生態系統服務評估方法研究進展

袁周炎妍, 萬榮榮,*

生態系統服務評估方法研究進展

袁周炎妍1,2, 萬榮榮1,2,*

1. 中國科學院南京地理與湖泊研究所, 中國科學院流域地理學重點實驗室, 南京 210008 2. 中國科學院大學, 北京 100049

自然生態系統是人類生存不可或缺的支持系統，為人類提供了供給服務、調節服務、文化服務及支持服務，高質量的生態系統服務能促進人類社會的平穩、可持續發展，因此準確評估生態系統服務對生態系統多樣性保護、區域規劃以及管理整治有重要意義。文章在介紹生態系統服務概念及生態系統服務目前主要研究內容的基礎上，重點總結回顧了國內外生態系統服務價值量和物質量評估方法，分別分析了當量因子法、功能價值法、能值法及模型法的利弊及適用范圍，并對目前價值量評估忽視生態學機理、物質量方法模型構建不完善等問題進行了探討，展望了建立信息共享平臺以及充分利用數據處理技術，完善、綜合利用價值量和物質量評估方法等未來拓展方向。

生態系統服務; 評估; 價值量評估; 物質量評估

0 前言

在開發和利用自然生態系統的過程中，人類為了在短期內使取得效益最大化，普遍重視生態系統的市場價值以及給人類帶來的直接利益，輕視其生態價值及社會價值，導致自然生態系統對人類社會福祉以及生態環境的效用價值被低估[1]。近二十年來，隨著社會經濟的迅速發展、人口的增長及自然環境變遷，自然生態系統日益破壞，為人類帶來的服務效益減少，長此以往會影響人類生活環境以及社會經濟的可持續發展[2-3]。在此背景下，有關生態系統服務的研究備受科學家關注，對生態系統服務進行評估、分析逐漸成為生態學研究中的熱點問題[4]。

目前，關于單項生態系統服務評估、耦合模型的生態系統服務綜合評估、生態系統服務協同、權衡以及人類福祉與生態系統服務的關系分析等研究較多，生態系統評估方法逐漸多樣化。綜合而言，生態系統服務評估方法可以大致歸納為兩類——物質量評估法和價值量評估法。本文基于已有研究，詳細歸納及總結各類生態系統服務評估方法，并分別分析其適應領域及主要特點，對生態系用服務評估方法的發展方向予以展望，以期能為相關研究提供參考。

1 生態系統服務的內涵

1970年“關鍵環境問題研究小組”在其出版的《人類對全球環境的影響》中首次使用了“環境服務” (Environmental services)這一概念，提出生態系統能為人類提供“服務”的觀點。Westman在自然生態系統服務的基礎上，綜合考慮了生態系統收益的社會價值，提出“自然的服務(Nature’s services)”[5]。Ehrlich等學者梳理并統一了相關概念，完善了Westman的結論，初次提出“生態系統服務”[6]。這一術語逐漸得到了學術界的認可，并被廣泛使用。隨后，國內外學者Daily、Costanza、謝高地、歐陽志云等、聯合國千年生態系統評估計劃(MA, Millennium Ecosystem Assessment)及生物多樣性和生態系統服務政府間科學政策平臺(IPBES)分別從生態學、經濟學、社會學等不同學科以及功能、過程、內在聯系等不同角度定義生態系統服務[4,7-11]。

正是由于對生態系統服務內涵存在不同的理解，國內對“Ecosystem services”有“生態系統服務功能”與“生態系統服務”兩種解釋[4,11-12]。然而，傅伯杰、馮劍豐等學者對“生態系統服務功能”術語提出了質疑[12-13]。他們認為生態系統功能是生態系統本身具有的基本屬性，而生態系統服務是人類從生態系統中獲得的各種好處，不能將生態系統功能與服務混為一談。目前，MA在Costanza的基礎上對生態系統服務的定義——形成及維持的人類賴以生存的自然環境條件和直接或間接為人類提供的效益——被認為是當前較為完整、科學的定義[7-9]。

2 生態系統服務評估研究概述

2005年，MA首次提出將生態系統服務分為供給服務(食物生產、原料生產、水資源供給等)、調節服務(凈化水質、水資源調節、氣候調節等)、文化服務(美學景觀、精神宗教、文化遺產等)以及支持服務(土壤形成、養分循環、初級生產)[4]。在此基礎上，國內外學者針對不同生態系統服務、不同生態系統、不同時空尺度的生態系統服務評估開展了大量的研究。

針對不同生態系統服務的評估：本文利用web of science核心合集數據庫及其檢索功能，對1997—2018年(截止到2018年9月26日)關于生態系統服務評估的文獻進行檢索，分析結果顯示，自21世紀起各國關于生態系統服務評估研究的文量呈指數增長趨勢(圖1)。在增長期初，各國針對文化服務、支持服務的研究較少，研究主要集中在生態系統供給、調節服務價值評估方面，其中關于土地利用覆蓋變化對生態系統服務的影響的研究較多。隨著學者開始重視各類生態系統服務的形成機理及生態過程，各國研究重點逐漸轉移至物質量評估方面。同時，學者開始從多樣性的角度耦合分析不同生態系統服務，運用生物DNA條形碼、元鏈接編碼追蹤監控生態學過程，構建InVEST、SoLVES、ARIES等生態學評估模型，這在很大程度上拓展了該領域的研究方法及研究結果表現形式[14-16, 21, 48-53]。

針對不同生態系統進行生態系統服務評估：目前，大多數學者將研究對象集中在農田、森林、海洋、湖泊濕地等生態系統。由于農田、森林等生態系統供給服務帶來的經濟利益直接影響人類福祉，如今為了保障生態系統能持續性提供為人類提供服務，在社會背景下分析其社會經濟價值仍然很有必要。近幾年，郭力娜、Zanten等學者將生態系統服務、景觀生態學概念納入農業領域，分析當前自然資源管理現狀及利用誤區，以支持和維持農業景觀中包含的社會經濟價值[17-18]；王兵、宋慶豐等學者的研究團隊及國家林業部門相繼出版了《廣東省森林生態系統服務功能評估》專著、評估了國內多個省份森林生態系統服務的價值以及發布了《森林生態系統服務功能評估技術規范》國家標準，這直接推動了國內森林生態系統服務價值評估研究的進展[19-22]；Hayha、Lakerveld、Maroschek等學者在生物物理和貨幣單位的基礎上獲得森林生態系統服務實際服務流程，重視氣候因素和管理規劃對森林生態系統服務的影響，分析利益相關者的意見和偏好，綜合社會背景分析人類福祉以及與生態系統服務相關的分配和公平問題[23-25]；針對海洋生態系統服務研究大多集中在沿海地區的價值量評估，Johns、Loomis等學者認為以人文因素(HD)作為主要驅動因素的生態系統服務方法已成為沿海資源管理的焦點，國家海洋局陳尚、夏濤的研究團隊構建了代表海洋供給服務、文化服務、支持服務及調節服務的指標體系定量評估海洋生態系統服務的物質量和價值量，國家海洋局依據已有研究公布了《海洋生態資本評估技術導則》等國家標準，對海洋生態系統的服務類型、數據來源、評估指標及評估公式進行了詳細闡述[26-29]；Kingsfor、江波、Malekmohammadi等學者重視湖泊、濕地生態系統結構、服務與生態條件的復雜性，側重于其水源涵養、美學景觀、生物多樣性等服務評估及水文平衡的維持，提出利用3S技術動態監測生態數據，降低生態系統服務重復計算[30-32]。

圖1 1997到2018年歷年生態系統服務評估研究發文量趨勢

Figure 1 Trends in ecosystem services assessment research from 1997 to 2018

針對不同時空尺度下生態系統服務進行評估：張宏鋒、歐陽志云等學者認為不同時間、空間尺度上的同種生態系統服務對相關區域具有不同的重要性，在評估不同尺度上同種生態系統的生態系統服務時通常也有不同的側重點[33]。Sun、Ge等學者針對不同年份受干旱影響而形成不同陸地表面特征的國家森林和草原生態系統，分析森林水文和生產力對不同時間尺度上干旱的響應程度[34]。廖文婷、鄧紅兵等學者研究證實農田、自然植被面積比例、水庫庫容、人口數量等是影響長江流域子流域生態系統水文調節服務的主要因素，影響因素的空間尺度上的差異直接導致流域生態系統的空間異質[35]。因此，科學認識生態系統服務空間分異規律，了解其權衡協同作用，可為生態系統保護措施、跨區域合作等提供科學依據，促進全面協調發展。

3 生態系統服務評估方法及比較分析

Daily和Costanza等學者[7-9]的研究明確了生態系統的定義，為生態系統服務評估研究的發展奠定了基礎。國內最初的相關研究由歐陽志云、陳仲新、謝高地等學者引入，在此基礎上，國內眾多學者利用價值量、物質量評估方法開展了大量生態系統服務相關研究工作。目前，國內外生態系統服務評估方法可以大致歸納為價值量和物質量兩類評估方法[10-11,37-38]。

3.1 生態系統服務價值量評估法

2008年，謝高地等學者在Costanza于1997年提出的生態系統服務價值估算原理及其研究方法的基礎上，將生態系統服務價值體系中國化，極大地促進了這類方法在中國的發展[1, 35]。謝高地總結認為目前生態系統服務價值評估可分類兩大類，一是基于單位面積價值當量因子的評估方法(簡稱當量因子法)，二是基于單位服務功能量價格的評估方法(簡稱功能價值法)[9, 40-43]。目前，生態系統服務價值量評估法主要被運用在對供給服務的評估，其次是調節服務及文化服務。該方法對食物生產、原料生產、水資源供給等供給服務的價值量評估結果具有較高的經濟意義。

3.1.1 當量因子法

當量因子法主要是基于各種服務的價值當量，結合生態系統的分布面積對生態系統服務進行評估。謝高地等在2015年改善了之前的生態系統服務價值評價體系，提供了針對生態系統服務價值時空動態評估的綜合評估方案，促進了當量因子法在自然資產評估、生態補償等方面的應用發展[40]。目前，單純用單位面積上土地利用類型的生態系統服務價值乘以研究區域土地利用類型面積的原始當量因子法的使用率逐漸減少[44-45]。近幾年，在計算不同區域單位面積價值時，通常在單位面積生態系統服務價值的基礎當量的基礎上，通過糧食單產、凈利潤、NDVI、NPP、降水或土壤保持調節等與全球或全國平均水平比較進行當量校正，或者通過查閱對應文獻資料的服務價值研究結果，以生態服務功能量和專家經驗相結合確定生態系統服務的單位面積價值[40, 46]。

當量因子法在實際應用中對數據需求少、操作簡單，可以快速加總與比較不同服務，且非專業政府人員和民眾也能很直觀的理解其評估結果，對將生態系統服務價值納入國民經濟核算體系有重要意義。此方法的核心在于確定各種生態系統服務的單位面積價值，但生態系統服務的時空異質性決定了特定的生態系統服務價值指標體系不能用于衡量每一個地區生態系統服務的實際價值[45]。相比較大尺度區域研究而言，針對小尺度區域利用當量因子法開展生態系統服務價值評估研究具有更高的可靠性和實踐性。

3.1.2 功能價值法

功能價值法是基于生態系統服務功能量的多少和功能量的單位價格得到總價值的評估方法，通常運用直接市場價值法、間接市場價值法、模擬市場價值法等方法進行價值轉化[40, 47-48]。

直接市場價值法是指針對存在實際市場的生態系統產品和服務，以直接實物價格和直接市場價格評定其價值的評估方法。此方法借助實際市場價格數據來反映個人的實際偏好或成本，但需要足夠的數量、成本和市場價格數據。然而，大部分生態系統服務缺少市場交易價格，限制了直接市場在多種生態系統服務評估上的應用，無法充分分析生態系統服務邊際變化[49]。該方法適用于具有實物量和存在市場價格的生態系統產品和服務的價值測算，常用于供給服務方面的價值評估，其評估方法包括市場價值法、費用成本法、生產效應法等[50]。

如果某生態系統服務缺少實際交易市場，我們可以憑借其替代品的交易價格，間接評估其生態系統服務價值，這種方法簡稱間接市場價值法。該方法對沒有實際市場來提供直接價值的服務也能進行評估，因此其適用范圍比直接市場價格法適用范圍要大。但是，替代品的估算價格與生態系統服務真實價值存在偏差，需要對估算價格進行調整后才能用來間接評估生態系統服務，因此間接市場價值法對于直接市場價值法而言評估結果可信度較低。常用的間接市場價值法包括機會成本法、重置成本法、替代成本法、享樂價格法、旅行費用法、環境損益法等[51]。

針對既不存在實際市場，也不存在代替品等間接市場的生態系統服務，可以通過構建虛擬市場，收集大眾對某類生態系統服務的支付意愿、補償意愿，借此評估這類生態系統服務。模擬市場價值法主要分為條件價值評估法(CVM)、支付意愿調查法[50-52]。CVM是指通過問卷調查或訪談的形式直接詢問人們對于生態系統服務的支付或補償意愿，借此衡量生態系統服務的價值；支付意愿調查法通常是指邀請相關領域的專家通過面談或郵件的形式就各種生態系統服務進行多次打分或排序，憑借調研結果來評估生態系統服務。此類方法受樣本量、群眾知識水平、專家專業水準等因素影響較大，具有較大的主觀性。

3.2 生態系統服務物質量評估法

隨著生態系統服務分類的細化，在當今市場條件下，文化、調節、支持服務價值市場化的科學依據不出充分，物質量評估方法逐漸成為生態系統服務評估研究領域的主流。對比價值量評估方法，物質量評估方法主要是從生態系統物質量的角度對其提供的服務進行綜合性、整體性評價。該方法通常是基于生態系統過程而構建的，其深入了解生態系統服務產生機理，評價結果可信度更高，利于對生態系統開展可持續性研究分析，可為決策提供更加科學可靠的依據[37]。目前，生態系統服務物質量評估方法大致可以分為能值法、模型法兩種。其中，評估模型的出現及發展，是生態系統服務評估研究領域的一大突破。不同于眾多價值量評估方法，利用模型評估能使結果以地圖的方式呈現，更為空間化、直觀化，能夠模擬和預測未來生態系統服務的變化趨勢。

3.2.1 能值法

為了揭示特定生態系統的特性和自然環境性能，了解生態系統自身的能量流動很有必要。Odum為評估某系統中不同類型的能量與物質流動，基于能量系統理論創新了能值法[53-55]。能值法以能量作為共同的評價標準，基于能量投入，將直接或間接投入生態系統中的有效能總量(以焦耳Sej為單位)與能量間的能量轉換率相結合，計算得出生態系統最終能值，以此評估生態系統服務。能值法從輸入生態系統的各種能量的角度(供給者角度)出發對生態系統服務進行評估，能定量分析生態系統與人類社會的價值以及各生態系統間的相互關系，能較好地闡述生態系統服務的能量流動及利用率[56-59]。同時，該方法在共同的基礎上考慮到不同形式的能源、材料、人類勞動和經濟服務，為探索環境與經濟的可持續互動提供更大的潛力[60]。

因此，能值法目前常被用來描述大尺度研究區生態系統服務利用區域差異，評估城市生態系統及人造綜合工農業園區等。于曉曼等學者基于中國30個省份不同區域的能值消費情況，借助GIS技術更好地了解資源利用空間差異，證實可再生資源的有效利用能促進區域可持續發展[61]。劉喆、Hwang、Raman等學者利用能值綜合法，分析現有系統內部能量流動及利用情況，了解城市生態系統存在的薄弱區及可發展區，優化綜合工農業園區建設，完善環保建筑設計，提升不可再生資源的能源利用率及能源生產率[62-64]。但文化服務以及部分調節服務較難以用能值指標來體現，能值法不適用于生態系統服務文化服務的評估。

3.2.2 模型法

近幾年，學者對研究方法的實操性、研究成果科學性的要求增高。隨著多種生態系統服務的耦合關系、生態系統服務的權衡與協同、生態系統服務與人類福祉等研究熱度的增加，對比在特定時空下粗精度的估計生態系統服務價值，我們需要的是創新出能將小規模研究的嚴謹性與廣泛的評估范圍相結合并能量化生態系統服務的研究方法，或將已有的研究方法進行組合，擴大適用范圍[65]。目前，基于生態系統服務的形成機理，通過綜合模型計算生態系統真正產生的物質量評估生態系統服務的研究逐漸增多。目前，InVEST、ARIES、SolVES、MIMES、TESSA等模型使用得較多[66-73]。其中，InVEST內涵評估模塊較多，發展的最為完善；SoLVES、ARIES、MIMES等模型針對特定的區域有較好的評估結果，雖還未發展完善，但具有應用前景較好。

眾多評估模型中，美國自然資本項目組2007年研發的InVEST(integrated valuation of ecosystem services and trade-offs)模型適用范圍較廣，該模型包括陸地、淡水和海洋三類生態系統服務評估模型，能廣泛地應用于局部地區、區域以及全球尺度，常用于多種服務多目標評估、生態系統服務與人類福祉相互影響關系、生態系統服務權衡協同關系、情景分析預測生態系統服務變化等研究[65,74-78]。目前，學者對InVEST模型的應用主要集中于生物多樣性保護、水質凈化、水源涵養與碳儲存等調節服務的定量評估，其次為水資源供給、食物供給等供給服務以及養分循環、土壤保持和初級生產等支持服務。Nelson等利用InVEST模型在景觀尺度上對多種生態系統服務、生物多樣性保護、商品生產和權衡進行建模，構建三種不同發展方案，預測并分析其分別對當地水文的影響[65]。何春陽、黃博強、黃金亮等將InVEST與其他經濟價值模型結合或綜合3S技術，擴大模型時空適用范圍，評估研究區生態系統服務整體變化趨勢，分析時空動態變化規律，為空間規劃和管理決策提供科學依據[74,79]。

MA所提出的生態系統服務四大類中，關于美學景觀、文化教育、娛樂價值等文化服務的評估大多以個人主觀感受為基礎[80]。為此，美國地質調查局與美國科羅拉多州立大學合作開發了能評估、映射和量化各種生態系統利益相關者所感知的非市場價值的工具——SolVES(social values for ecosystem services)模型，其囊括了社會價值模型、價值制圖模型及價值轉換制圖模型三個子模型[69]。SolVES模型能憑借利益相關者對生態系統產品和服務的態度和偏好生成更完整的社會價值空間分布圖，描述社會價值和生態系統之間的關系，為研究區游憩資源的配置提供參考[81-82]。王玉、馬橋等學者利用SolVES模型量化濕地森林公園提供的景觀美學、生物多樣性、娛休閑樂等服務的社會價值，評估生態系統社會價值的價值指數與道路、水體及其他類型濕地的關系，并呈現了各種價值指數的空間分布特征空間分析，分析得知景觀區域的潛力熱點區域[83-84]。但是，SolVES模型需要大量問卷調查數據，在新研究區應用時耗費時間較長，且傳統經驗模型和新研究區的環境因子有差異，模型評估結果的可信度會依情況而降低[69, 82]。目前，為保證SolVES模型評估結果的科學性，SolVES模型多用于濕地、森林公園等小尺度生態系統服務文化服務、社會價值方面的評估。同時，SolVES模型對不同的景觀類型采用相同的景觀參數，這一局限性阻礙了其應用的推廣[85]。

表1 生態系統服務評價方法比較與匯總

注: +++表示非常適用； ++表示較適用；+表示勉強適用。

為了解決研究區域數據稀缺、輸出模型化地圖以及消除相關的不確定性等技術阻礙，美國佛蒙特大學研發了ARIES(artificial intelligence for ecosystem services)模型[82]。ARIES模型通過人工智能、語義，集合相關算法和空間數據信息，構建空間數據庫，量化、評估多種生態系統服務，如碳儲量和碳源碳匯、美景和鄰近距離、洪水管理、水土保持、淡水供給、休閑等, 多用于模擬“源”、“匯”、“使用者”生態系統服務流的空間動態研究[71,86]。Bagstad等基于生物物理模型及ARIES模型生成的碳固存模擬圖、風景景觀圖以及沉積物調節和水產量，分析PSI國家森林熱點及冷點分布規律，為國家制定新的森林計劃提供參考[87]。Barquín、Zank等利用人工智能生態系統服務(ARIES)平臺開發的五個ES模型，分析河流生態系統服務對環境變化的響應研究及不同程度的城市擴展及其相關景觀改造的情景下研究區生態系統服務的變化，并確定其重要驅動因素[88-89]。該模型建立初衷是為了實現全球尺度上生態系統服務的量化、評估，然而目前ARIES的全球模型尚未開發完全，且因無法全面考慮生態或社會經濟等影響因素，在全球尺度上推進該模型比較困難，并且大尺度下，空間數據分辨率會相對較差，評估精度會降低[90-91]。

另外，近幾年為了同時監控、反饋多種生態系統服務產品和需求的動態，MIMES模型被開發出來，常用于描述具有空間顯性生態系統服務生產函數的景觀。相比InVEST、ARIES等模型，MIMES的運作方式類似于動態地理空間信息系統，綜合人類社會和自然系統，通過整合用戶指定站點的信息與空間數據監測并權衡不同經濟、政策及氣候情景[73,92]。但因為模型購買價格較高，使用率較低。

本文根據已有的研究結論，總結歸納了生態系統服務評價方法如表1。

4 存在問題與研究展望

4.1 評估依據的問題

無論是評估過程中采用的數據來源、評估指標體系，還是評估后需與之比較分析的評估標準，這些都是評估生態系統服務優劣的依據。生態系統服務價值量評價方法包括評價指標體系的建立、數據來源的查詢與服務或指標單位價格的確定等重要步驟，而這些核心過程均具有較強的主觀性。部分價值量評價法中原始數據來源于研究區域居民，由專家確定評價指標體系以及指標權重，這間接造成樣本量、群眾知識水平、專家專業水準等因素在很大程度上影響評估的結果。另外，生態系統服務評估的最終目的是維持生態系統的穩定并使其能被人類較為高效且可持續地利用，無節制利用生態系統服務提高經濟效益或者盲目地保護自然環境都是不可行的。目前，如何合理地獲取源數據，并憑借其構建科學的評估指標體系；如何憑借生態系統服務的評估結果，擬定生態系統維持穩定的指標閾值；如何制定合理的、可實現最佳標記效益、可持續的開發利用方案，并隨著自然、社會經濟環境的變動調節、維護利用方案的穩定進行；以一個怎樣的標準或指標評定生態系統服務是否優良等問題仍未得到較好的解決。

4.2 時空尺度的選擇問題

目前，國內外對局部地區生態系統服務評估的研究占大多數，國外開展了部分在區域/景觀及全球水平上的大尺度評估研究，但仍不能滿足利益相關者決策與生態系統服務可持續發展的需要。小尺度下的評估研究能更詳細地闡述受研究區社會經濟因素影響的生態系統的能量流動、物質循環及信息傳遞，提出更契合研究區的管理規劃，但也可能因忽視其他尺度下的信息而得出錯誤的評估結論。大尺度下的評估研究，不僅僅局限在某一個單一的區域，會綜合考慮多種生態系統服務之間的權衡與協同，更宏觀的了解社會、經濟及生態因素之間的關系，能為生態系統的監控以及管理工作提供更科學的依據。因此，如何根據研究區及周邊社會經濟環境的特征，選擇合適的尺度進行評估研究至關重要。

4.3 評估方法的選擇問題

利用價值量評估方法評估生態系統服務價值是建立服務市場的重要途徑，能及時反映部分服務的稀缺性，為研究區域的生境保護、環境功能區劃、生態補償政策、生態經濟核算等提供重要依據。在實際應用上，生態系統服務的貨幣價值容易被決策者及大眾所接受，能對不同時間段、不同區域或者不同設想情形下土地利用變化進行比較研究，能為政府部門權衡土地管理策略及決策提供市場依據[38]。但由于生態系統的結構復雜和時空異質，定義一套可以在大尺度上應用的價值評估指標體系難度較大，準確地評估生態系統服務的價值比較困難。為了避免價值量評估方法的缺陷，依據生態系統服務形成機理而發展起來的、重視生態學規律的物質量評估方法備受眾多國內外學者青睞。但由于大部分模型都只針對某一特定的生態系統服務，學者通常將統計學方法、3S技術等與生態學模型結合，旨在既能體現小尺度研究區域土地利用覆蓋變化下生態系統服務的變化特征，也能借助站點觀測數據、遙感數據等實現對大尺度下生態系統服務的有效評估。因此，目前沒有能囊括并精準評估所有生態系統服務的研究方法，如何根據研究目的及研究區特征，針對不同類型的生態系統服務選擇合適的方法是評估研究中一個重要的問題。

4.4 研究展望

針對已存在的問題，生態系統服務評估方法未來的研究可以在以下三個方面進行集中拓展。

首先，在評估依據方面，應對研究區域有更系統的了解，合理地選擇評估所需的數據來源及專家組，更多地從生態過程、服務形成機理等方面構建指標體系，統一生態系統服務合理利用閾值及劃分評估等級、評估標準，以期在多尺度生態系統中，更系統地、綜合地評估多種不同的生態系統服務，明確生態系統服務的應用及分類。這樣有利于生態系統服務形成機理相關研究的推進，對生態系統物質能量流動進行更深層次的了解。分析不同生態系統服務之間的權衡協同關系，以期整體提升生態系統服務質量。

再者，建立信息共享平臺對時空尺度的選擇十分有必要。只有綜合分析大量有效信息，才能根據研究區生態系統服務的特點，選擇合適的時空尺度進行評估研究，降低錯誤結論的可能性。而相比較國外的信息共享程度，國內缺少這方面的平臺，這也在很大程度上阻礙了生態系統服務評估經驗模型的建立及物質量模型的創新。國內研究機構間，應主動增強合作，打破壁壘，一起達到學術上的“互利共贏”。

另外，在評估方法方面，應在繼續擴充、完善已有評估方法的基礎上，充分利用數據處理技術，綜合利用價值量和物質量評估方法。生態系統服務價值量評估方法應從各類生態過程形成機理及過程出發，制定更科學、更切合研究區特征的評估指標體系，依據發展較完善的市場確定對應的市場或非市場單位價格，且需深入研究克服時空異質性的指標體系或價值轉換方法。物質量評估方法中的模型法是目前采用較多的評估方法，但現有的許多模型都有自身的片面性，對各類服務進行單獨評估后再借助GIS等技術進行簡單疊加分析的模型較多，較少有模型考慮多種服務之間權衡與協同關系。部分模型購買費用較高，導致模型使用率較開源模型低很多，且用戶使用反饋較少會影響模型后期的完善，因此模型開發團隊應在維護自身權益的情況下，合理地設定模型的購買價格。同時，生態系統自身的復雜性導致相關數據分析處理的難度增強，不利于多種方法的集成利用。借助編程語言或已有的數據統計技術對生態數據進行處理，能較好地推進多種分析方法的綜合利用，從多種角度解讀研究區生態系統服務評估結果。另外，生態系統服務價值量評估方法與物質量評估方法各有利弊，在研究中可根據研究目的及側重點選擇合適的方法。生態系統服務物質量的變化過程及變化幅度能說明生態系統的生態過程及服務現狀，而生態系統服務的貨幣價值能較直觀的反映市場的實時需求，兩種方法雖差異較大，但從不同的角度補充生態系統服務的意義。若評估目的是分析生態系統服務的形成機理及其生態學過程，那么物質量評價方法更契合研究主題；若研究宗旨是為了反映生態系統服務在市場上的貨幣價值或客觀稀缺性，那么價值量評估方法比物質量評估方法更合適。所以，在實際評估工作中，應根據研究主旨及研究區特征，選擇合適的方法，對研究區生態系統服務進行準確評估，為政府制定保護、調控政策提供可靠參考。

[1] 謝高地, 肖玉, 魯春霞. 生態系統服務研究: 進展、局限和基本范式[J]. 植物生態學報, 2006, 30(2): 191–199.

[2] LOTZE H K, LENIHAN H S, BOURQUE B J, et al. Depletion, degradation, and recovery potential of estuaries and coastal seas[J]. Science, 2006, 312(5781): 1806–1809.

[3] FOLEY J A, RAMANKUTTY N, BRAUMAN K A, et al. Solutions for a cultivated planet[J]. Nature, 2011, 478(7369): 337–342.

[4] BOARD M E A. Millenium Ecosystem Assessment - Ecosystems and human well-being: wetlands and water synthesis[J]. Physics Teacher, 2005, 34(9): 534–534.

[5] WESTMAN W E. How much are natures services worth?[J]. Science, 1977, 197(4307): 960–964.

[6] EHRLICH P R, EHRLICH A H. The causes of consequences of the disappearance of species[J]. Quarterly Review of Biology, 1981.(1): 82-85.

[7] DAILY G C. Nature's services: societal dependence on natural ecosystems[J]. Pacific Conservation Biology, 1997, 6(2): 220–221.

[8] DAILY G C, TORE S, ANIYAR S, et al. The value of nature and the nature of value[J]. Science, 2000, 289(5478): 395–396.

[9] COSTANZA R, DARGE R, DE G R, et al. The value of the world's ecosystem services and natural capital[J]. Nature, 1997, 387(6630): 253–260.

[10] 謝高地, 曹淑艷, 魯春霞, 等. 中國的生態服務消費與生態債務研究[J]. 自然資源學報, 2010, 25(1): 43–51.

[11] 歐陽志云, 王效科, 苗鴻. 中國陸地生態系統服務功能及其生態經濟價值的初步研究[J]. 生態學報, 1999(05): 19–25.

[12] 馮劍豐, 李宇, 朱琳. 生態系統功能與生態系統服務的概念辨析[J]. 生態環境學報, 2009, 18(4): 1599–1603.

[13] 傅伯杰, 張立偉. 土地利用變化與生態系統服務: 概念、方法與進展[J]. 地理科學進展, 2014, 33(4): 441–446.

[14] PLIENINGER T, HARTEL T, MARTINLOPEZ B, et al. Wood-pastures of Europe: geographic coverage, social-ecological values, conservation management, and policy implications[J]. Biological Conservation, 2015, 190: 70–79.

[15] COMTET T, SANDIONIGI A, VIARD F, et al. DNA (meta)barcoding of biological invasions: a powerful tool to elucidate invasion processes and help managing aliens[J]. Biological Invasions, 2015, 17(3): 905–922.

[16] KEITH D A, RODRIGUEZ J P, BROOKS T M, et al. The IUCN Red List of Ecosystems: Motivations, Challenges, and Applications[J]. Conservation Letters, 2015, 8(3): 214–226.

[17] 郭力娜, 張夢華, 王海南. 基于能值理論的唐山市農業生態系統評價[J]. 水土保持研究, 2017, 24(2): 300–306.

[18] ZANTEN B T V, VERBURG P H, ESPINOSA M, et al. European agricultural landscapes, common agricultural policy and ecosystem services: a review[J]. Agronomy for Sustainable Development, 2014, 34(2): 309–325.

[19] 王兵, 張方秋, 周平, 等. 廣東省森林生態系統服務功能評估[M]. 北京: 中國林業出版社, 2011: 193.

[20] 宋慶豐, 牛香, 王兵. 基于大數據的森林生態系統服務功能評估進展[J]. 生態學雜志, 2015, 34(10): 2914–2921.

[21] 宋慶豐, 牛香, 王兵. 黑龍江省森林資源生態產品產能[J]. 生態學雜志, 2015, 34(6): 1480–1486.

[22] 國家林業局. 森林生態系統服務功能評估技術規范[M]. 北京: 中國標準出版社, 2008: 14.

[23] HAYHA T, FRANZESE P P, PALETTO A, et al. Assessing, valuing, and mapping ecosystem services in Alpine forests[J]. Ecosystem Services, 2015, 14(4): 12–23.

[24] LAKERVELD R P, LELE S, CRANE, et al. The social distribution of provisioning forest ecosystem services: Evidence and insights from Odisha, India[J]. Ecosystem Services, 2015, 14(8): 56–66.

[25] MAROSCHEK M, RAMMER W, LEXER. Using a novel assessment framework to evaluate protective functions and timber production in Austrian mountain forests under climate change[J]. Regional Environmental Change, 2015, 15(8): 1543–1555.

[26] JOHNS G , LEE D J , LEEWORTHY V , et al. Developing economic indices to assess the human dimensions of the South Florida coastal marine ecosystem services[J]. Ecological Indicators, 2014, 44: 69–80.

[27] LOOMIS D K , PATERSON S K . The human dimensions of coastal ecosystem services: Managing for social values[J]. Ecological Indicators, 2014, 44: 6–10.

[28] 陳尚, 杜國英, 夏濤, 等. 山東近海生態資本評估[M]. 北京: 海洋出版社, 2012: 117.

[29] 國家海洋局. 海洋生態資本評估技術導則[M]. 北京: 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局, 2011: 42.

[30] KINGSFORD R T, BASSET A, JACKSON L. Wetlands: conservation's poor cousins[J]. Aquatic Conservation Marine & Freshwater Ecosystems, 2016, 26(5): 892–916.

[31] 江波, CHRISTINA P,陳媛媛,等. 湖泊濕地生態服務監測指標與監測方法[J]. 生態學雜志, 2015, 34(10): 2956–2964.

[32] MALEKMOHAMMADI B, JAHANISHAKIB F. Vulnera-bility assessment of wetland landscape ecosystem services using driver-pressure-state-impact-response (DPSIR) model[J]. Ecological Indicators, 2017, 82: 293–303.

[33] 張宏鋒, 歐陽志云, 鄭華. 生態系統服務功能的空間尺度特征[J]. 生態學雜志, 2007, 1(9): 1432–1437.

[34] SUN Shanlei, SUN Ge, CALDWELL P, et al. Drought impacts on ecosystem functions of the U.S. National Forests and Grasslands: Part II. Assessment results and management implications[J]. Forest Ecology & Mana-gement, 2015, 353(2): 269–279.

[35] 廖文婷, 鄧紅兵, 李若男, 等. 長江流域生態系統水文調節服務空間特征及影響因素: 基于子流域尺度分析[J]. 生態學報, 2018, 38(2): 412–420.

[36] 王鳳春, 鄭華, 王效科,等. 北京與密云水庫上游地區水生態合作機制研究——以洞庭湖流域為例[J]. 生態經濟(中文版), 2017, 33(8): 164–168.

[37] 趙景柱, 肖寒, 吳剛. 生態系統服務的物質量與價值量評價方法的比較分析[J]. 應用生態學報, 2000, 1(2): 290–292.

[38] 陳仲新, 張新時. 中國生態系統效益的價值[J]. 科學通報, 2000, 45(1): 17–22.

[39] 謝高地, 甄霖, 魯春霞, 等. 一個基于專家知識的生態系統服務價值化方法[J]. 自然資源學報, 2008, 23(5): 911–919.

[40] 謝高地, 張彩霞, 張雷明, 等. 基于單位面積價值當量因子的生態系統服務價值化方法改進[J]. 自然資源學報, 2015(8): 1243–1254.

[41] 謝高地, 魯春霞, 冷允法, 等. 青藏高原生態資產的價值評估[J]. 自然資源學報, 2003, 18(2): 189–196.

[42] 趙同謙, 歐陽志云, 王效科, 等. 中國陸地地表水生態系統服務功能及其生態經濟價值評價[J]. 自然資源學報, 2003, 1(4): 443–452.

[43] 趙同謙, 歐陽志云, 賈良清,等. 中國草地生態系統服務功能間接價值評價[J]. 生態學報, 2004, 1(6): 1101–1110.

[44] 歐陽志云, 金羽, 趙同謙,等. 海南島生態系統調節功能及其價值評估[J]. Journal of Resources and Ecology, 2011, 02(2): 132–140.

[45] 張舟, 吳次芳, 譚榮. 生態系統服務價值在土地利用變化研究中的應用: 瓶頸和展望[J]. 應用生態學報, 2013, 24(2): 556–562.

[46] SHI Yao, WANG Rusong, HUANG Jinlou, et al. An analysis of the spatial and temporal changes in Chinese terrestrial ecosystem service functions[J]. Science Bulletin, 2012, 57(17): 2120–2131.

[47] KAREIVA P, MARVIER M. Conserving biodiversity coldspots-Recent calls to direct conservation funding to the world’s biodiversity hotspots may be bad investment advice[J]. American Scientist, 2003, 91(4): 220–224.

[48] ROBERTSON G P, SWINTON S M. Reconciling agricultural productivity and environmental integrity: a grand challenge for agriculture[J]. Frontiers in Ecology & the Environment, 2005, 3(1): 38–46.

[49] TURNER R K, PAAVOLA J, COOPER P, et al. Valuing nature: lessons learned and future research directions[J]. Ecological Economics, 2002, 46(3): 493–510.

[50] 劉堯, 張玉鈞, 賈倩. 生態系統服務價值評估方法研究[J]. 環境保護, 2017, 45(6): 64–68.

[51] 戴波, 周鴻. 生態資產評估理論與方法評介[J]. 經濟問題探索, 2004(9): 18–21.

[52] 朱春燕. 禹州市土地生態系統服務價值評估與生態補償研究[D]. 鄭州: 河南大學, 2012:5.

[53] ODUM H T, ODUM E P. The Energetic Basis for Valuation of Ecosystem Services[J]. Ecosystems, 2000, 3(1): 21–23.

[54] ODUM H T. Environmental accounting: emergy and environmental decision making[J]. Child Development, 1996, 42(4): 1187–201.

[55] ODUM H T. Self-organization, transformity, and information[J]. Science, 1988, 242(4882): 1132–1139.

[56] BROWN M T, ULGIATI S. Energy quality, emergy, and transformity: H.T. Odum’s contributions to quantifying and understanding systems[J]. Ecological Modelling, 2004, 178(1): 201–213.

[57] DONG Xiaobin, ULGIATI S, YAN Maochao, et al. Progress, influence and perspectives of emergy theories in China, in support of environmentally sound economic development and equitable trade[J]. Energy Policy, 2008, 36(3): 1019–1028.

[58] ULGIATI S, ZUCARO A, FRANZESE P P. Shared wealth or nobody's land? The worth of natural capital and ecosystem services[J]. Ecological Economics, 2011, 70(4): 778–787.

[59] BROWN M T, CAMPBELL D E, TILLEY D E. Emergy Synthesis 8. Emergy and environmental accounting: Theories, applications, and methodologies[J]. Ecological Modelling, 2015,315:1–3.

[60] FRANZESE P P, RYDBERG T, RUSSO G F, et al. Sustainable biomass production: A comparison between Gross Energy Requirement and Emergy Synthesis methods[J]. Ecological Indicators, 2009, 9(5): 959–970.

[61] YU Xiaoman, GENG Yong, DONG Huijuan, et al. Emergy-based sustainability assessment on natural resource utilization in 30 Chinese provinces[J]. Journal of Cleaner Production, 2016, 133: 18–27.

[62] ZHE Liu, YONG Ge, HUNGSUCK P, et al. An emergy- based hybrid method for assessing industrial symbiosis ofan industrial park[J]. Journal of Cleaner Production, 2016, 114: 132–140.

[63] HWANG Yi, RAVI S S, WILLIAM W B. An integrated energy-emergy approach to building form optimization: Use of EnergyPlus, emergy analysis and Taguchi-regression method[J]. Building and Environment, 2015, 84(4): 89–104.

[64] SINGH R J, GHOSH B N, SHARMA N K, et al. Energy budgeting and emergy synthesis of rainfed maize–wheat rotation system ith different soil amendment applications[J]. Ecological Indicators, 2016,61(2): 753–765.

[65] NELSON E, MENDOZA G, REGETZ J, et al. Modeling multiple ecosystem services, biodiversity conservation, commodity production, and tradeoffs at landscape scales[J]. Frontiers in Ecology & the Environment, 2009, 7(1): 4–11.

[66] BAGSTAD K J, VILLA F, BATKER D, et al. From theoretical to actual ecosystem services: mapping beneficiaries and spatial flows in ecosystem service assessments[J]. Ecology & Society, 2014, 19(2): 706–708.

[67] PEH S H, BALMFORD A, BRADBURY R B, et al. TESSA: A toolkit for rapid assessment of ecosystem services at sites of biodiversity conservation importance[J]. Ecosystem Services, 2013, 5: 51–57.

[68] RUCKELSHAUS M, MCKENZIE E, TALLIS H, et al. Notes from the field: Lessons learned from using ecosystem service approaches to inform real-world decisions[J]. Ecological Economics, 2015, 115: 11–21.

[69] SHERROUSE B C, CLEMENT J M, SEMMENS D J. A GIS application for assessing, mapping, and quantifying the social values of ecosystem services[J]. Applied Geography, 2011, 31(2): 748–760.

[70] VILLA F, BAGSTAD K J, VOIGT B, et al. A Methodology for Adaptable and Robust Ecosystem Services Assessment[J]. Plos One, 2014, 9(3): e91001.

[71] VILLA F, CERONI M, BAGSTAD K, et al. ARIES (Artificial Intelligence for Ecosystem Services): A new tool for ecosystem services assessment, planning, and valuation[C]//11Th annual BIOECON conference on economic instruments to enhance the conservation and sustainable use of biodiversity, conference proceedings. Venice, Italy. 2009, 5:1–10.

[72] SHARPS K, MASANTE D, THOMAS A, et al. Comparing strengths and weaknesses of three ecosystem services modelling tools in a diverse UK river catchment[J]. Science of the Total Environment, 2017, 584: 118–130.

[73] BOUMANS R,ROMAN J,ALTMAN I, et al. The Multiscale Integrated Model of Ecosystem Services (MIMES): Simulating the interactions of coupled human and natural systems[J]. Ecosystem Services, 2015, 12: 30–41.

[74] HE Chunyang, ZHANG Da, HUANG Qingxu, et al. Assessing the potential impacts of urban expansion on regional carbon storage by linking the LUSD-urban and InVEST models[J]. Environmental Modelling & Software, 2016, 75: 44–58.

[75] 李雙成, 張才玉, 劉金龍,等. 生態系統服務權衡與協同研究進展及地理學研究議題[J]. 地理研究, 2013, 32(8): 1379–1390.

[76] FISHER B,TURNER R K, et al. Measuring, modeling and mapping ecosystem services in the Eastern Arc Mountains of Tanzania[J]. Progress in Physical Geography, 2011, 35(5): 595–611.

[77] GOLDSTEIN J H, CALDARONE G, DUARTE T K, et al. Integrating ecosystem-service tradeoffs into land-use decisions[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2012, 109(19): 7565–7570.

[78] LAWLER J J, LEWIS D J, NELSON E, et al. Projected land-use change impacts on ecosystem services in the United States[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2014, 111(20): 7492–7497.

[79] 黃博強, 黃金良, 李迅,等. 基于GIS和InVEST模型的海岸帶生態系統服務價值時空動態變化分析—以龍海市為例[J]. 海洋環境科學, 2015, 34(6): 916–924.

[80] LU Chunxia, XIE Gaodi, CHENG Shengkui. Economic evaluation of river ecosystem service in recreation[J]. Resources Science, 2001, 23(5): 77-81.

[81] SHERROUSE B C, SEMMENS D J, CLEMENT J M. An application of Social Values for Ecosystem Services (SolVES) to three national forests in Colorado and Wyoming[J]. Ecological Indicators, 2014, 36(37): 68–79.

[82] SHERROUSE B C, SEMMENS D J. Social Values for Ecosystem Services, version 3.0 (SolVES 3.0): documentation and user manual[R]. US Geological Survey, 2015.

[83] 王玉, 傅碧天, 呂永鵬,等. 基于SolVES模型的生態系統服務社會價值評估——以吳淞炮臺灣濕地森林公園為例[J]. 應用生態學報, 2016, 27(6): 1767–1774.

[84] 馬橋, 劉康, 高艷,等. 基于SolVES模型的西安浐灞國家濕地公園生態系統服務社會價值評估[J]. 濕地科學, 2018, 16(1): 51–58.

[85] BROWN G, BRABYN L. The extrapolation of social landscape values to a national level in New Zealand using landscape character classification[J]. Applied Geography, 2012, 35(1-2): 84–94..

[86] 黃從紅, 楊軍, 張文娟. 生態系統服務功能評估模型研究進展[J]. 生態學雜志, 2013, 32(12): 3360–3367.

[87] BAGSTAD K J, REED J M, SEMMENS D J, et al. Linking biophysical models and public preferences for ecosystem service assessments: a case study for the Southern Rocky Mountains[J]. Regional Environmental Change, 2016, 16(7):2005–2018.

[88] BARQUIN J, BENDA L E, VILLA F, et al. Coupling virtual watersheds with ecosystem services assessment: A 21st century platform to support river research and management[J]. Wiley Interdisciplinary Reviews Water, 2015, 2(6): 609–621.

[89] ZANK B, BAGSTAD K J, VOIGT B, et al. Modeling the effects of urban expansion on natural capital stocks and ecosystem service flows: A case study in the Puget Sound, Washington, USA[J]. Landscape and Urban Planning, 2016, 149: 31–42..

[90] BAGSTAD K J, SEMMENS D, WINTHROP R, et al. Ecosystem services valuation to support decisionmaking on public lands-A case study of the San Pedro River watershed, Arizona[J]. USGS Scientific Investigations Report, 2012: 5251.

[91] BAGSTAD K J, JOHNSON G W, VOIGT B, et al. Spatial dynamics of ecosystem service flows: A comprehensive approach to quantifying actual services[J]. Ecosystem Services, 2013, 4: 117–125.

[92] COTTER M, HAUSER I, HARICH F K, et al. Biodiversity and ecosystem services-A case study for the assessment of multiple species and functional diversity levels in a cultural landscape[J]. Ecological Indicators, 2017, 75: 111–117.

A review on the methods of ecosystem service assessment

YUAN Zhouyanyan1,2, WAN Rongrong1,2,*

1.Key Laboratory of Watershed Geographic Sciences, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China 2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Natural ecosystem, an indispensable support system for human survival, provides supply services, regulation services, cultural services and supporting services for people. High-quality ecosystem services can promote the stable and sustainable development of human society. Therefore, assessing ecosystem services accurately is important for ecosystem diversity conservation, regional planning, and management remediation. Based on the introduction of ecosystem services’ concept and the main research contents of ecosystem services, this paper reviews the domestic and international ecosystem service value and physical assessment methods, and separately summarizes the pros and cons and application scope of equivalent factor method, functional value method, energetic valuation method and ecological models. We illustrate some problems that value assessment methods ignore ecological mechanism and lots ofdefective physical models and so on. Finally, we explore three major future directions for research: (1) strengthening mechanism research, (2)establishing an information sharing platform, (3)making full use of data processing technology, improving and comprehensively utilizing value and material quality assessment methods.

ecosystem service; assessment; value assessment method; physical assessment method

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.05.028

X171.1

A

1008-8873(2019)05-210-10

2018-10-30;

2019-01-18

中國科學院“美麗中國生態文明建設科技工程”專項(XDA23020201); 中國科學院重點部署項目(KFZD-SW-318); 國家自然科學基金(41571107)

袁周炎妍(1995—), 女, 湖南長沙人, 碩士, 主要從事自然資源利用與生態保護方向研究, E-mail: 429128354@qq.com

萬榮榮, 女, 博士, 副研究員, 主要從事資源利用與生態保護方向研究, E-mail: rrwan@niglas.ac.cn

袁周炎妍, 萬榮榮. 生態系統服務評估方法研究進展[J]. 生態科學, 2019, 38(5): 210-219.

YUAN Zhouyanyan, WAN Rongrong. A review on the methods of ecosystem service assessment[J]. Ecological Science, 2019, 38(5): 210-219.