中國生態系統服務研究發展過程解析

譚清月, 許明祥,, 李彬彬, 鞏 晨

(1.西北農林科技大學 林學院, 陜西 楊凌 712100;2.中國科學院 水利部 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室, 陜西 楊凌 712100)

生態系統服務(Ecosystem Services)是人類賴以生存與發展的基礎，對生態系統可持續發展具有重要意義[1-3]，并且在維持地球的生命支持系統和環境的動態平衡等方面發揮著不可替代的作用[4-8]。近30年來，在人口增長與工業化影響下，全球變暖、酸雨、土地荒漠化、水土流失、生物多樣性銳減等生態與環境問題日益加劇[9-10]。千年生態系統評估(MA)結果表明，全球范圍內的60%以上的生態系統服務功能均出現不同程度的退化，嚴重威脅人類安全與健康[11]，已成為影響人類可持續發展的主要問題之一，受到世界范圍內的廣泛關注。

進入21世紀以來，國內關于生態系統服務研究的文獻數量大幅增長，主要集中在生態系統服務的內涵[12]、類型劃分[13]、價值評估方法[14]以及可持續發展[15]等方面，這些文獻從不同程度上推動了國內生態系統服務研究的階段性發展。然而，面對規模龐大的文獻群，傳統的歸納總結、定性探討的文獻分析方法存在明顯的局限性，如趙金龍[16]、桓曼曼[17]等僅就生態系統服務的森林生態價值、價值評價方法進行了文獻綜述，無法全面客觀地反映該領域的演化路徑以及研究趨勢。因此，客觀、定量地描述中國生態系統服務研究領域的演化路徑和發展趨勢成為值得研究和探討的問題。

近年來，科學計量學和信息計量學技術的結合彌補了傳統文獻數據分析的不足，也為大數據的可視化研究提供了發展契機。由美國德雷賽爾大學陳超美教授開發的基于Java環境的計量分析和知識圖譜可視化軟件Citespace[18-22]，能夠定量顯示該研究領域的前沿熱點、發展趨勢等信息。在生態系統服務研究領域，已有部分學者采用該方法進行了分析，如張玲玲等[23]以SCI-E和CNKI數據庫為數據源，利用文獻計量方法分析了國內外生態系統服務研究的發展特征，但其主要從國家、機構和期刊等層面加以介紹，無法識別該領域的發展脈絡。基于此，本研究以文獻計量學方法為手段，選取Citespace V作為主要分析軟件，將國內生態系統服務研究分為1992—2000年、2001—2009年、2010—2017年3個階段，通過分析不同階段圖譜特征梳理中國生態系統服務研究的演化特征及發展趨勢，以期為國內生態系統服務研究提供一定借鑒。

1 數據來源與研究方法

本研究以中國知網核心期刊數據庫(CNKI)為數據源，以“生態系統服務”為主題詞進行檢索，檢索時長為1992—2017年，檢索時間為2017年5月2日，共檢索到中文文獻4 408篇。在本研究中，Citespace V參數設置具體如下：研究時段分別為1992—2000年、2001—2009年、2010—2017年3個時段，以1 a為時間切片，節點類型為關鍵詞，文獻選取標準為每個時間切片內詞頻為前50的關鍵詞，選擇最小生成樹作為圖譜剪枝方式。采用信息可視化軟件Citespace V準確挖掘文獻信息，繪制科學知識圖譜，以可視化方式直觀展現國內生態系統服務研究不同發展階段。

2 國內外生態系統服務研究概況

生態系統服務的概念于20世紀70年代初提出，進入20世紀90年代以來，國際上對生態系統服務的研究熱度不斷升高，相關文獻呈井噴式出現(圖1)。國際生態系統服務研究年發文總量在1992—2005年左右呈緩慢增長趨勢，2005年之后開始進入快速增長時期。對比典型國家間的發文數量可看出，美國、加拿大等發達國家研究起步較早，前期開展了大量研究，后期速度逐漸放緩；中國、巴西等發展中國家研究起步較晚，但后期發展態勢良好。從20世紀90年代中期至今，生態系統服務研究在國內逐漸發展起來，從整個時間段來看，2000年以前相關文獻呈零星分布狀態，2000年后文獻量增長迅猛，尤其是2001年千年生態系統評估項目啟動以來，相關文獻逐年增多，此后十多年間的文獻數量占據了全部文獻量的80%以上，且中文和英文文獻量基本保持同步增長。總體來說，中國文獻數量整體呈現出穩步上升的趨勢，大致經歷了緩慢增長—迅速增長—穩定增長的過程，呈現良好的發展態勢。國內生態系統服務研究雖然起步較晚，發展進程相對滯后，但是近年來國家對科研的支持力度以及對生態與環境領域的重視程度都不斷加大，極大促進了當前生態系統服務研究的發展。

3 中國生態系統服務研究發展過程及熱點分析

文獻中關鍵詞是對文獻核心內容的提煉，本研究采用中介中心性來衡量關鍵詞的重要性，中心性較高的關鍵詞可體現其在關鍵詞共現網絡中的重要程度，在一定程度上可以代表該領域在一定時期內的研究熱點(表1)。利用Citespace V對4 408篇文獻分時段(1992—2000年、2001—2009年、2010—2017年)進行關鍵詞共現分析，獲得不同時段生態系統服務關鍵詞共現圖譜。圖譜中的年輪大小表示關鍵詞出現的頻率，年輪越大代表關鍵詞出現的次數越多；年輪顏色表示時間，粗細表示頻率；關鍵詞間距離表示共現頻率的高低，距離越遠說明共現頻率越低。生態系統服務研究3個時段的圖譜脈絡差別較大，隨著研究年限的增加，圖譜脈絡由樹枝狀向網狀發展，圖譜中年輪圈越來越大，圈內所包含的內容也愈加復雜多樣(圖2—4)。

圖1 生態系統服務研究發文數量特征

3.1 1992-2000年以生態系統服務基本理論為研究對象的基礎研究時期

我國關于生態系統服務的研究起步較晚，20世紀90年代初，國外關于生態系統服務的概念、分類、價值評估等相關內容逐步推廣到中國，我國才開始真正的開展生態系統服務的相關研究。生態系統服務研究作為一個新的研究體系，在1992—2000年尚處于基礎研究時期，相關研究還不夠完善，最初的研究主要是集中在對國外生態系統服務概念、內涵、評估方法、研究成果的介紹以及對生態系統服務理論的探討。該階段圖譜年輪圈較小，圖譜脈絡呈樹枝狀，各個研究聚類的交叉合作性較小，學科的關聯度也較小(圖2)。在此研究階段，中心性較高的關鍵詞有野生生物(0.21)、物種多樣性(0.19)、溫帶雨林(0.14)、生物物種(0.12)、現代文明(0.11)、生物多樣性(0.09)、市場力(0.08)、自然生態系統(0.06)。該階段的研究主題主要集中在生態系統服務理念的引入，從物種多樣性、現代文明、生物多樣性等研究領域中逐步演化出生態系統服務的基礎概念。國內歐陽志云[15]、辛琨[24]、劉曉荻[25]等多位學者在國外定義的基礎上對生態系統服務的定義及內涵等進行了較為系統的研究，指出生態系統服務即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。雖然目前國內關于生態系統服務定義的表述有所不同，但大多涵蓋3方面內容，即生態系統服務是人類從生態系統獲得的利益；生態系統服務的主體為自然生態系統，人類生存與發展所需的資源歸根結底來源于自然生態系統；生態系統服務通過其自身的狀況和過程加以體現[26]。由于我國生態系統類型復雜多樣，各項服務功能的提供有所差異，且隨著生態經濟學和自然資源經濟學的發展，20世紀末中國的一些生態學家和經濟學家對生態系統服務功能及其評價理論、方法和實踐應用等方面進行了初步探索[27]。在該研究階段較為前沿的研究內容是利用價值評估方法對生態系統服務功能價值進行核算，并針對評價對象的不同發展了市場價值法、替代市場法、假想市場法以及費用支出法等評價方法[28-30]。該階段在深刻理解生態系統的生態學機制的基礎上，較為系統地研究了生態系統服務的基本理念，為今后生態系統服務較深層次的研究奠定了基礎，但該階段對生態系統服務功能評價的研究還相對缺乏，研究方法零散，尚處于起步階段。

3.2 2001-2009年以生態系統服務價值化方法與應用為重點的實踐應用研究時期

生態系統服務研究在2001—2009年得到了迅速的發展，研究進入繁盛時期。在該階段，圖譜脈絡隨時間推移由樹枝狀向網狀發展，生態系統服務研究較前一階段更為集中，與各研究方向的融合交叉更加密切，由此產生了多樣化的研究主題及復合、發散的研究網絡(圖3)。

表1 中國生態系統服務研究不同時段前20位高頻關鍵詞

圖2 1992-2000年中國生態系統服務關鍵詞文獻計量網絡圖譜

尤其是2001年《千年生態系統評估》項目的啟動，多達95個國家在流域、區域[31]、國家以及全球[32-33]等不同尺度上同時開展生態系統服務功能評估工作，對推動生態系統服務的評價與應用具有重要意義[34]。此外，2008年“中美生態系統服務國際會議”的召開以及“中美生態系統服務研究中心”的成立，極大提高了我國在生態系統服務研究方面的能力，為國際相關的交流合作奠定了基礎[35]。該階段中心性較大的關鍵詞有服務功能(0.85)、生態系統(0.82)、可持續發展(0.68)、服務價值(0.62)、土地利用(0.36)、生態系統服務(0.25)、森林生態系統(0.23)、價值評估(0.09)、經濟價值(0.09)等。生態系統服務功能的不同決定了其具有多樣性的價值，國內外諸多學者從價值的角度研究生態系統服務，因而生態系統服務價值評價指標與方法研究始終是處于高度關注水平的研究熱點。當前生態系統服務價值評價熱點主要集中在土地利用方式、糧食生產、外來物種入侵、生物多樣性等方面，評價對象由早期的大尺度的單一自然生態系統向森林、城市等中小尺度的復合型生態系統過渡，評價方法逐漸擴展為能值分析法、物質量評價法和價值量評價法等[27]。傅伯杰等[36]在介紹土地利用變化與生態系統服務的研究背景的基礎上，歸納了生態系統服務評估方法的特點并對今后的研究趨勢進行了展望。張志強等[37]詳細介紹了價值量評估法，將其分為實際市場評估技術、替代市場評估技術和假想市場評估技術3類，并對方法做了具體的分析。宗文君等[38]結合具體研究案例，提出生態系統服務價值評估方法的改進意見。隨著研究的發展，研究主題逐漸細化為“森林生態系統”、“草地生態系統”、“農田生態系統”、“濕地生態系統”等分支，趙同謙[39]、謝高地[40]、王效科[41]、辛琨[42]等學者分別評估了森林、草地、農田、濕地等不同生態系統的服務價值，引領生態系統服務研究向具體、微觀的方向發展。今后應深入剖析生態系統服務的時空尺度特征，發展針對森林、草地、濕地、荒漠、海洋與農田等不同生態系統、不同經濟社會發展特征的服務功能及經濟價值的評價方法，為確保生態系統服務孕育、傳遞和表達的完整性提供科學借鑒，促進生態系統服務研究成果的有效利用。與生態系統服務的基礎研究階段相比，該階段涌現出較多新的關鍵詞，具有較高中心性的關鍵詞有“生態脆弱區”、“生態環境保護”、“生態補償機制”，此外該階段帶有突現性特征的關鍵詞為“可持續發展”和“生態安全”。這表明20世紀末，由于中國經濟的快速發展、人口增長的巨大壓力以及人類對生態系統的過度開發，生態退化、環境惡化等問題日益加劇，生態環境問題在這一階段中得到凸顯，生態系統的可持續健康發展開始受到關注[43-44]，而生態安全作為國家安全的熱點課題也具有重大戰略意義[45]。今后應注重生態系統的長期監測工作，掌握生態系統服務的時空演替規律，加大政府科研投入力度，為制定更為科學的生態環境管理政策提供理論支撐。

圖3 2001-2009年中國生態系統服務關鍵詞文獻計量網絡圖譜

3.3 2010-2017年圍繞生態系統服務價值評估，以生態恢復、可持續發展為目標的系統化研究時期

與前面幾個階段的生態系統服務研究網絡相比，2010—2017年階段的最大的特征是研究節點數量變少，關鍵詞更加集中，高頻關鍵詞年輪的交叉性明顯增強。2012年IPBES(Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services)的建立是生態學發展歷程的一件大事，對我國而言，IPBES的建立會帶來更多積極影響，中國更側重于生態系統服務的評估、土地利用與生態系統服務及可持續性研究[46]。2013年第11屆國際生態學大會(INTECOL congress)強調不同國家、不同領域的交流與合作，并介紹了生態系統服務研究的最新成果以及面臨的挑戰，激發了國內對生態系統服務與人類福祉的關系以及生態系統服務價值評估等領域的研究熱情[47]。近幾年來文獻數量持續增加，與之前相比研究內容更加集中，這體現出國內生態系統服務的研究內容更加深入，學科系統性更強。

該階段圖譜中生態系統服務的年輪圈仍最大，與生態系統服務價值、土地利用變化、氣候變化、人類福祉等交織在一起，學科交叉融合研究更加明顯(圖4)。這體現出，在全球氣候變化的大背景下，土地利用變化、氣候變化、人類活動及其他干擾因素極大影響著生態系統服務的敏感性變化和響應機制，進而直接影響到人類福祉[48]。當前國內外關于土地利用變化、氣候變化等因素對生態系統服務影響研究的重視程度逐漸加大，二者始終是生態系統服務領域的研究熱點。歐陽志云等[49]認為土地利用變化對生態系統服務的影響主要是通過改變生物多樣性、改變生態系統過程、改變生境來實現的，當前影響較大的領域是農業開發。近年來，土地利用變化影響下的生態系統過程與服務的相互關系、景觀動態格局變化、土壤養分特征、水土流失等研究逐漸成為該領域研究的核心內容。今后應在土地利用和覆蓋變化的基礎上，選擇合理、有依據的數據源及評價指標，加大對土地利用變化的生態系統服務估值研究[50]。氣候變化背景下維持生態系統服務功能是實現可持續發展的基礎，主要通過改變土地利用面積和地上生物量對生態系統服務價值產生影響[51]。在2010—2017年時間段內，年輪圈較大的有生態系統服務價值評估、生物多樣性、土地利用變化、景觀格局、生態補償、生態效益、人類福祉等，而且已經形成較為系統的網絡，例如圍繞生物多樣性開展了生物多樣性—生態系統服務—人類福祉關系的相關研究[16]。與之前注重評估不同生態系統的服務價值相比，該階段更加注重生態系統服務評估方法的改進及模型的建立，基于單位面積價值當量因子的生態系統服務價值化方法[52]得以改進，InVEST，ARIES，SolVES等估算模型以及GIS技術的應用也極為廣泛[53-54]。該階段研究的熱點為生態系統服務在氣候變化、土地利用變化、景觀格局變化[55]和人類活動干擾下的反饋機理，同時環境方面的研究仍較為突出，生態保護、生態恢復方面的相關研究不斷增多。這表明在可持續發展的大背景下，政府對生態環境的重視程度仍在加大，也從側面體現出政府間科學與政策的相互融合與促進，特別是在生態恢復、生態補償、生態保護以及生態安全等方面發揮著重要作用[56]。今后應根據社會經濟發展現狀，建立起干擾—反饋—修復的生態系統動態模型，為實現經濟社會協調發展提供依據。

圖4 2010-2017年中國生態系統服務關鍵詞文獻計量網絡圖譜

4 國內外生態系統服務研究熱點遷移

關鍵詞突現表示一定時間階段內該關鍵詞大量涌現，在一定程度上體現了研究人員對該領域的關注，而突現強度則體現了該領域受關注的強度，開始年份和結束年份間隔的時間越長，說明受關注越久。關鍵詞突現分析可以定量顯示出不同研究熱點的熱度以及變遷規律。

由表2—3可以看出，2000年之前，國際生態系統服務研究熱點主要是生態系統服務管理、物種多樣性、生態承載力、生態足跡等，著重關注生態環境的可持續健康發展。而國內的研究熱點主要是生態系統服務價值評估方法，側重于通過具體的評估方法對研究區進行規劃，該階段對生態環境方面的關注較少。2000年之后，國際生態系統服務研究側重于生態系統服務功能評估方法與框架的構建，尤為關注人類福祉，研究對象擴展到熱帶雨林、濕地、海洋保護區等不同的生態系統。而國內在2000年以后一直到2011年，生態系統服務的研究經歷了快速的過渡階段，這表明國內關于生態系統服務研究近幾年所關注的范圍越來越廣，在明確了其定義、評價指標、評價方法以及評估模型法之后進入了一個快速發展階段。國內生態系統服務早期的研究對象主要為大尺度的單一自然生態系統，隨著研究的深入，研究主題逐漸細化為森林、草地、濕地、城市等不同類型的中小尺度的生態系統價值評估，側重于結合數學模型模擬對生態系統服務的時空動態分析。由國內外的突現關鍵詞可以看出，生態系統服務功能價值評估一直是該領域經久不衰的研究熱點。當前，國內生態系統服務領域涌現出生態文明、生態補償、土地利用變化、氣候變化、生態安全等研究熱點，這也體現出該領域的研究開始傾向于生態環境保護與生態系統可持續管理方面。

表2 國際生態系統服務研究熱點變遷

5 結 語

(1) 1992—2017年，生態系統服務領域的研究主題及內容系統性不斷增強，圖譜脈絡由最初階段的內容主題銜接交叉性弱、聚類簡單的分散研究逐步發展到后期的主題鮮明、關聯緊密、學科交叉性強的系統研究。今后應促進自然科學與社會科學領域的有機結合，增強生態系統服務領域的基礎理論研究，完善相關學科體系。

(2) 生態系統服務領域研究熱點和特色日益鮮明和突出，研究熱點主要包括：生態系統服務價值評價、土地利用變化、氣候變化、生物多樣性、可持續發展、評估與模型、生態保護、生態恢復。總體上看，生態系統服務價值評價指標與模型研究一直處于高度關注水平，當前評估熱點主要集中在土地利用方式、糧食生產、外來物種入侵、生物多樣性等方面。目前在價值評估方面還存在一些亟待解決的問題，評價參數與方法大多照搬國外的研究成果，脫離我國的社會經濟現狀，評價結果缺乏可靠性。今后應充分考慮國內外生態環境和社會經濟條件的差異，綜合生態學領域與經濟學領域的研究，以便為國家的生態環境建設提供理論依據。

(3) 由于全球氣候變化以及人類活動對生態系統的強烈干擾，生態系統服務功能退化的問題在中國各地區普遍存在，因此有關生態保護、生態恢復、生態補償、生態安全以及可持續發展等研究方向的結合逐漸增多，尤其是對生態恢復的研究，是中國未來一段時間內生態系統服務研究的前沿與熱點。今后應著力構建基于生態系統服務機制的模擬模型，分析和預測生態系統在面對氣候變化、土地利用變化、環境惡化以及人類活動干擾時的反饋機制，為制定更為科學的生態系統保護管理政策提供決策依據，實現生態—經濟—社會的協調發展。

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