生态系统的过程和功能

第三节全球生命系统中的生态系统服务
一、生物群区的生态系统服务
Costanza等人（1997）将生态系统服务划分为气体管理、气候管理等l7种主要类型，将全球生态系统根据土地覆盖区分为远洋、海湾、海草，海澡、珊瑚礁、大陆架、热带森林、温带森林、草原、湿地、湖泊河流、荒漠、苔原、冰川，岩石、农田、城市等l5类生物群区，以生态服务供求曲线为一条垂直直线为假定条件，逐项估计了各种生态系统的各项生态系统服务价值。

按不同生态类型分解，海岸生态系统占总价值的62％，陆地生态系统只占38％。

海洋系统的服务是指世界上的海洋渔业捕捞。

产量在20世纪80年代后期达到了最高点。

目前尽管渔业方面正在进行各种努力，但是渔业捕捞仍在下降。

海滨系统指海洋与陆地之间的交界面，向海洋延伸至大陆架的中间，向内陆延伸至所有受海洋因素强烈影响的区域。

是位于平均海深50 m与潮流线以上50 m之间的区域：包括珊瑚礁、高潮线与低潮线之间的区域、河口、海滨水产作业区，以及本草群落。

世界上几乎一半的主要城市（指居住着50万以上的人口的城市）位于距离海岸50 km 的范围之内，滨海区域的人口密度高于内地2.6倍。

根据通常使用的所有测算方法，滨海系统的高服务价值使其居民的平均人类福祉远远高于内陆地区。

岛屿国家（包括其专属经济区）占了世界海洋面积的40%。

岛屿系统对于外界干扰特别敏感，有记载的物种灭绝大半是发生在岛屿系统。

但是，这种格局正在发生变化，在过去的20年中，发生在大陆上的物种灭绝几乎和岛屿上一样多。

城镇系统是指人口密度高的人工环境。

世界上的城镇人口己经由1900年的大约2亿上升到了2000年的29亿；人口超过100万的城市由1900年的17个增加到了2000年的388个。

旱区系统是指植物生产力受水分条件制约的土地，主要用途是畜牧业（养殖大型食草哺乳动物），包括放牧和种植业。

旱区包括耕地、密灌丛、疏灌丛、草地、稀树草原、半沙漠和沙漠。

旱区系统约占地球陆地表面的41%，生活着大于20亿的人口（约为世界总人口的1/3）。

农田约占旱区的25%，旱区草原支撑了世界上大约50% 的牲畜生产。

与其他地区相比，旱区系统上大约90% 的国家属于发展中国家，其当前的人类社会经济状况较差。

2000年旱区系统每年的人均可利用淡水是1300 m 3，尽管这己经低于最低人类福祉和可持续发展所要求的每年人均 2 000 m 3的界限，但是预计未来旱区系统的可利用淡水将会持续减少。

世界上大约10%~2 0% 的旱区己经退化。

极地系统是指一年内大部分时间处于冰冻状态的高纬度系统，包括冰帽、存在永冻层的地区、冻原、极地荒漠覆盖的区域，以及极地海滨区域，但不包括低纬度地区的高海拔寒冷区域。

目前
极地的平均气温比过去400年中的任何时期都要高，因而导致永冻层的大范围解冻和海洋冰山的消融。

发生在极地区域的大多数反馈变化对稀有气体导致的全球变暖趋势具有进一步的扩大作用，因而降低了极地区域作为地球制冷系统的制冷功能。

苔原构成了世界上最大的自然湿地。

森林系统是指以生长树木为主的土地，通常用于生产木材、薪材，以及非木材的森林产品。

在过去的3 个世纪中，全球的森林面积己经减少了1/2。

有25个国家的森林实际上己经消失，另有29个国家己经丧失了90% 的森林覆被。

全球57% 的地表径流受森林系统的调节。

大约46亿人口全部或者部分依靠森林系统供应其用水。

从1990~ 2000年，全球温带森林的面积每年增加大约自300 万ha。

但在过去20 年中，平均每年砍伐的热带森林面积远超了1 200 万ha（中国在近几年成为热带木材的主要消费国）。

垦殖系统是指以种植栽培植物为主，主要用于作物、农林业或者水产业生产的土地，包括农田、轮歇地、圈养牲畜和淡水水产业，约占陆地总面积的24%。

在过去20年中，农田扩展的主要地区包括东南亚、南亚的部分地区、非洲东部的大湖地区、亚马孙流域，以及美国的大平原。

农田减少主要出现在美国的东南部、中国东部以及巴西和阿根廷的部分地区。

在过去50年中，人类对食物需求的增加大部分是通过作物、牲畜和农产系统的集约化生产得到满足的，而不是通过生产面积的扩张。

1961-1999年期间，尽管在非洲撒哈拉沙漠南部地区生产增长的2/3是通过面积扩张完成的，但是在发展中国家农田面积扩张所获得的增产仅占作物产量总增加量的29%。

尽管作物产量的提高巳经减缓了自然生态系统向农田转化的压力，但是集约化生产却增加了内陆水域生态系统的压力。

一般情况下，农业景观的生物多样性较低，并且需要机械和化肥等较高水平的能量输入以维持其运转。

垦殖系统与人类的生活距离接近，意味着大约50 亿人口全部或者部分依靠垦殖系统供应其用水，但是垦殖系统的地表径流仅占全球总量的16 %。

养分和工业污染也与这种距离接近相关。

内陆水域由于湿地面积减少和内陆水域的水质下降，因而与其他任何“系统”相比，内陆水域的生物多样性状况都比较差。

据推测，全球50% 的内陆水域（不包括大的湖泊）己经消失。

水坝和其他基础设施导致世界上60 %的大型河流水系呈现破碎化的状态。

山地系统是指陡峭和高海拔的陆地。

大约20%（相当于12 亿人口）的世界人口生活在山地或者山地的边缘地区，1/2 的人类直接或者间接地依存于山地资源（主要指农资源）。

在山地系统的12亿人口中，几乎全部或者90% 所在国家的经济处在发展阶段或者转型阶段。

在这些国家中，目前7% 的山区被划为农田，当地人类的生存高度地依赖于地方农业和畜牧业生产。

世界上大约40亿人口的用水全部或者部分地依靠山地系统供应。

大约9 000 万山区人口（几乎全部生活在海拔2500 m以上的山区）是生存在贫困的状态，在食物安全方面特别脆弱。

全球范围内，已经被人类活动最显著地改变了的生态系统和生物群区，包括海洋与淡水生态系统、温带阔叶森林、温带草地、地中海森林和热带干森林（图8-20）。

在过去的50年中，世
界上对食物和动物饲料的需求，已经给海洋系统的渔业捕捞造成了巨大的压力，结果导致世界上许多渔场的目标种和同时捕获的其他种的生物量已经降低到了渔业工业化开始之前1/10的水平。

在全球尺度上，由于较高营养级位的鱼类种群已经枯竭，因而目前捕捞的鱼类越来越多地是来自具有较低经济价值的处于较低营养级位的鱼群。

这一事实也反映了鱼类资源的退化状况。

图8-20 陆地生物群区的转化（仿MA千年生态系统评估报告）
由于修建水坝和人类的水资源利用，淡水生态系统已经被改变。

由于沿河修建水坝或者其他建筑，世界上60% 的大型河流水系的流量已经受到了中等或者强烈的影响。

人类抽取用水已经导致诸如尼罗河、黄河和科罗拉多河等几个重要河流出现断流。

由于河水流量减少，作为维持河口生态系统的重要养分供给源河流沉积物的流量也相应的减少。

世界范围内，尽管人类活动已经导致河流的沉积物流量增加了大约20% , 但是水库和河流改道这些因素却导致由河流输送到河口生态系统的沉积物减少了大约30% ，因而导致河流入海口的沉积物输送量净减少了大约10%。

至1990年，在世界上14 个主要陆地生物群区中，大于2/3 面积的温带草地和地中海森林已经发生了改变。

此外，大于1/2 面积的热带干森林、温带阔叶林、热带草地和洪水区草地也已经发生了改变，以上生物群区的变化主要是转变成了农业用地。

在世界的主要生物群区中，只有苔原和北方森林的丧失和转变水平不是太明显，基本可以忽略，但是它们却已经开始受到了气候变化的影响。

从全球范围来讲，生态系统的转变速度已经开始减慢，这主要是耕地的扩展速度降低引起的，在某些地区（特别是在温带地区），生态系统正在恢复它们转变之前的状态和物种组成。

但是，对于某些特殊的生态系统和地区来讲，生态系统仍在高速转变，或者正在加速转变。

在世界上的许多地区，适宜于集约化农业的土地已经被开垦，因而进一步扩展耕地的机会正在减少。

此外，鉴于农业生产力的提高，进行农业扩展的需求也正在减小。

由于以上两种因素的作用，结果导致垦殖系统（垦殖面积不少于30 %的区域）中垦殖土地的份额正在增加，垦殖土地的集约化强度正在上升，土地的轮歇期正在缩短，单一栽培的经营模式正在向多轮栽培模式转化。

自1950年以来，北美洲的农田面积已经趋于稳定，欧洲和中国的农田面积已经减少。

自1960年以来，俄罗斯的农田面积已经减少。

20世纪90年代，温带和北方生物带的森林覆被在以每年大约290万ha 的速度递增，其中大约40%是人工造林。

在某些情况下，例如温带阔叶林和地中海森林生态系统，由于目前它们大多数已经被转变，因而这些生态系统的转变速度已经明显减慢。

二、区域、国家与城核系统间的互补服务
随着城市化和全球一体化的发展，各个国家、地区之间的交流变得更加密切。

畜禽养殖已经变得不再固定在某一特定土地上，饲料的输入与用于动物肥料能量的农作物的生产彼此逐渐分离。

这种空间上的分离使得两者聚集分布在某一国家的不同地区或某几个国家之间。

预计到2030年，在发展中国家，由收入驱动的肉类需求将会增长一倍。

而这种空间上的分离也正是为了适应满足肉类需求的手段。

大规模、高强度的畜禽生产要求动物被圈养起来生产畜产品，提供了世界上3/4的禽类供应，40%的猪肉，2/3的蛋类。

国际上肉类的交易也在扩张：在过去的15年间，猪肉年交易量增长5.5%，禽肉增长8%。

工业化的畜禽生产也同时变得在地理位置上集中起来，这样可以降低输入的投资，更容易发展基建和开发市场。

这种地理上集中的生产使得畜禽和供应它们生长的自然资源（饲料生产）发生了脱节。

饲料的生产在国际市场上成本很低，然而饲料正在从农副产品这个链条的低端向谷物、油类、鱼食产品这种含有高营养和高商业价值的链条高端转移。

这必然带来地球上某些国家或地区专化成为生产资料的输出国，而某些国家或地区专化为输入国，生产产品及其服务在区域之间流通转移，互为补充。

但是，区域之间产品的需求和转移也会带来一些环境问题，如水利用以及富营养化的问题。

巴西是世界上主要的大豆生产国和出口国，其产出的大豆是中国、印度以及世界上一些其他地区的主要饲料来源（图8-21）。

在巴西，喜拉多地区（热带稀树草原地区）和热带雨林区的生态系统和环境就遭受了很大的冲击。

这些地区的大豆种植面积在过去的几十年中增长了两倍达到了2 100万ha，估计还将增长到4 000万ha，如果亚马逊地区持续现在的森林砍伐率的话，这些地区供给中国、印度的饲料原料的同时，也带来了环境、生物多样性、土壤、水分的不可逆转的改变。

图8-21 畜产品区域间供需关系（1992-2003年）（仿Naylor et al., 2005）
三、全球生命系统的可持续发展
人类社会的发展过程总是与生态系统服务功能紧密相连的。

生态系统为人类提供生存和发展的物质资料，更重要的是支持与维持了地球的生命系统，具有巨大的直接与间接经济价值。

随着时间的推移，生态系统的最大价值可能在于为人类提供适应当地和全球变化的机会。

生态系统的未知潜力为人类的生存与发展显示了不可估量的美好前景。

可持续发展指既满足当代人需要，又不对满足后代人需要构成危害的发展。

其思想核心是：目前的决策不应该对保持或改善将来的生活水平的前景造成危害，而应该使子孙后代能够安居乐业，永续发展。

可持续发展内涵极为丰富，其核心内容有两点：（1）发展并鼓励经济增长，不仅重视量的增长，更重视质的提高；（2）以保护自然为基础，发展要与资源和环境的承载能力相协调。

因此，发展的同时必须保护环境，包括控制环境污染，改善环境质量，保护生命支持系统，保护生物多样性，保持地球生态的完整性，人类的发展速度应保持在地球承载能力之内。

工业革命以来，人口急剧地增长加上“征服自然”的能力迅猛地发展，生物资源的过度开发
利用，严重污染破坏了生态环境。

生态系统服务功能受到极大的损害，生态系统调节大气化学环境，保护生物多样性及进化进程，维持土壤肥力等能力受到削弱，从而导致了全球性的生态环境危机，使人类未来的发展受到威胁，从这个角度理解可持续发展的核心就是要通过维持与保护生态系统服务功能来保护人类的生存环境，维持一个可持续的生物圈。

现代研究也证明，生态系统服务功能是人类生存与现代文明的基础，具有巨大的生态经济价值，科学技术能影响生态系统服务功能，但不能替代自然生态系统服务功能，维持生态系统服务功能是可持续发展的基础。

四、生态系统服务及其货币化评估
生态系统（包括自然和人工生态系统）为人类提供满足其生存和发展的物质需要，保护和改善环境质量（净化空气，净化水质，减缓干旱和洪涝灾害），维护生物多样和维持人类精神健康等服务，是人类赖以生存的基础，更是城核系统发育、发展的前提。

从上世纪90年代开始，生态学家开始试图用经济价值来估算生态质对人类生存和生活的贡献。

估算的方法主要是直接或间接地对生态系统服务的意愿支付进行估计，包括生态系统生产产品的直接价值，以及非市场性的美学价值、存在价值和保护价值等间接价值。

例如珊瑚礁为鱼类提供栖息地、增加鱼量，为人类提供游乐潜泳场所和钓鱼场，等等。

生态系统服务功能价值的货币化评估是自然资源纳入国民经济核算体系的前提，是建设和开发时进行权衡分析和宏观决策的基础，可以为解决公共事物悲剧提供政策设计的量化基础。

当然，这还只是一种尝试，生态系统对人类的福利贡献很大成份属于单纯公益性的，可能根本不能用货币计算，甚至很多效益还没有被人类认识。

但无论如何，生态系统服务是我们任何人都不可或缺的“必需消费”，其价值将随着人类认识的深入而不断增加。