湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務研究進展

徐昔保,楊桂山,*,江 波

1 中國科學院南京地理與湖泊研究所,中國科學院流域地理學重點實驗室,南京 210008 2 長江水資源保護科學研究所,武漢 430051

生態(tài)系統(tǒng)服務是生態(tài)系統(tǒng)對福祉效益的直接或間接貢獻,其可持續(xù)供給是影響區(qū)域、國家及全球可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)安全的重要因素[1- 4]。自2005年聯(lián)合國發(fā)布千年生態(tài)系統(tǒng)評估報告(Millennium Ecosystem Assessment, MA)后,生態(tài)系統(tǒng)服務研究取得了前所未有的快速發(fā)展。國際上先后發(fā)布并實施了一系列重大國際研究計劃,如福利核算和生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估(WAVES)全球伙伴關系[5]、2020生態(tài)系統(tǒng)及其服務狀況制圖與綜合評估計劃[6]、生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務政府間科學政策平臺[7]等。2014年開始實施的未來地球計劃(Future Earth),將IGBP等全球變化研究計劃逐步拓展到全球變化對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響,明確提出要全面認識環(huán)境、經(jīng)濟、社會和政策變化下水—能源—糧食供給服務之間的相互作用機制,合理調(diào)控與優(yōu)化多種生態(tài)系統(tǒng)服務之間的權(quán)衡關系,并將其融入到?jīng)Q策制定過程中[8]。上述重大國際研究計劃的實施,進一步提高了世界各國科學界對生態(tài)系統(tǒng)服務研究的關注,生態(tài)系統(tǒng)服務已逐漸成為地理學、生態(tài)學和環(huán)境科學等多學科交叉研究的前沿和熱點[9- 11]。

隨著生態(tài)系統(tǒng)服務研究的不斷深入,生態(tài)系統(tǒng)服務從提高公眾認知到理論框架不斷完善及案例研究深入拓展,并逐步深化為管理決策和政策設計應用[4- 5,11]。全球湖泊濕地面積約7—10×106km2,占全球陸地總面積的5%—8%,與其他生態(tài)系統(tǒng)類型相比,湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)有著區(qū)別于其他生態(tài)系統(tǒng)類型的水文過程和生物地球化學循環(huán)過程,因此其提供的生態(tài)系統(tǒng)服務也從一定程度上區(qū)別于其他生態(tài)系統(tǒng)類型。主要體現(xiàn)在涉水的生態(tài)系統(tǒng)服務,包括水資源供給、水質(zhì)凈化、洪水調(diào)蓄、生物多樣性維持、休閑娛樂等,在保障全球水生態(tài)安全格局中占有重要地位[12- 13]。據(jù)估算,湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務提供的價值占全球生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量的23.2%[14]。湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)因其巨大的生態(tài)系統(tǒng)服務價值、保障區(qū)域/國家乃至全球生態(tài)安全的重要作用及其在社會經(jīng)濟快速發(fā)展下導致的不斷退化和萎縮的趨勢,已引起了各國政府及學者的高度關注[14,15- 16]。中國明確把“濕地面積不低于8億畝”列為2020年生態(tài)文明建設的主要目標之一,并納入國家“十三五”綱要。然而,受湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的高度復雜性、特殊性及研究手段局限等多方面條件限制,湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務內(nèi)涵,評估方法及其管理決策與政策設計等方面的研究和應用尚處在探索階段。目前,尚未形成通用的湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)評估框架和方法體系,難以有效地服務于湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)管理決策與政策設計。本文以湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務概念與內(nèi)涵為切入點,并結(jié)合管理決策和政策設計的需求,評述當前湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務研究中存在的不足,并對未來研究的重點方向進行了深入剖析和討論,以期深化湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務研究的理論與方法,推動湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務由理論走向管理決策與政策設計,服務于國家生態(tài)文明建設等頂層設計和戰(zhàn)略需求。

1 重要研究進展與不足

生態(tài)系統(tǒng)服務研究從概念提出到不斷發(fā)展大體可劃分為四個階段：生態(tài)系統(tǒng)服務概念探討(1997年前)、生態(tài)系統(tǒng)服務分類體系建立與經(jīng)濟價值評估快速發(fā)展階段(1997—2005年)、分類體系/評估框架/評估方法逐步完善階段(2005—2010年)、權(quán)衡分析、供需耦合機制及與政策設計結(jié)合階段(2010—至今)(表1)。相比其他生態(tài)系統(tǒng)類型,湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務研究相對較為滯后,主要始于2005年聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估后開展價值評估與影響分析,2010年前后進入熱點研究階段。當前,湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務研究主要集中在：土地利用變化對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的影響、模型在湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務評估的應用、湖泊濕地生態(tài)修復對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響與評估等幾個方面,而在模型開發(fā)、權(quán)衡分析、管理決策和設計等方面仍處在探索階段。因湖泊濕地獨特的水文特性和生物地球化學循環(huán)過程,現(xiàn)有模型大部分難以有效應用于評估湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務研究。此外,受監(jiān)測數(shù)據(jù)和模型局限,大部分研究集中在湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)供給服務評價?？偨Y(jié)和回顧湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務近十多年取得主要進展與存在的不足如下。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務研究階段、研究內(nèi)容與研究方法

1.1 湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務內(nèi)涵

湖泊濕地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務,不僅涉及多尺度利益相關方,而且在特定的時空尺度具有不可替代性[12,36],如最新研究表明濕地是陸地生態(tài)系統(tǒng)中硝酸鹽削減效率最高的生態(tài)系統(tǒng)[13]。隨著公眾和管理決策者對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性認識的不斷提高,湖泊濕地生態(tài)保護已逐漸被提升到事關國家生態(tài)安全的理論高度,生態(tài)系統(tǒng)服務研究也已成為生態(tài)文明制度建設、生態(tài)系統(tǒng)管理與保護的重要技術手段。

生態(tài)系統(tǒng)服務自其概念提出到其與管理決策和政策設計結(jié)合,經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展歷程。Daily、de Groot、Costanza和MA等針對生態(tài)系統(tǒng)服務概念、內(nèi)涵及分類體系進行了全面的分析和系統(tǒng)的探討[1- 3,37]。MA將生態(tài)系統(tǒng)服務劃分為供給服務、調(diào)節(jié)服務、支持服務和文化服務四大類,在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應用和推廣[3]。然而,MA分類體系在生態(tài)系統(tǒng)服務的集成研究和系統(tǒng)評估等方面的應用存在較大局限性,究其原因是MA體系混淆生態(tài)系統(tǒng)中間服務和最終服務,使得生態(tài)系統(tǒng)服務的精細評估和管理設計缺乏可靠的數(shù)據(jù)支撐[38]。為推動生態(tài)系統(tǒng)服務由概念設計走向理論實踐,Wallace、Fisher et、Haines-Young、Staub等針對生態(tài)系統(tǒng)中間服務和最終服務的區(qū)分進行了深入的探討[21- 23,27]。隨著生態(tài)系統(tǒng)服務理論體系研究的不斷深入,生態(tài)系統(tǒng)服務概念也進一步深化為：生態(tài)系統(tǒng)對人類效益的間接或直接貢獻[23,39]。EPA(Environmental Protection Agency)基于此概念,提出了“環(huán)境→最終產(chǎn)品→直接/間接利用→生態(tài)系統(tǒng)服務直接利用者”的分析框架,并建立了NESCS(National Ecosystem Services Classification System)生態(tài)系統(tǒng)服務分類體系[40],從理論上區(qū)分了中間服務和最終服務,為生態(tài)系統(tǒng)服務研究奠定了重要基礎,促進了生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡與協(xié)同、生態(tài)系統(tǒng)服務形成機制、生態(tài)系統(tǒng)服務集成評估及政策設計等方面的進展。按照生態(tài)系統(tǒng)服務的最新進展,湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務大致可以分為17—23類,但具體分類體系因研究區(qū)域的生態(tài)特征和受益者偏好而具有較大差異。因此,在選擇湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務分類與評估指標體系時,應根據(jù)研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境綜合特征進行定制；同時為保障不同研究之間的橫縱可比性,指標體系選擇應在統(tǒng)一的分類體系框架下確定。

1.2 湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務評估

湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)開展生態(tài)系統(tǒng)服務評價是全球生態(tài)系統(tǒng)服務評價的重要組成部分[3,41- 42]。近20年,國際上對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務評估開展了一系列案例進展。Schallenberg等從供水、魚類供給、水源凈化、洪水控制、湖濱保護、氣候調(diào)節(jié)、休閑娛樂等12類生態(tài)系統(tǒng)服務角度出發(fā),對新西蘭8個面積超過100 km2的湖泊進行了生態(tài)系統(tǒng)服務評價[36]。2010年,美國啟動五大湖恢復計劃(Great Lakes Restoration Initiative)對五大湖生態(tài)系統(tǒng)服務進行了系統(tǒng)評估,分析生態(tài)系統(tǒng)服務變化過程與驅(qū)動因素,通過投資超過10億美元的眾多管理及工程措施來改善五大湖地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務,顯著提高了五大湖水質(zhì)凈化、水資源供給、生物多樣性保護以及景觀美學等重要生態(tài)系統(tǒng)服務[16]。Steinman等綜合分析了美國五大湖的生態(tài)系統(tǒng)服務狀態(tài)與未來趨勢,討論了五大湖生態(tài)系統(tǒng)服務定量評估面臨的挑戰(zhàn)及未來急需解決的問題[43]。Reynaud & Lanzanova利用元分析統(tǒng)計方法估算了全球699個湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務價值的均值[44]。此外在加拿大、尼泊爾、埃塞俄比亞等國家也相繼開展了湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務評估案例研究, 主要集中在湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估、物質(zhì)量或功能評估[45- 47]。

在模型發(fā)展方面,基于遙感和GIS技術等為支撐的生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型也得到了快速發(fā)展,出現(xiàn)了包括InVEST (Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)、ARIES (Artificial Intelligence for Ecosystem Services)、SolVES (Social Values for Ecosystem Services)、MIMES (Multiscale Integrated Models of Ecosystem Services)、EPM (Ecosystem Portfolio Model)、ESR(Ecosystem Services Review)、EcoMetrix、Benefit Transfer and Use Estimating Model Toolkit 等20多個模型[24- 26]。受湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)高度復雜性、模型結(jié)構(gòu)及適用性等制約,上述大多數(shù)模型在湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務評估中的應用剛處于起步階段。目前InVEST模型在湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務評估中進行了一些嘗試,主要用于模擬評估水資源供給、生物多樣性維持、水質(zhì)凈化等生態(tài)系統(tǒng)服務。InVEST模型具有使用簡便、數(shù)據(jù)易獲取等優(yōu)點,但因模型采用簡化的水文模型,不能準確模擬具有高頻變化特征的水情變化及其對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響,其模擬結(jié)果相對傳統(tǒng)的水文和水質(zhì)模型存在較大的不確定性[48-49]。

近年來,國內(nèi)學者也開展了一系列湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務評估案例研究,主要采用以下4 種方法：1)列舉湖泊生態(tài)系統(tǒng)提供的所有服務(包括中間服務和最終服務),選取相應的生態(tài)屬性指標或效益指標,基于生態(tài)監(jiān)測、野外調(diào)查[50-51]和問卷調(diào)查[52-54]等方法,評估湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務價值量或物質(zhì)量；2)以土地利用/土地覆蓋為替代數(shù)據(jù),直接采用效益轉(zhuǎn)化法評估湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估[55- 57]；3)利用長序列的古湖沼學記錄數(shù)據(jù)分析湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務變化特征[58-59]；4)基于生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型(如InVEST,SolVES),模擬評估湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務物質(zhì)量和價值量[60-62]。

1.3 湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務影響機制

湖泊濕地通常是一個開放、連續(xù)的生態(tài)系統(tǒng),受自然過程和人類活動的干擾與干預,湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務呈現(xiàn)高度復雜性、高頻時空變化和高耦合關聯(lián)等特征,而水情是氣候變化與人類活動作用于湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務過程中最為重要的過程變量。氣候變化通常會導致洪旱災害的頻繁發(fā)生,氣候因子可改變降水量、氣溫、蒸散等時空分布格局,進而使得水文情勢產(chǎn)生顯著變化[63]。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,人類活動干預在不斷加強,誘發(fā)湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的一系列問題,如大型水利工程的建設顯著地影響湖泊水情,對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)帶來正負雙重效應,使湖泊生態(tài)系統(tǒng)趨于更加不穩(wěn)定狀態(tài)[64]。湖區(qū)及流域城鎮(zhèn)擴展、工業(yè)及旅游業(yè)發(fā)展等,加劇了對淡水資源供給需求和入湖污染物排放,進而對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務產(chǎn)生負面影響。Smith等利用專家咨詢與問卷調(diào)查法,分析了入湖污染物、入侵外來物種、水文及氣候條件變化、棲息地改變、水資源供給能力、湖泊富營養(yǎng)化以及水利工程設施干擾等50多個脅迫因子對美國五大湖區(qū)供水、生物多樣性保護、景觀美學等重要生態(tài)服務功能的脅迫影響機理[65]。Ricaurte等利用空間統(tǒng)計、矩陣法和公眾參與式制圖法識別影響哥倫比亞濕地未來變化的最重要驅(qū)動因子為土地利用變化、水資源需求和水污染[66]?，F(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)服務影響機制分析主要采用定性或半定量的統(tǒng)計分析為主,采用模型模擬方法較少涉及。

近年來全球變化導致極端氣候事件頻發(fā)的背景下,控湖工程對湖泊水位波動的影響加強,湖泊長期形成的動態(tài)平衡水位波動模式與濕地水文需求關系被打破,大多數(shù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生了顯著變化,湖區(qū)水源供給、環(huán)境凈化、生物多樣性等多種生態(tài)系統(tǒng)服務在水利工程的影響下呈現(xiàn)出明顯的退化跡象[67- 68]。眾多案例研究表明,無水利工程控制的湖泊在其各個水深梯度均可以支撐結(jié)構(gòu)更多樣的植物群落,而被控河湖水系因水位波動的減小而生物多樣性降低,洲灘濕地生態(tài)系統(tǒng)物種構(gòu)成向單一化均勻化發(fā)展[29,69- 70]。此外,控湖工程下湖泊水情的改變,還導致湖泊懸浮物負荷、水動力、水環(huán)境等產(chǎn)生動態(tài)變化,進而使得湖泊水質(zhì)狀況面臨更為嚴峻的考驗[71]。

1.4 湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡與優(yōu)化

生態(tài)系統(tǒng)服務由于類型多樣性、空間非均衡性、人類使用選擇性等特點,多種生態(tài)系統(tǒng)服務之間存在顯著的權(quán)衡與協(xié)同等關系形式[10,30,72]。理解與掌握生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡與協(xié)同關系,是對多種生態(tài)系統(tǒng)服務實行保護、優(yōu)化與可持續(xù)利用的前提,有利于制定區(qū)域發(fā)展與生態(tài)保護“雙贏”的政策措施,有利于明確生態(tài)管理決策的最優(yōu)和次優(yōu)空間[4,31- 32]。生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡研究方法總體可分為統(tǒng)計方法、空間分析方法、情景模擬方法和服務流動性分析方法[4,73]。目前生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡分析研究主要以定性分析為主,主要通過空間制圖與地統(tǒng)計分析方法,判定生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡或協(xié)同關系[30],定量化研究相對較少[31]。

目前,針對湖泊濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡與優(yōu)化研究處于剛起步階段,相關研究較少涉及。Jessop等通過野外采樣,利用主成分分析和冗余分析等方法解析濕地養(yǎng)分循環(huán)、草本生物量、土壤有機質(zhì)含量、地表水儲存潛力和生物多樣性維持等多種生態(tài)系統(tǒng)服務之間的權(quán)衡關系[33]；Li等結(jié)合InVEST模型和農(nóng)戶調(diào)查法,分析了南水北調(diào)中線水源地多種生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡關系,揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務四個尺度利益相關者(移民安置農(nóng)戶、當?shù)卣?、下游水資源用戶和全球受益者)的權(quán)衡關系[34]；Yang等利用InVEST模型評估了黃河三角洲濱海濕地生境質(zhì)量、固碳和物質(zhì)生產(chǎn)之間權(quán)衡與協(xié)同關系,揭示了圍墾對多種生態(tài)系統(tǒng)服務之間關系的影響[35]。

1.5 研究不足

(1)沒有形成通用的湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務評估框架和方法體系。目前,大多數(shù)研究在開展生態(tài)系統(tǒng)服務估算與指標選擇過程中,混淆湖泊濕地生態(tài)過程、功能和最終服務,導致湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務價值重復計算,評估結(jié)果可信度不高[38]；評價指標和評估方法多樣化,評估結(jié)果橫向可比性較差,尺度推繹不確定性較大；生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型應用往往缺乏有效驗證與參數(shù)區(qū)域化,且大多數(shù)模型主要針對供給服務和調(diào)節(jié)服務(如淡水供給、水源涵養(yǎng)、水土保持、固碳、水質(zhì)凈化等),而對文化服務和支持服務的模擬功能相對缺乏,導致模擬指標存在一定的片面性,模型估算結(jié)果也存在較大的不確定性。

(2)多因素疊加的定量分析與甄別不夠深入。受湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的高度復雜性、多樣性等特征、生態(tài)系統(tǒng)服務長期監(jiān)測數(shù)據(jù)缺乏以及現(xiàn)有生態(tài)過程模型的局限性等制約,定量甄別湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務變化驅(qū)動因素及影響程度仍是目前研究的難點和重點[36,43,71]。尤其是針對大型洪泛型湖泊濕地,如何定量識別與區(qū)分大型水利工程、氣候變化、土地利用變化等多重疊加因素對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務變化的影響機制仍較為困難,是湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務研究亟待解決的科學問題之一。此外,絕大數(shù)研究都忽視湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務供給和需求的空間異質(zhì)性與空間流轉(zhuǎn),不利于揭示利益相關方與生態(tài)系統(tǒng)服務在不同尺度上的影響機制。

(3)湖泊濕地多種生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡與優(yōu)化研究較少涉及。目前,針對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡研究方法主要采用常規(guī)的野外監(jiān)測與采樣、地統(tǒng)計分析、價值化半定量評估和InVEST模型,仍以定性與半定量分析為主,定量化分析方法相對較少。此外,研究內(nèi)容上主要集中在湖泊濕地多種生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡與協(xié)同關系的診斷與空間識別方面,而對多種生態(tài)系統(tǒng)服務之間的相互作用機制與協(xié)同優(yōu)化路徑研究鮮有涉及。

2 未來研究重點

2.1 湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務監(jiān)測

目前,基于湖泊濕地野外觀測平臺與基地,已經(jīng)開展了一系列針對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組分(面積、種類、物種數(shù)量、水生生物、生境類型)、水環(huán)境(總氮、總磷、藻類)、土壤、水文情勢(水位、水量、泥沙含量)、浮游植物初級生產(chǎn)力、鳥類等監(jiān)測[12,74-75]?，F(xiàn)有的野外監(jiān)測側(cè)重于湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、過程及時空變化等方面,為湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務評估提供了基礎數(shù)據(jù)和過程機理認識[76-77]。但現(xiàn)有的常規(guī)監(jiān)測指標多為表征湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的特征指標,無法直接測度湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務,因為不能有效滿足生態(tài)系統(tǒng)服務評估、權(quán)衡分析和管理決策的需求,無法滿足模型率定與驗證需求,在很多區(qū)域甚至缺乏常規(guī)監(jiān)測。因此,在結(jié)合湖泊水位、淹沒出露面積、流速、換水周期等水情要素和水質(zhì)等常規(guī)監(jiān)測指標外,根據(jù)湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的特征及其特殊性,選取與人類活動和管理措施直接關聯(lián)、比較重要且比較敏感的生態(tài)系統(tǒng)服務關鍵表征指標,如污染物降解能力、溫室氣體排放通量、漁獲物、生物量、洪峰削減量、淡水供給量、珍稀鳥類數(shù)量等,為生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型提供關鍵參數(shù)與率定所需的觀測數(shù)據(jù),同時有助于進一步深化認識湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的形成與影響機理。

2.2 模型評估不確定性

生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型能較直觀的刻畫生態(tài)系統(tǒng)服務時空變化和空間流動轉(zhuǎn)移特征,識別生態(tài)系統(tǒng)服務時空權(quán)衡關系、生態(tài)系統(tǒng)服務熱點區(qū)和重點保護區(qū)域,直接為生態(tài)系統(tǒng)服務管理和政策設計提供科學依據(jù)[78-79]。模型評估的不確定性主要包括四個方面：1)受生態(tài)系統(tǒng)類型多樣性及生態(tài)系統(tǒng)服務的高度復雜性等因素影響,生態(tài)系統(tǒng)服務形成與變化的機理認識仍有待完善；2)在模型設計與開發(fā)過程中往往需要對模型結(jié)構(gòu)進行簡化,導致模型自身均存在一定的不確定性；3)針對典型生態(tài)系統(tǒng)服務的長期定位觀測的缺乏,導致生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型中的部分關鍵參數(shù)很難實測獲取或通過率定實現(xiàn)模型參數(shù)區(qū)域化,使得模型評估存在較大的不確定性；4)現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型大多只能模擬單一或有限幾類生態(tài)系統(tǒng)服務,進行生態(tài)系統(tǒng)服務綜合評估通常需要運用多個生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型,多個模型之間往往缺乏對多類生態(tài)系統(tǒng)服務之間相互作用機制的表達或耦合集成,導致其評估結(jié)果也存在一定的不確定性。因此,在未來需加強野外監(jiān)測和控制實驗,提高對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務形成及影響機制的認識,進一步優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)。同時,加強生態(tài)系統(tǒng)服務的尺度效應與相互作用機制研究,從模擬對象、模型結(jié)構(gòu)、關鍵參數(shù)、模擬方法、適用尺度等多維度對現(xiàn)有的各類模型及模型組合進行敏感性與不確定性分析,綜合比較生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型的性能與適用性,選擇或建立符合區(qū)域?qū)嶋H及決策需求的生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型,提高模型的綜合集成模擬能力、精度與可靠性。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務變化風險評估

US EPA于1990年首次提出生態(tài)風險概念,并分別于1992 年和1998年頒布了《生態(tài)風險評價框架》和《生態(tài)風險評價指南》,提出了“明確問題、分析暴露和效應、風險表征”3步驟的ERA評價方法[80]。近20年來,生態(tài)風險評估在評價內(nèi)容、范圍、尺度等方面都有了很大進展。由單一化學污染物、單一受體發(fā)展到多風險源、多風險評價終點,風險源范圍也從化學污染、生態(tài)事件等開始擴展到人類活動的影響(如城市化、生活和工業(yè)廢棄物、LUCC、漁業(yè)、氣候變化等),已廣泛應用于水環(huán)境評價[81]、區(qū)域和綜合生態(tài)風險[82]、生態(tài)系統(tǒng)服務管理和政策[83]?，F(xiàn)有對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務研究更多地關注物質(zhì)量和價值量的評估,對多種因素干擾或脅迫下湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務變化可能存在的長期或系統(tǒng)風險的研究鮮有涉及,導致生態(tài)系統(tǒng)服務變化的風險預警與調(diào)控可操作很差[84-85]?；谏鷳B(tài)風險評估的內(nèi)涵,引入生態(tài)系統(tǒng)突變的理論與方法,結(jié)合長時間序列的監(jiān)測數(shù)據(jù)或模型模擬,診斷生態(tài)系統(tǒng)服務發(fā)生突變的類型及臨界點,構(gòu)建湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務變化風險評價體系與診斷模型,識別生態(tài)系統(tǒng)服務變化的高風險區(qū)、高風險類型及形成條件,將是湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務未來研究的重要內(nèi)容之一,有助于真正將生態(tài)系統(tǒng)服評估全面融入到湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)管理、生態(tài)風險預警與決策過程中。

2.4 湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務優(yōu)化與調(diào)控

生態(tài)系統(tǒng)服務優(yōu)化與調(diào)控是生態(tài)系統(tǒng)服務在生態(tài)系統(tǒng)管理與政策設計中的典型應用,是生態(tài)系統(tǒng)服務研究的最終目標。重點開展以下3個方面的研究：1)基于生態(tài)系統(tǒng)服務時空變化模擬,開展湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡分析,揭示湖泊濕地多種生態(tài)系統(tǒng)服務之間的權(quán)衡協(xié)同關系、類型、相互作用機制及尺度效應,建立湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務協(xié)同提升與優(yōu)化的理論與原理。2)解析案例區(qū)自然—社會—經(jīng)濟—生態(tài)的綜合背景特征,評估各類利益相關主體的不同需求,根據(jù)需求導向設置典型水文年不同水文季節(jié)、不同生態(tài)系統(tǒng)服務的多目標優(yōu)化情景,建立滿足特定需求的生態(tài)系統(tǒng)服務優(yōu)化提升規(guī)則與調(diào)控模型。3)集成生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型和傳統(tǒng)的生態(tài)過程模型(如水文水質(zhì)模型、生物多樣性隨機森林模型、溫室氣體排放模型等),綜合模擬評估大型水利工程建設、氣候變化、湖區(qū)綜合整治、水庫群優(yōu)化聯(lián)合調(diào)度、土地利用變化等對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務受損/增益效應,探索湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務協(xié)同提升路徑與調(diào)控對策。建立通用的湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)評估框架和方法體系,推動湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務從理論研究提升到湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)管理、水利工程建設效應評估與水庫群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度等實踐應用中,將是當前及未來湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務研究的最核心內(nèi)容與趨勢。

3 結(jié)論

開展湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務研究能揭示湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的時空權(quán)衡關系及生態(tài)系統(tǒng)服務空間流動和轉(zhuǎn)移特征,識別生態(tài)系統(tǒng)服務變化驅(qū)動因子,為湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務優(yōu)化管理提供基礎。近20年,國內(nèi)外學者在生態(tài)系統(tǒng)服務內(nèi)涵、評估模型、影響機制、權(quán)衡分析與優(yōu)化等領域的研究不斷深入,但湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務研究相對較為滯后,且在以下幾個方面存在較大不足：沒有形成通用的湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務評估框架和方法體系、多因素疊加的定量分析與甄別不夠深入、多種生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡與優(yōu)化研究較少涉及。針對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務研究的科學問題及其與管理決策和政策設計結(jié)合的現(xiàn)實需求,應加強以下四個方面的重點研究：1)加強湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務關鍵表征指標監(jiān)測,深化認識湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的形成與影響機理；2)加強生態(tài)系統(tǒng)服務的尺度效應與相互作用機制研究,優(yōu)化模型結(jié)構(gòu),提高模型的綜合集成模擬能力與精度；3)構(gòu)建湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務變化風險評價體系與診斷模型,識別生態(tài)系統(tǒng)服務變化的高風險區(qū)、高風險類型及形成條件；4)集成生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型和傳統(tǒng)的生態(tài)過程模型,探討湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)服務協(xié)同提升路徑與調(diào)控對策。