王 兵

一、生态系统功能和生态系统服务　　

　　生态系统功能的概念最早是由著名生态学家Odum于1953年在其著作《Fundamentalsof Ecology》中提出，指在生态系统的不同生境、生物学及其系统性质或过程。其主要包含了两层含义：一是说明生态系统的基本功能包括物质循环、能量流动和信息传递三个方面；二是生态系统功能还是生态系统本身所具备的一种基本属性，它独立于人类而存在。

　　自工业革命以来，随着人类对生态系统的影响越来越大，生态系统功能定义也逐渐发生变化，其定义逐渐与人联系到了一起。最具代表性的是由生态学家DeGroot提出，生态系统功能指生态系统为人类直接或者间接提供服务的能力，主要包括调节功能、生境功能、产出功能和信息功能。

　　自20世纪70年代以来，生态系统服务开始成为一个科学术语及生态学与生态经济学研究的分支。根据森林生态系统服务的多样性，国外主要从涵养水源、保育土壤、防风固沙、固碳释氧、森林游憩等方面开展研究，提出了一些评价方法和计量评价模型。2001年联合国环境规划署联合世界银行组织了来自95个国家的1360名科学家启动了千年生态系统评估（MillenniumEcosystem Assessment，MA），这是人类首次对全球生态系统的过去、现在及未来状况进行评估，它认为生态系统服务指人类从生态系统中获得的各种惠益，并且可将生态系统服务分为四大类：支持、调节、提供和文化服务。

　　由此可见，生态系统服务功能与生态系统服务虽然是两个不同的概念，但两者又密切相关。前者是生态系统本来就具有、存在的，反映出了其内在的自然属性；而后者则是基于人类的需求、偏好和利用，反映的是生态系统被人类利用的部分，换句话说就是其功能向服务转化的程度，如果没有人类的需求，就无所谓服务。

二、生态系统功能和服务的转化率

　　生态系统功能是客观存在的，自然生态系统是它的主体，而生态系统服务作为人类在自然生态系统中得到的福祉，主体已经变成了人类。近30年来，世界各国的研究人员对不同尺度上的生态系统服务作了评估，但准确来讲，其实质上是对生态系统服务功能的评估，具体有多少功能能够转化为服务为人们所享受，到目前为止尚未有成熟和全面的计量方法，因此，研究生态系统服务功能转化率问题对生态系统服务评估具有革命性意义。

　　以上海市为例，上海的城市森林作为城市生态系统的重要组成部分，与大山深处的森林一样，同样具有净化大气、促进营养物质循环、吸收和降解有毒物质等的生态系统功能，那它所提供的服务是否一样呢，怎样才能体现出城市森林对于人类生存和生活的重要性？回答这个问题，就需要解决生态系统功能转化率的问题。

生态系统功能转化率是指与人类福祉有关的生态系统功能向生态系统服务转换的效率，计算公式为：

转换率=生态系统服务÷生态系统功能

　　主要的特点包括以下三个方面：

　　（1）功能与生态系统服务尽管概念不同，但两者密切相关；

　　（2）功能反映出了其内在的自然属性；而生态系统服务反映的是生态系统功能被人类利用的部分，即功能向服务转化的程度；

　　（3）研究生态功能转化率问题对生态服务价值评估具有重要意义。

　　以森林为例，研究森林生态系统功能的转化率，首先要明确处于特定区域环境中的森林生态系统的主导功能。森林是陆地生态系统的主体，无论处于任何地方，它都具有涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、生物多样性保护、森林防护和森林游憩等功能，但是，在不同地区它的主导功能不同。例如城市森林的主导功能为净化大气环境和景观游憩，而退耕还林工程区的森林，处于大江大河流域源头地区的主要发挥水土保持的功能，处于三北风地区的主要发挥防风固沙的功能。确定了主导功能，为了获得更高的生态系统服务和更多的福祉，当生态系统功能转化率较低时，可通过科学的手段有针对性地提高转化率，若转化率高，则需要提高其生态系统本身的功能。

　　森林生态系统具有涵养水源功能，产生的服务通常在其流域内才能够享受的到，例如长江中上游地区森林涵养的水被长江流域下游的人所享受。但是，通过南水北调工程调水，北方的居民也享受到了长江中上游森林所涵养的水；灌装矿泉水也是同样的道理，矿泉水所销售到的地区，人们都享受到了水源地森林所涵养的水。因此，通过人为因素提高的森林生态系统功能的转化率，使得更多的人享受到了生态服务。

　　大气污染分为点源污染和面源污染，污染物浓度具有不均匀性，因此，森林在净化大气环境功能的转化率上在不同地区存在着较大的差异。同样一颗乔木，落在城市中心和落在深山老林区它所持有的功能是相同的，但是产生的服务却差异巨大。近些年来，我国大范围出现的雾霾天气引起了政府和民众的高度关注，人们开始认识到城市森林对于大气中颗粒的滞纳吸附作用，而且到目前为止，也是已知的治污减霾末端治理最有效的手段。不同树种发挥治污减霾生态效益的功能不同，因此，须有针对性地选择功能和转化率较高的树种用于城市绿化，最终达到提高其服务能力的目的。此外，由于城市森林就在我们生活的周围，人们可以就地享受它所带来的生态服务，特别是净化大气服务，这属于就地享受；人们为了获得优质的空气和美丽的景观，享受森林游憩带来的心旷神怡，则需要前往大山森林或森林自然保护区，这样获得的服务称之为迁地享受。可以看出，就地享受和迁地享受的变化，实质上就是生态系统功能转化率的改变。

　　再如，森林生态系统还具有防风固沙的功能，其生态系统服务通常仅发生在风沙源路径上。防风固沙功能的转化率还与植被类型和面积有关，非风沙地区通常享受不到森林生态系统所带来的防风固沙服务，但它的这项功能却实实在在存在。森林生态系统休闲游憩功能向服务的转化主要是跟社会经济发展程度有关，当人们对现有物质条件满足之后，就需要精神享受，生态系统的旅游休憩功能转化率随之提高。

　　综上所述，森林生态系统功能的转化率和服务是可以随着人们的需求而改变的，因此对于它们的研究显得十分重要。但是，不是所有的生态系统功能的转化率是时刻变化的，它的大小与森林的面积、类型和生境并无关系。例如森林生态系统的固碳释氧功能，只要有森林的存在，其所固定的碳和释放的氧气就会被人类百分之百地利用，因此，该项功能的转化率永远为百分之百。

三、城市森林生态系统功能和服务的高效转化

　　城市森林，是城市生态系统重要的组成部分，随着人们生活水平的日益提升，人们已经不单单满足于物质方面的享受，繁忙的城市生活之余，优良的空气环境、怡人的城市绿地景观成为民众最需要的生态福祉。因此，城市森林已不仅仅指一般意义上的树林，从狭义上讲，城市地域内以林木为主的各种片林、林带、散生树木等绿地构成了城市森林主体；从广义上看，城市森林作为一种生态系统，是以各种林地为主体，同时也包括城市水域、果园、草地、苗圃等多种成分，与城市景观建设、公园管理、城市规划息息相关。

　　城市森林在城市生态系统中起着动态调节作用，其作用主要是通过森林生态效益来实现，主要有以下几个方面：（1）吸收有害气体，净化城市空气；（2） 吸滞烟尘和粉尘，监察有害气体；（3） 减菌、杀菌，城市森林保健；（4） 减弱和消除噪声；（5） 调节和改善小气候；（6） 涵养水源，防风固沙，防止土蚀；（7）美化环境，改善人居环境；（8） 维护生物多样性。这其中，城市森林中植物叶片对于大气中颗粒物和污染物质的滞纳和消减作用明显，为城市环境空气的改善起到非常关键的作用，较高的转化率使得城市森林成为名副其实的生态系统功能和服务的高效转化器。

　　城市森林中的植物移除空气中的颗粒物能力主要依靠其叶片功能和叶片结构，如叶表面纹理、绒毛、油脂以及湿润性等特征利于大气颗粒物的附着，而复杂的枝茎结构支持的巨大叶面积使其能够滞留大量的大气颗粒物。但是各种植物由于叶表面特征、树冠结构枝叶密度和叶面倾角的不同，对大气颗粒物的滞纳能力存在着很大的差异。城市森林通过增加地表粗糙度，降低风速和枝叶茎的吸附作用，在净化大气、吸收污染物、滞纳空气颗粒物等方面起着重要的作用，植物叶片对空气中颗粒物的滞纳形式主要包括三种：停着、滞纳和黏附。

　　为了研究城市森林生态系统主要植被净化大气环境功能的转化率，我们的研究团队分别在北京市和陕西省关中地区对植物的治污减霾效益和转化率进行了研究。

　　1.不同城市绿化树种滞纳颗粒物转化率研究

　　北京市主要的常绿树种滞纳颗粒物转化率研究结果如表1所示，不同树种在滞纳空气颗粒物中功能向服务的转化效率不同，从单位面积叶片滞纳颗粒物的量来看，雪松和油松较高，白皮松和冷杉较低，而转化率高的树种是雪松和紫矮杉，表明滞纳空气颗粒物高的树种，其转化率不一定高，并且雪松是一种不错的治污减霾的城市绿化树种。

　　2.不同污染区城市森林滞纳污染物转换率

　　表2是我们对陕西省关中地区7个地市植被滞纳大气颗粒物功能转化率的研究。研究发现，宝鸡和西安市城市森林滞纳大气颗粒物转化率最高，杨凌、渭南和铜川较低，这表明大气中颗粒物浓度程度高的地区，往往城市森林滞纳大气颗粒物的转化率也高。

　　3.城市森林对空气污染物的净化功能转化率研究

　　通过对北京地区不同树种及在不同区域下对空气颗粒物中重金属（Zn、S、Cu、Cd、Cr、Hg、Pb）吸收功能转化率的研究（表3所示），发现相同树种对不同空气污染的吸收功能转化率不同。对比同一时间不同区域下树种吸收空气污染物功能效率发现，北京市各树种吸收空气污染物功能转化率从高到低的变化规律是“市区—近郊—远郊”转化率逐渐降低。

　　从这些研究中，我们得出以下结论：

　　（1）不同树种滞纳空气颗粒物的能力不同，一般来说常绿树种滞纳空气颗粒物的能力要高于阔叶树种，其中常绿树种中，油松、雪松滞纳能力较高，阔叶树种中栾树、刺槐的滞纳能力较高。

　　（2）不同城市污染区，树种滞纳能力也不一样，市中心颗粒物浓度较高的地区，树种滞纳颗粒物的量要高于郊区等空气颗粒物浓度低的地区。综合不同树种和其对不同元素的吸滞功能，其转化效率基本上表现为由“高污染地区（市中心和城区）—中级污染地区（近郊公园区）—较低污染地区（近郊浅山区）—较清洁区（远郊）”逐渐降低。

四、结语

　　城市森林生态系统与人类的关系最为密切，在清除空气污染物，提高城市空气质量上发挥着重要作用，还在旅游休憩等方面为人类的生活和生产提供了高效的生态服务。为了使城市更好地为人类提供生态服务，我们一直致力于植被对空气污染颗粒物吸附滞纳能力和功能向服务转化率的研究。在今后的城市造林绿化工程中，选择净化大气环境功能转化率高的植被有了科学依据，如一些常绿针叶类树种，适当搭配阔叶树种，同时在城市中心或工业园区等空气污染浓度高的地区，加大植被覆盖率，增加其功能，最大限度地提高城市森林的生态服务，体现出城市森林“高效转化器”的作用，为人类共同营造一个舒适、干净的城市生活环境。

　　（作者: 中国林业科学研究院首席专家。在5月25日召开的“森林生态功能，让城市和我们更美好”国际论坛上，作者就本文观点作了报告。)

（本文供图/资料库）