（生态学专业论文）人工生态系统的生态系统服务研究.pdf

摘要 生态系统服务是指一定时间内生态系统及其组分通过一定的生态过程向人类提供的赖 以生存和发展的产品和服务。为了保证人类社会的需求，人工生态系统迅速扩展，大大改变 了原来自然生态系统的功能。科学评估人工生态系统服务及其经济价值，研究人类活动对其 生态系统服务的影响，对于合理开发和保护人工生态系统，促进人工生态系统和区域乃至全 球的可持续发展具有重要的战略意义。 本文界定了人工生态系统服务的内涵，并以质量平衡途径为主辅以生命周期法构建了人 工系统生态系统服务评估体系。以我国三种典型人工生态系统温室农业、茶园和人工草地 为案例估算了其生态系统服务，并分析了其各类服务的形成、强化或减弱机制。从生态经济 学角度，探讨了人工生态系统的资产属性、生态系统服务与人类福祉之间关系。基于生态系 统服务价值经济学计量方法，并结合人工生态系统各类服务的特点，建立了相应的价值评估 体系。主要研究结果如下： ( 1 ) 人工生态系统服务形成机制：通过分析人工生态系统服务的内涵，阐明了生态系统 功能和生态系统服务、人工生态系统的服务和自然生态系统的服务之间的区别与联系。参考 最新生态系统服务分类体系，并根据生态系统服务效用的表现形式，本文主要采用用千年评 估组织的分类方法，系统研究了人工生态系统各类服务的形成机制，分析了支持生态系统服 务的生态系统组分和主要生态过程，以及各类服务对人类福祉的贡献，为人工生态系统服务 价值的评估提供了科学依据。 ( 2 ) 人工生态系统服务价值评估理论与方法论：从生态经济学角度探讨了人工生态系统 的资产属性及人工生态系统服务与人类福祉之间的关系。分析了人工生态系统服务的价值构 成与分类，强调了人工生态系统的供给服务的重要性。探讨了生态系统服务价值的经济学评 估方法，具体包括常规市场评估方法、替代市场评估方法和假象市场评估方法。在综合考虑 了物质平衡法和生命周期法的优缺点之后，以质量平衡法为基本的方法论，辅助以生命周期 法，并在本文案例的研究中进行应用。 ( 3 ) 温室农业生态系统服务：中国温室种植面积从7 0 年代的零起步到现在占世界的 8 5 ，扩张速度极快。本文选择中国主要温室农业区华北区，估算了温室农业的生态系 统服务及其经济价值。由于中国温室以蔬菜栽培为主，所以选择露天蔬菜为参照。结果显示， 华北区温室农业蔬菜年均产量分别比露天菜田高7 4 0 5t h m 2 ，c 0 2 固定量高2 1 6t h m 2 ，保 持土壤量高1 3 8 6t h m 2 ，保护土壤养分量高0 9 8t h m 2 。以2 0 0 4 年价格折算，华北区温室农 业提供的生态系统服务价值为6 8 8 7 1 元h m 2 ，比当地露天菜田高3 3 9 4 6 元h m 2 ；环境成本分 别为1 0 4 1 元h m 2 ，比当地露天菜田高7 6 4 元加n 2 。从成本收益角度分析，无论是对农户还 是全社会，温室农业带来的净效益都高于露天菜田，应该进行推广。通过成本收益分析可以 看出华北区温室农业比露天菜田有明显的优势，建议当地政府通过提供补贴等手段支持温室 农业的发展，但要普及科学管理方法，尤其是合理施肥，加强环境监测研究，正确指导该地 i 区温室农业的发展。 ( 4 ) 茶园生态系统服务：中国是世界上茶园面积最大和种植历史最悠久的国家，2 0 世纪 5 0 年代起到现在的6 0 年里中国茶园扩张了7 0 0 。本文以典型茶区一江南茶区作为研究示 范区，并与景观效果与茶最近的自然灌木进行了对比，分析了2 0 0 4 年茶园的生态系统服务。 研究表明：与同地区自然灌木相比，江南茶区茶园每年c 0 2 固定量多6 9 0t h m 2 ，保持土壤 量多0 1 5t h r a 2 ，而保护土壤养分量少o 5 0t h m 2 ，贮存水量少93 2 7 0 71 1 1 3 h u n 2 。2 0 0 4 年江南 茶区茶园提供的生态系统服务的经济价值为90 4 2 7 4 元h r n 2 ，比自然灌木高29 6 4 4 5 元 h m 2 。其中直接产品价值( 供给服务经济价值) 比自然灌木高69 2 3 2 1 袖2 ，而间接服务 价值( 包括c 0 2 固定、土壤保持、保护土壤养分和节约灌溉用水的经济价值) 为21 2 0 3 3 元h m 2 ，比自然灌木低39 6 5 9 6y r , h m 2 。茶园造成的环境成本也高于自然灌木，为0 8 0 元 h m 2 。扣除环境成本后，上述区域茶园提供的净效益比当地自然灌木高29 5 6 4 5 袖2 。基 于生态系统服务价值的成本效益分析结果表明，茶园的成本收益率( 直接经济利润和净效益 两个角度分析) 都高于自然灌木。在成本效益分析的基础上，给出了江南茶区优化开发的对 策。茶园未来的发展模式不仅要关注产量的增加，还需采取合理的管理方式，减少人类活动 对其它生态系统服务的影响，避免损害其它的服务。 ( 5 ) 人工草地生态系统服务：我国9 0 的天然草地已经出现不同程度的退化，现有的自 然草地资源已经不能保证我国畜牧业的牧草需求，发展人工草地，是防治草地退化、保证牧 草供给的关键。本文基于2 0 0 3 - - 2 0 0 4 年生态调查资料，评估了2 0 0 4 年陕甘宁三省人工草地 的生态系统服务价值，并与自然草地进行对比，探讨了发展人工草地的潜力。研究表明：与 同地区自然草地相比，陕甘宁区人工草地每年产量增加了3 0 7t h m 2 ，c 0 2 固定量增加了4 4 7 t h m 2 ，而保持土壤量减少了1 2 1t h m 2 ，保护土壤养分量减少了0 0 2t h m 2 ，贮存水量减少了 10 0 1 8 9m 3 h m 2 。将上述各项服务以2 0 0 4 年价格货币化，陕甘宁区人工草地提供的生态系 统服务的经济价值为33 2 6 7 8 ：r r _ h m 2 ，比自然草地高3 6 3 5 8 元h m 2 ( 表2 ) 。其中直接服务 价值( 供给服务经济价值) 为8 3 3 3 3 元h r n 2 ，比自然草地高3 3 6 6 6 元h m 2 ，间接服务价值 ( 包括c 0 2 固定、土壤保持、保护土壤养分和节约灌溉用水的经济价值) 为24 9 3 4 5 袖2 ， 比自然草地高2 6 9 2y r , h m 2 。然而人工草地造成的环境成本也高于自然草地，为_ o 1 l 元加n 2 。 扣除环境成本后，上述区域人工草地提供的净效益比当地自然草地高3 6 3 4 7 元l u n 2 。我国 现在人工草地建设处于初期，人工草地的建设和利用要把近期效益和长期效益结合起来，既 要保证草地畜牧业的生产需求，又要保护环境，以可持续的发展方式建设和利用人工草地。 发展人工草地应充分利用农闲田，以及南方的丘陵。 通过不同人工生态系统服务价值比较，权衡不同人工生态系统的发展潜力。在综合比较 的基础上，提出了结合不同系统优势进行改进的建议。在科学研究的基础上，提出了充分利 用不同系统的特点，提高人工生态系统的可持续性和生态系统服务供给能力的建议。 关键词：温室农业；茶园；人工草地；物质平衡法；生命周期法；成本收益 a b s t r a c t e c o s y s t e ms e r v i c e so fa r t i f i c i a le c o s y s t e m sr e f e rt ot h ep r o d u c t sa n ds e r v i c e st h a ta r t i f i c i a l e c o s y s t e m sa n di t sc o m p o n e n tp r o v i d ef o rh u m a nb e i n gt h r o u g hc e r t a i ne c o l o g i c a lp r o c e s s e s i n r e c e n ty e a r s ，w i t he c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n da c c e l e r a t i o no fu r b a n i z a t i o np r o c e s s ，t h ed e m a n df o r e c o s y s t e ms e r v i c e si n c r e a s ea n da r en o tf u l f i l l e do n l yb yn a t u r a le c o s y s t e m s m o r e o v e r , n a t u r a l e c o s y s t e m sa r ed e s t r o y i n ga n dt h ec a p a b i l i t yo fe c o s y s t e m st op r o v i d et h e s es e r v i c e sd e c r e a s e s f o ra s s u r i n gt h ep r o v i s i o no fp r o d u c t sa n ds e r v i c e s ，a r t i f i c i a le c o s y s t e m sw e r ed e v e l o p e da n d d i s p l a c i n gp a r t so fe c o s y s t e mf u n c t i o no fn a t u r a le c o s y s t e m s t h e r e f o r e ，e v a l u a t i n gm a r i n e e c o s y s t e ms e r v i c e sa n ds t u d y i n gt h ei m p a c to fh u m a na c t i v i t i e so nt h e mi si m p o r t a n ti nt h e p r o t e c t i o na n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fa r t i f i c i a le c o s y s t e m f i r s t l y , t h ed e f i n i t i o no fa r i t i c i a le c o s y s t e ms e r v i c ei sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r a c c o r d i n gt o t h em a s sb a l a n c ep r i n c i p a l ，t h ef r a m eo fa r t i f i c i a le c o s y s t e ms e r v i c e si se s t a b l i s h e d f r o mt h e p e r s p e c t i v eo fe c o l o g i c a le c o n o m i c s ，t h eb a s i ca t t r i b u t eo fa r t i f i c i a le c o s y s t e ma n dt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e ne c o s y s t e ms e r v i c e sa n dh u m a nw e l f a r ei sd i s c u s s e d b a s e do nt h ee c o n o m i cv a l u a t i o n m e t h o d st oe c o s y s t e ms e r v i c e sa n dt h ec h a r a c t e r i s t i co fa r t i f i c i a l e c o s y s t e ms e r v i c e s ，t h e a s s e s s m e n ts y s t e mf o re c o s y s t e ms e r v i c e so fa r t i f i c i a le c o s y s t e m sa r ee s t a b l i s h e d f i n a l l y a p p l i c a t i o ns t u d yi sc a r r i e do u ti l ls e v e r a lt y p i c a le c o s y s t e m si n c l u d i n gg r e e n h o u s ea g r i c u l t u r e ， t e ap l a n t a t i o na n da r t i f i c i a lg r a s s l a n d t h em a i nc o n t e n ta n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ef o r m u l a t i o nm e c h a n i s mo f t h ee c o s y s t e ms e r v i c e sp r o v i d e db ya r t i f i c i a le c o s y s t m e s b a s e do na n a l y s i so ft h ee c o s y s t e ms e r v i c e so fa r t i f i c i a le c o s y s t e m s ，t h ed i f f e r e n c eb e t w e e n e c o s y s t e mf u n c t i o n sa n de c o s y s t e ms e r v i c e s ，a r t i f i c i a le c o s y s t e m sa n dn a t u r a le c o s y s t e ma r e d i s c u s s e d a c c o r d i n gt oc l a s s i f i c a t i o nm e t h o do fe c o s y s t e ms e r v i c e sg i v e nb yo t h e rs c h o l a r sa n d t h eu t i l i z a t i o no fe c o s y s t e ms e r v i c e s ，t h ee c o s y s t e ms e r v i c e so fa r t i f i c i a le c o s y s t e m sc a l lb e s u b d i v i d e di n t op r o v i s i o n i n gs e r v i c e s ，r e g u l a t i n gs e r v i c e s ，c u l t u r a ls e r v i c e sa n ds u p p o r t i n g s e r v i c e sf o l l o wt h ec l a s s i f i c a t i o nm e t h o do fm a f i n a l l y , f o r m u l a t i o nm e c h a n i s mo fe c o s y s t e m s e r v i c e s ，t h ee c o s y s t e mc o m p o n e n ta n dm a i ne c o l o g i c a lp r o c e s s e s ，w h i c hs u p p o r tt h es e r v i c e sa n d t h ec o n t r i b u t i o no fs e r v i c e st oh u m a nb e i n ga r ea n a l y z e d a l lt h ea b o v es t u d yp r o v i d es c i e n t i f i c b a s i sf o rt h es e r v i c e se v a l u a t i o n ( 2 ) s t u d i e sa b o u tt h ev a l u a t i o nm e t h o d so ft h ee c o s y s t e ms e r v i c e sa s s o c i a t e dw i t ha r t i f i c i a l 。e c o s y 蛐 f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fe c o l o g i c a le c o n o m i c s ，t h ea s s e t sc h a r a c t e r i s t i co fa r t i f i c i a le c o s y s t e m a n dr e l a t i o n s h i pb e t w e e ne c o s y s t e ms e r v i c e sa n dh u m a nw e l f a r ea r ed i s c u s s e d t h es t r u c t u r eo f t h ev a l u ea n de c o n o m i cv a l u a t i o nm e t h o do fe c o s y s t e ms e r v i c e sa s s o c i a t e dw i t ha r t i f i c i a l e c , o s y s t e m sa r ea n a l y z e d f i n a l l y , t h ea s s e s s m e n tf r a m ei su s e di nt h i ss t u d yw i t ht h em a s sb a l a n c e i i i p r i n c i p a l ( 3 ) s t u d yo ne c o s y s t e ms e r i v e so fg r e e n h o u s ea g r i c u l t u r e g r e e n h o u s ec u l t i v a t i o na r e ai nc h i n aa c c o u n t sf o r8 5 o fg l o b a lt o t a la r e a b a s e do nt h e m a s sb a l a n c ea p p r o a c h ，w ee s t i m a t e de c o s y s t e ms e r v i c e so fg r e e n h o u s ea g r i c u l t u r ef o rt w o c u l t i v a t i o nr e g i o n so fc h i n a ( n o r c l l e mc h i n aa n dt h em i d d l ea n dl o w e rr e a c h e so fy a n g t z e r i v e r ) r e s u l t ss h o wt h a t , c o m p a r e dt oo p e nv e g e t a b l ef i e l d , g r e e n h o u s ea g r i c u l t u r ed e m o n s t r a t e s h i g h e rc a p a c i t yi ny i e l d ( 3 0 9 5t o7 4 0 5t h m 2 ) ，c 0 2s e q u e s t r a t i o n ( 0 7 4t o2 16t h u n 2 ) ，s o i l r e t e n t i o n ( ii 4 1t o1 3 8 6t h m 2 ) ，a n ds o i ln u t r i e n t sp r o t e c t i o n ( 0 0 6t o0 9 8t h m 2 ) b a s e do n2 0 0 4 p r i c e s ，t o t a le c o n o m i cv a l u e so fe c o s y s t e ms e r v i c e so fg r e e n h o u s ea g r i c u l t u r ei nt h et w or e g i o n s w e r e6 8 8 7 1a n d3 4 0 6 4y u a l l h i i l ，w h i c hw e r e3 3 9 4 6a n d5 5 5 8y u a n h m 2h i g h e rt h a nt h a to fo p e n v e g e t a b l ef i e l d , r e s p e c t i v e l y a l t h o u g ht h ee n v i r o n m e n t a l c o s t sa s s o c i a t e dw i t hg r e e n h o u s e a g r i c u l t u r ei nt h et w or e g i o n sw e r e7 6 4a n d14 3 0y u a r m m 。h i 曲e rt h a nt h a to fo p e nf i e l d v e g e t a b l ef i e l d ，i ti sw o r t h w h i l et op r o m o t eg r e e n h o u s ea g r i c u l t u r eb yp r o d u c i n gh i g h e rn e t b e n e f i t sf o rp r o p r i e t a r yf a r m e r sa n de v 朗 lt h ew h o l es o c i e t y ( 4 ) s t u d yo ne c o s y s t e ms e r v e so ft e ap l a n t a t i o n t h e r ew e r et h el a r g e s tt e ap l a n t a t i o na r e aa n dl o n g e s tc u l t i v a t i o nh i s t o r yi nc h i n a i na b o u t 6 0y e a r s ，t h ea r e ah a se x p a n d e dq u i c k l ya n dn o wi ti sa b o u t7 0 0 o f t h e1 9 5 0 sa r e a i nt h i sp a p e r , t h ee c o s y s t e ms e r v i c e si ns o u t h e r nt e ap l a n t a t i o nr e g i o na r ei d e n t i f i e d t h ee c o n o m i cv a l u e so f e c o s y s t e ms e r v i c e sa r ec a l c u l a t e db a s e do nt h e2 0 0 4d a t aa n dc o m p a r e dt ot h a to fn a t u r a ls h r u b a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so fc o s t - b e n e f i ta n a l y s i s ，s o m em e a s u r e st oi m p r o v et h et e ap l a n t a t i o ni n s o u t h e mr e g i o na r eg i v e n t h er e s u l t ss h o wt h a t ： c o m p a r e dt on a t u r a ls h r u b ，t e ap l a n t a t i o nd e m o n s t r a t e sh i g h e rc a p a c i t yi ny i e l d ( 3 0 9 5t h m 2 ) ， c 0 2s e q u e s t r a t i o n ( 6 9t h m 2 ) ，s o i lr e t e n t i o n ( 0 15t h m 2 ) ，w h i l el e s ss o i ln u t r i e n t sp r o t e c t i o n ( o 0 5 t h m 2 ) a n dw a t e rs t o r e d ( 9 3 2 7 0 7n d h m 2 ) b a s e do n2 0 0 4p r i c e s ，t o t a le c o n o m i cv a l u e so f e c o s y s t e ms e r v i c e si nt e ap l a n t a t i o nw a s9 0 4 2 7 4y u a n h m 2 ，w h i c hw a s2 9 6 4 4 5y u a n l i i i l 2h i g h e r t h a nt h a to fn a t u r a ls h r u b f o rt h ev a l u eo ft h ed i r e c tg o o d s ，t e ap l a n t a t i o ng o ta d d i t i o n a l6 9 2 3 2 1 y u a n h m 2e a c hy e a r h o w e v e r , t h ev a l u eo ft h ei n d i r e c te n v i r o n m e n t a ls e r v i c e so ft e ap l a n t a t i o n w a s2 1 2 0 3 3y u a w h m 2l e s st h a nt h a to fn a t u r a ls h r u b f u r t h e r m o r e ，t h ee n v i r o n m e n t a lc o s t a s s o c i a t e dw i t ht e ap l a n t a t i o ni nt h er e g i o nw a s0 8 0y u a n h m 2h i g h e rt h a nt h a to fn a t u r a ls h r u b i n t o t a l ，t e ap l a n t a t i o np r o v i d eah i g h e re c o n o m i cv a l u eo fe c o s y s t e ms e r v i c e st h a nt h a to fn a t u r a l s h r u ba n dt h er e s u l t so fc o s t - b e n e f i ta n a l y s i ss h o w e dt h a ti ti sw o r t h w h i l et op r o m o t et h i s c u l t i v a t i o nm o d e a n dt h ei m p r o v e m e n to ft e ap l a n t a t i o ni ns o u t h e r nr e g i o ns h o u l dn o to n l y c o n c e n t r a t eo nt h ey i e l d , b u ta l s oa d d r e s st h ei m p a c to fp r a c t i c e so ne c o s y s t e ms e r v i c e sa n d t r a d e - o f fa r n o n gd i f f e r e n te c o s y s t e ms e r v i c e s ( 5 ) s t u d yo ne c o s y s t e ms e r i v e so f a r t i f i c i a lg r a s s l a n d i v a b o u t9 0 o ft h ea l e ao fn a t u r a lg r a s s l a n di nc h i n ah a sb e e nd e 黟a d e do nd i f f e r e n td e g r e e s a n dt h eg r a s sp r o v i s i o nh a sb e e ni m p a c t e d i ti si m p o r t a n tt od e v e l o pa r t i f i c i a lg r a s s l a n dt o m a i n t a i nt h ey i e l do fg r a s sa sw e l la st op r o t e c tn a t u r a lg r a s s l a n d t h ee c o n o m i cv a l u e so f e c o s y s t e ms e r v i c e so fa r t i f i c i a lg r a s s l a n di ns h a n x x i ，g a n s ua n dn i n g x i aw e r ec a l c u l a t e db a s e do n t h e2 0 0 4d a t aa n dc o m p a r e dt ot h a to fn a t u r a lg r a s s l a n d t h er e s u l t ss h o wt h a t ：c o m p a r e dt o n a t u r a lg r a s s l a n d ，a r t i f i c i a lg r a s s l a n dd e m o n s t r a t e sh i g h e rc a p a c i t yi ny i e l d ( 3 0 7t h m 。) ，c 0 2 s e q u e s t r a t i o n ( 4 4 7t h m ，w h i l el e s s s o i lr e t e n t i o n ( 1 21t i n n 2 ) ，s o i ln u t r i e n t sp r o t e c t i o n ( 0 0 2 t h m 2 ) a n dw a t e rs t o r e d ( 1 0 0 1 8 9 m 3 h m 2 ) b a s e do n2 0 0 4p r i c e s ，t o t a le c o n o m i cv a l u e so f e c o s y s t e ms e r v i c e so fa r t i f i c i a lg r a s s l a n di nt h es t u d yr e g i o n sw a s3 3 2 6 7 8y u a w h m 2 ，w h i c hw a s 3 6 3 5 8y u a n l m l h i 曲e rt h a nt h a to fn a t u r a lg r a s s l a n d t h ee c o n o m i cv a l u eo fd i r e c tg o o d sa n d i n d i r e c te n v i r o n m e n t a ls e r v i c e so fa r t i f i c i a lg r a s s l a n dw e r e3 3 6 6 6a n d2 6 9 2y u a n m m 2t h a nt h a to f n a t u r a lg r a s s l a n d , r e s p e c t i v e l y d e d u c t e dt h ee n v i r o n m e n t a lc o s t , o 11 ”墒n m m 2 ，t h en e te c o n o m i c b e n e f i t sp r o v i d e d b ya r t i f i c i a lg r a s s l a n dw e r e3 6 3 4 7y u a n h m 2h i g h e rt h a nt h a to fn a t u r a l g r a s s l a n d t h e r ea r em u c hm o r ew o r k t od ot op r o m o t ea r t i f i c i a lg r a s s l a n di nc h i n a , i nw h i c hh o w t ob a l a n c et h et r a d e o f fb e t w e e ne c o n o m i ca n de n v i r o n m e n ti st h ek e y ( 6 ) c o m p a r s o ne c o n o m i cv a l u e so fe c o s y s t e ms e r v i c e so fd i f f e r e n ta r t i f i c i a le c o s y s t e m s c o m p a r i n gt h ee c o n o m i cv a l u e so fe c o l o g i c a ls e r v i c ei nd i f f e r e n ta r t i f i c i a le c o s y s t e m s ，t h e d e v e l o p m e n tp o t e n t i a l o ft h ed i f f e r e n ta r t i f i c i a le c o s y s t e m sw a sw e i g h e d t oi m p r o v et h e s u s t a i n a b i l i t ya n de c o s y s t e ms e r v i c e sp r o v i s i o nc a p a c i t yo fa r t i f i c i a le c o s y s t e m s ，t h ec h a r a c t e r so f d i f f e r e n ta r t i f i c i a le c o s y s t e m ss h o u l d b es t u d i e da n dc o m p o r t e d k e y w o r d s ：g r e e n h o u s ec u l t i v a t i o n ；t e ap l a n t a t i o n ；a r t i f i c i a lg r a s s l a n d ；m a s sb a l a n c e ；l i f e c y c l ea s s e s s m e n t ；c o s t - b e n e f i ta n a l y s i s 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝江叁堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：盘嗽 签字日期： 必f o 年j 月，f 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解迸姿盘堂 有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：直敞 导师签名： 签字同期：的1 6 年3 月心日 签字f l 期：声f 口年岁月f 如 致谢 本研究是在导师葛滢教授和常杰教授悉心指导下完成的。从论文的选题、实验设计到论 文的撰写，整个过程都凝聚着导师的心血。导师渊博的知识、严谨的治学态度、一丝不苟的 工作作风深深地影响着我，使我终生受益。在此，向两位导师表达最衷心的感谢! 在本文的立题、实验设计、实验和论文写作过程中，许彬教授和彭长辉教授提供了大 量的帮助，实验室的同学也给予了无私的指导和帮助。杨武、王猛、曹海琴、温家石、王燕、 刘冬、李世玉、储子彦、吴旭、谷保静、薛慧在我的实验和论文写作上提供了许多宝贵的意 见和建议，正是大家的帮助和关心使我顺利完成了学业，在此向他们表示最诚挚的感谢! 刘安钦 2 0 1 0 年1 月 第一章引言 地球上的生物圈及各种生态系统提供了大量生态系统服务，是人类赖以生存和发展的基 础( m a ，2 0 0 5 ) 。人类为了维持自身的生存与发展就必需从生态系统中获得产品，或改变生 态系统的结构和功能来生产所需的产品( 郑华等，2 0 0 3 ) ，也就是说，人类维持自身的生存与 发展就是人类充分利用生态系统服务功能的过程。在人类个体数量维持在自然生态系统的容 纳量范围内时，生态系统可提供的服务对人类来说是一个很大的数值，可以看做是无限大的。 所以在相当长的历史时期内，人类错误地认为生态系统是大自然的赠与，是取之不尽、用之 不竭的( 李文华等，2 0 0 9 ) 。人与自然的关系被理解为利用贡献和索取的关系。然而随着世界 人口的巨增，自然生态系统可提供的服务已不再是无限大的数，自然生态系统遭到了人类活 动的巨大冲击与破坏，资源的过度消耗和环境污染的日益加剧，已直接威胁到人类的生活和 社会发展( h o o p e ra n dv i t o u s e k , 1 9 9 7 ) 。2 0 世纪9 0 年代以来，随着生态系统服务研究在全球 范围内迅速展开，人们也逐渐认识到自然生态系统为人类提供的各类产品和服务的巨大价值 及其重要性( c o s t a n z ae ta 1 ，1 9 9 7 ) 。 随着人口的增长和需求的扩大，人类逐渐依赖人工生态系统，如农业系统和城市系统等 提供的产品和服务。在整个地球陆地表面，农田占3 0 ( f o l e ye ta 1 。2 0 0 5 ) ，牧场占了6 - 8 ( 郑华等，2 0 0 3 ) ，城市占了总面积的2 - 1 0 ( p o t e r ea n ds c h n e i d e r , 2 0 0 7 ；郑华等，2 0 0 3 ) ， 这些生态系统被人类改造或完全改变，其生物地球化学循环不仅仅遵循自然规律，更多的是 被人类所控制( k a y ee t a l ，2 0 0 6 ) 。虽然生物圈i i 号试验的经验证明：在目前条件下，人工 生态系统不能完全的替代自然生态系统。但是在大多数情况下，人工管理的生态系统能够有 效地提供单一或者几种生态系统服务。由于缺少了自我调节和自我维持能力，人类正确的决 策和参与对于维持人工生态系统平衡，保证生态系统服务供给至关重要( r o b e r t s o na n d s w i n t o n , 2 0 0 5 ) 。在人类需求不断增大，自然系统不断退化的情况下，如何保证人类社会的 发展和生态系统服务的持续性，如何取舍人类福祉的短期供给和自然环境保护，以维持长期 人类福祉供给，是全世界决策者所面临的共同挑战。 在保证社会经济效益的前提下，减少对环境的负面影响，保证生态系统服务的供给，以 可持续发展的方式运行人工生态系统，是应对上述挑战的方法之一( t i l i t l 锄e ta 1 ，2 0 0 2 ；f o l e y 酣a l ，2 0 0 5 ) 。然而，现阶段我们对人工生态系统的生态系统功能和服务了解不多，对其生 态系统服务价值知之更少。生态系统服务价值的评估，有助于理解生态系统的功能、过程以 及决策的制定( c o s t a n z 如2 0 0 0 ) 。例如，c o s t a n z a e ta 1 ( 1 9 9 7 ) 对全球生态系统服务价值的 研究报道后，成功的引起了人们对生态系统服务的重视，并激发了进一步研究的热情。另外， 环境资源的价值以货币形式可获得可比性的表达，引起人们的重视并纳入到决策过程之中 ( d a l y ，1 9 9 8 ) 。因此，科学评估人工生态系统的生态系统服务及其价值，研究典型人工生 l 态系统对周边环境的影响，对于保证人类福祉，实现全球的可持续发展有重要的战略意义。 1 生态系统服务定义及分类 1 1 生态系统服务定义 人类很早就意识到了生态系统对人类自身生存和社会发展的支撑作用。古现代意义上的 生态系统服务最早见于1 8 6 4 年m a r s h 的著述人与自然；2 0 世纪4 0 年代，o s b o m 和v o g t ( 1 9 4 8 年) 提出和发展了生态系统概念与理论，为人们研究生态系统服务功