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生物多样性与生态系统服务间的相互关系


现代教育技术课程小论文
学院:生命科学学院 姓 学 名: 刘陶钢 号: 2015012468

生物多样性与生态系统服务的相互关系
刘陶钢
(东北师范大学生命科学学院,吉林,长春,130024) 摘要: 生物多样性与生态系统服务功能是一个古老的话题, 二者关系及其内在机制一直是生 态学领域的重点及热点问题。然而,随着研究的深入,人们逐步认识到生态系统并非仅提供 单个生态系统功能,而是能同时提供多个功能,这一特性被称之为“生态系统服务” 。尽管 有此认识,但直到 2007 年,研究者才开始定量描述生物多样性与生态系统服务的关系。目 前, 生物多样性与生态系统服务研究已成为生态学研究的一个重要议题, 但仍存在很多问题 和争议,如缺少公认的多功能性测度标准、生态系统不同功能之间的权衡问题等。本文总结 了目前一些对于生态多样性与生态系统服务间的相互关系的研究进展。 关键词:多样性;稳定性;食物链和食物网;生态系统服务

引言 达尔文(1872)指出, 共生物种的生

间不存在必然的联系,而另一些学者 则认为生态系统稳定性受到生物多样

态位多样化造成了群落的生态多样性, 性的影响或控制。 到 1997 年, Constanza 群落因此能够更高效地利用资源,形 成更高的群落初级生产力。1968 年, 加利福尼亚草地研究结果与达尔文的 理论相悖,认为净生产力与物种多样 性间存在负相关[1]。 20 世纪 70 年代以前, 生态学家试 图在物种观测尺度建立一种能够联系 稳定性与多样性的普适性理论[2]。 自从 Gardner& Ashby 开始质疑物种多样性 导致稳定性增加这一传统观点之后, 很多生态学家对这一问题的看法都逐 渐发生了改变。在多样性-稳定性关系 的讨论上形成了两大阵营:一些学者 认为生物多样性与生态系统稳定性之 等提出生态系统服务内涵可概括为人 类从白然生态系统中直接或问接获取 的益处, 这一观点得到了大家的认同[3]。 2006 年英国生态学会组织科学家与政 府决策者一起提出了 100 个与政策制 订相关的生态学问题(共 14 个主题), 其中第一个主题就是生态系统服务功 能研究。生态系统服务功能已成为当 前国际上生态学研究的前沿和热点领 域[4]。而近年来的许多研究表明,在平 均意义上讲,多样性会导致生态系统 稳定性的提高。 生物多样性是生态系统的核心, 生态系统作为一种人类生存发展的资

本,支撑着全部生态系统服务类型。 生物多样性的丧失将直接影响着生态 系统服务功能,生物多样性是制约生 态系统服务发挥的最关键因素之一。 1991 年国际科学联合会环境委员会讨 论开展生物多样性的定量研究,这大 大推动了生物多样性与生态系统服务 相互关系的研究。所有生态系统服务 研究都不可避免地与生物多样性相联 系[5]。 1 生物多样性与生态系统服务分类 Constanza 等认为生态系统的开放 性是生态系统服务的基础和前提,生 态系统服务由生物的物质流、能量流 和信息流构成,他从经济学的角度研 究生态系统服务的经济价值,并将生 态系统服务分为如干扰调节、土壤形 成、营养循环、废物处理、授粉、生 物控制、栖息地、基因资源、娱乐、 文化等 17 种类型[6]。 Daily 等主要从生 态学基础分析生态系统服务及其价值, 将生态系统服务分为 13 种类型[7]。联 合国千年生态系统评估计划研究了生 态系统服务与人类福利之间关系、变 化的驱动因子、评价的尺度、评价技 术与方法,把生态系统服务分为供给、 调节、文化和支持服务 4 类[8],支持服 务是其他服务的基础,这些服务一起 构成了人类福利。这是目前比较公认

的分类方法。 Posthumus 等提出了基于 生态系统过程和功能的生态系统服务 分类体系,包括生产、调节、栖息地、 承载和信息功能,各项功能支持着不 同的生态系统服务,并与人类偏好相 联系来评估生态系统服务价值[9]。 谢高 地等提出生态系统服务评估要基于生 态观测或生态模型,要区分生态资产 和生态系统服务,要对生态系统服务 供给能力进行划分[10]。其他国内外许 多研究者也对生态系统服务进行了系 统的分类和研究。但是这些分类、供 给和价值化还没有形成统一的标准, 使研究结果存在较大的差距。 无论哪一种分类方法和评价指标, 都是以生物多样样为中心,并依据生 物多样性所产生的功能差异进行分类, 生物多样性的不同组分、不同功能为 人类提供的产品和服务是进行生态系 统服务分类的基础。

2 生物多样性与生态系统服务来源 生态系统服务的动力来源于自然 界的生物地球化学循环,生物因素是 生态系统服务的核心,生物多样性使 这种循环更加完整和复杂,使生态系 统服务的更为多样。生态系统服务的 供给和生态系统服务的恢复能力都受 到生物多样性变化的影响。生物多样

性对生态系统的功能发挥和结构稳定 起着决定性作用,生态系统通过结构 —过程—功能这一途径,实现生态系 统服务,生物多样性在整个途径中都 占有重要位置。生物多样性与生态系 统服务功能的长期研究与观测是阐明 生物多样性与生态系统服务功能关系 的必然途径。学者们开始从生物多样 性角度来探讨生态系统服务, Balvanera 等[11]找到生物多样性影响生 态系统功能和服务的定量证据,结果 显示生物多样性对生态系统服务功能 有积极影响。Naeem 特别关注生物多 样性与生态系统服务变化之间的联系
[12]

生物多样性是巩固生态系统服务、控 制生态系统过程的一个因素。例如, 许多土壤营养循环与土壤中的生物群 落组成有很大的关系,生物多样性越 高, 生态系统功能也随之增加。 因此, 生态系统中的生物组成,也就是生物 多样性,在生态系统服务传递过程中 扮演着关键性作用。二是生物多样性 是一种终极生态系统服务,生物多样 性在遗传和生物水平上直接贡献了其 利益和价值。例如,野生作物的遗传 多样性对于改良作物的性状具有重要 作用。三是生物多样性在生态系统服 务中可以作为一种益处,它具有丰富 的文化价值,包括野生物种和景观的 欣赏、精神愉悦、教育、宗教和娱乐 价值等。

,生物多样性使生态系统中生物性

状多样化,而生物性状又决定群落性 状和生态系统功能,从而影响生态系 统服务的发挥。生物多样性通过生态 系统属性和过程来影响生态系统服务 形成和维持,人类活动导致的生物多 样性下降会对不同的生态系统服务产 生影响。也就是说,生物多样性的变 化会通过生态系统的过程和属性最终 影响生态系统服务的发挥,通过生物 多样性的相关研究,可以揭示生态系 统结构、过程和服务之间的耦合机制。 Mace 等[13]对这两者之问的关系进 行了概括,主要有以下几个方面:一是

3 生物多样性与生态系统服务的尺度 特征 傅伯杰[14]将尺度定义为观察或研 究的物体或过程的空间分辨率和时间 单位。尺度问题按维度可以分为空间 和时间尺度,一定空间尺度内的生态 实体都有一定的形成演化过程,从而 也就与一定的时间尺度相对应。按研 究内容尺度可分为测量尺度和本征尺 度。测量尺度是人类的一种感知尺度,

生物多样性是生态系统过程的调节者, 本征尺度是自然现象固有的特征。测

量尺度相当于研究手段,本征尺度则 是研究的对象。大多生态问题就是通 过测量尺度上的研究来揭示本征尺度 上的规律性[15]。 在小尺度范围内,多数研究表明 生态系统服务随生物多样性增加而呈 现出饱和型上升趋势。当局域斑块中 物种数量比较少的时候,因不同物种 的地位不同,它们之间的互补性使得 生态系统服务随多样性上升而优化, 直至物种数多到斑块内的功能生态位 被占满。在区域尺度上,不同的斑块 类型有不同的优势种,这些物种稳定 共存并且表现为互补关系,这种斑块 之间的互补可以看作是区域尺度上的

成不同的特性,从而直接影响生态系 统服务水平;其次,不同生物组合提高 了对水分、养分和光等自然资源的利 用效率,从而使生态系统服务更加高 效; 并且,生物组成越复杂,所形成 的营养级结构越复杂,生态系统服务 的质量就越高; 最后,生物多样性影 响干扰发生的频率、强度和范围,使 生态系统服务具有较强的稳定性。 生物多样性较高的群落中生物功 能性状差异性更大,生物资源利用策 略更加多样,资源的利用率更高,从 而对生态系统服务的影响更大。如, 不同植物物种根系在不同土壤深度吸 收养分,增加了资源利用率[17]。不同

“生态位互补” 。在更大的空间尺度上, 捕食者捕食时间分离,增加了对节肢 由于人类的影响,生物多样性较难恢 复,所以它的功能意义更重要[16]。生 物多样性对不同时空尺度上的生态系 统服务的作用是不同的,通过生物多 样性可以建立生态系统服务的多尺度 关联。 动物的捕食效率[18]。在适宜环境下对 生态系统生产力等功能贡献不多的物 种在环境变动中,生态位差异可以使 它们分摊风险,从而使生态系统服务 更加稳定。物种共存发挥作用的同时, 有一种合作的特性存在,一旦失去合 作,生态系统服务的水平就会大大降 4 生物多样性与生态系统服务质量 生物多样性是生态系统服务的物 质基础,生物多样性对生态系统服务 的影响最可以从水平、效率、质量和 稳定性这四方面来解释。首先,生物 之间在长期的协同进化过程中,会形 5 全球变化对生物多样性与生态系统 服务的影响 低。生物多样性使群落功能分化,群 落中生物功能分化越明显,结构就越 复杂,生态系统服务质量就越高。

随着全球经济的快速发展,人类 利用和改造世界的能力越来越强,在 全球范围内出现了诸多生态问题,如 资源短缺、空气质量下降、生物多样 性丧失和人口剧增等,正是这些问题 的产生使生态系统服务及其价值评估 引起了世界各国的普遍关注。 全球变化主要是土地利用和土地 覆盖变化以及气候变化。其中气温上 升和降水改变会同时影响生物多样性 和生态系统服务以及二者间的关系。 土地利用和土地覆盖变化是生物多样 性快速下降的主要原因,也是目前影 响生态系统服务最广泛、最剧烈的驱 动力。从长期来看,生态系统为适应 环境的变动而进行自身调整,而这种 调整能力的强弱和生物多样性是直接 相关的,决定着生态系统过程是否发 生大的变化或不可逆变化。如影响病 原菌的生存链条,从而使农业或人类 遭受灾害。

的视角和依据,人类更加直观的认识 到生态系统的作用和面临的困境。生 态系统服务生产过程主要是自然生产 过程,要提高生态系统服务的水平和 质量,只有通过扩大生态系统规模和 提高生态系统功能两个途径实现,也 就是尽可能提高在不同尺度上的生物 多样性。由于社会经济的发展差异, 不同区域生态系统服务的布局重点不 同,可以维持的生物多样性水平也不 同。目前,生态系统服务研究正由类 型识别、经济价值评估向机理分析转 变,无论哪种研究,都离不开生物多 样性这个核心内容。生态学家要及时 地将生物多样性与生态系统服务的相 关信息传递给决策者和民众,才能使 环境真正得到改善。









1 岳天祥,马胜男,李镇清,等. 生态多样性与生 态系统服务功能的多尺度比较分析—以内蒙古自 治区锡林郭勒盟白音锡勒的草地生态系统为例[J].

6 结语 生态系统服务和生态系统的过程都是 极其复杂的,生物多样性为它们之间 建立了一种实质性的关联关系,从生 物多样性入手,可以解释许多生态系 统服务问题。同样,生态系统服务的 提出,为生物多样性保护提供了全新

资源科学,2006,28 2 张全国,张大勇.生物多样性与生态系统功能:进 展与争论[J].生物多样性,2002,(10):49-60 3 杨旭, 沈珍, 闵水发等. 生态系统服务研究进展[J]. 中国农学通报,2015,31 4 傅伯杰,周国逸,白永飞等. 中国主要陆地生态 系统服务功能与生态安全[J]. 地球科学进展, 2009, 24(6):571-576.

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