios等[39]運用生態足跡和碳足跡計算方法,對Biscay地區2000至2010年間的原材料、食物、能源等服務的供需關系進行了研究。謝高地等[4]采用生態足跡法自下而上的加權計算了中國1980—2005年間生態系統服務的消耗,進而度量所形成的生態債務,結果表明85%以上的省份長期處于生態負債狀態,生態系統服務需求超過了生態承載力,人均生態債務持續擴大。生態足跡方法排除了價格等外在因素,并采用了面積這個統一度量單位,可以直觀度量區域生態系統服務的供給與消費關系,但生態足跡法不能分開計算特定類型的生態系統服務的供需關系。

(4)公眾參與法和問卷調查法

公眾參與法和問卷調查法是基于利益相關者的認知、支付意愿和偏好來研究生態服務需求和供給。García-Nieto等[34]結合配圖和面對面的解說,讓不同利益相關者從圖片上識別西班牙東南部Granada和Almería市的森林生態系統服務類型(如薪柴供給、侵蝕控制、生態旅游等),并且讓受訪者判斷其重要性作為社會對森林生態系統服務的需求偏好。Pea等[35]在網上對巴克斯地區對629位受訪者進行圖片-問卷調查,根據視覺上直觀的審美偏好級別量化休閑服務的需求和供給,結果23%的可視域顯示出較高的休閑服務需求和較差的服務供給。此種方法較真實地反映了不同利益相關者的需求,但也存在一些缺陷,調查者會因為自己的理解出現對服務類型的描述性偏差,同時,欠缺環境意識的受訪者對提供生態安全的調節服務類型的需求識別的不充分,會導致服務需求的過低估計。

此外,市場價值法也為生態系統服務供給和需求匹配研究提供了一種便捷的方法,將供給方的成本和受益方消耗的自然資產統一貨幣化,便于供需預算比較。但該方法存在一些爭議,因為很多生態系統服務的效用并沒有被消費者感知到,價值評估結果很難真實反映消費者剩余,只有基于支付意愿的生態系統服務價值評估才能被管理者和公眾所接受從而在實際決策中起到作用。

4 問題與展望

目前對生態系統服務供給與需求關系的研究還處于起步階段,研究大多集中在供給源和消費區靜態的服務量計算和比較中,缺少生態系統服務供給和需求的經濟學規律探析以及服務空間流動的時空動態模擬,也沒有全面地測度生態系統服務供給和需求變化對人類福祉的影響。

當前,研究區域生態系統服務供給、需求和消費需要重點研究和明確的幾個主要科學問題是：(1)生態系統服務供給和需求的內涵。生態系統服務需求具有區域差異性和個體差異性,生態系統服務供給受制于自然資源容量同時也受制于生態系統服務需求彈性差異,從而產生不同的消費格局和效用價值；(2)如何量化一定時間和空間范圍內的生態系統服務供給和需求？即尋找統一的生態系統服務需求、供給評價指標和計算方法使得供需結果具有數量單位上可比性；(3)如何調控一定區域內的生態系統服務需求和供給的均衡配置？包括生態系統服務數量、質量上的均衡關系以及供給、需求和消費的空間關聯。生態系統服務缺乏市場性,難以直接通過市場調節達到供需均衡的資源配置,很大程度上只能通過主動干預,結合區域特征和需求彈性差異選擇不同的生態系統服務供給模式和資源配置管理方式,在保證生態系統服務可持續供給的基礎上最大化地滿足人們生態系統服務需求。

針對以上關鍵科學問題和應用需求,展望今后生態系統服務需求、供給和消費的相關研究,主要有以下幾個方向：

(1)生態系統服務需求和消費差異特征和評估方法研究。生態系統服務需求是由個人和群體的社會經濟活動決定的,具有區域差異性和個體效用差異性,不同的區域呈現出不同的需求目標和福祉測度,同時生態系統服務需求和消費行為涉及到地理學、水文學、社會學、行為學等跨學科研究。深入分析不同區域自然、社會經濟和文化因素對生態系統服務需求的影響,揭示不同區域的生態系統服務需求目標和不同層次消費者對生態系統服務的認知和偏好差異,建立跨學科、多源數據結合、可移植的生態系統服務需求定量評估方法。

(2)生態系統服務供給和需求關系的多尺度研究。生態系統服務供給和需求關系在不同的空間和時間尺度以及不同的利益相關者之間有不同的匹配模式。不同的空間尺度下生態系統服務的供需雙方存在不同的空間關聯特征和均衡關系,在生態系統調控時應綜合權衡不同尺度的生態系統服務供給與需求關系；時間尺度上,生態系統服務供給不僅要滿足當前的生態系統服務需求,也要在長遠上滿足子孫后代的生態系統服務需求,此外,不同利益相關者對于生態系統服務需求也存在短期和長遠利益差異。因此,從時空變化和多重利益相關者角度研究生態系統服務供給與需求的變化,制定滿足生態系統服務的可持續供給模式,是實現社會和自然的可持續發展的關鍵。

(3)生態系統服務服務需求與人類福祉的耦合機制。在保證人類社會和自然和諧發展的基礎上,提高人類福祉和生活質量是可持續發展追求的最終目標[40]。進一步研究生態系統服務需求的實現水平和被滿足的程度,定量評價生態系統服務和人類日常生活相關的生計、健康、安全福祉的變化,建立相應的分析方法,揭示生態系統服務供給、需求、消費與人類福祉之間的關系和機制,為面向人類福祉的生態系統服務調控提供科學依據和分析工具。

(4)基于供需均衡的生態系統服務調控與管理方法。人類的生態系統服務需求和消費是受自然生態系統和社會經濟系統中的多重非線性因素影響的,生態系統服務缺乏市場性,難以直接通過市場調節達到社會福利最大化的的供需配置方式。研究生態系統服務供給和需求的相互作用機制,分析生態系統服務供需關系在自然、社會、經濟影響下的變化過程,探索生態系統服務供需研究結果從理論到實際管理的應用模式,建立考慮多尺度、多重利益相關者需求的生態系統決策機制和調控方法,為實現區域的可持續發展提供技術支撐。

[1] Daily G C. Nature′s Services: Societal Dependence on Natural Ecosystems. Washington D C: Island Press, 1997.

[2] 歐陽志云, 王如松. 生態系統服務功能與可持續發展, 社會-經濟-自然復合生態系統可持續發展研究. 北京: 中國環境科學出版社, 1999.

[3] Kumar P. The Economics of Ecosystems and Biodiversity: Ecological and Economic Foundations. London and Washington D C: Earthscan, 2010.

[4] 謝高地, 曹淑艷, 魯春霞, 肖玉, 章予舒. 中國的生態服務消費與生態債務研究. 自然資源學報, 2010, 25(1): 43- 51.

[5] Raymond C M, Bryan B A, MacDonald D H, Cast A, Strathearn S, Grandgirard A, Kaliva T. Mapping community values for natural capital and ecosystem services. Ecological Economics, 2009, 68(5): 1301- 1315.

[6] Syrbe R U, Walz U. Spatial indicators for the assessment of ecosystem services: Providing, benefiting and connecting areas and landscape metrics. Ecological Indicators, 2012, 21(3): 80- 88.

[7] Burkhard B, Kroll F, Nedkov S, Müller F. Mapping ecosystem service supply, demand and budgets. Ecological Indicators, 2012, 21(3): 17- 29.

[8] Villamagna A M, Angermeier P L, Bennett E M. Capacity, pressure, demand, and flow: A conceptual framework for analyzing ecosystem service provision and delivery. Ecological Complexity, 2013, 15(5): 114- 121.

[9] Schr?ter M, Barton D N, Remme R P, Hein L. Accounting for capacity and flow of ecosystem services: A conceptual model and a case study for Telemark, Norway. Ecological Indicators, 2014, 36(1): 539- 551.

[10] Geijzendorffer I R, Martín-López B, Roche P K. Improving the identification of mismatches in ecosystem services assessments. Ecological Indicators, 2015, 52: 320- 331.

[11] Assessment M E. Ecosystems and Human Well-being: Current State and Trends: Findings of the Condition and Trends Working Group. 2nd ed. Washington D C: Island Press, 2005.

[12] Wackernagel M, Rees W, Testemale P. Our Ecological Footprint: Reducing Human Impact on the Earth. Gabriola Island: New Society Publishers, 1996.

[13] Schr?ter M, Remme R P, Hein L. How and where to map supply and demand of ecosystem services for policy-relevant outcomes?. Ecological Indicators, 2012, 23: 220- 221.

[14] 甄霖, 劉雪林, 魏云潔. 生態系統服務消費模式、計量及其管理框架構建. 資源科學, 2008, 30(1): 100- 106.

[15] 左玉輝. 環境經濟學. 北京: 高等教育出版社, 2003: 127- 129.

[16] 謝高地, 甄霖, 魯春霞, 曹淑艷, 肖玉. 生態系統服務的供給、消費和價值化. 資源科學, 2008, 30(1): 93- 99.

[17] Termansen M, McClean C J, Jensen F S. Modelling and mapping spatial heterogeneity in forest recreation services. Ecological Economics, 2013, 92: 48- 57.

[18] Plieninger T, Dijks S, Oteros-Rozas E, Bieling C. Assessing, mapping, and quantifying cultural ecosystem services at community level. Land Use Policy, 2013, 33: 118- 129.

[19] Casado-Arzuaga I, Madariaga I, Onaindia M. Perception, demand and user contribution to ecosystem services in the Bilbao Metropolitan Greenbelt. Journal of Environmental Management, 2013, 129: 33- 43.

[20] Lee K H, Schuett M A. Exploring spatial variations in the relationships between residents′ recreation demand and associated factors: A case study in Texas. Applied Geography, 2014, 53: 213- 222.

[21] 李雙成. 生態系統服務地理學. 北京: 科學出版社, 2014: 84- 85.

[22] Fisher B, Turner R K, Morling P. Defining and classifying ecosystem services for decision making. Ecological Economics, 2009, 68(3): 643- 653.

[23] de Groot R S, Alkemade R, Braat L, Hein L, Willemen L. Challenges in integrating the concept of ecosystem services and values in landscape planning, management and decision making. Ecological Complexity, 2010, 7(3): 260- 272.

[24] 潘理虎, 閆慧敏, 黃河清, 甄霖, 陳立潮. 北方農牧交錯帶生態系統服務合理消耗多主體模型構建. 資源科學, 2012, 34(6): 1007- 1016.

[25] 楊莉, 甄霖, 潘影, 曹曉昌, 龍鑫. 生態系統服務供給-消費研究: 黃河流域案例. 干旱區資源與環境, 2012, 26(3): 131- 138.

[26] Morri E, Pruscini F, Scolozzi R, Santolini R. A forest ecosystem services evaluation at the river basin scale: Supply and demand between coastal areas and upstream lands (Italy). Ecological Indicators, 2014, 37(2): 210- 219.

[27] Wolff S, Schulp C J E, Verburg P H. Mapping ecosystem services demand: A review of current research and future perspectives. Ecological Indicators, 2015, 55: 159- 171.

[28] Cuddington K, Fortin M J, Gerber L R, Hastings A, Liebhold A, O′Connor M, Ray C. Process-based models are required to manage ecological systems in a changing world. Ecosphere, 2013, 4(2): 1- 12.

[29] ISDR. UNISDR Terminology on Disaster Risk Reduction. Geneva: ISDR, 2009.

[30] Nedkov S, Burkhard B. Flood regulating ecosystem services—Mapping supply and demand, in the Etropole municipality, Bulgaria. Ecological Indicators, 2012, 21(5): 67- 79.

[31] Stürck J, Poortinga A, Verburg P H. Mapping ecosystem services: The supply and demand of flood regulation services in Europe. Ecological Indicators, 2014, 38(3): 198- 211.

[32] Baró F, Haase D, Gómez-Baggethun E, Frantzeskaki N. Mismatches between ecosystem services supply and demand in urban areas: A quantitative assessment in five European cities. Ecological Indicators, 2015, 55: 146- 158.

[33] Schulp C J E, Lautenbach S, Verburg P H. Quantifying and mapping ecosystem services: Demand and supply of pollination in the European Union. Ecological Indicators, 2014, 36(1): 131- 141.

[34] García-Nieto A P, García-Llorente M, Iniesta-Arandia I, Martín-López B. Mapping forest ecosystem services: From providing units to beneficiaries. Ecosystem Services, 2013, 4: 126- 138.

[36] van Oudenhoven A P E, Petz K, Alkemade R, Hein L, de Groot R S. Framework for systematic indicator selection to assess effects of land management on ecosystem services. Ecological Indicators, 2012, 21: 110- 122.

[37] Kroll F, Müller F, Haase D, Fohrer N. Rural-urban gradient analysis of ecosystem services supply and demand dynamics. Land Use Policy, 2012, 29(3): 521- 535.

[38] Jenerette G D, Marussich W A, Newell J P. Linking ecological footprints with ecosystem valuation in the provisioning of urban freshwater. Ecological Economics, 2006, 59(1): 38- 47.

[39] Palacios-Agundez I, Onaindia M, Barraqueta P, Madariaga I. Provisioning ecosystem services supply and demand: The role of landscape management to reinforce supply and promote synergies with other ecosystem services. Land Use Policy, 2015, 47: 145- 155.

[40] Costanza R, Fisher B, Ali S, Beer C, Bond L., Boumans R, Danigelis N L, Dickinson J, Elliott C, Farley J, Gayer D E, Glenn L M, Hudspeth T, Mahoney D, McCahill L, McIntosh B, Reed B, Rizvi S A T, Rizzo D M, Simpatico T, Snapp R. Quality of life: An approach integrating opportunities, human needs, and subjective well-being. Ecological Economics, 2007, 61(2/3): 267- 276.

Review and prospective applications of demand, supply, and consumption of ecosystem services

YAN Yan1, ZHU Jieyuan1,2, WU Gang1,*, ZHAN Yunjun2

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2WuhanUniversityofTechnology,SchoolofResourceandenvironmentalengineering,Wuhan430070,China

Humans meet their needs and improve their well-being through the consumption of ecosystem services; thus, sustainable supply of ecosystem services is fundamental for the sustainable development of society and nature. Therefore, for effective ecosystem management, land development planning, and rational allocation of resources it is necessary to understand ecosystem services demand, consumption, supply, and supply-demand relations. Firstly, this study analyzed the characteristics of ecosystem services demand, supply, and consumption, as well as the relationship between the effective/potential demand and supply. Subsequently, the research framework of ecosystem services demand and supply was established, which showed that different regions could regulate ecosystem services supply to achieve maximum utility according to local conditions, based on the results of spatial correlation between ecosystem service supply and demand and demand elasticity differences. Furthermore, the measured indicators and approaches for quantifying ecosystem service supply and demand were reviewed and compared, including supply and demand relationship matrix methods based on land use and land cover, ecological footprint approaches, and public participation methods and model calculations. Finally, future research directions were suggested, including demand elasticity differences among different human groups, interdisciplinary quantitative evaluation methods of ecosystem service demands with multisource data, the analysis of multiple spatiotemporal interactions between supply and demand of ecosystem services, and coupling mechanisms of ecosystem service demands and human well-being, which could provide a practical scientific foundation for the regulation and management of ecosystem services and sustainable society development.

ecosystem services; demand; supply; consumption; balance; spatial association

國家自然科學基金面上項目(71673268)；城市與區域生態國家重點實驗室自主項目(SKLURE2013- 1-02)

2016- 02- 01;

2016- 03- 14

10.5846/stxb201602010229

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wug@rcees.ac.cn

嚴巖,朱捷緣,吳鋼,詹云軍.生態系統服務需求、供給和消費研究進展.生態學報,2017,37(8):2489- 2496.

Yan Y, Zhu J Y, Wu G, Zhan Y J.Review and prospective applications of demand, supply, and consumption of ecosystem services.Acta Ecologica Sinica,2017,37(8):2489- 2496.