恢复生态学-第十二章-生态系统服务与健康管理

第十二章生态系统服务与

健康管理与恢复生态学发展密切相关的前沿科学理论第一节生态系统服务的概念与内涵第二节生态系统服务价值的评估及保护第三节生态系统管理第一节生态系统服务的概念与内涵一、生态系统服务的定义人类直接或间接从生态系统功能中获取的利益，生态系统不仅为人类提供了食品、医药及其他生产生活原料，更重要的是维持了人类赖以生存的生命支持系统，维持生命物质的生物地化循环与水文循环，维持生物物种与遗传多样性，净化环境，维持大气化学的平衡与稳定，而且在人类生存与现代文明中具重要意义。一、生态系统服务的定义生态系统服务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）。(一)、提供人类生活消费的产品(二)、保证人类生活质量的功能清洁环境，大气组成平衡，多样性，水质净化。。。。。。有机废物的降解,污水处理最终是要在河流、湿地等完成二、生态系统服务与退化生态系统恢复恢复的最终目标是恢复并维持生态系统的服务。生态系统的服务功能框架——即希望恢复后的生态系统尽量具有以下服务：生态系统的产品，生物多样性，为人类创造和丰富精神生活和文化生活，自然杀虫，传粉播种，净化空气和水，减缓旱涝灾害，土壤的形成、保护及更新，废物的去毒和分解，种子的传播，营养的循环和运移，保护海岸带，防止紫外线的辐射，以及帮助调节气候等。三、生态系统服务的研究历史与发展方向在很早以前人类就注意到生态环境对社会发展的支撑作用。柏拉图；Marsh－《人与自然》；Osborn1974年由Holdren和Ehrlich提出生态系统服务的概念。《人口与全球环境》1997年美国马里兰大学生态经济研究所所长Costanza等

《世界生态系统服务和自然资本的价值》；《生态系统服务：人类社会对自然生态系统的依赖性》

三、生态系统服务的研究历史与发展方向生态系统服务的研究现状目前的许多研究都集中在某一类型的生态系统服务功能进行分析。事实上，对于同一种类型的生态系统来说，不同的大小、结构以及与其他生态系统的空间组合，就其生态系统服务功能来说，都存在着巨大的差别。因此，有必要在区域尺度上对生态系统进行研究。Myers曾运用遥感和GIS对世界森林生态系统的服务价值进行了评估。三、生态系统服务的研究历史与发展方向生态系统服务发展方向。各种计算机软件和模型的应用，有助于对生态系统得具体服务功能进行分析，并能够解决功能价值核算过程中的复杂运算过程。对生态系统服务功能价值核算的目的是指导生产实践，实现区域可持续发展。因此，有必要将生态系统服务功能研究与区域规划相结合，使之成为区域规划的一个重要依据。四、生态系统服务的内容序号生态系统服务项目生态系统功能举例1气体调节大气化学成分调节CO2/O2平衡，O3防紫外线、SOX水平2气候调节全球温度、将水及其他由生物媒介的全球及地区性气候调节温室气体调节，影响云形成的二甲基硫（DMS）产物3干扰调节生态系统对环境波动的容量、衰减和综合反应风暴防止、洪水控制、干旱恢复等生境对主要受植被结构控制的环境变化的反应4水分调节水文流的调节为农业、工业和运输提供用水Costanza等(1997)定义的生态系统服务项目5水分供应水的贮存和保持向集水区、水库和含水岩层供水6侵蚀控制生态系统内的土壤保持防止土壤被风、水侵蚀，把淤泥保存在湖泊和湿地中序号生态系统服务项目生态系统功能举例7土壤形成土壤形成过程岩石风化和有机物积累8养分循环养分的贮存、内循环和获取固氮、N、P和其他元素及养分循环9废物处理过多或外来养分，化合物的去除或降解固体处理，污染控制，解除毒性10传粉有花植物配子的运动提供传粉者以便植物种群繁殖11生物防治生物种群的营养动力学控制关键捕食者控制被食者种群，顶级捕食者使食草动物减少12庇护为常居和迁徙种群提供生境育雏地、迁徙动物栖息地、当地收获物种栖息地或越冬场所13食物生产总初级生产中可用为食物的部分通过渔、猎、采集和农耕收获的鱼、鸟兽、作物、坚果、水果等14原材料总初级生产中可用为原材料的部分木材、燃料和饲料产品15基因资源独一无二的生物材料和产品的来源医药、材料科学产品，农作物抗病和抗虫的基因，家养物种16休闲娱乐提供休闲旅游活动机会生态旅游、钓鱼运动及其他户外游乐活动17文化提供非商业性用途的机会生态系统的美学、艺术、教育、精神及科学价值四、生态系统服务的内容(一)、物质生产植被：初级生产，8万种植物，20种栽培植物动物：次级生产，动物蛋白草地：畜牧业的基础森林：橡胶、纤维、染料、胶类、鞣酸、植物油、蜡

(二)、维持生物多样性生态系统不仅为各类生物物种提供繁衍生息的场所，而且还为生物进化及生物多样性的产生与形成提供了条件。

为农作物品种的改良提供了基因库。现有农作物需要野生种质的补充和改善。多种多样的生物种类和生态系统类型具有产生新型食物和新型农业生产方式的巨大潜力。生物多样性对人的身心健康亦至关重要，生态系统是现代医药的最初来源。150－118药物生物多样性维护着生态系统稳定性

(三)、传粉、传播种子植物靠动物传粉（pollination）是互惠共生的协同进化形式，有22万种植物。有些动物具有贮存和埋藏食物的行为。植被的正常存活和更新取决于与其有关动物的存在和数量。(四)、生物防治全球每年有25%-50%的农产品被有害生物消耗；农田杂草与作物竞争光、水分和土壤养分，减少作物收成。现代农业施行集约经营，依赖单一作物品种，施用大量农药化肥。(五)、保护和改善环境质量植物和微生物

动物

物质循环(六)、维持土壤功能土壤的作用；天然基因库

土壤动物数量20%退化，CO2和CH4含量

四、生态系统服务的内容(七)、减缓干旱和洪涝灾害水良好的介质，水循环－气候和物质森林和植被在减缓干旱和洪涝灾害中起着重要作用，成为生态的屏障；森林和草原植被中的土壤有许多孔隙和裂缝，既是水的贮藏库，也是水往地层深处移动的通路；湿地草根层和泥炭层，具有很高的持水能力，是巨大的贮水库，能够削减洪峰的形成和规模，为江河和溪流提供水源，有助于区域水的稳定性。湿地有助于调节气候，防止环境趋于干旱。四、生态系统服务的内容(八)、净化空气和调节气候陆地生态系统的生物净化作用包括植物对大气污染的净化作用和土壤-植物系统对土壤污染的净化作用；湿地植被减缓地上水流的流速，流速减慢和植物枝叶的阻挡，亦使水中泥沙得以沉降。同时，经过植被和土壤的生物代谢过程和物理化学作用，水中的各种有机的和无机的溶解物和悬浮物被截留下来。许多有毒有害的复合物被分解转化为无害甚至有用的物质。四、生态系统服务的内容(九)、休闲、娱乐人一旦进入自然的怀抱之中，便会感受到自然宽广胸怀，油然而生的和平、宽松、友好的情绪是人为之大振，压抑减轻，心理和生理病态得到康复和愈合；自然中洁净的空气和水，有助于人身心整体健康，人的性格和理性智慧得以丰富而健康地发展；不少野生动物以其形色、姿态、声韵或习性的优异给人以精神享受，增加生活情趣；绿色植物千姿百态的风景区是人们娱乐、疗养的好地方。四、生态系统服务的内容(十)、美学感受自然美首先是形象美。地球作为一个星球，与别的星球不同的最突出的特征是具有名山大川，具有众多的物种。物种多样性是通过空间立体性来表现。各地独特的自然环境和动植物区系在漫长的文化发展过程中塑造了各民族的特定习俗、性格特征、生产和生活方式，形成各具特色的地方文化和民族文化。第二节生态系统服务价值的评估及保护一、生态系统服务的价值评估(一)、全球生态系统服务价值估算1997年Costanza等主要采用直接或间接地对生态系统服务的意愿支付的估计，包括生态系统服务向产品提供支付一定的价值外，还要提供非市场性的美学价值、存在价值和保护价值等。1.市场价值评估方法

2.非市场价值评估方法：替代成本法，旅行费用法，享乐价值法3.条件价值法，

集体评价法全球7种生态系统各种服务项目价值（美元/年.hm2×1012）生态系统海洋近海水域热带雨林其他森林草地湿地湖泊河流农田总计面积/百万hm23320031031900295538983302001400气体调节3871331.341气候调节2238800.684干扰调节88545391.779水分调节6031554451.115水分供应8380021171.692侵蚀控制245290.576土壤形成101010.053养分循环118367792217.075废物处理87878741776652.277传粉25140.117全球7种生态系统各种服务项目价值（引自Costanza等，1997）生态系统海洋近海水域热带雨林其他森林草地湿地湖泊河流农田总计面积/百万hm23320031031900295538983302001400生物防治538423240.417庇护83040.124食物生产159332506725641541.386原材料4315251060.721基因资源4100.079休闲旅游821123625742300.815文化7662228813.015每hm2价值2524052200730223214785849892年总价值（万）8.412.63.80.90.94.91.70.133.268一、生态系统服务的价值评估(二)、中国生态系统服务价值估算陈仲新、张新时（1999）采用了Costanza等人（1997）提出的方法和参数，评价了中国各类生态系统的服务价值或功能效益。同时，将其对中国生态系统功能效益的测定结果与Costanza等人（1997）获得的全球生态系统的服务价值行了简单对比。一、生态系统服务的价值评估研究结果表明，中国生态系统效益的价值与中国与全球面积的比值是比较接近的，中国的总面积占全球的2.78%，中国生态系统的生态效益占全球的2.71%。但陆地所提供的生态系统效益价值低于全球平均水平较多。而根据各种生态效益分别评价,则多种生态效益所占全球的比重超过甚至远超过了这些平均比例。中国生态系统的服务价值（陈仲新、张新时，1999）生态系统效益生态系统价值（108USD/a）中国全球中国/全球（％）气体调节237.18134101.77气候调节224.5468403.28干扰调节1184.05177906.66水分调节297.40111502.67水分供给1319.54169207.80侵蚀控制和沉积物保持324.4457605.63土壤形成18.135303.42养分循环2561.301707501.50废弃物处理791.54227703.48传花授粉133.99117011.45生物控制178.6541704.28庇护72.5212405.85食物生产503.12138603.63原材料279.8172103.88遗传资源33.697904.26休闲234.5381502.88文化636.45301502.11总计9030.883326802.71生态系统类型面积(km2)单位价值(USD/km2)总价值(108USD/a)总价值(108RMB/a)陆地96000006786508.9256098.46森林129117713871790.7515433.98热带亚热带森林82159520071648.9414211.73温带森林/泰加林469582302141.811222.25草地43498442321009.168697.68红树林57599905.7449.51沼泽湿地158597195803105.3326763.90河流/湖泊508438498432.063723.83荒漠1499473冻原4120冰川/裸岩442461耕地180291092165.871429.56海洋47300005332521.9621736.02开阔海面43800002521103.769512.98海岸带35000040521418.2012223.04全国143300006309030.8877834.48中国各类生态系统的服务功能价值省区单位效益(RMB/hm2.a)总效益(108RMB/a)总效益排序省区单位效益(RMB/hm2.a)总效益(108RMB/a)总效益排序黑龙江173997867.0022广西44991063.52511台湾10349357.97121安徽4153595.98218云南87663364.3127甘肃36651526.1879海南8484265.15524贵州3619652.14416湖南81671739.5488西藏36024424.5674江西81051358.57310北京225137.15829福建7668950.57214宁夏2239118.29828四川72864217.4485陕西2105443.78220新疆677311154.9501山东1840290.90022内蒙古62627225.5343山西1717275.35323浙江6079605.20617河南1535261.36325广东5437959.75513天津150917.75930吉林51951007.94312辽宁1456214.97227江苏4766466.44119河北1356256.03526湖北4733887.20715上海7934.34831青海47303456.4036中国各省区生态系统的服务价值分析与排序中国各类生态系统的服务功能价值草地类型单位价值(USD/hm2.a)总价值(108USD/a)服务价值构成(％)温性草甸草原302.243.92.93温性草原183.475.45.03温性荒漠草原93.817.81.19高寒草甸草原63.34.30.29高寒草原58.624.41.63高寒荒漠草原40.23.80.26温性草原化荒漠95.910.20.68温性荒漠67.930.62.04高寒荒漠24.11.80.12暖性草丛338.922.61.51暖性灌草丛364.942.42.83热性草丛545.177.65.18热性灌草丛521.191.56.11干热稀疏灌草丛560.84.80.32低地草甸356.8906.01山地草甸339.956.83.79高寒草甸181.9115.97.74沼泽27282.9784.152.34合计1497.9100.00二、生态系统服务价值评估的重要意义(一)、生态系统服务估价能够反映自然资本的价值。提高公众意识。(二)、生态系统服务是人类几乎无法用其他方式替代的。(三)、生态系统服务项目在各类生态系统上的相对价值，有助于说明其对人类社会持续发展的相对重要性。三、生态系统服务价值的保护策略与途径(一)、自觉调整在发展中国家，保护全球生态系统服务对当地人民来说是不切实际的，这些人生活在温饱水平，习惯于无节制地使用自然生态系统，贫穷是导致生态环境恶化的重要根源。但是人们在得到了基本生活需要之后，就会想到安全和持久。在工业发达国家，“低物质化”即降低工业生产过程中的物料和能源消耗，已成为一种发展趋势。三、生态系统服务价值的保护策略与途径(二)、全民制约个人活动对生态系统服务的影响是微小的，但社会可以通过政府规章制度采取全民共同制。Tullock（1994）认为，社会规章的力量是巨大的，共同制约能够减轻对环境的累积性破坏，防止公共悲剧的发生。Vatn

与Bromley（1993）认为，允许完全自由地、长期地使用土地是阻止滥用公共资源的有效方法，因为土地所有权鼓励土地拥有者保护将来的使用，从而加强了环境管理。三、生态系统服务价值的保护策略与途径(三)、市场手段环境问题纳入影响人们行为的经济体制中去，在国家水平上，可采用“绿色核算体系”将环境意识融入经济措施。(Atkinson和Hamilton，1993）在工程项目水平上，可采用含义更广的损益分析，将开发过程中生态系统服务的损失与技术服务的收益同时纳入。第三节生态系统管理一、生态系统管理概述(一)、生态系统管理的定义指具有明确和可适应的目标，通过政策、协议和实践活动而实施的对生态系统的管理。具体包涵两个方面：生态系统管理必须要有明确的目标，它是由决策者最后确定的，但同时它又具可适应型，即可以根据实际情况进行修改；生态系统管理是通过制定政策、签订种种协议和具体的实践活动而实施的。一、生态系统管理概述(二)、生态系统管理的原则整体性原则动态性原则再生性原则循环利用性原则平衡性原则多样性原则一、生态系统管理概述(三)、生态系统管理的目标持续力持续力是普遍认为的生态系统管理的中心目标。生态系统健康生态系统健康是生态系统管理的目标，管理是着眼于保持和维护生态系统的结构、功能的可持续性，保证生态系统健康。1990年10月和1991年2月分别在美国马里兰和华盛顿召开了生态系统健康的专门会议，并确定生态系统健康成为环境管理的目标。二、生态系统健康管理(一)、生态系统健康的定义生态系统健康是生态系统的综合特性，它具有活力、稳定和自调节的能力。换言之，一个生态系统的生物群落在结构、功能上与理论上所描述的相近，那么他们就是健康的，否则就是不健康的。健康的生态系统具有弹性，保持着内稳定性。二、生态系统健康管理(一)、生态系统健康的定义生态系统健康的度量指标活力：即生态系统的能量输入和营养循环容量，具体指标为生态系统的初级生产力和物质循环。恢复力：即胁迫消失时，系统克服压力及反弹回复的容量。具体指标为自然干扰的恢复速率和生态系统对自然干扰的抵抗力。

组织：即系统的复杂性，这一特征会随生态系统的次生演替而发生变化和作用。二、生态系统健康管理(二)、生态系统健康管理的原理动态性原理生态系统总是随着时间而变化，并与周围环境及生态过程相联系。生态系统动态，在自然条件下，总是自动向物种多样性、结构复杂化和功能完善化的方向演替。只要有足够的时间和条件，系统迟早会进入成熟的稳定阶段。生态系统管理中要关注这种动态、不断调整管理体制和策略，以适应系统的动态发展。二、生态系统健康管理层级性原理系统内部各个亚系统都是开放的，许多生态过程并不都是同等的，有高层次的、低层次之别；也有包含型和非包含型之别。系统中的这种差别主要是有系统形成时的时空范围差别所形成的，管理中时空背景应与层级相匹配。不同尺度上的生态系统过程评价分析所需数据类型尺度数据类型地带性生物群落气候、地形、植物类型（草本、木本等）、时间尺度（经常而不相关的时间）景观水平气候、地形、群落和生态系统类型、土壤物理特性、生态系统类型和空间分布、时间尺度（年与年之间比较）生态系统气候（微气候）、地形（微地形）、物种组成和优势种、土壤物理、化学特性、消费者水平、植物组织转化率和分解率、活的有机物和死的有机物的空间分布以及土壤类型和质地的空间分布、植物对水、营养物的需要在形态上的适应、共生物、营养物质和水的获得能力、时间尺度（每年、几年）植物及其种群气候（微气候）、地形（微地形）、微生境的土壤物理、化学特性、消费者水平、固氮和营养获得在生理上的适应、植物碳的固定格局（地上叶的形式和地下须根的形式）、植物遗传性、共生物、营养物质和水的获得能力、时间尺度（每时、每年、多年）二、生态系统健康管理创造性原理系统的自调节过程是以生物群落为核心，具有创造性。创造性的源泉是系统的多种功能流。创造性是生态系统的本质特性，必须得到高度的尊重，从而保证生态系统提供充足的资源和良好的系统服务。二、生态系统健康管理有限性原理对生态系统的开发利用必须维持其资源再生和恢复的功能。生态系统对污染物也有一定限量的承受能力。因此，污染物是不允许超过该系统的承载力或容量极限。当超过限量其功能就会受损，严重时系统就会衰败，甚至崩溃。为此，对生态系统各项功能指标（功能极限、环境容量等）都应加以认真分析和计算。二、生态系统健康管理多样性原理生态系统结构的复杂性和生物多样性对生态系统是极为重要的，它是生态系统适应环境变化的基础，也是生态系统稳定和功能优化的基础。维护生物多样性是生态系统管理计划中不可少的部分。二、生态系统健康管理人类是生态系统的组分原理人类地位有两重性，包括人对其他对象的管理和人接受管理。管理是靠人去推动和执行的。管理过程也是一种社会行为，使人们相互之间发生复杂作用的过程。管理的原理和过程各个环节的主体是人，人与人的行为使管理过程的核心。二、生态系统健康管理(三)、生态系统健康管理的科学基础空间和时间尺度是极其重要的。生态系统在时空上都是有变动的，是动态的。生态学家与管理者创造的“可适应的生态系统管理（adaptiveecosystemmanagement，AEM）”意味着生态系统管理是可修改的或可调整的（Carpenter，1998）。三、可持续生态系统管理生态系统健康、稳定与可持续发展是可持续生态系统管理的目标。(