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 * 名： *** 学 号： **********

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

生物多样性是生态系统过程的调节者，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。

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，

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

“生态位互补”。在更大的空间尺度上，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。

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

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

捕食者捕食时间分离，增加了对节肢动物的捕食效率[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。

5全球变化对生物多样性与生态系统服务的影响

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。 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

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。

参 考 文 献

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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.

5 范玉龙，胡楠，丁圣彦等. 陆地生态系统服务与生物多样性研究进展[J]. 生态学报，2016，36 6 Costanza R, d'Arge R, de Groot R, Farber S, Grasso M, Hannon B, Limburg K, Naeem S, O'Neill R V, Paruelo J, Raskin R G, Sutton P, Vander Belt M. The value of the world's ecosystem services andnatural capital. Nature, 1997, 387 (6630):253 260. 7 Daily G C. Nature's Services: Societal

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9 Posthumus H, Rouquette ,J R, Morris ,J, Cowing D J G, Hess T M. A framework for the on lowland floodplains in England. Ecological Economics, 2010, 69 (7):1510-1523.

10 谢高地，肖玉，鲁春霞. 生态系统服务研究:进展、局限和基本范式. 植物生态学报，2006 30 (2) : 191-199

11 Balvanera. P, Pfister A B, Buchmann N, He J S, Nakasashizuka T, Raffaelli D, Schmid B. Quantifying the evidence for biodiversity effects on ecosystem function and services. Ecolgy Letters,

2006,9(10):1146-1156

12 Naeem S. How changes in biodiversity may affect the provision of ecosystem services//Hollowell V C ed. Managing Human Dominated Ecosystems, Missouri Botanical Garden Press, 2001:3-33

13 Mace G M, Norris K, Fitter A H. Biodiversity and ecosystem Service: a multilayered relationship[J]. Ce11,2012,27(1):19-26

14 傅伯杰，陈利顶，马克明，等. 景观生态学原理及应用.北京:科学出版社，2001

15 吕一河，傅伯杰. 生态学中的尺度及尺度转换方法. 生态学报，2001，21

16 Bond L; M, Chase.J M. and ecosystem functioning at local and regional spatial scales. Ecolo}y Letters, 2002, 5 (4):467-470.

17 Loreau M. and ecosystem functioning: a meclianistic model.Proceedings of the

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18 Otto S B, Berlow E, L, Rank N E,- Smiley J, Brose U, Predator diversity and identity drive interaction strength and trophic cascades in a food web.Ecoloy,2008, 89 (1):134-144.