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生态系统论文( 共有论文资料 99 篇 )
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多乐影视网址:森林生态系统服务功能评价思考

2018-11-05 09:41 来源:生态系统论文 有人参与在线咨询

江西多乐彩直播 www.3rh0e.com.cn 摘要:近几十年来,人们对于森林生态效益的重要性日益重视,并尝试对森林生态系统中不同的生态服务功能价值进行估算,然而由于生态服务功能的复杂性、难计量性以及实证困难性等特点,使得目前对于生态系统服务价值评价的方法仍然存在争议。本文首先介绍了森林生态系统的特征,并探讨了对于森林生态效益服务功能价值的评价方法。鉴于过去对于生态服务功能计量方法的不统一性以及各效益的关联性而导致评价过程中容易重复计算,我们认为将森林生态功能的价值量分为基本量、特质量和潜在量三部分。将基本量(森林水源涵养、保育土壤和固碳释氧等功能)用于测算森林生态效益价值的最低量更为合理,这样可以避免生态效益的重复计算和天文数字的出现,增强测定结果的科学性、可比性和可接受性。未来的研究可结合空间科学技术进行森林生态效益评价,并探讨用森林生态效益的评价结果来指导森林经营。

关键词:森林生态系统;生态效益服务功能;生态效益评价

森林作为面积最大的陆地生态系统,被认为是人类赖以生存和繁衍生息的根本保证,在人类历史文明发展过程中起着重要的作用[1]。它给我们提供的各类福祉被广泛的认识,从古到今人类不仅利用着它源源不断的木材资源价值,而且一直享受着它所带来的巨大的生态服务价值。由于人口数量膨胀和社会生产力的进步,我们对森林资源过度消耗导致了越来越多的自然灾害、环境恶化和生物多样性急剧下降等生态问题。近几十年来,人们对于森林所带来巨大的生态效益福利有了全面深入的认识,从起初定性的描述到用不同的数学模型方法进行定量表达,目的是让我们能够深刻认识到森林生态系统对于人类发展和生存的重要性。目前,世界各国科学家都在尝试用合理的方法量化和估算森林生态服务价值,近几十年来,这一热点研究方向已取得了重大进展,现已形成了日益成熟的核算指标体系以及量化方法[2]。大多数研究内容主要集中在应用不同的模型和方法来核算和预估自然生态系统的边际服务价值,核算的方法主要是基于个人对生态资源的支付意愿进行估算[3]。然而,由于生态服务功能的复杂性、价值的多重认识性、实证困难性等问题,至今对于森林生态效益价值的合理计量仍存在争议[2,4]。由此引发了作者对森林生态服务功能效益评价未来研究的思考。

1森林生态系统的特征

森林是以乔木为主体的植物群落,在陆地生态系统中是面积最大、功能最重要以及结构特征最复杂的生态系统[5],占全球陆地总面积的三分之一。森林生态系统由不同的生物群落及其相互结合的栖息环境而组成,生物与环境之间进行有规律的物质和能量的交换和流动,而系统中进行的生态过程为人类以及其他生物提供着赖以生存的环境和物质产品。森林生态系统因为其独特的功能使得其具有如下主要特征:

1.1具有一定结构和功能的自然综合体

绿色植物是森林生态系统的主体,正是因为丰富的植物资源作为生产者通过光合作用固定了光能和碳水化合物,为地球上作为消费者的其它生物物种,例如食草动物和食肉动物以及微生物等生存和繁衍提供了必须的栖息环境。因此,森林生态系统在地球上蕴含着最高生物多样性水平,是最丰富的生物物种基因库。丰富多样的生物物种与开放的环境非生物环境,如光、土壤、水分、矿质元素等相互作用、相互联系形成了庞大、复杂、多层次的森林生态系统。组成森林生态系统的各个要素(生物物种和非生物环境)之间并不是各自分散相独立的状态,而是通过某些机制集中在一起表现为整体性[6]。整体性是生态系统中组成要素或成分与系统结构功能的体现,主要表现为以下几点:①整体的特征大于各部分之和,当各个组成成分在空间中通过某种方式连接在一起时就会形成一个崭新的整体,其性质与功能的表现也不同于各个组分独立时的状态,Odum[7]认为,在系统水平,其主要特性和过程,并不是源于生物群落和非生物环境的总和,而是源于他们之间的综合和协调进化。②系统分解成单独的要素后不能独立存在,分解后的各个元素不再具有整个系统的功能和特征。③系统整体的性质和功能是通过各个要素间的相互作用,相互依赖,相互联系而体现的,因此当系统失去一些关键的组成要素时,也将失去整体的形态和特征以及功能。由于森林生态系统是生物群落与其环境相互作用形成的具有一定结构和功能的整体,因此其关键组成成分的完整性以及各要素间的连接组织方式(结构)的合理性保证了生态系统整体的稳定性以及所发挥的功能。

1.2具有丰富的多样性和复杂的层级体系

生态系统是由若干有层次的层级所组成。根据生态系统内各要素的结构和功能、尺度和能量变化范围等不同特点,将生态系统划分为由生物圈到分子水平等十一个层级[8]。个体以上关注层次可认为是宏观尺度,而个体以下的研究水平为微观尺度。从层次关系来看,高层级限制着低层级的系统,而低层级是组成高层级的基础。不同层级之间由高到低存在着明显的差别,主要体现在空间尺度、时间尺度、复杂性以及分辨率差异等[6]。不同层次等级间相互联系,小尺度上的空间异质性为大尺度上的生态过程和格局机制提供了解释。正是由于所关注和研究的尺度在变化,导致空间异质性的程度不同,森林生态系统在不同的空间中其组成成分、结构和功能也在变化,因此形成了多种多样的生态系统类型。比如我国植被空间分布由于水热条件的影响,导致植被沿纬度和经度具有地带性分布规律,自北而南的热量递增,空间水平分布依次更替着下列森林带:寒温带针叶林带,温带针阔叶混交林带,暖温带落叶阔叶林带,亚热带常绿阔叶林带,热带季雨林、雨林带和赤道雨林带[9]。由于环境异质性的影响,我国森林植被在垂直分布上也存在具有一定规律性的差异分布,例如我国温带(亚热带)地区的植被垂直分布从低海拔到高海拔呈现落叶阔叶林——高山针叶林——灌木、草甸——积雪的分布规律[10]。正是由于小尺度低等级水平的组成结构异质性,导致大尺度高等级的生态系统具有丰富的多样性和异质性,而具有结构和功能多样性的系统是维持和?;ど锒嘌缘闹匾?。

1.3具有与环境之间互相深刻影响的能力

森林生态系统与周围环境之间相互影响,相互作用。由于森林生态系统的目前状态是长时间适应环境特征的结果,环境的波动和变化会引起森林系统结构的变化。适度的环境改变或环境压力会造成系统的自我反馈和调节,因此具有一定的稳定性。但是当环境压力增大时,超出系统稳定性的范畴,森林会失去原有的结构和功能。同样,森林生态系统的时空变化对环境也有着深远的影响,因为森林是生物圈能量的基地,也是生产力最高的生态系统,森林结构与功能在空间和时间尺度上的变化,对环境的物质和能量的输入有着举足轻重的作用,对于大气中温室气体的存量有着极其显著的作用和影响,进而改变气候特征。

1.4具有多种生态服务功能

森林生态系统中生物间以及与环境之间进行有规律的物质和能量的交换和流动,而系统中进行的生态过程为人类和其他生物提供着物质产品和所依赖的生存环境。森林为社会提供两种产品:一种是有形产品,直接为经营者带来经济利益;另一种是无形产品,如水土保持,气候调节等生态服务,也就是通常讲的生态效益。森林所产生的生态服务价值远远大于我们可以得到的木材产品及附加产品的经济利益。森林生态效益作为无形产品,它的价值量取决于森林资源的特征。森林资源的多样性决定了森林生态效益具有非实物性、公共性、复杂性和难计量性等特点。1997年美国Costanza等[11]将生态服务功能划分为大气调节、气候调节等17类功能,对全球生态系统所产生的生态效益价值进行了核算,得出全球生态效益价值为总GDP的1.8倍,其中森林生态系统带来的经济效益价值占总GDP的26.1%。2001年日本“关于农业及其森林与地球环境、人类生活相关的多方面功能评价”会议将森林生态效益服务功能分别从环境、文化、物质利用三个层面划分为生物多样性?;?、环境?;?、文化和物质生产等8个类型。2005年联合国《千年生态系统评估报告》中将森林生态效益的主要功能分为林产品供给、生态系统支持、生态文化服务和生态?;さ鹘谒拇罄喟?0多个指标[12]。

2森林生态系统服务功能评价

森林生态效益评价不仅反映了森林生态循环过程,又是对森林生态系统在不同的社会生产力水平和经济结构下人们获得补偿和支付意愿的选择概率和效用程度的真实反映,同时也是为生态?;ず徒ㄉ杼峁┯辛Φ闹С?。从不同方面对森林生态服务效益的核算能够引起人们以及社会对于森林生态系统服务功能和价值重要性的认识,有助于把森林资源的?;ぷ魑媸乱荡俳缁峁彩?,从经济学的角度直观表达和明确量化森林生态效益服务功能以及价值,将会根本有效地解决林业建设的动力和机制问题。对于生态服务效益的评价方式一般从两个方面表达:第一是探索如何从技术角度量化森林所发挥的各方面的生态功能,主要是从应用生态学以及水文学等学科知识来揭示生态过程和生态效益之间的原理(物质量评估);其次在基于物质量评估量化的基础上,从经济学的角度出发,讨论如何将森林生态系统所发挥的各类生态功能以货币量的形式直观表达出来,将各项生态效益转化为货币量从而引起人们对于生态?;さ墓刈ⅲ壑盗科拦溃13]。

2.1物质量评估

物质量评价方法通过对生态系统中不同生态过程所产生的生物量或物质量计量,定量地测算生态系统提供各项生态效益功能的大小,而评价方法以生态过程为基础,从而体现了生态系统的可持续性[14]。物质量评估方法的优点是,对于区域生态效益服务功能而言,评价结果较为直观,不受市场价格波动以及人为主观定价因素的影响,主要决定于生态资源的结构特征以及生态服务功能的能力。生态系统的生态过程机制是物质量评价的基础,因此基础数据的可靠和准确性决定了评价结果的合理性?;袢』∈莸耐揪吨饕ㄉ肿试词档氐鞑榻岷?S技术以及建立生态定位站进行长期观测研究。因此物质量评价方法需要耗费大量的人力、物力和资金。

2.2价值量评估

价值量评估是指从货币价值量的角度对生态[15]。价值量评价过程主要表达的是人们对于生态服务功能的支付意愿[16]。其评价结果统一以货币量表达。因此我们可以将计算出来的不同方面的生态效益价值进行叠加,这可以计算出总的生态效益价值,也可以对不同时间、空间以及不同类型的生态服务功能直接进行比较。运用价值量评估方法虽然能为环境核算提供方法和理论依据,但是价值量评估方法也有其局限性。由于生态效益的特殊性和复杂性以及货币量转化过程中核算方法的主观性,对于合理的价值量评估方法一直存在争议并在以后的研究中需要进一步探讨。

2.3物质量与价值量评估方法的比较

由于评价目的的不同以及两类方法的计算途径不同,对于同一生态系统类型的生态效益评价结果可能会得出不一致结论。物质量评价依赖于生态过程机制,反映的是物质量的多少,而价值量评价是根据生态效益的市场稀缺性或人们的支付意愿进行货币量换算。因此判断两种评价方法的优缺点,主要依赖于评价生态效益的目的。若以反映生态效益服务功能的大小、生态系统结构功能和生态过程为目的,适合于物质量方法进行评价。如果评估的目的是以一些工程建设的决策提供判断依据,由于价值量评价是根据支付意愿计算得到生态效益市场总体稀缺性,因此价值量评价更能合理的体现工程立项的成本和效益间的关系,从经济价值的角度可判断某些工程建设的必要性、贡献或者利弊等[17]。另外,所研究的空间尺度不同,适用的评价方法也有差别??占渖辖闲〉纳低晨捎糜谀持帜康牡慕换?,用价值量作为评价方法。而较大或关键的区域生态系统,生态效益功能并不以交换为目的,用物质量评价比价值量方法更有意义[17]。

3关于森林生态系统服务功能评价的建议

3.1森林生态功能的价值量可分为基本量、特质量和潜在量

过去对于森林生态效益总价值量的表达是将各部分的生态效益相加,体现森林总体的生态价值。然而,森林生态系统是开放的复杂巨系统,具有非线性特征。对于非线性系统来说,整体不等于部分之和。森林生态系统的整体生态效益(value)应大于各部分生态效益(vi)之和。由于生态效益指标数量n的大小与人们的认识水平和人们拥有的数据有关,从而导致不同的评价结论,有些结果甚至达量级差异。例如,有关我国森林生态效益价值评估,张颖[20]评估结论为70308.42×108;赵同谦等[21]评估结果为14060.05×108;余新晓等[22]的评估结果为30601.20×108。同时,量级过大会出现很多天文数字,从人们的认识来讲,这些大量级的天文数字并不能增加社会对森林?;び虢ㄉ璧墓刈⒊潭?。鉴于n的无穷性和各效益的关联性,不妨将森林生态功能的价值量分为基本量、特质量和潜在量三部分。将最早定义的森林水源涵养、保育土壤和固碳释氧等功能视为衡量森林生态效益的基本量;把与地域有关的防风固沙、生物多样性?;?、旅游休憩等视为衡量森林生态效益的特质量;而把新发现的或正在被发现的生态功能如医疗保健、陶冶情操、空气维生素等作为潜在量。将基本量用于测算森林生态效益价值的最低量,更具可比性、合理性和说服力。因为森林提供的水源涵养、保育土壤和固碳释氧等主要生态服务作为“最公平的公共产品”和“最普惠的民生福祉”,在改善生态环境、防灾减灾、提升人居生活质量方面获得了显著的正效益[23]。据此,森林生态效益货币量估算通式可以写成value≥基本量=(水源涵养+保育土壤+固碳释氧)。这样做的优点,至少可以避免生态效益的重复计算和天文数字的出现,增强测定结果的科学性、可比性和可接受性。

3.2结合空间科学技术成果进行森林生态效益评价

森林生态效益具有空间异质性。由于在效益测算中涉及到森林类型及其面积等,所以采用现代空间技术如卫星影像、地理信息等显得非常重要。合理运用空间科学技术具有的综合分析和管理各种空间数据的能力,并将其直接用于规划设计、预测及决策等重要工作之中,可以清晰明了地了解研究区域的各种情况,还可以分析各种森林类型的立地条件,这就为森林生态效益价值评估打下了基础??占淇蒲Ъ际醯脑擞每朔舜成肪臣嗖饧际醴椒ǚ段『托畔⒉蛔愕热钡?,能够对各要素进行综合、动态、实时监测,获取更全面的信息,它可以将资源分布的空间差异等人文、自然的差异比较真实直观地反映出来,同时还可以比较精确地分析相关资源的空间分布特征。利用空间科学技术对森林生态效益进行数据处理和空间分析,可以克服原有分析方法的不足,提高生态效益分析与评价的精度。

3.3用森林生态效益的评价结果来指导森林经营

基于生态优先的经营策略是解决我国森林经营问题的关键所在。国内外已对生态效益做了广泛研究。在上世纪70年代,来自前苏联专家研究表明,在森林提供的整体效益中,森林生态效益与木材效益的比值为3:1。国内研究表明,森林的直接经济效益(木材效益)与公益效能之比为1:7[24]。而生态效益具有一定的规律性,以涵养水源而言,森林覆盖率越大,森林削洪和补枯的功能越大;森林结构越理想,削洪及补枯量越大。天然林>人工林;针阔复层异龄混交林>阔叶单层林>针叶单层林>人工林;近成过熟林>中龄林>幼龄林;高郁闭林分>中郁闭林分>疏林;枯枝落叶层厚的林分>薄的林分;土层厚薄亦然。森林涵养水源、保持水土、改良土壤、防风固沙、?;ど锒嘌怨δ?,以针阔复层异龄混交林、郁闭度≥0.7的效益最高[25]。森林生态效益的评价结果要符合生态效益规律,森林经营也应该依据生态效益规律、针对生态系统的结构与功能而展开。合理的森林覆盖率以及理想的林种组成结构是保持可持续的森林生态效益的基础。而合理的森林结构以及维持较高的森林生长量是提高森林生态效益的根本途径。

作者:惠刚盈 王宏翔 单位:中国林业科学研究院林业研究所 国家林业局林木培育重点实验室

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