生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗及作用

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1引言

高強(qiáng)度的資源利用與持續(xù)增加的食物、纖維、能量、材料需求正在導(dǎo)致對地球表面有限自然資源的消耗強(qiáng)度日益增長。當(dāng)前人類對生態(tài)系統(tǒng)的利用強(qiáng)度是50年前的3.5倍，超過承載能力的20%[1]。千年生態(tài)系統(tǒng)評估（MA）公布的結(jié)果顯示，全球60%生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)退化，其中人類活動(dòng)是主要誘因之一[2]，其影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了自然存儲量和自然界遺傳和進(jìn)化的速度，對后代的需求帶來了嚴(yán)重威脅[3]。高強(qiáng)度的自然資源利用使得保持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和經(jīng)濟(jì)增長的矛盾日益突出[1,2,4]。

然而，面對日益退化的生態(tài)系統(tǒng)，人類對其控制欲望仍在不斷增強(qiáng)，對其服務(wù)的需求和消耗持續(xù)上升。人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和消耗的持續(xù)上升主要表現(xiàn)在三個(gè)層面：一是開發(fā)性的利用，如城市化；二是半人工化的開發(fā)利用，如農(nóng)田的改造和耕作制度的革新；三是對自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的耗費(fèi)式利用，如對草地和森林生態(tài)系統(tǒng)的消耗。中國是目前世界上人均自然資產(chǎn)最為稀缺的國家之一，也是人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)最為稀缺的國家。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的合理利用和維護(hù)是我國面臨的人口、資源、環(huán)境和發(fā)展矛盾核心之一。在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的影響下，自然資產(chǎn)的儲量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力都在急劇下降，與此相反，由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)品的無償或低價(jià)消耗，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗總量卻在急劇攀升，所產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)在生態(tài)脆弱區(qū)表現(xiàn)尤為突出。例如，在蒙古高原地區(qū)過去的30年里，人類為滿足日益增加的人口及其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能新的需求，進(jìn)行了一系列集約化土地利用及草地連續(xù)和高強(qiáng)度過牧[5,6]；蒙古族傳統(tǒng)的牧場使用方式和生產(chǎn)秩序的巨大變化、以及向半游牧和定居式的生活方式的轉(zhuǎn)變使其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗結(jié)構(gòu)趨向多元化和高水準(zhǔn)[5,6]，致使草地開墾和過牧曾以空前的速度發(fā)展，對內(nèi)蒙乃至整個(gè)華北、東北亞的氣候和生態(tài)安全產(chǎn)生了重要影響，突出表現(xiàn)為由于土地退化、土壤侵蝕和土地沙化引發(fā)的沙塵暴災(zāi)害，以及過牧、土地開墾和撂荒導(dǎo)致的數(shù)倍、甚至百倍的土壤侵蝕[7]。

研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗、構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)高效持續(xù)消耗模式，有助于把握生態(tài)資源合理利用方向，對保障我國生態(tài)安全具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。然而，目前對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗研究仍然十分薄弱，消耗驅(qū)動(dòng)下的環(huán)境效應(yīng)研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。因此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗研究是資源生態(tài)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。本文將在分析人類社會對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗研究的基礎(chǔ)上，探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗驅(qū)動(dòng)下的環(huán)境效應(yīng)及其表現(xiàn)方式。研究對生態(tài)恢復(fù)和人-地關(guān)系研究的延伸和深化具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)踐意義，將為我國生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性管理和生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制構(gòu)建提供科學(xué)基礎(chǔ)。

2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)直接與間接消耗

以家庭為核心的消費(fèi)者行為一般與其經(jīng)濟(jì)活動(dòng)投入產(chǎn)出模式及其環(huán)境后果相關(guān)聯(lián)，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消費(fèi)一般也是以家庭為單元，而不是消費(fèi)者個(gè)體。農(nóng)戶的生活方式和習(xí)慣對其消耗模式起著重要作用，同時(shí)，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的總體消耗不僅僅取決于農(nóng)戶數(shù)量及其消費(fèi)特點(diǎn)，還與自然、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、行為習(xí)慣及時(shí)間和空間變化密切相關(guān)。圖1顯示農(nóng)戶對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗及其影響因素之間關(guān)系。由自然界生產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和產(chǎn)品被農(nóng)戶直接或間接消費(fèi)，這些生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)最終都要形成廢棄物。對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的直接消耗主要是對供給服務(wù)和文化愉悅服務(wù)的消耗，這些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是被人們?yōu)榱藵M足消耗性目的（如果其他用戶可以獲取的產(chǎn)品數(shù)量減少）或者非消耗性目的（其他用戶可以獲取的數(shù)量沒有減少）而直接使用的。在自然生態(tài)系統(tǒng)或人工生態(tài)系統(tǒng)中，對食品產(chǎn)品、對作薪材或者用于建筑的木材及醫(yī)藥產(chǎn)品的獲取，以及用于消費(fèi)的動(dòng)物狩獵都是消耗性使用的例子。對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的非消耗性使用包括欣賞和文化愉悅（例如觀賞野生動(dòng)植物和觀鳥、水上運(yùn)動(dòng)，以及不需要收獲產(chǎn)品的精神和社會效用）。

許多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是被用作生產(chǎn)人們使用的最終產(chǎn)品與服務(wù)的中間投入。例如：食物生產(chǎn)過程中所需要的水分、土壤養(yǎng)分，以及授粉與生物控制服務(wù)等。此外，還有一些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是對人們享受其他最終的消費(fèi)性愉悅產(chǎn)品具有間接的促進(jìn)作用，例如：凈化水質(zhì)、同化廢棄物，以及可以供給新鮮空氣和潔凈水從而降低健康風(fēng)險(xiǎn)的其他調(diào)節(jié)服務(wù)。這類效益主要對應(yīng)于MA的調(diào)解服務(wù)和支持服務(wù)。例如：人類并沒有直接消費(fèi)土壤形成服務(wù),但土壤形成通過直接影響供給服務(wù)的作物生產(chǎn)服務(wù)而間接對人類消費(fèi)產(chǎn)生影響[8]。對能源的間接消費(fèi)包括用于生產(chǎn)產(chǎn)品和服務(wù)的能源消耗，對歐盟11個(gè)國家研究發(fā)現(xiàn)，間接能源的消費(fèi)與居民總支出成直線關(guān)系，國家之間能源間接消費(fèi)的差異主要體現(xiàn)在一些主要消費(fèi)項(xiàng)目對能源的消耗上，如食物、休閑娛樂、文化、住房、賓館和餐飲[9]。研究同時(shí)表明，農(nóng)戶對于產(chǎn)品和服務(wù)的購買和消費(fèi)，以及維持農(nóng)戶生活的方式均對環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，與此同時(shí)，政府相關(guān)政策對農(nóng)戶生產(chǎn)與消費(fèi)活動(dòng)產(chǎn)生重要影響，例如，政策可以通過影響對一些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和產(chǎn)品的生產(chǎn)，來進(jìn)一步影響消耗方式和行為。

3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗模式形成機(jī)制研究

消耗模式的形成受諸多因素的影響，總體可以歸納為自然因素和社會經(jīng)濟(jì)因素兩大部分。

凈初級生產(chǎn)力（NPP,NetPrimaryProductivity）直接影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給。NPP是植被通過光合作用同化的碳量（GPP）與暗呼吸消耗碳量之差，反映了植物群落在自然條件下的生產(chǎn)能力，并受氣候因子（如光、溫度、CO2濃度、降雨等），土壤（如營養(yǎng)元素、土壤質(zhì)地、有機(jī)物分解、呼吸過程）和人為因素（土地利用和管理）的影響。遙感技術(shù)及數(shù)據(jù)處理能力的迅速發(fā)展和基于遙感觀測生理生態(tài)理論研究的進(jìn)展使大尺度生態(tài)系統(tǒng)格局和過程的定量、動(dòng)態(tài)觀測成為可能。近年來，基于遙感數(shù)據(jù)的光能利用率模型逐步趨于成熟，這些模型中根據(jù)各自模型的結(jié)構(gòu)原理將高時(shí)間分辨率的遙感數(shù)據(jù)（NOAA/AVHRR,MODIS）應(yīng)用其中，實(shí)現(xiàn)了對全球NPP的估算。目前被學(xué)術(shù)界廣泛采用的是生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力光能利用率模型（VPM）[10]。

土壤保土保水功能包括保持和涵養(yǎng)水源、保持和改良土壤、防止水土流失、固碳釋氧、凈化空氣和防風(fēng)固沙，是影響生產(chǎn)力的重要因素。從1970年-1980年代開始，很多學(xué)者揭示出影響區(qū)域水土保持功能的因素主要有土壤屬性、地形與植被。其中土壤屬性從機(jī)理上主要包括影響土壤滲透性的孔隙度和土壤質(zhì)地以及影響土壤抗蝕性的團(tuán)粒性質(zhì)與有機(jī)質(zhì)含量等。而植被在土壤水土保持中的作用主要是對降雨能量的削減作用以及保水和抗侵蝕作用，常用植被地上部分生物量、植被蓋度、植物群落多樣性等度量。對草地樣方長期定位實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，內(nèi)蒙古典型草原植被群落多樣性大幅降低，冷蒿及狼毒等日益成為優(yōu)勢種。退化草地土壤表層水分含量明顯下降，土壤容重與硬度增大、孔隙度減少,土壤全氮、有機(jī)質(zhì)和全磷含量嚴(yán)重下降。

土壤保持水土功能研究的方法，長期以來主要利用小尺度土壤侵蝕試驗(yàn)觀測與小區(qū)長期定位實(shí)驗(yàn)和土壤樣方研究等，主要關(guān)注土壤質(zhì)地、容重、孔隙度、含水量、pH值、有機(jī)質(zhì)含量、主要養(yǎng)分含量、主要微量元素含量以及土壤侵蝕速率等特性和一些表征地表理化性狀的宏觀參數(shù)（如NDVI、LAI、NPP等）的變化[11]。近年來，以定量、精準(zhǔn)、快速為特征的同位素示蹤、稀土元素示蹤、土壤地球化學(xué)指標(biāo)法等地球化學(xué)示蹤和評估方法應(yīng)運(yùn)而生，例如利用137Cs或210Pbex對土壤侵蝕速率、過程與土壤水土保持功能的影響因子等進(jìn)行地球化學(xué)示蹤和定量評估[12]，這些研究對摸清水土侵蝕的過程機(jī)理起到了重要作用。

社會經(jīng)濟(jì)因素以多種形式作用于消耗模式形成。為數(shù)不多的研究指出，人類通過對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)的實(shí)際消耗來獲得惠益，這種實(shí)際消耗取決于生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品與服務(wù)的供給，以及消費(fèi)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)多種因素作用[13]。Curran和deSherbinin[14]（2004）綜合研究了影響消耗的因素，發(fā)現(xiàn)主要包括政策、人口、經(jīng)濟(jì)、市場、消費(fèi)趨勢、宣傳、文化規(guī)范，以及管理方式。研究表明，保護(hù)方法與相應(yīng)政策的制定是保護(hù)環(huán)境安全的重要組成部分之一。然而，單獨(dú)靠環(huán)境政策不會阻止驅(qū)動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能降低的因素。在滿足消費(fèi)的同時(shí)，人類可以通過更多地依賴于經(jīng)濟(jì)流通、生活方式的選擇、市場的結(jié)構(gòu)與功能、當(dāng)?shù)匕踩闆r及人類的投資、合理消費(fèi)及改變土地利用方式等阻止生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的降低。

與此同時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間擴(kuò)散及供給和消耗區(qū)域關(guān)聯(lián)性日益成為影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗模式的主要因素。一方面，生態(tài)系統(tǒng)過程和服務(wù)功能只有在特定的時(shí)空尺度上才能充分表達(dá)其主導(dǎo)作用和效果，而且最容易觀測[11]；另一方面，同一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的不同提供者能夠在一系列時(shí)空尺度范圍內(nèi)提供服務(wù)；同時(shí)，人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得利益的大小與生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)空尺度有著密切的關(guān)系，地區(qū)級的產(chǎn)品、服務(wù)、物質(zhì)、能量經(jīng)常是跨區(qū)域輸送的。近期研究表明，通常情況下，當(dāng)?shù)叵牡脑S多產(chǎn)品和服務(wù)來源于遠(yuǎn)近不同的異地，因而，相對于消耗地，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)形成過程中所產(chǎn)生的環(huán)境影響往往是在異地。Benjamin等強(qiáng)調(diào)[15]（2011），在研究供給區(qū)與消耗區(qū)關(guān)系時(shí)，定量制圖的方法可以起到重要作用，可以在空間尺度通過供給與消耗區(qū)的依存性來進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)空間管理，通過科學(xué)研究找出當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的適宜平衡點(diǎn)是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)朝著可持續(xù)生產(chǎn)與消費(fèi)發(fā)展的重要步驟。然而，到目前為止，僅僅少數(shù)研究涉及對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和異地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給之間關(guān)系的研究，有學(xué)者將其歸咎為第一手的消耗數(shù)據(jù)獲取難度較大。對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗來源分析，可以分別從服務(wù)供給端和消費(fèi)端展開。在服務(wù)供給端，根據(jù)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間擴(kuò)散機(jī)理，應(yīng)用空間建模方法進(jìn)行模擬研究；在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗端，可根據(jù)對利益相關(guān)者生態(tài)服務(wù)消耗的調(diào)研數(shù)據(jù)和市場調(diào)研數(shù)據(jù)，確定各種生態(tài)服務(wù)和產(chǎn)品的來源，以實(shí)現(xiàn)對所消耗生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的來源地和路徑追蹤。

圍繞生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與消耗的跨區(qū)域特征，一些實(shí)證研究也在逐步展開。如對蒙古高原生態(tài)服務(wù)消耗研究證實(shí)，消耗模式很大程度上受制于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可利用性、可達(dá)性及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平[16]；雖然人們總在渾然不覺地消耗著景觀愉悅服務(wù)，但相關(guān)的景觀與生態(tài)過程維持服務(wù)直接影響著消耗的程度和范圍[17]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)因其生產(chǎn)和消耗地域的差異分為原位性服務(wù)和移位性服務(wù)[18]，如對水源涵養(yǎng)服務(wù)消耗很多情況下為移位性消耗，對一定的區(qū)域而言，水源涵養(yǎng)服務(wù)的消耗指生產(chǎn)滿足一定人口的物品和服務(wù)消耗所需的水資源，相關(guān)研究正在進(jìn)一步拓展生態(tài)服務(wù)消耗的研究領(lǐng)域。

4生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗的影響分析

4.1對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響

經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)-生態(tài)系統(tǒng)的快速變化需要人類改變對生態(tài)系統(tǒng)認(rèn)知和利用方式，同時(shí)，人類福祉更大程度上取決于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供和人類對生態(tài)服務(wù)的管理利用方式以及二者之間的相互動(dòng)態(tài)關(guān)系。然而，生態(tài)服務(wù)之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系，嘗試優(yōu)化某一種服務(wù)常常會導(dǎo)致其他服務(wù)功能的降低或損失。因此，研究人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗的方式、強(qiáng)度與不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間組合與相互關(guān)系，使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與消耗關(guān)系達(dá)到一個(gè)理想的狀態(tài)就顯得尤其重要。

人類活動(dòng)對環(huán)境影響的表現(xiàn)形式和影響程度是不同的。這些影響可分為積極影響和消極影響。積極影響包括生態(tài)工程、生態(tài)評價(jià)與規(guī)劃等有利于生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的活動(dòng)；消極影響包括開發(fā)性的利用和占用等可能對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響的活動(dòng)[19]。人類活動(dòng)方式對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響是通過改變地球生境、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生物地球化學(xué)循環(huán)而引起的。同時(shí)，這些影響極其復(fù)雜，某種人類活動(dòng)方式可以影響生態(tài)系統(tǒng)的多種服務(wù)功能；同樣，某種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可以由多種人類活動(dòng)方式所導(dǎo)致。代表性的研究揭示出蒙古高原土地利用方式對土壤風(fēng)蝕速率的影響主要體現(xiàn)在耕地顯著高于草地、林地和灌叢面積的增加降低了土壤侵蝕模數(shù)、不同退化梯度和放牧指數(shù)對土壤的影響呈現(xiàn)多樣性。在黃土高原，坡改梯和退耕還林則增強(qiáng)了該區(qū)域的土壤保持功能[20]。

人口日益增長以及經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，是導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗量增加的主要原因，并由此加大了對生態(tài)系統(tǒng)的壓力。生態(tài)系統(tǒng)壓力的大小取決于技術(shù)、人的行為、政策、社會體系以及其他綜合因素[21]。對某個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消費(fèi)可能同時(shí)引起其它一些服務(wù)的變化，例如，通過開發(fā)森林對木材資源的消費(fèi)，將導(dǎo)致水文徑流和生態(tài)系統(tǒng)功能的變化，前者將直接影響生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)和供給（如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)產(chǎn)品提供），最終影響到農(nóng)戶收入變化；而后者通過影響生態(tài)系統(tǒng)生物物理過程和生物化學(xué)循環(huán)，影響人類所依賴的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給，從而影響人類福祉[22]（圖2）。在那些由于過度消耗生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（如食物和能源）給人類健康直接或間接地造成危害的地方，如果大幅度減少對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消耗量，將給人類健康帶來很大的益處，同時(shí)也能減少對生命支持系統(tǒng)的壓力。

消耗生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和不可再生資源對生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)有直接和間接的影響?？傁挠扇司M(fèi)、人口和資源利用效率決定。減緩生物多樣性喪失要求這些因素的綜合效應(yīng)降低。雖然生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由于自然原因經(jīng)歷了變化，但目前的變化主要是由于人類活動(dòng)的間接驅(qū)動(dòng)因素引起。特別是由于人口的增加和人均消費(fèi)的增長造成對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消費(fèi)不斷增長（以及化石燃料的使用不斷增長），使得對生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的壓力持續(xù)增加。在千年生態(tài)系統(tǒng)評估的各情景中，預(yù)計(jì)到2050年人口將增加到81億到96億，必然會加劇對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗數(shù)量的急劇增加。

越來越多的研究表明[23]，消費(fèi)者的多樣性對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能具有深刻影響?？傮w上，消費(fèi)者多樣性，無論是草食動(dòng)物還是肉食動(dòng)物，都傾向于增加該消費(fèi)者所在營養(yǎng)級的養(yǎng)分和能量利用效率，以及生產(chǎn)力。草食動(dòng)物可能降低或者提高植物物種多樣性，或者沒有顯著影響，其具體效應(yīng)取決于生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力水平和草食動(dòng)物的大小。捕食者能通過直接抑制草食動(dòng)物而間接提高植物的多樣性和生產(chǎn)力，但這種效應(yīng)的大小差異很大，甚至效應(yīng)的方向，都可能隨群體內(nèi)捕食者所占的比例而改變。異速生長法則和生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)在食物網(wǎng)組分關(guān)系研究中的應(yīng)用將有利于增強(qiáng)人們對消費(fèi)者－生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系的理解。另外，全球變暖和轉(zhuǎn)基因植物對食物網(wǎng)中消費(fèi)者結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)功能的影響也將是未來一個(gè)重要的研究方向。除此之外，農(nóng)戶戶數(shù)變化也對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消費(fèi)帶來影響，即使在人口數(shù)量出現(xiàn)下降的情況下，隨著戶數(shù)增多，其消費(fèi)也增加，如在生物多樣性保護(hù)的熱點(diǎn)區(qū)域，則表現(xiàn)為生物多樣性的降低[24]。

4.2對水土資源的影響

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗及其變化格局驅(qū)動(dòng)下水土資源響應(yīng)的表現(xiàn)形式和機(jī)理正在成為研究的熱點(diǎn)。針對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗驅(qū)動(dòng)下水土侵蝕的變化特點(diǎn)，研究主要集中在界定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗對水土保持功能影響的范圍和程度，利用農(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)分析消耗的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來源，定量分析不同梯度和同一梯度內(nèi)消耗模式對水土保持功能的影響，采用典范對應(yīng)分析和空間地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析植被和土壤的關(guān)系，結(jié)合137Cs計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗影響下土壤侵蝕和土壤流失，并綜合分析不同區(qū)域土壤質(zhì)量、土壤水分、土壤種子庫及地上植被生物量、蓋度、群落多樣性等，構(gòu)建不同消耗模式的環(huán)境效應(yīng)，開發(fā)定量模型耦合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗模式變化與水土侵蝕兩大過程，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)空尺度分析，為開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗驅(qū)動(dòng)下土壤保持功能的系統(tǒng)研究提供方法和途徑。通過分析實(shí)現(xiàn)不同消耗模式對土壤侵蝕、土壤水分、土壤重要營養(yǎng)物質(zhì)等重要理化性狀影響的定量估算，揭示各個(gè)消耗模式環(huán)境影響的過程機(jī)理，構(gòu)建水土保持功能響應(yīng)消耗的表現(xiàn)形式和綜合評價(jià)體系，探討農(nóng)戶尺度和樣帶尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗模式與水土保持功能變化機(jī)理，構(gòu)建兼顧合理消耗和水土保持功能維持的可持續(xù)消耗模式，定量解決這一科學(xué)問題對于合理調(diào)整消耗模式并減輕環(huán)境影響具有重要科學(xué)意義。未來研究工作將在進(jìn)一步考慮氣象、土壤地帶性差異的基礎(chǔ)上，研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗下環(huán)境效應(yīng)的過程機(jī)理，形成樣帶尺度和區(qū)域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗及其環(huán)境影響研究的理論、方法與應(yīng)用體系。

消耗結(jié)構(gòu)和格局的變化除了對土地質(zhì)量產(chǎn)生影響外，還對土地?cái)?shù)量帶來影響。在土壤質(zhì)量一定的情況下，生產(chǎn)食物所需土地?cái)?shù)量由人口數(shù)量和消費(fèi)結(jié)構(gòu)決定[25]，并由此得出結(jié)論，未來消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化將取代人口增長而成為決定食物生產(chǎn)土地面積的重要因素。在我國西北涇河流域上游的固原市研究證實(shí)（表1），由于消耗肉類較少，當(dāng)?shù)厣a(chǎn)肉類所需土地面積僅占總耕地面積的5.7%，低于全國平均數(shù)（8.4%），表明尚有一定空間來提高肉類消費(fèi)水平，但這取決于當(dāng)?shù)厥杖胩岣咚健⒁庠浮⑽幕?xí)俗等等社會因素[26]。

基于人類消耗及其變化的相對不固定性和耕地資源的有限性，實(shí)際中需要明確掌握滿足人類基本消費(fèi)需求的最小土地面積。“最小人均耕地面積”定義為在一定區(qū)域范圍內(nèi),一定食物自給水平和耕地綜合生產(chǎn)能力條件下,為了滿足每個(gè)人正常生活的食物消費(fèi)所需的耕地面積[27]。最小人均耕地面積由食物自給率、食物消費(fèi)水平、食物綜合生產(chǎn)能力等因子決定。研究結(jié)果揭示出,相同消費(fèi)水平可能需要的土地面積不同。如我國東部地帶由于耕地資源流失嚴(yán)重，導(dǎo)致人均耕地面積劇烈降低，因其自然、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件的限制，耕地生產(chǎn)力水平較低且提高緩慢，人均消費(fèi)所需耕地面積較大,致使耕地仍然承受了與東部相當(dāng)?shù)膲毫?。因此得?對東、中、西部應(yīng)采取不同的耕地調(diào)控對策。

消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化同樣對水資源產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在對生產(chǎn)產(chǎn)品和服務(wù)時(shí)的耗水以及水資源產(chǎn)能等方面。相關(guān)研究表明[26]，在1961年-2003年期間，我國人均消費(fèi)變化明顯，其中，谷物和根莖類消費(fèi)呈現(xiàn)下降趨勢，蔬菜水果、動(dòng)物產(chǎn)品、酒類等增加，這種消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化引起了能量攝入增加，并伴隨著人均食物消費(fèi)的水資源需求增加和水資源產(chǎn)能降低[28]（圖3）。

5不同尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗及其影響的模擬研究

自然生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)相互作用反映在各種不同的尺度，如從很小的范圍和很短的時(shí)段到很大的范圍和很長的時(shí)段，局地的小尺度上人類活動(dòng)可能會在更大尺度上導(dǎo)致大范圍變化，針對大尺度格局建立的評估模型在小尺度應(yīng)用則會影響其結(jié)果的精度。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估中很少存在某一個(gè)理想的尺度能夠同時(shí)滿足多個(gè)評估目的的要求，需要利用多尺度結(jié)合的途徑同時(shí)開展評估，以便找出生態(tài)系統(tǒng)重要變化動(dòng)態(tài)[2]。已有研究表明，在多尺度綜合評估中，與尺度有關(guān)的最大挑戰(zhàn)是如何確定、分析與理解不同尺度之間的聯(lián)系。目前最常使用的方法是先在不同尺度上對有關(guān)過程進(jìn)行分析，然后研究其與不同層次結(jié)果的關(guān)聯(lián)性。

多主體建模方法（ABM,Agent-BasedModeling）能夠采取自下向上的研究思路，通過考察大量個(gè)體行為在限制條件下的運(yùn)行和演化過程來展現(xiàn)這些個(gè)體行為在總體上的規(guī)律和軌跡。在該方法中，agent一般代表社會系統(tǒng)的獨(dú)立對象，如人、家庭、機(jī)構(gòu)等，通過模擬這些獨(dú)立對象在對應(yīng)自然空間的活動(dòng)及其與自然空間的相互作用，來揭示經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的相互作用規(guī)律。ABM方法的模擬區(qū)域較靈活，從鄉(xiāng)村到城鎮(zhèn)[29]，從小尺度到大尺度，均可運(yùn)用該方法。其應(yīng)用領(lǐng)域也較為廣泛，近年來已經(jīng)逐漸在土地資源利用、生態(tài)系統(tǒng)管理和保護(hù)等領(lǐng)域開展應(yīng)用研究。多主體建模方法從個(gè)體到總體，從微觀到宏觀的涌現(xiàn)特性使其成為跨尺度研究的理想工具。這一方法將對研究社會-生態(tài)系統(tǒng)中不同尺度間生態(tài)服務(wù)與消耗的互動(dòng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)生態(tài)服務(wù)消耗跨尺度模擬，探索生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)利用和適應(yīng)性管理措施有重要應(yīng)用前景[30]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗研究多基于以農(nóng)戶為基本單元的數(shù)據(jù)采集與分析，主要方法包括長時(shí)間序列、高精度的行政區(qū)社會經(jīng)濟(jì)普查和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析、大量入戶問卷調(diào)研、參與式社區(qū)評估(PRA)、參與式影響評估(FoPIA)、焦點(diǎn)組訪談(FGD)等方法。因此，為了滿足不同尺度研究的需求，往往需要建立多尺度計(jì)量方法。當(dāng)前和今后的研究將主要依據(jù)農(nóng)戶尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗模式與梯度形成機(jī)制，發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗多尺度計(jì)量方法，解析農(nóng)戶尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗模式與梯度形成機(jī)制與柵格單元-縣域單元-區(qū)域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化軌跡與特征的內(nèi)在聯(lián)系；以生產(chǎn)力模型GLO-PEM和VPM模型為基礎(chǔ)，融合基于農(nóng)戶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗機(jī)理，定量估計(jì)與表達(dá)生態(tài)系統(tǒng)供給與生態(tài)服務(wù)消耗的時(shí)空動(dòng)態(tài)，發(fā)展多尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗計(jì)量方法。在此基礎(chǔ)上，基于ABM理論，解析研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗主體構(gòu)成及其相互作用關(guān)系。具體內(nèi)容包括典型區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與消耗的歷史重現(xiàn)；以保護(hù)環(huán)境為偏好的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與消耗的多情景模擬，把調(diào)查獲取的典型區(qū)當(dāng)前的各種要素條件加入模型；以提高以主體生活質(zhì)量為偏好的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與消耗的多情景模擬，把各主體的活動(dòng)偏好改為提高農(nóng)牧戶家庭主體和單個(gè)主體的生活質(zhì)量，調(diào)整模型運(yùn)行環(huán)境，分析各因素變化對主體生活質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的影響；尋找主體生活質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量平衡的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與消耗方式的多情景模擬；推理典型區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)合理消耗的適應(yīng)性條件，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)合理消耗與可持續(xù)消耗模式模擬平臺；分析不同生態(tài)服務(wù)消耗情景下區(qū)域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗模式及其環(huán)境影響。提出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)合理消耗的農(nóng)牧戶、個(gè)人、政府、企業(yè)的應(yīng)對方式，為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性管理提供支持。

6研究展望

（1）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)生產(chǎn)和消耗關(guān)系研究。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)生產(chǎn)和消耗不是一一對應(yīng)的關(guān)系，也就是說，生產(chǎn)的一種服務(wù)或者產(chǎn)品，可能被多個(gè)消費(fèi)者使用，而同一個(gè)消費(fèi)者可能消費(fèi)多來源的產(chǎn)品和服務(wù)。

（2）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)跨區(qū)域流動(dòng)與消耗關(guān)系研究。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間在生產(chǎn)過程中存在著相互作用，這種作用有單向和雙向之分[31]。

（3）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗對生態(tài)系統(tǒng)本身的影響研究。人類在消費(fèi)生態(tài)系統(tǒng)提供的各種產(chǎn)品和服務(wù)的同時(shí)，反過來對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生各種各樣的影響，表現(xiàn)為積極的和消極的影響。消極的影響主要是引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的下降，如對供給服務(wù)過度需要及生產(chǎn)可能引起的土壤水土保持功能下降、生物多樣性銳減等等；積極的影響如生態(tài)系統(tǒng)維持生產(chǎn)力研究。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消費(fèi)的同時(shí)需要獲得一定數(shù)量的資金投入來保證生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的再生產(chǎn),獲取的途徑主要有市場和生態(tài)補(bǔ)償兩個(gè)方面,起到關(guān)鍵作用的是生態(tài)補(bǔ)償。對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消耗與生態(tài)補(bǔ)償關(guān)系的研究，將是相關(guān)領(lǐng)域今后研究的重要方向。