生态系统服务流测量系统综述：主要概念、方法、应用和未来方向

Part1 亮点我们回顾了测量生态系统服务流（ESF）的研究的概念、方法和应用。 ESF有多种定义，产生多种测量方法。 ES F被广泛用于衡量自然对人类的贡献，并了解自然与人类的关系。

Part1 亮点

我们回顾了测量生态系统服务流（ESF）的研究的概念、方法和应用。
ESF有多种定义，产生多种测量方法。
ES F被广泛用于衡量自然对人类的贡献，并了解自然与人类的关系。
未来应使用基于生态过程的动态流动模型来衡量生态系统服务流动。

Part2 关键词

生态系统服务| 供给和需求 | 流 | 生态系统服务管理

Part3 摘要

a. 背景

研究生态系统服务流的全过程是ES管理的关键。然而，相对生态系统服务流（ESF）的不同概念和衡量ESF的不同方法阻碍了其在政策和管理中的有效应用。此外，没有对ESF的概念、方法和应用进行系统审查。

b. 方法

为了解决这一研究空白，我们对ESF测量进行了系统综述，重点关注主要概念，方法和应用。我们在ISI Web of Science数据库的核心集合中使用了关键词“ ecosystem service *” 和（“ flow *”或“ delivery *”），目的是综合ESF的概念，方法和应用。我们提出了未来的研究方向，以推动ESF领域朝着更被接受和一致的术语和科学实践方向发展。最终选择了82个案例研究进行综述。

c. 结果

我们发现，对ESF定义的不同理解（实际使用量为流量，空间连接为流量，流动过程为流量和其他流量）导致测量方法不同。测量ESF的全过程可以帮助我们衡量自然对人类的贡献，了解供需关系，这将促进区域规划和政策（如空间保护规划，基础设施规划，区域间管理）的发展，从而增加ESF。为了在未来有效地应用ESF，首先，我们建议结合现有的流程定义，并将ESF重新定义为整个ESF实现过程，更加关注人类需求。其次，应开发或改进基于生态过程的动态模型，通过整合受益者来评估ESF。第三，我们应该考虑自然资本和人力资本对ESF交付的影响，以及加强区域间流量管理的方法。

d. 意义

总体而言，本文有助于更全面地了解衡量ESF的定义，方法和应用，从而为ES政策的实施提供信息。

Part4 研究内容

本文的目的是回顾当前关于主要概念、方法、应用的科学文献，并提出测量ESF的未来方向，以实施ESF概念并促进未来的高质量研究。

我们有三个目标：

第一，通过概述ESF的关键术语来澄清ESF的定义;

第二，总结ESF的测量方法及其主要应用;

第三，提出ESF测量的差距和未来方向。

最终，我们的目标是为ES研究不足的领域带来更多的一致性，并引导研究人员进入需要未来研究的领域。

Part5 研究方法

a.系统文献综述

我们按照系统综述和meta分析的首选报告项目（PRISMA）的协议进行了系统的文献综述。PRISMA旨在使综述更具可重复性，并帮助读者理解文献综述所遵循的整个协议。图1中的流程图提供了用于系统文献综述的方法和选择过程的步骤（图1 ）。

图 1：流程图显示了用于系统文献综述的方法步骤和选择过程

b. 概念、方法和应用分类

基于ESF案例研究的信息，强调供求的ES（人们从生态系统中获得的惠益）的初步概念，以及现有研究更加关注潜在ES的事实，我们从三个方面对现有的ESF定义，方法和应用进行了分类：ES的需求，ES供需的空间位置以及ES供需之间的流动过程（图2）。

图 2：用于对 ESF 的定义、方法和应用进行分类的框架

首先，我们将ESF定义分为三种类型：实际使用量作为流量，通常代表流量的实现;空间连接作为流动，表示供需之间流动的空间位置;和流动过程作为流动，强调ES供需之间的流动过程。进一步，根据研究尺度将流动过程分为区域内流动和区域间流动。

其次，根据ESF方法的定义将其分为3类，即：实际使用核算法、供需空间关系法和生态流动过程法（区域内、区域间法）。

第三，我们根据定义和方法将ESF应用分为三种类型：测量自然对人类的贡献，了解供需之间的空间关系，以及定量模拟以支持区域规划和政策。

最后，本文根据综述发现的不足，提出了ESF未来的研究方向。

此外，为了使不同ESF方法下的案例研究具有可比性，我们提前统一了不同ES名称之间的某些分类原则。我们在Burkhard等人（2014）的研究中提到了ES分类，该分类是从生态系统服务共同国际分类修改而来的，以保持不同研究中ES名称之间的一致性（表1）。

表1：统一生态系统服务名称

Part6 研究结果

a. 综述文献概述

图3：生态系统服务流研究现状 .（a）生态系统服务流动研究的全球分布情况;（b）研究报告发表年份;（c）研究所在的国家;（d）个案研究的数量和在提供、管理和文化服务下评估的生态系统服务的数量。

b. ES关键术语的定义，特别关注ESF

a）与ESF相关的定义

ES 概念的跨学科和跨学科性质导致它成为一个“包罗万象的短语”，因此不同的人对 ES 的定义有不同的理解。在测量ESF的案例研究中，许多其他概念被用作理解ESF的基础。

潜在ES是指生态系统提供服务的潜力或理论能力。它由当前的生态系统结构、功能和管理决定。在某些文章中，潜在的ES也类似于ES供应，这意味着它与人类是否使用它无关。

ES需求是理解ESF的另一个重要组成部分，并且在 Wolff等人（2015）的综述中总结了许多不同的含义。例如， Burkhard等人（2012）将需求描述为“在特定时间段内在特定地区目前消费或使用的所有生态系统产品和服务的总和，而不考虑生态系统服务的实际提供地点”。 Schr?ter等人（2014）将需求描述为“单个代理对服务特定属性的偏好的表达，例如生物物理特征，可用性的位置和时间以及相关的使用机会成本”。 Geijzendorffer等人（2015 ）将需求描述为“利益相关者获得服务意愿的实际表达（例如，金钱，时间投资或旅行距离）”。最常用的定义是“社会需要或期望的服务量” 。此外，需求还可以分为有效需求（等于已实现的ES）和未满足的需求。

服务提供区（SPA）和服务受益区（SBA）是ESF的来源和用户。服务提供区域是指产生潜在ES的地方，类似于区域间流中的“源”或“服务提供单位”或“发送系统” 。服务受益区域是SPA的补充概念，是指人们实现ES的地方。在区域间流动中，“接收系统”一词用于表达SBA 。提供ESF并连接SPA和SBA的区域称为服务连接区域（SCA）。

b） ESF的定义

表 2.生态系统服务流的类型定义

c）理解ESF定义的概念框架

在现有和修改的级联和远程耦合框架的基础上，我们开发了一个概念框架来总结 ES 关键术语的定义，特别侧重于澄清 ESF 的定义（图 4）。生态系统服务流是指ES在社会生态系统内部和之间实现的整个过程，并且还需要了解人们如何获得ES的好处。图4 中的概念框架阐明了生态系统结构和功能如何形成潜在的ES，潜在的ES如何通过生态流动过程流向社会系统，或者人类如何移动到生态系统以实现ES ，以及不同的社会生态系统如何通过流动连接起来。

图 4：了解生态系统服务流动的概念框架

c.生态系统服务流的测量方法

图 5：在不同方法下研究的生态系统服务数量

a) 实际使用核算方法

实际使用核算方法主要基于实际使用量作为流的定义，即无论ES在哪里生产，都将ES流作为人们实际使用的ES。我们根据主要适用的服务总结了两种常用的测量实际使用情况的方法。

快速通道方法 主要用于提供服务，实际使用的ESF可以直接根据官方报告的统计数据，参与性数据或土地利用和土地覆盖（LULC）数据计算。这种方法高效、快速、可访问、易于适应，并且与官方接受的数据一致。然而，这种方法受制于粗略的空间数据（通常是民族或国家）、主观专业知识、较少的空间细节（例如每种土地利用类型的内部空间变化）。

空间分离方法 主要用于调节服务，因为这些服务往往没有直接可用的数据来量化实际使用情况。这种方法使用潜在的ES乘以需求相关信息（例如人口强度，水库或水处理厂）来将实际使用与潜在ES分开。例如，自然灾害（例如，雪崩、泥石流和落石）保护服务使用对这些危害具有保护作用的森林地区来代表潜在的环境和社会状况;对人类基础设施具有保护作用的森林面积，代表实际使用ESF，是通过包括人类基础设施数据来计算的。空间分离方法可以提供更详细和多尺度的估计（即，从网格单元水平到区域和国家），并考虑来自生态系统和人类社会的信息。

总体而言，实际使用核算方法旨在轻松快速地计算ESF的实际使用量，尽管它忽略了生态系统与人类社会之间的复杂流动过程。

图 6：生态系统服务流动方法的图形表示

b）空间连接方法

空间连接方法基于ESF的定义，即SPA和SBA之间的空间连接，他们使用流动区域来表示ESF。该方法应用SBA流动区域的叠加百分比来测量ESF。这种方法提供了一个简单的指标，数据易于获得，可以很容易地用于大多数具有流量特征的服务（例如，极端事件的调节和侵蚀预防，食品和原材料的提供以及气候调节）。然而，简单的叠加分析可能会导致ES映射，估值和权衡分析不准确，并且没有明确解决SPA和SBA之间的单个流动路径。

空间连接法使用简单的指标来描绘生态系统与人类社会之间的流动，因此与实际使用核算方法相比，它为测量ESF增加了另一个真实性。

c）生态流过程方法

生态流动过程方法通过考虑ES提供面积和受益面积之间的流动过程（例如流路径，流距离），使ESF的测量更加真实。这些测量ES流的不同方法使我们能够更深入地了解ES流量。将来，对决策至关重要的具体信息应整合到模型开发中。我们还应该更加关注如何在不同的政策背景下使用这些方法，为决策过程提供切实的好处。

d. 生态系统服务流量测量的应用

a) 衡量大自然对人类的贡献

评估潜在的ES单独限制了其改善人类福祉的政策应用，但评估ESF，指的是实现潜在ES的整个过程，可以将潜在的ES与实际使用的ES结合起来，从而促进生态系统管理。

研究ES实现（ESF）的整个过程可能有助于我们区分潜在的ES和实现的ES（实际使用/自然对人类的贡献），并可能回答生态系统为人类提供了多少利益的基本问题。通过ESF衡量自然对人类的贡献有很多优点。

首先，我们可以量化人类实际使用的ES与生态系统可能提供的ES之间的底线。

其次，容量和流量之间的区别可以帮助我们监测和评估生态系统的生态状态和可持续性。

第三，衡量自然对人类贡献的最直接应用是生态系统核算，其目的是监测随着时间的推移以货币化和非货币化价值提供ES的生态系统的范围、状况和属性。

此外，考虑自然对人类的贡献和生态系统的潜在ES可能有助于了解研究区域的生态状态，评估过去经济发展政策的有效性和加强现有的环境影响评估程序。

生态系统核算还可以帮助制定环境经济政策，例如向包容性和绿色增长转型。

此外，区分 ES 容量和流量可以避免估值中的重复计算问题。

b）理解供需的空间关系

供应区域和受益区域之间存在广泛的空间关系类别。这些空间关系表明，全向和引力方向ES的供需之间存在空间不匹配。

生态系统服务流是理解ES供需之间空间不匹配的关键，可以帮助我们理解提供者和使用者之间的关系，以及回答ES领域的基本地理问题：生态系统在哪里产生惠益，谁和在哪里使用生态系统服务，优势体现在多方面。

首先，测量ESF支持识别SPA和SBA 。

其次，测量 ESF 可以检测到产生 ES 的区域与实际使用 ES 的区域之间的真正不匹配。

第三，测量ESF可以确定SPA和SBA之间的流路/连接面积，这对于维持ES也很重要。

c) 支持区域规划和政策的定量模拟

测量ESF有助于我们回答ES领域的一些基本地理问题：生态系统在哪里产生效益，有多少，人们在哪里使用生态系统服务，ES供应不足地区在哪里？这些信息可用于设计计划或政策法规，以增加和促进ESF。

首先，测量ESF可以帮助我们认识到生态系统在哪些方面为大多数受益者带来好处，反过来可以为确定空间生态保护和恢复优先领域提供信息。这些生态系统可能会面临更大的人为需求、期望和生态压力。

其次，了解SPA，SBA和流量路线的位置可以为基础设施项目（例如保护区，道路或运河）的位置和设计提供信息。

第三，在区域之间测量ESF可以通过两种方式为区域间管理提供信息。首先，衡量ESF可以帮助决策者确定区域之间的捐助者-受援者关系，这是实施区域间生态补偿政策的基础。

第四，测量ESF还可以帮助我们确定哪些生态系统面临更大的人为压力，从而为干预管理提供信息。

Part7 未来研究方向

本文有助于从概念上理解ESF，并总结了测量ESF的方法及其应用。关注这些测量方法可以帮助我们更真实地量化ESF，并了解提供者和用户之间的关系。反过来，这可以为可持续政策的实施提供信息。未来，我们提出了需要进一步研究的某些方面，以改进ESF测量方法的应用。

a. 统一生态系统服务流的定义

如果一项研究只评估了整个ESF的一部分，那么它应该在普遍接受的ESF概念框架内澄清其ESF概念。我们建议，国际组织/平台（如政府间科学政策平台、联合国环经核算制度）或生态系统服务伙伴关系应提出一个普遍接受的 ESF概念框架 。

b .开发基于过程的动态模型

未来，我们呼吁整个全球ES建模和数据社区使更多的模型在ARIES内部可互操作，以更好地代表ESF。此外，具有不同流程、规模和需求的 ES 的多样性使得几乎不可能在单个模型中评估所有服务。例如，可以一起评估在流域规模上具有相同流量过程的与水有关的服务（例如淡水、防洪、土壤保持和水净化），但对于空气质量服务的流量，应开发其他 基于过程的动态模型 。

在量化流动过程时，现有的研究没有整合影响流动过程的因素（例如自然地理因素、人类基础设施（水坝、水库或道路）或受益人的位置）。受益人的位置、偏好和发生是ESF的另一个基本组成部分，但经常被忽视。建议需要考虑三个要素来开发更好的基于过程的生态流动力学模型。首先，ESF应根据载体（水，空气或人体活动）和模型构造进行分类。其次，应描绘影响潜在ES流动的自然和人为因素的整个过程。第三，应通过结合行为模型、基于代理的模型等，将 人类相关信息 （例如运动、行为） 包含在模型开发过程中 。

c .加强人力资本和自然资本的管理

衡量ESF的最终目标是为自然资本管理提供信息。测量 ESF 可以帮助我们确定优先保护或恢复的区域，因为它们为许多受益者提供了许多好处，连接流动路线以提供更多 ES 的区域，以及减少或改变需求数量和位置的区域。在ESF的案例研究应用的基础上，我们发现很少有研究探讨人力资本对ES交付的影响。生态系统服务由自然和人类衍生的资本共同产生。人类衍生的资本（生产、人类、社会、文化和金融）在人类世发展过程中在ESF的交付中发挥着重要作用。例如，人力资本将影响社会生态系统产生潜在ES的能力，改变流动路线，影响受益人塑造服务需求并促进ESF的实现。未来，我们应该考虑自然资本和人力资本对ESF的影响。此外，我们发现区域间流动主要集中在作物、淡水和采用流动路径法的迁徙服务上。这种方法仅描述了区域之间的流动方向和数量，但许多案例研究不包括重要的生物物理因素和过程。这些重要的生物物理因素和过程包括有关哪些生态系统在SPA中提供服务，人们在SBA中受益以及SBA的需求如何影响SPA供应的信息。因此，未来应更加关注 区域间ESF ，以促进区域间管理。

d.研究局限性

本研究综合了ESF的概念、方法和应用，并提出了未来的研究方向，这可能会使ESF朝着更被接受和一致的术语和科学实践方向发展。

首先，我们的关键词选择将所选文章缩小到带有“ ecosystem service *”一词的文章。这一选择可能排除了侧重于服务流动（即供水服务或与食品贸易有关的其他服务）但没有使用“ ecosystem service ”一词的研究。

其次，ESF定义/方法的类型学是基于我们对所选文章的理解，但在ESF领域可能难以达成共识。我们想强调的是，本文仅打算对衡量ESF的定义和方法进行初步概述，并为该领域的未来方向做出贡献。此外，由于人们越来越认识到ES的供需往往是时空脱节的，因此同时了解ES流的空间格局和时间动态非常重要。

本文仅关注ESF的空间关系，忽略了未来需要关注的时间动态。

Part8 结论

本文综述了有关生态系统服务流的科学文献，包括常用的定义、方法和应用，并提出了未来的研究方向。ESF是连接生态系统和人类社会的关键。一致的定义和适当的ESF测量方法对于增加ES概念的实际使用非常重要。

我们发现，理解ESF主要有三种方式：实际使用量作为流量，这是ESF的简化，侧重于ESF的需求;空间连接作为流动，通过强调ES供需的空间位置，促进更现实的ESF视图;和生态流动过程作为试图代表ES实现的所有物理/人类过程的流动。ESF的测量可以帮助我们衡量自然对人类的贡献，加深我们对ES供需之间空间关系的理解，并为区域规划和政策提供信息。

今后，我们建议国际组织（如政府间科学政策平台、联合国）制定ESF的统一定义;重点是开发基于过程的动态模型;加强人力资本和自然资本的管理