Valuing Ecosystem Services in Semi‐arid Rangelands through Stochastic Simulation

Ecosystem services and economic returns from semi‐arid rangelands are threatened by land degradation. Policies to improve ecosystem service delivery often fail to consider uncertainty in economic returns gained through different land uses and management practices. We apply an analytical framework using stochastic simulation to estimate the range of potential monetary outcomes of rangeland ecosystem services under different land uses, including consideration of the uncertainty and variability of model parameters. We assess monetary and non‐monetary dimensions, including those ecosystem services with uncertain and missing information, for communal rangelands, commercial ranches, game farms and Wildlife Management Areas in southern Kgalagadi District, Botswana. Public land uses (communal grazing areas and protected conservation land in Wildlife Management Areas) provide higher economic value than private land uses (commercial ranches and game farms), despite private land uses being more profitable in their returns from meat production. Communal rangelands and protected areas are important for a broader range of ecosystem services (cultural/spiritual services, recreation, firewood, construction material and wild food), which play a key role in sustaining the livelihoods of the largest share of society. The full range of ecosystem services should therefore be considered in economic assessments, while policies targeting sustainable land management should value and support their provision and utilisation. By forecasting the range of plausible ecosystem values of different rangeland land uses in monetary terms, our analysis provides policymakers with a tool to assess outcomes of land use and management decisions and policies. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

不同土地利用结构生态系统服务功能价值的变化研究——以内蒙古自治区伊金霍洛旗为例

生态系统服务功能价值理论可定量估算各类生态系统为人类提供服务的经济价值。阐述了生态系统服务功能价值理论定量评价土地资源的作用 ,并应用和修正生态系统服务单价方法估算内蒙古自治区伊金霍洛旗1990～ 2 0 0 0年土地利用的生态效益 ,结果表明 10年内该旗生态系统服务价值减少 2 2 6 96亿元 ,证明人类经济发展对生态环境的影响巨大 ,且一旦生态环境遭到破坏则很难恢复。     

Ecosystem services: Classification for valuation

This letter is in response to an article by Ken Wallace titled “Classifications of ecosystem services: problems and solutions” (Biological Conservation 139, 2007). This letter discusses the points we see as problematic with Wallace’s framework and sets out our conceptualization of linking ecosystem services with human welfare. In this letter we suggest that utilizing the terms intermediate services, final services and benefits should go a long way to clearing up much of the ambiguity in ecosystem services typologies, especially for economic valuation purposes. As Wallace points out, clearly defining and organizing the concept of ecosystem services is not just a semantic decision, but it is integral to operationalizing something that can clearly illuminate tradeoffs in natural resource management.     

土壤生态系统服务的概念、量化及其对城市化的响应

土壤生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,是人类赖以生存的重要资源。全球的快速城市化进程使土壤生态系统服务发生了部分不可逆转的变化。本文归纳了土壤生态系统服务定义和分类的发展过程,介绍了土壤生态系统服务定量化表征方法以及GUMBO、In VEST等几种常用的评价模型,并从供给服务、调节服务、文化服务和支持服务几个方面阐述土壤生态系统服务对城市化的响应。针对土壤生态系统服务分类、建模、空间表达以及其对人为活动的响应等方面研究存在的不足,本文提出未来的研究重点方向:建立土壤生态系统服务分类体系与标准,构建基于生态过程的土壤生态系统服务量化模型,开展土壤生态系统服务制图与权衡研究,加强土壤生态系统服务对城市化的动态响应机制与过程研究。期望更多的人关注和参与土壤生态系统服务研究,并将其应用于土壤资源管理、生态文明建设等政府决策。     

土地整理对生态系统服务影响的评价研究进展

土地整理是实现土地资源集约利用,提高土地生产力和利用率的重要途径。土地整理所带来的生态效应受到越来越多的关注,从生态系统服务的角度切入评价其服务的变化是土地整理研究的发展趋势。本文通过介绍不同土地整理工程类型、特点及其产生的生态效应,论述土地整理对不同生态系统服务功能的影响,并结合当前生态系统服务价值理论的研究进展,从能值分析、物质量评价和价值量评价3个角度评价生态系统服务功能,并对比三者的异同点及其相关指标体系。同时,结合不同土地整理案例总结了不同生态系统服务计算方法在土地整理项目中的应用效果。通过介绍生态评价在土地整理生态系统服务中的重要性和景观生态设计在土地整理中的应用,指出了我国目前土地整理的生态系统服务价值研究中存在的问题及其未来发展趋势。     

Rewarding farmers for delivering vascular plant diversity in managed grasslands: A transdisciplinary case-study approach

Due to lack of appropriate economic incentives offered by current markets the provision of ecosystem services by farmers is poorly rewarded. This study aimed to correct for this market failure by establishing a regionally-scaled market-based payment scheme for ecosystem services. Payments to farmers were linked to ecological goods representing differently ranked quality-levels of vascular plant diversity that were used as proxies for ecological services derived from managed grasslands. To reward the provision of ecological goods, we designed a novel market-based payment scheme that comprised a combination of a payment by results approach with an auction mechanism. Our results demonstrated that an appropriately designed payment scheme at a regional scale could support farming systems that are managed for delivering ecological goods in addition to the production of market goods such as food and fibre. Hence, instead of maximising economic profit through high-input management practices farmers within the case-study region had, for the first time, the possibility to diversify their total income risk by producing verifiable ecological goods of grassland plant diversity.     

利用OWA和电路模型优化黄河流域甘肃段生态安全格局

从生态系统服务视角出发优化生态安全格局,对于维护区域生态安全格局,确保经济社会稳定发展意义重大,但现有研究缺乏对多种生态系统服务之间权衡情景下生态系统状况的认知。该研究以黄河流域甘肃段为研究单元,在测度2019年食物供给、碳固定、产水量、土壤保持及生境质量5种典型生态系统服务的基础上,利用有序加权平均（Ordered Weighted Averaging,OWA）模型识别出生态系统服务权衡度最高的优先保护区作为生态源地,利用最小累积阻力模型和电路模型识别生态廊道和战略点区域,进行生态安全格局构建与优化。结果表明：黄河流域甘肃段生态源地斑块共计169个,总面积27 460.56 km2,约占研究区总面积的19.2%。5种生态系统服务之间在全流域尺度下呈现出协同关系,甘南高原、陇中、陇东黄土高原由于受地形气候和植被覆盖以及人类活动的影响,生态系统服务差异显著。利用电路模型提取得到441条生态廊道,总体呈网状分布,贯穿东西,识别出生态节点49个。提出构建\     

基于多元国土空间整治情景模拟的生态系统服务功能分区

生态系统服务功能分区是科学管理生态系统的重要手段。国土空间整治能够通过综合治理闲置、低效和生态退化国土资源,改变国土空间结构与布局,从而对生态系统功能产生影响。现有研究较少关注土地整治措施对未来生态系统服务空间集聚模式的潜在影响作用,整治措施的生态导向性有待提升。因此,该研究以山东招远市为例,设计了基准情景、废弃矿区修复情景以及城乡建设用地整治情景,定量化预测生态系统服务变化特征,并运用模糊C均值聚类算法开展生态系统功能区划定。结果表明,整治情景下土地利用数量结构变化显著,各生态系统服务能力均有所提升。全域可以划分为生态综合区、生境保育区、固碳释氧区、固碳产粮区、生态维护区5个生态功能区。与基准情景相比,废弃矿区修复情景下各生态功能区60%生态系统服务水平持平,28%处于劣势,仅12%显著提升。城乡建设用地整治则能够显著提升全域自然娱乐能力,总体增长了1.89%。生境保育区的自然娱乐和粮食生产能力平均值分别增加了0.01和0.10,固碳释氧区的生境质量、水源涵养能力分别增长了20.69%和100%。研究表明全面提升生态系统多功能性需要综合开展多元的国土空间整治措施。     

黄土丘陵沟壑区沟道农业生产功能空间演变特征及其启示

基于5期遥感影像和实地调研数据,定量分析黄土高原延安碾庄流域1985－2018 年乡村转型发展进程中农业生产功能时空演变规律。结果表明：1）沟道农业生产功能定量诊断体系和监测模型可有效识别沟道农业生产功能空间格局以及经济社会与资源生态多重导向的多元演化路径。2）研究区沟道农业功能空间由传统向现代生产主导功能转向,2012 年为沟道生产功能转型拐点。沟道传统农业生产功能特征为“小幅扩增-相对平稳-急剧缩减”,沟道现代农业生产功能演变则呈现“相对平稳-小幅扩增-急剧增加”的阶段特征,且功能多样性不断增加。3）整体上沟道传统农业生产功能空间范围和强度值呈减少趋势,现代沟道农业生产为主的功能空间不断扩张,主导方向发生转变;局部微观上传统农业生产功能以流域城镇所在地为中心呈同心带状缩减。4）新时期黄土丘陵沟壑区沟道农业高质量发展的核心目标在于推进“四转”,全面构建“三循环”模式,推进形成黄土高原产业内循环及其与黄河流域双循环互促共进发展的新格局,深入探究优化农业生产方式和创新经营管理模式的新动能、新途径。研究结果提供了黄土高原典型流域农业功能转型微观案例,对区域土地资源优化配置及乡村转型高质量发展具有启示意义。     

喀斯特石漠化生态系统服务价值对生态治理的响应——以贵州花江峡谷石漠化治理示范区为例

为揭示喀斯特石漠化生态系统服务功能价值对生态治理的响应,以贵州花江峡谷为例,将提供产品、涵养水源、保持土壤、土壤肥力、固碳释氧5项功能作为服务价值评估指标,选择生态治理两个时段(前期2000—2005年、后期2005—2010年),基于实测与调查数据,采用物质量和价值量相结合的方法对生态系统服务价值进行了估算。研究区10 a的生态系统类型变化过程中,发生转变的面积14.29 hm2,占总面积的27.7%。其中林分、灌丛、其他生态系统面积有所增加,而耕地、裸岩荒地面积大幅度减少。2000—2005年研究区生态系统类型发生转变的面积11.83 hm2,占土地总面积的22.9%,主要变化区域集中在河岸两侧实施退耕还林区域。2005—2010年研究区生态系统类型发生转变的面积仅占总面积的4.8%,与上一阶段相比转变强度明显降低,变化区域较为分散。研究区生态治理后系统服务价值显著增加,2000—2010年共增加9.61×107元,其中前期增额占18.2%,后期占81.8%。前期年均增长3.49×106元,后期年均增长1.57×107元,后期生态服务价值增长更为显著。其中固定CO2、释放O2价值,产品供给价值和土壤肥力都是服务价值主要组成部分。功能价值的增加一方面源于服务价值低的生态系统向服务价值高的演变(10年间研究区耕地和裸岩荒地向经济生态系统转出868.60 hm2),另一方面归功于生态系统内部服务价值的增加,其贡献率大于80%,是驱动服务价值变化的主导因素。生态治理后生态系统类型间发生明显的空间转变,转变强度、场所与所实施生态治理工程的数量、区域密切相关。治理后生态系统类型间发生转变时间响应较快(前期转变面积占总转变面积的83.0%),但主要服务功能恢复期后才大幅度增加(后期增加功能价值占总增额的81.8%),相比较服务价值变化响应有一定滞后性。     

生态系统服务权衡最新研究进展

生态系统服务权衡研究对协调生态环境保护和社会经济发展至关重要。为推动生态系统服务管理和提升人类福祉,本文以Web of Science核心合集(WOS)和中国科学引文数据库(CSCD)为数据源,运用文献计量分析法,系统梳理和总结生态系统服务权衡研究的学科知识基础、科学领域结构和热点变化等发展现状以及最新研究进展。研究表明:1)不同研究层面上,生态系统服务间的权衡关系受外部风险和人类需求、参数选取和服务提供者及区域差异性和不均衡性的影响。2)研究方法主要有基于关系识别和具体表征的权衡分析、权衡模拟和预测的模型量化分析和生态系统服务权衡管理优化的多准则分析3类。3)生态系统服务权衡关键驱动因子为城市化、生态工程和气候变化。基于此,我们认为把握生态系统服务权衡不同研究层面的关联特征、创新和优化生态系统服务权衡研究方法、准确甄别生态系统服务权衡关键驱动因子以及充分整合多维生态系统服务权衡资源搭建数据共享平台是未来研究的重点。     

基于遥感的生态服务价值测算与土地利用动态变化

生态服务价值是反映一个区域生态环境状况的优劣和整体生态效益大小的重要概念与指标。根据研究区土地利用特点和生态系统类型特征,选取适合研究区的植被净初级生产力、植被覆盖度等生态参数,利用Landsat TM遥感影像、地面观测、气象数据、统计资料等数据,建立了基于遥感定量测算的生态服务价值评估指标与评估模型,对研究区单项和单位面积生态服务价值进行了定量计算。结果表明:研究区在2000-2010年10年间,随着不同土地利用类型之间的相互转换,研究区生态服务价值总量呈逐渐减少的趋势。其中,耕地生态服务价值减少了11.92%,湿地减少了11.75%,总价值减少了5.74%,虽然林地、水域和滩涂的生态服务价值有一定程度的增加,但是未能改变研究区总体生态服务价值不断减少的趋势。在此基础上分析了研究区生态服务价值时空变化规律,揭示了其土地利用与生态服务价值变化之间的内在关系。     

Digital mapping of soil ecosystem services in Scotland using neural networks and relationship modelling. Part 2: Mapping of soil ecosystem services

A framework for estimating the distribution of soil ecosystem service (ES) supply is described that is based on the concept of matrix multiplication. This approach enables relationships between fundamental soil variables and associated environmental characteristics to be linked to soil processes, and hence to ecosystem functions and ecosystem services. The parameterization of these relationships was achieved using a combination of data from the Scottish Soils Database and expert knowledge. Baseline data to allow mapping of processes, functions and services across Scotland is given by digital maps of soil classes. The matrix multiplication approach constrains the relationship linkages to linear relationships and ignores potential synergies between factors at each stage, but does provide a mechanism for relating fundamental soil characteristics to ecosystem services. The approach has been tested by developing maps of selected ecosystem services in Scotland and comparing these with existing maps of the same or similar ESs. While the values and their ranges differ in each case, the spatial distribution of services is similar. The proposed mechanism is extensible at every level and can also be used to explore the impacts of land management options on environmental characteristics. This is demonstrated by using the model to estimate impacts of liming on three ecosystem services: Agricultural Capability, Carbon Sequestration and Drinking Water Provision. The model is shown to produce reasonable estimation of the impacts of this management option. Further discussion of improvements to the system and its potential applications is given.     

渭干河流域生态系统服务的支付意愿及影响因素分析

生态系统服务价值的计算是生态补偿的关键问题,是生态经济学研究的热点。本文以塔里木河流域九大水系之一的渭干河流域为靶区,采用条件价值评估方法(contingent valuation method,CVM),通过调查流域居民的支付意愿来反映该区域的生态系统服务价值,并运用皮尔逊相关系数和多元线性回归方法对支付意愿与社会经济变量之间关系进行分析。结果表明:1)渭干河流域居民每户每年的平均支付意愿为96.22元,该结果与国外及国内东部地区流域的研究成果相比偏低,与国内西北地区流域的研究结果接近。渭干河流域生态系统服务价值为2 443.46万元。2)渭干河流域居民的支付意愿与收入水平、受教育程度、对生态环境重要性的认知水平及户籍等因素显著正相关,与支付方式负相关,与性别和年龄的相关性不显著,各因素在流域上下游间表现出差异性。3)社会经济因素中,收入水平对支付意愿的影响程度最大,标准化系数达到0.604,其次是对生态环境重要性认知及支付方式,受教育程度对居民支付意愿的影响相对较小。4)CVM方法在相近区域的研究结果接近,与运用遥感手段及相应方法计算结果一致;不同方法计算的生态系统服务价值差距甚大,同时就多元回归方法存在的共线性问题及解决方法进行了分析讨论。研究丰富了条件价值评估方法在干旱区内陆河流域少数民族地区的应用,为流域生态补偿标准的制订提供科学依据。     

湄公河流域生态系统服务与利益补偿机制

湄公河流域是中国"一带一路"沿线的重要门户,核算流域各国的生态系统服务价值(Ecosystem Service Value,ESV)与利益补偿量,对建立各国资源利用与经济补偿的联动关系、促进流域协调发展具有重要意义。基于生态足迹理论,对湄公河流域1995—2015年的ESV和生态盈余(或赤字)状况进行了动态评估,结合流域各国的实际经济发展水平对生态补偿优先级进行量化分析,初步建立了各国ESV与实际生态补偿量的转化关系,并对"生态消费型"国家在现状年(2015年)的实际生态补偿量进行了确定。结果表明:1)湄公河流域ESV由1995年的1 289.76亿美元下降至2015年的1 259.21亿美元,各国ESV从大到小依次为:泰国、老挝、柬埔寨、越南、缅甸;各国林地ESV的比例最大(60.0%),水域和湿地ESV比例的增幅最快,近20 a增加了4.5%。2)1995-2015年间,流域境内的缅甸、老挝两国为生态盈余状态,其他3国为生态赤字状态,且赤字水平呈逐年加重趋势,其中泰国、越南两国对全流域生态足迹(Ecological Footprint,EF)的贡献比例高达80.1%。3)流域上游的缅甸、老挝两国为"生态输出型"国家,下游的3个国家为"生态消费型"国家,其中泰国、越南两国经济发展水平较好且生态补偿优先级系数(Ecological Compensation Priority Sequence,ECPS)更低(分别为0.05和0.09),均低于其他3个湄公河流域国家(缅甸:2.67,老挝:1.16,柬埔寨:0.55),应率先进行生态支付。4)结合流域各国的实际经济发展水平,初步确定下游"生态消费型"国家应支付实际生态补偿合计680.63亿美元,泰国、越南和柬埔寨分别支付507.73、167.61和5.29亿美元。该研究结果可为湄公河流域资源管理和生态补偿政策的建立提供理论支撑,并为其他跨境流域相关的研究提供借鉴与参考。     

秋浦河流域生态补偿标准实证研究

流域生态补偿标准是流域生态补偿研究的核心内容,国内外对此观点不一。以秋浦河为例,以2007年为基准,采用国家林业局发布的"森林生态系统服务功能评估规范(LY/T1721-2008)",评估了其上游生态服务价值为5.47亿元。并基于"外部性理论"提出了流域生态补偿标准应本着因地而宜原则,视生态服务的空间差异而定。补偿的上限为外部经济性行为的全部,即生态服务价值的全部5.47亿元,补偿的下限为生态系统服务功能中主导效应因子的价值,即直接使下游受益的水源涵养及土壤保育价值2.16亿元。     

市域尺度两种生态系统服务评价方法对比研究

生态保护红线的划定对于规范人类活动、控制人类活动强度、维护生态安全和保护生态系统功能的可持续性具有重要意义,生态系统服务评价是其中重要的一环。由于我国地域面积广阔、地形地貌特征多样、区域自然状况复杂多变,因此环境保护部于2015年出台的《生态保护红线划定技术指南》中有两种生态系统服务评价的方法,即NPP定量指标法和模型评价法。本研究基于MODIS遥感影像,利用NPP定量指标法对鹤壁市生态系统服务进行评价,并与模型评价法进行比较,为选取更为适合该区域的评价方法,及较小尺度的生态保护红线的划定提供理论依据。结果表明在市域尺度上,NPP定量指标法和模型评价法的评价结果之间存在显著差异。模型评价法对鹤壁市生态系统服务(水土保持功能和生物多样性保护功能)的高评价区域与生态保护现状较好的区域更为一致(面积重叠比例分别为19%和85%),而NPP定量指标法的评价结果与保护现状并不一致。相对于NPP定量指标法,模型评价法更适合对该研究区域的生态系统服务进行评价。因此在以后的研究中,应结合研究区域的实际情况,选取适当的方法进行生态系统服务评价。本研究的对比分析可为市域尺度的生态系统服务评价及生态保护红线的划定提供参考。     

基于意愿调查法的水稻田生态服务价值研究——以江苏省苏州市为例

[目的]水稻田具备重要的生态服务价值,通过调查城乡居民对稻田生态服务价值的支付意愿,量化水稻田的生态服务价值。[方法]以苏州市为例,在稻田生态系统服务及价值评价方法的基础上,采用意愿调查法(CVM)法和相关计量模型研究了稻田生态服务价值和城乡居民对稻田生态服务价值的支付意愿及其影响因素。[结果](1)苏州市稻田生态服务价值为3.75×1010元,单位面积稻田生态服务价值为4.52×105元/hm2;(2)68.99%市民和65%的农民家庭愿意为稻田生态服务价值付费,支付额度分别为1 230.43元/户和434.67元/户;(3)受教育程度、家庭总人数、工作人数(劳动力人数占比)、被抚养人数和家庭收入等是影响城乡居民支付意愿的重要因素。[结论]稻田生态服务价值有其重要性,有必要将稻田生态服务价值纳入资源配置决策,建立稻田生态补偿机制。     

山西省城镇化与生态系统服务时空相关性及空间效应分析

为深入探究城镇化对生态系统服务价值的驱动因素以及生态系统服务空间溢出效应,以山西省县域为研究单元,基于2000—2018年土地利用数据、社会经济数据构建生态系统服务价值和城镇化水平综合评价体系,通过双变量空间自相关分析县域城镇化与生态系统服务价值相关性的空间特征。结果表明:研究期间山西省生态系统服务价值整体呈下降趋势,城镇化综合水平虽有显著提高,但整体偏低。研究区城镇化和生态系统服务价值之间存在显著的负相关关系,呈"U"形发展趋势。空间计量模型结果表明,城镇化率、建成区面积与生态系统服务呈显著负相关,人均社会消费品零售总额、城镇化水平的平方项与生态系统服务呈显著正相关。生态系统服务价值对邻近县域产生正向的溢出效应,在控制其他解释变量不变的前提下,相邻县域生态价值每提高1%将对本县域产生0.243%的促进作用。研究区生态系统服务具有整体性和不稳定性,使各县域政府丧失自身环境保护的积极性。     

On inclusion of ecosystem services in the assessment of damage from land degradation

In the assessment of damage arising from land degradation at the Training and Experimental Soil–Ecological Center of Moscow State University, the cost of unfulfilled and underfulfilled ecosystem surfaces of soils should be taken into account. The following soil services were considered for the territory studied: direct provision with resources, protection, maintenance of ecosystem life and cultural services. A relationship between the concepts of ecosystem services and ecological functions of soils is shown. The concept of function is wider in some respect than the concept associated with it. In the definition of ecosystem service, only the manifestation of the soil function, which can have an economic interpretation, is selected. A simulation of ecosystem services proposed in the ecological and economic evaluation of damage arising from land degradation can be a real mechanism of nature conservation and development of systems of sustainable management at various levels of the administrative structure of the country.