人工生态系统的生态系统服务研究

论文摘要

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70年代的零起步到现在占世界的85%,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74.05 t/hm2,CO2固定量高2.16 t/hm2,保持土壤量高13.86 t/hm2,保护土壤养分量高0.98 t/hm2。以2004年价格折算,华北区温室农业提供的生态系统服务价值为68871元/hm2,比当地露天菜田高33946元/hm2;环境成本分别为10.41元/hm2,比当地露天菜田高7.64元/hm2。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,20世纪50年代起到现在的60年里中国茶园扩张了700%。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2004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CO2固定量多6.90 t/hm2,保持土壤量多0.15 t/hm2,而保护土壤养分量少0.50 t/hm2,贮存水量少9 327.07 m3/hm2。2004年江南茶区茶园提供的生态系统服务的经济价值为9 042.74元/hm2,比自然灌木高2 964.45元/hm2。其中直接产品价值（供给服务经济价值）比自然灌木高6 923.21元/hm2,而间接服务价值（包括CO2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2 120.33元/hm2,比自然灌木低3 965.96元/hm2。茶园造成的环境成本也高于自然灌木,为-0.80元/hm2。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2 956.45元/hm2。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（直接经济利润和狰效益两个角度分析）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90%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2003—2004年生态调查资料,评估了2004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3.07t/hm2,CO2固定量增加了4.47t/hm2,而保持土壤量减少了1.21 t/hm2,保护土壤养分量减少了0.02 t/hm2,贮存水量减少了1 001.89 m3/hm2。将上述各项服务以2004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3 326.78元/hm2,比自然草地高363.58元/hm2（表2）。其中直接服务价值（供给服务经济价值）为833.33元/hm2,比自然草地高336.66元/hm2,间接服务价值（包括CO2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2 493.45元/hm2,比自然草地高26.92元╱hm2。然而人工草地造成的环境成本也高于自然草地,为-0.11元/hm2。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363.47元/hm2。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。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.生态系统服务定义及分类
• 1.1 生态系统服务定义
• 1.2 生态系统服务分类研究现状
• 2.生态系统服务货币化评估方法综述
• 2.1 实际市场评估方法体系
• 2.2 替代市场评估方法体系
• 2.3 假想市场评估方法体系
• 3.国内外生态系统服务价值评估应用现状
• 3.1 国际上已有评估的生态系统类型
• 3.2 国内已有评估的生态系统类型
• 4.生态系统服务研究及其货币化评估存在的问题
• 4.1 生态系统服务的复杂性和多样性
• 4.2 生态系统服务分类的复杂性
• 4.3 生态系统服务功能评价的时空尺度问题
• 4.4 生态系统服务功能的完整性
• 4.5 价值评估理论与经济技术方法有待完善和突破之处
• 5.本文研究目标和内容
• 6.本文研究意义
• 第二章 人工生态系统的生态系统服务研究体系构建
• 1.人工生态系统特征及其生态系统服务特征
• 1.1 人工生态系统与人类福祉的关系
• 1.2 人工生态系统提供的生态系统服务与自然系统的区别
• 2.人工系统的生态系统服务分类体系及评估体系的建立
• 3.人工生态系统的生态系统服务评估的方法论
• 3.1 物质平衡法
• 3.2 生命周期法
• 3.3 本文采用的方法
• 第三章 温室农业生态系统服务价值评估
• 1.研究区概况
• 2.研究方法
• 2.1 数据来源
• 2.2 系统定义及边界
• 2.3 计算
• 2.3.1 生态系统服务
• 2.3.1.1 供给服务
• 2固定'>2.3.1.2 CO₂固定
• 2.3.1.3 土壤保持
• 2.3.1.4 保护土壤养分
• 2.3.1.5 节约灌溉用水
• 2.3.2 负面环境影响
• 2.3.2.1 农膜残留
• 2.3.2.2 土壤硝酸盐积累
• 2O释放'>2.3.2.3 N₂O释放
• 2.3.2.4 农药对多样性影响
• 3.结果
• 3.1 生态系统服务及负面环境影响分析
• 3.2 净效益分析
• 3.3 成本收益分析
• 4.讨论
• 4.1 温室农业与露天菜田的生态系统服务权衡
• 4.2 温室农业的生态系统服务价值分析及发展策略
• 4.3 不确定性分析
• 5 结论
• 第四章 茶园生态系统服务价值评估
• 1.研究区概况
• 2.研究方法
• 2.1 数据来源
• 2.2 系统定义及边界
• 2.3 计算
• 2.3.1 生态系统服务
• 2.3.1.1 供给服务
• 2.3.1.2 固碳
• 2.3.1.3 土壤保持
• 2.3.1.4 保持土壤肥力
• 2.3.1.5 含蓄水源
• 2.3.2 负面环境影响
• 2.3.2.1 土壤酸化
• 2.3.2.2 水体富营养化
• 2.3.3.3 农药对多样性影响
• 3.结果
• 3.1 生态系统服务及负面环境影响分析
• 3.2 净效益分析
• 3.3 其他服务价值
• 3.3.1 美学价值与教育价值
• 3.3.2 文化遗产价值
• 3.3.3 娱乐及生态旅游价值
• 4.讨论
• 4.1 茶园生态系统的经济效益分析
• 4.2 茶园生态系统的生态效益分析
• 4.3 茶园生态系统的发展策略
• 4.4 不确定性分析
• 5.结论
• 第五章 人工草地生态系统服务价值评估
• 1.研究区概况
• 2.研究方法
• 2.1 数据来源
• 2.2 系统定义及边界
• 2.3 计算
• 2.3.1 生态系统服务
• 2.3.1.1 供给服务
• 2.3.1.2 固碳
• 2.3.1.3 土壤保持
• 2.3.1.4 保持土壤肥力
• 2.3.1.5 含蓄水源
• 2.3.2 负面环境影响
• 2.3.2.1 施肥引起的水体污染
• 2.3.2.2 对多样性影响
• 3.结果
• 3.1 生态系统服务及负面环境影响分析
• 3.2 净效益分析
• 4.讨论
• 4.1 人工草地生态系统服务分析
• 4.2 人工草地的发展展望
• 4.3 不确定性分析
• 5.结论
• 第六章 几种人工生态系统的生态系统服务比较
• 1.人工生态系统直接经济价值比较
• 2.几种人工生态系统环境效益比较
• 3.从成本收益角度综合比较
• 4.讨论
• 结论与研究展望
• 1.结论
• 2.主要创新之处
• 3.讨论与展望
• 参考文献
• 附录 硕士期间发表的论文