第十五章应用生态学（二）生态系统服务.ppt

生态系统服务 一 全球生态系统服务价值的第一次评估生态系统服务 ecosystemservices 是指对人类生存和生活质量有贡献的生态系统产品 goods 和服务 services 产品是指在市场上用货币表现的商品 服务是不能在市场上买卖 但具有重要价值的生态系统的性能 如净化环境 保持水土 减轻灾害等 自Holdren和Ehrlich 1974 提出生态系统服务概念以来 生态学界就给予很大重视 尤其是美国马里兰大学生态经济学研究所所长Costanza等 1997 在 Nature 杂志发表关于 世界生态系统服务和自然资本的价值 文章和出版Daily的 生态系统服务 人类社会对自然生态系统的依赖性 一书以后 一个研究生态系统服务的热潮正在兴起 各国领导 科学家和公众对保护生物多样性的重要性认识和支持积极性都显然地提高 Castanza根据已出版的研究报告和少数原始数据进行最低估计 获得全球生态系统提供的服务总价值为 每年平均33万亿 16 54亿 美圆 与之相比 1997年全球GNP的年总量为18万亿美圆 即全球生态系统服务总价值大约为当年全球GNP的1 8倍 下表是Roush简化后的数据 全球生态系统服务的价值 引自Roush Science 276 1029 1997 生态系统面积价值全球价值 百万hm2 hm2 a 万亿 a 海洋33 2002528 4近海水域3102405212 6热带森林190020073 8其它森林29553020 9草地38982320 9湿地33014 7854 9湖泊河流20084981 7农田1400920 1全球总价值 33 3万亿美圆 八种生态系统的比较 说明单位面积价值最高的是湿地 14785 其次是湖泊河流 8 494 然后是近海水域 4 052 热带森林 2 007 其它森林 302 海洋 252 草地 而农田最低 9 森林生态系统的意义 尤其是热带森林 是大家谈得最多的 中小学课本都有介绍 如保持水土 调节气候 净化空气 提供野生动物栖息地等 湿地的主要生态系统服务功能是 1 湿地是初级生产力最高的生态系统 如芦苇塘 与森林比较 其不进行生产的支持组织的量的 2 湿地又称 自然之肾 调节自然界的谈水量 具有抗干旱和抗洪水的能力 3 湿地在养分循环上具有特别重要意义 4 湿地在净化环境污染物方面有重要的作用 5 鸟类等生物多样性很高 继Costanza之后 BioScience Dec1997 47 11 747 又报道了 美国生物多样性经济价值初步估计 的文章 估计美国每年从生物多样性 如有机废物处理 土壤形成和生物固氮等 可以获得3千亿美圆 根据1998年出版由国家环境保护局主编的 中国生物多样性国情研究报告 发表的我国生物多样性价值初步统计 直接使用价值达2000亿美圆 年 间接使用价值达4万亿美圆 年 对于生态系统服务 有几点认识是值得强调的 1 只要自然生态系统存在 各种生态过程在正常的运行着 不管人们是否认识其意义和估计了它的价值 它都给居住在地球上的人类 提供着无偿的 或有偿的服务 生态系统服务都是客观存在的 它是与生态过程紧密地结合在一起的 生态系统 包括其中各种生物种群 在自然界的运转中 充满了各种生态过程 同时也就产生了对人类的种种生态系统服务 另一方面 由于生态系统服务在时间上是从不间断的 所以从某种意义上说 其总价值是无限大的 全人类的生存和社会的持续发展 都要依赖于生态系统服务 2 最重要的生态系统服务价值多数是没有进入市场的间接价值 对环境和生命维持系统的许多重大调节功能 例如CO2和O2平衡 水土保持 土壤形成 净化环境等 这部分价值在以往被人们认为是可以 免费 使用的 公共的 自然恩施 社会对此并没有任何控制 并且其价值明显地大于可以作为买卖的直接价值 要使公众和政府认识生物多样性保育的重大意义 其主要困难就在于人们如何把有价值的自然生态过程的种种机理都能认识和掌握 并加以定量 把非财政利益翻译为财政利益 但是 传统的经济学并没有估计这类生态系统服务的间接价值 因此 很多学者认为 发展生态经济学是当前重要的任务 从这个意义上说 生态系统服务的价值 就是现在所称为的自然资本 生态经济学的迫切职责 就是要把它估计出来 3 生态系统服务中 有不少是跨地区 超越国界的 例如热带森林对于保护良好气候和减少温室气体上具有重要的作用 不少属于这一类生物多样性的生存价值 existencevalue 其价值不能从本地生物资源直接获得 而依附于别的国家的 遥远的生态系统 因为世界发展中国家多数为富有生物多样性的 而发达国家由于其发达的企业 许多环境污染物 如燃料消费和化学物生产 的产生往往大部分来源于它们 国际保护署曾为此偿还发展中国家某些债务 以交换其为生物多样性的保护所做出的贡献 即所谓 以货易货的自然债务 的原则 同样 我国东部人民也依赖与西部公众的生物多样性的保护 广东北部是山区 东南部是发达地区 同样应该支持欠发达的山区 4 Costanza还提出 据此研究可以得到一个重要结论 社会应彻底检查和修改其环境和经济政策 例如对湿地丧失收取税收 当然 也有学者说 每个生态系统是不同的 通用的环境税可能会导致某一些地区的过保护 和另一些地区的低保护 不过 后者显然是可以通过试行和在实践中的修正而解决的 过保护和低保护的提法 表明了他们既反对只就发展经济而忽视自然保护 又反对只要保护不能开发的两种极端片的观点 5 Holmhand等 1999 把生态系统服务划分为基本的和需求推动的两类 前者指维持生态系统功能和稳定性所必须的 它们都是人类生存的基本前提 通常没有与市场的经济价值发生直接的联系 后者如食品 水产养殖和药用植物种植的产品等 它们由人类需求和直接经济价值所驱动 并依赖于自然生态系统 因此对于人类而言 获取产品和维持稳定生存条件的基本生态系统服务之间常常有一个权衡 trade off 问题 例如 过多的种植和养殖系统必然会影响到自然生态系统对人类提供的基本服务 对此如何进行协调 正确的定量的评估两类生态系统服务的价值也是正确做出决策的基础 而这一点正是人们所容易忽视的 下表提供了各种生态系统服务项目在各类生态系统中的相对重要性 尽管Costanza的数据是初步的 但是对于我们了解各类生态系统在那些服务方面最为要紧是有参考意义的 全球各种生态系统服务的年平均价值1234567891011121314151617生物每1ha全球群落气体气候干扰水调水供防侵土壤养分废物传粉生物避难食物原材基因休闲文化价值总值调节调节调节节应蚀形成循环处理防治所生产料资源游乐海洋38 118 5150762528 381海岸88 3 677 38893482624 05212 568热带林2235682451092287323154111222 0073 813其他森林880108745025362302894草地7032918725236702232960湿地1334 539153 8004 17730425610657488114 7854 879湖泊 河流5 4452 117665412308 4981 700农田1424 54 92128总计13416841 7791 1151 6925765317 0752 2771174171241 386721798153 10533 268 例如 1 湿地在养分循环 抗干扰和调节 废物处理上具有特别重要意义 2 湖泊河流对水调节和水供应 闲旅游具有重要作用 3 热带森林的提供项目较多 从养分循环 原材料提供 到防侵蚀 气候调节和休闲旅游 基因资源等 3 近海水域对于养分循环 食品生产和抗干扰调节也具有不少贡献 把这些点与我们以前所学的生态学知识相联系起来 不但很容易得到理解 而且证明我们所学生态学原理的应用价值 并说明生态学工作者年对各级领导能提出有价值的建议 总结生态系统服务价值估计的重要意义其重要意义表现在 1 生态系统服务估价较好地反映了自然资本 naturalcapital 的价值 它在提高公众对生物多样性重要性意识和国家领导人作出保护生物多样性和生态系统的决策的决心 过去的实践表明这是非常重要的 因为人们通常容易把发展经济与保护自然环境对立起来 2 它从理论上说明 生态系统的许多服务项目 是人类几乎无法用其它方式替代的 据估计 要想通过人类自己来解决这些服务 每年至少要花人均九百万美元 3 各种生态系统服务项目在各类生态系统上的相对价值 有助于说明其对于人类社会持续发展的相对重要性 从而为各级政府有关部门在制定具体方案和采取措施中提供了背景值 也有助于解释生物多样性为什么正在损失 毕竟这项研究还是初步的 也存在不少问题 例如 在地球上的生态系统中 人们对荒漠 冻原等生态系统还没有充分研究资料 即使已经有很多资料的生态系统 也会有人们忽视或没有认识的重要服务项目 在不同洲和不同区域的同一类生态系统 其生态过程也可能有重要的区别 它们也必然会影响到其服务的价值 因为生态系统生态学的理论本身还处于尚未充分发展的阶段 所以 全球生态系统服务价值的研究只能说是一种探索性的研究 不可避免地有其局限性 但是 最重要的是 这项研究刺激了生态系统服务的进一步研究 包括生态系统模型的构建 自然生态与社会经济的结合 全球生态系统更深层次的研究 二 对于生态系统服务价值评估的争论Costanza 1997 的文章在Nature发表以后 媒体反响很大 到2002年2月 科学期刊的引用就达到375篇 还有四种刊物出版了 生态系统服务价值评估 的专刊或论坛 EcologicalEconomics1999年2期 BioScience2000年4期 Ecosystem2000年3期 EnvironmentalScienceandTechnology2000年8期 这一方面说明了问题的重大 这些概念和方法有助于指导人类在发展经济与保护自然之间进行权衡时作出科学和合理的决策 以使人类社会得以持续生存和发展 另一方面也表明还有许多争论 下面以Ecosystem2000年3期的某些观点进行简单介绍 ECOSYSTEMS 其主编是CarpenterandTurner 2000 vol3 Issue1组织了一批文章 专门讨论 生态系统服务价值的评估 valuationofecosystemservices 第一篇 OpeningtheBlackBoxes EcosystemScienceandEconomicValuationStephenR Carpenter andMonicaTurner该文章题目就是打开黑箱 他们在强调评估意义时 并指出经济学家和生态学家对此还有不少争论 因此 他们邀请了各方著名的自然和社会科学家 写文章讨论生态系统服务的评估问题 SocialGoalsandtheValuationofEcosystemServicesRobertCostanza 综述了评估的动机 并区分了导致研究途径和方法不同的三种目的 efficiency fairness 公平 sustainability EcosystemValuationunderUncertaintyandIrreversibilityJean PaulChavas综述了经济学家评估这个问题的各种途径 并指出了这种评估是在不确定的和不可逆性的情形下进行的 ShadowPricinginEconomicsDavidA Starret预示了从经济学价值概念看生态学评估的 阴暗面 ValuatingEcosystemServicesGeoffreyHeal讨论了从经济学评估的前景 并认为生态学家可能把焦点投放到激励机智上将会有更好的效果 ValuationofEcosystemServicesinInstitutionalContextLowellPritchardJretal指出 生态学价值是自然 社会互作的动态变化结果 并认为在选择对策时考虑可适应管理的重要性 这是解决生态的 社会的 和政治的不确定性的比较好的方法 很明显 在当时的条件下 对于生态系统服务的评估问题的看法是很不一致的 争论是相当大的 我们就以Heal文章的结论来说 强调对于生态系统及其服务进行评估 这可能是错了位 经济学不可能对自然环境对社会的重要性作出估价 只有生物学才能做 经济学的作用是帮助设计制度 使制度为保护重要的自然系统提供激励机制 并调节人类对于生物圈的影响 使其保持持续 例如 热带森林保护与它成为二氧化碳汇 如果给森林土地所有者 100 150 公顷 年 这正说明两个学科还没有很好的结合 还有学者设想 要考虑生态系统的复杂性和弹性 用非线形和动态行为 可适应制度 adaptiveinstitution 来综合经济学和生态学两种评估方法 Pritchardetal Ecosystems 3 36 40 2000 可能是最有希望的 但是 这只是一种有价值的思路 在当时还没有见到这样的研究论文 三 生态系统服务价值研究的最近进展今年的EcologicalEconomics2002年3期是关于生态系统服务价值及其动态的专刊 它反映了这方面的进展SPECIALISSUE TheDynamicsandValueofEcosystemServices IntegratingEconomicandEcologicalPerspectives这期专刊的题目是生态系统服务的价值及其动态 专刊包括12篇论文 目的是说明生态系统服务价值评估的概念与方法 这是国家生态分析和综合中心 NCEAS 支持的三年研究结果 这些文章覆盖了生态系统服务和动态问题的概念的 经验的和模型的方面 它对于长期争论的问题提出了新的回答 在研究过程中也发现了关于生态系统服务价值评估的许多新的有兴趣的问题 一 我认为下面这篇文章是最重要的 ModelingthedynamicsoftheintegratedearthsystemandthevalueofglobalecosystemservicesusingtheGUMBOmodelpp 529 560RoelofBoumans RobertCostanzaa1 JoshuaFarleya1 MatthewA Wilsona1 RosimeiryPortelab JanRotmansc FerdinandoVillaaandMonicaGrassod它报道一个新的模型 全球统一的 生物圈的 meta 模型 globalunifiedmetamodelofthebiosphere GUMBO 为什么叫meta 模型 因为它综合和简化了现有的自然和社会科学中现有的全球动态模型 是中等复杂程度的模型 模型的目的是模拟综合地球系统 估计生态系统服务的价值和动态 GUMBO模型有234状态变量 930总变量和1715参数 GUMBO是在动态地球系统中关于人类技术 经济生产和福利 和生态系统服务之间包括动态反馈的第一个全球模型 Fig 1 BasicstructureofGUMBO Thehydrosphere lithosphere andbiospherearereproducedforeachof11biomes STELLAdiagramstoindicatethegeneralcomplexityofthestructureofeachspherearegiveninFigs 2 9 Thefullmodelandequationsareavailablefordownloadat http iee umces edu GUMBO GUMBO包括若干子模型 模拟通过气圈 岩圈 水圈和生物圈的碳 水和营养物流 社会和经济动态在人类圈之内模拟 GUMBO连接这五个圈 通过11biomes 包括了地球的整个表面 对每一个biomes的11种生态系统服务的动态进行了模拟和价值估计 14个关键变量具有1900 2000年的定量的时间系列数据 经相关分析 其平均R2是0 922 在假设了未来的技术变化 投资对策和其它因素的情况下 模拟了未来 并估计了各种情况下能够支持经济活动和人类福利的生态系统服务价值 用这个方法估计的全球生态系统服务价值大约是2000年世界总生产值 GWP 的4 5times 本模型能够下载 并且在一般的PC机上运行 允许使用人探讨系统的复杂打通 预测各种假设下的情况 二 模型是怎样估计市场和非市场价值的 下篇文章作了回答PaulC SuttonandRobertCostanzaGlobalestimatesofmarketandnon marketvaluesderivedfromnighttimesatelliteimagery landcover andecosystemservicevaluation 509 527 用1km2精度的两类人造卫星图象估计全球市场和非市场的价值 GDP 国内生产总值 与被测国家散发的光能总量 LE 用夜间卫星图象 是相关的 散发的LE 在空间上比整个国家的GDP更