全球生态系统服务的状况与趋势，本文主要内容关键词为：生态系统论文,状况论文,趋势论文,全球论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文章编号：1001-8166(2007)05-0515-06
1 前言
生态系统服务是指人类从生态系统获得的惠益[1]。人类的福祉状况和在可持续发展方面取得的进展都极大程度地取决于全球生态系统提供的各项服务，生态系统服务是人类福祉的源泉。本文主要是简要、系统地介绍千年生态系统评估(MA)项目对生态系统服务的定义与分类，并重点阐述全球生态系统服务在20世纪末的总体状况，以及它们在20世纪后半叶的主要变化趋势。这是MA状况与趋势工作组的报告《生态系统与人类福祉：现状与趋势》[2] 中第2部分的核心内容。在原报告中，这部分的题目是“对生态系统服务的评估”。它包括淡水、食物、木材、燃料、纤维、生物多样性的新产品与新产业、生物多样性对生态系统服务的调控、养分循环、气候与空气质量、生态系统对传染性疾病的调控、废弃物的无害化处理、自然灾害的调控，以及文化与愉悦服务等内容，共11章(第7～17章)312页(第165～476页)。生态系统服务的状况与变化趋势是生态系统评估的核心内容之一，因此这部分工作的开展为MA整个评估计划的完成提供了重要保障。
2 生态系统服务的分类
生态系统服务是一个在20世纪60年代后期才开始被使用的相对较新的概念，其在学术界以往主要存在2个经常被引用而且颇具代表性的定义。其一是1997年Daily提出的定义，他认为生态系统服务是指自然生态系统及其组成物种得以维持和满足人类生命需要的环境条件和过程；其二是1997年Costanza和他的同事提出的定义，他们认为生态系统的产品(如食物)与服务(如同化废弃物)是指人类直接或者间接地从生态系统的功能当中获得的各种惠益。由此可见，Daily的定义强调的是自然生态系统提供的各种服务；而Costanza的定义则把生态系统服务划分为产品和服务，并且强调自然生态系统和人工生态系统皆可提供各种服务。
为了便于评估，在以上2个定义的基础上，MA把生态系统提供的产品与服务统称为服务，从而给出了一个更加综合性的定义，即生态系统服务是指人类从生态系统获得的各种惠益。同时，根据生态系统服务的功能，MA又把生态系统服务划分为供给服务、调节服务、文化服务和支持服务4大类型(图1)。其中，供给服务是指人类从生态系统获取的各种产品，包括食物、纤维、薪柴、基因和淡水等；调节服务是指人类从生态系统过程的调节作用当中获取的各种惠益，包括维护空气质量、调节气候、调节水资源、调控侵蚀、授粉和调控疾病等；文化服务是指人们通过精神满足、认知发展、思考、消遣和美学体验而从生态系统获得的非物质惠益，包括文化多元性、精神与宗教价值、知识体系、教育价值、美学价值、地方感、社会关系，以及消遣与生态旅游等；支持服务是生态系统提供供给服务、调节服务和文化服务所必需的基础性服务，包括光合作用、初级生产、土壤形成，以及养分循环和水分循环等。
3 全球生态系统服务的状况与变化趋势
3.1 供给服务
在MA中，评估的供给服务包括食物、纤维、基因资源、淡水资源，以及生物化学物质、天然药品与药剂。其中，食物分为作物、牲畜、捕捞渔业、水产养殖，以及野生动植物食物资源共5个服务项；纤维分为木材、薪柴，以及棉花、大麻和丝绸共3个服务项；而基因资源、淡水资源，以及生物化学物质、天然药品与药剂则没有进一步细分服务项。关于供给服务的变化趋势，“上升”是指通过扩大提供服务的土地面积(比如农业扩展)，或者是提高单位面积的服务产量，从而导致服务的总产量得到提高；“下降”是指人类对服务的利用程度超出了可持续利用的水平。
食物：1961—2003年期间，全球食物产量的增幅超过了1.6倍。在作物生产方面，1961—2003年期间，世界谷类作物的产量增长了近2.5倍。其中，单产的提高是谷类作物产量增长的主要来源。1961—1999年期间，就所有的发展中国家来讲，作物面积扩展对产量增长的贡献占29％，而单产提高的贡献占71％。但是，有些地区，特别是非洲撒哈拉沙漠南部地区和拉丁美洲的部分地区，土地的生产力持续较低，作物的产量仍然主要依赖于种植面积的扩展。如非洲撒哈拉沙漠南部地区，作物单产的提高对产量增长的贡献仅占34％，而66％的产量增长却是来自面积的扩展。此外，在20世纪的后10年，全球谷类作物产量的增长速度已经有所下降，但是对其下降的原因目前尚未能确定。
在牲畜生产方面，1961—2003年期间，全球牛肉和羊肉的产量增长了40％，猪肉的产量增长了近60％，而家禽肉的产量则增长了1倍。在此期间，尽管有些地区用于牲畜生产的土地面积已经显著增加，但是牲畜供给服务的提高主要还是源于更加集约化的鸡、猪和牛的圈养生产。
在捕捞渔业方面，20世纪80年代后期之前，海洋渔业的渔获量呈持续增长趋势，但是之后就一直处于下降趋势。当前，1/4的海洋渔业资源已被过度开发或者出现严重衰竭，人类对捕捞渔业的利用模式已经不可持续，有些渔场的渔业资源已经濒临崩溃。如位于加拿大纽芬兰岛东海岸的纽芬兰渔场，20世纪80年代后期和90年代初期，鳕鱼资源跌至了极低的水平，于是1992年7月被迫宣布暂停所有的商业捕鱼活动，但是此后仍未出现恢复的迹象，因此2003年宣布无限期的关闭。此外，由于栖息地改变、过度捕捞，以及水资源利用等原因，多数贫困人群所依赖的淡水渔捞业也出现了下降趋势。
在水产养殖方面，过去的50年里，水产养殖已经成为全球重要的食物来源之一。世界范围内，自1970年以来，淡水养殖在以9.2％的复合年均增长率增长，至2000年，水产养殖业提供的鱼类产品大约占到了全球总量的27％。
在提供野生动植物食物资源方面，大多数情况下，野生食物往往被排除在自然资源系统的经济分析和官方的统计账目之外，因而缺乏对它们的整体重要性的量化分析。但是，由于全球自然栖息地的变化，以及人类(特别是贫困人群)对野生种群的不可持续开发，来自野生动植物的食物资源供给服务总体上是日益下降。
纤维：在木材生产方面，自1960年以来，全球的木材采伐量增长了60％。其中，人工林的圆木采伐量不断增长，2000年占到了全球木材总采伐量的35％。但是，全球的木材供给服务具有显著的地区差异，有些地区在工业化时代大约丧失了40％的森林，而且目前的森林仍在继续减少，因而这些地区的木材供应服务出现了下降。但是，近几十年来温带地区一些国家的森林不断得到恢复，因而这些地区的木材供应服务出现了回升。
在薪柴消费方面，薪柴是大约26亿人口取暖和煮饭的主要能源，其消费量占到了全球木材总消费量的55％。但是，全球的薪柴消费在20世纪90年代似乎达到了最高点，此后由于开发更加高效的生物质能技术以及其它替代燃料，薪柴的消费量目前正在缓慢下降。
在棉花、大麻和丝绸生产方面，自1961年以来，棉花和丝绸的产量分别增长到了原来的2倍和3倍。但是，其它农业纤维的生产却出现了下降。
基因资源：随着新的生物技术的发展，人类开始采用现代化的耕作方式和作物品种，这在一定程度上导致了传统栽培作物品种的丧失，此外再加上自然界物种的加速灭绝，因此基因资源方面的供给服务出现了下降。
淡水资源：在过去的40年里，水资源匮乏已经成为全球的显著特征。1960—2000年期间，根据度量水资源匮乏程度的一项关键指标(相对于可利用供给量的水资源利用量)，其增长速率在全球尺度是每10年接近20％，而各大洲的情况不尽一致，有的洲是每10年增长15％，而有的洲则每10年增长30％以上。人类当前的水资源利用量大约占全球陆地径流量的10％，相当于全球多数人口全年可以利用的陆地径流的40％～50％。人类的水资源利用模式已经不可持续，全球5％至大约25％的淡水利用量已经超过了可以长期利用的供应量，因而需要工程调水或者透支地下水进行补充(确定性程度在低和中等之间)。在北美和中东地区，不可持续的水资源利用量大约占到了总利用量的1/3(确定性程度低)。此外，估计全球15％～35％的灌溉用水都属于不可持续的利用(确定性程度在低和中等之间)。
生物化学物质、天然药品与药剂：由于人类对生物化学物质和新药品的需求不断增长，以及物种的加速灭绝和对药用植物的过度开发，这方面的供给服务已经明显下降。
3.2 调节服务
在MA中，评估的调节服务包括调节空气质量、调节气候、调节水资源、调节侵蚀、净化水质和处理废弃物、调控疾病、调控害虫、授粉和调控自然灾害。其中，调节气候进一步分为调节全球气候和调节区域与局地气候共2个服务项；而其余的调节服务都没有进一步细分服务项。关于调节服务的变化趋势，“上升”是指人类从服务中获得的惠益增多；而“下降”是指人类从服务中获得的惠益减少，减少的原因可能是由于服务自身的变化造成的，也可能是由于人类对服务的使用超出了它们的承受极限造成的。
调节空气质量：自工业化时代以来，大气对污染物的自净化能力已经有所下降，下降幅度可能不超过10％，但是，目前尚不清楚生态系统对这种变化的净贡献有多大。此外，虽然生态系统也是吸收对流层臭氧、氨、氧化氮、二氧化硫、尘埃颗粒和甲烷的汇，但是目前还没有对这些汇的变化进行过评估。
调节气候：在对全球气候的调节方面，自1750年以来，主要由于毁林、施用化肥和农业耕作等原因，生态系统变化已经导致全球辐射强迫发生了巨大的历史变化，其中，10％～30％的CO[，2]辐射强迫，以及大部分的CH[，4]和N[，2]O辐射强迫，都是由于生态系统的变化造成的。在19世纪与20世纪早期，陆地生态系统是释放CO[，2]的净源，以后北美、欧洲、中国及其它地区开展了大规模的营林和森林恢复，因而20世纪中期陆地生态系统已成为吸收CO[，2]的净汇(高确定性)但仍是释放CH[，4]和N[，2]O的净源。主要由于开垦耕地和施用氮肥，当前44％的人为CH[，4]排放量，以及大约70％的人为氧化氮气体排放量，都是由于农业活动造成的。在全球尺度上，自1750年以来的土地覆被变化已经增强了地表对太阳辐射的反照率，在一定程度上抵消了碳释放导致的温暖效应，因而起到了一定的制冷作用。
在对区域与局地气候的调节方面，生态系统变化对区域气候造成的影响是随地理位置和季节而变化的。如对于被季节性降雪覆盖的地区来讲，毁林在雪季会提高地表的反照率，产生致冷效应，但是在夏季则会降低地表的蒸发散，产生致暖效应；大范围(几百平方公里)的热带毁林，通过降低地表的蒸发散会减少区域降水；同样，热带和亚热带地区的荒漠化，通过降低地表的蒸发散和提高地表反照率，也会导致区域降水减少(确定性程度高)。总之，土地覆被变化对区域和局地气候产生的影响，既有有利的一面，也有不利的一面，但是不利影响占了多数。
调节水资源：生态系统变化对径流、洪水和蓄水层水源补给的时间与规模的影响，是取决于所在的生态系统以及对生态系统所做的具体改造，各地生态系统的情况不尽一致，有的地区有所提高，而有些地区则有所下降。
调节侵蚀：目前，土地利用与作物(土壤)管理方式已经加剧了土壤的退化和侵蚀，不过北美和拉丁美洲地区的农民正在逐步采用可以减少土壤侵蚀的适当的土壤保护措施(例如最小程度的耕作方式)。但是总的来讲，全球生态系统在调节侵蚀方面的调节服务是下降的。
净化水质和处理废弃物：目前，从全球来讲，水质正在不断下降，可是在过去的20年里，大多数工业化国家中地表水的病原体和有机污染已经显著减少。但是，在过去的30年里，水体中的硝酸盐浓度已经迅速增加。在发展中国家，90％～95％的污水未经处理就直接排入了地表水体，许多地区的废弃物负荷已经超出了生态系统的净化与吸收能力。生态系统净化废弃物的能力非常有限，这一点在有关内陆水系污染的大多数报告中已经得到了证实。通常来讲，水体生态系统可以净化80％的全球伴随性氮负荷，但是不同生态系统的自净化能力差别较大，而且具有一定的限度。此外，湿地的丧失更进一步降低了生态系统过滤和降解废弃物的能力。由于高强度的利用和高强度的污染等原因，目前，垦殖系统、城镇系统和旱区系统的淡水水质已经严重退化。
调控疾病：在发展过程中，人类对生态系统的改造通常是导致当地传染性疾病的发病率上升，例如，毁林为传播疟疾的蚊子提供了适宜的栖息环境，因而导致疟疾在非洲和南美洲传播的风险增加。但是，栖息地的变化既可能增长，也可能降低爆发特定传染性疾病的风险。
调控害虫：在许多农业地区，自然天敌对害虫的控制作用已经被杀虫剂的使用所替代。目前，杀虫剂的使用已经降低了农业生态系统对害虫的调控能力。在其它一些系统中，通过实施综合的害虫防治策略，利用天敌控制害虫正在得到应用和加强。此外，培育具有抗虫基因的作物品种也可以减少对有毒合成杀虫剂的使用需求。
授粉：据不完全确认，全球授粉媒介动物的数量已经减少。除南极大陆(不存在授粉媒介动物)之外，其它每个大洲都至少有一个地区或国家已经报道过授粉媒介的减少。授粉媒介的减少虽然很少能够导致种子和果实生产过程的彻底失败，但常常造成种子减少，或者降低果实的发育能力或品质。目前，部分专一性授粉媒介的丧失已经直接影响了一些珍稀植物的繁育能力。
调控自然灾害：人类不断占用容易遭受极端事件影响的区域和地理位置，如美国大约17％的城市是位于100年一遇的洪水区，日本大约50％的人口是居住在洪水泛滥的平原，这些行为已经加剧了应对自然灾害(比如2004年的印度洋海啸)的脆弱性。现有数据表明，自然灾害对世界上的许多地区的影响正在不断增加，如1992—2001年期间，洪水是最为频繁的自然灾害，10年中共导致96507人死亡，12多亿人口受到影响。此外，自20世纪50年代至90年代，全球每年因极端事件造成的经济损失增长了10倍。究其原因，湿地和红树林等生态系统的丧失，已经显著地降低了生态系统应对自然灾害的自然保护机制。
3.3 文化服务
在MA中，评估的文化服务包括精神与宗教价值、美学价值，以及消遣与生态旅游。需要说明的是，虽然MA也提出了文化多元性、知识体系、教育价值、灵感、社会关系、地方感和文化遗产价值等方面的文化服务，但是由于掌握的信息和数据不足，MA尚无法对这些服务的现状与趋势进行评估。关于文化服务的变化趋势，“下降”是指生态系统的变化导致其提供的文化惠益减少。
精神与宗教价值：世界上的圣林，以及此类受保护的其它地区的数目已经减少。个别生态系统属性(与宗教有关的物种或森林)的丧失，再加上社会和经济方面的变化，可能会导致人类从生态系统获得的精神惠益下降。另一方面，在有些情况下，例如，生态系统属性对人类造成显著威胁的地方，某些生态系统属性的丧失可能会提高保留下来的那些属性的精神价值。但是总的来讲，生态系统的精神与宗教价值是处于下降趋势。
美学价值：随着城市化的不断发展，人类对美感宜人的自然景观的需求也不断增加。但是，可以满足这种需求的地区在数量和质量上都已经呈现下降趋势。供城市居民使用和接近的自然环境的减少，可能会对公众健康和经济发展产生严重的不利影响。
消遣与生态旅游：由于人口的不断增长，富裕人群的休闲时间增多，以及支撑消遣与旅游活动的基础设施不断完善，为消遣与旅游活动开发的生态系统越来越多。20世纪90年代早期，自然旅游的年增长速度估计是10％～30％，至1997年，自然旅游大约占到了国际旅游总量的20％。目前，许多发展中国家已把旅游业作为主要的经济发展战略。但是，许多用作消遣资源的自然景观(如珊瑚礁)已经出现了退化现象。因此，在消遣与生态旅游方面，生态系统提供的文化服务既有上升，也有下降。
3.4 支持服务
MA中的支持服务包括土壤形成、光合作用、初级生产、养分循环和水分循环等。生态系统提供的支持服务通常并不为人类直接利用，它们一般是通过影响供给服务、调节服务和文化服务而间接地作用于人类福祉。如果把支持服务的间接作用也计算在内的话，那么将会导致有关的成本与效益被重复计算。因此，在统计各项服务的变化趋势时，MA没有把支持服务包括在内。
初级生产：1981—2000年期间，旱区、森林和垦殖等系统的净初级生产(NPP)出现了增长趋势。但是，在全球尺度上，以上增长趋势包含有与气候变异有关的较大的季节性变化和年际变化。
养分循环：近几十年，主要由于化肥、牲畜排泄物、人类排泄物和生物质燃烧而输入的多余养分，全球的养分循环已经发生了大规模的变化。同时，由于抑制养分迁移的生物缓冲带遭到严重破坏，养分不断由陆地向水生系统迁移，导致内陆水域和海滨系统受到的富营养化影响日益严重。如由于陆地生态系统转化为大范围而且生物多样性较低的农业景观，对于施用的化肥养分，或者是由大气中氮和硫的沉降过程输入的养分，它们的吸收与保持能力都遭到了破坏。因此，过剩的养分不断渗入地下水、河流和湖泊当中，进而又被输送到海滨地区。此外，城市地区排放的经过处理和未经过处理的污水也增加了生态系统的养分负荷。但是，世界上仍然存在大面积的地区(主要是在非洲和拉丁美洲)，由于只对土地进行索取而不进行养分补充，从而导致土壤肥力枯竭，并给人类营养和环境造成严重影响。
水分循环：由于河流结构的改变、河水的利用，以及最近的气候变化，全球的水循环已经发生了显著的变化。
最后需要说明的是，MA对以上评估结果的确定性程度①，除了在句尾括号内已经特别标明了的之外，授粉方面的评估结果是介于低和中等之间，而其余各项服务的确定性程度都是介于中等和高之间。
4 结语
综上所述，对于全球生态系统服务在上世纪末的总体状况，以及它们在上世纪后半叶的主要变化趋势，在MA明确评估的24项服务中，15项处于下降趋势，约占60％；4项处于上升趋势，约占18％；其余5项(约占22％)存在显著的空间或时间差异，即在有些地区(时段)处于上升趋势，而在另外一些地区(时段)处于下降趋势。这些变化主要表现在：①全球谷类作物和牲畜等方面的生态系统服务已经取得了显著的提高，但同时却对淡水资源和调控害虫等方面的服务造成了巨大的损害；②按照当前的捕捞速度，全球野生鱼类资源已经无法承受人类的持续捕捞；③许多地区的淡水资源已经不能满足人类和生态系统的需求，如果延续当前的水资源利用模式，那么供需之间的差距将会继续扩大；④在对污染物质进行无害化处理、保持养分平衡、调控自然灾害，以及控制害虫、疾病与入侵生物的爆发等方面，许多生态系统的调节服务已经呈现出明显的下降趋势；⑤作为生态系统提供供给服务、调节服务和文化服务的基础条件，全球生态系统的支持服务出现了复杂的变化趋势。
MA对全球生态系统服务的状况及主要变化趋势的评估为我们提供了宝贵的科学信息，但同时也揭示出了开展全球生态系统服务评估所面临的一些问题。这些问题主要可以归纳为2个方面：首先是数据与信息方面的问题，主要表现为测度某些生态系统服务(尤其是文化服务)的数据与信息比较缺乏，而且世界各地对同一项生态系统服务的测度标准不尽一致，难以满足评估的要求。例如，MA虽然提出了生态系统在社会关系、地方感、教育价值和文化遗产价值等方面提供的文化服务，但是由于数据和信息的缺乏，却无法对这些服务的现状与趋势进行评估。MA揭示出的第二个问题是，目前学术界对生态系统服务的形成过程，以及各项生态系统服务之间的利弊关系尚未获得清楚的认识。例如，多数生态系统服务的变化都是非线性的，目前对这些非线性过程的阈值特征尚不完全了解。此外，供给服务、调节服务、文化服务和支持服务之间的利弊关系也是一个有待深入研究的科学问题。这些问题已经成为开展生态系统评估的限制因素，是学术界亟待解决的关键问题。
注释：
①MA使用非常确定、确定性高、确定性中等、确定性低和非常不确定表示对评估结果的确定性程度。