第一章 绪 论
　　湿地与森林、海洋一同被列为地球三大生态系统，其范围包括河流、湖泊、沼泽、滩涂等天然湿地，以及水库、坑塘和稻田等人工湿地（《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》以下简称为《湿地公约》）。湿地作为陆地上较重要的生态系统之一，具有丰富的生态系统服务功能，其单位面积的生态系统服务价值远高于其他生态系统（Costanza et al.，1997），在维护生态平衡和生态安全方面有重要的意义。湿地具有净化污染，涵养水源等功能，因此被称为“地球之肾”；湿地是许多水禽的栖息地，因此有“鸟类天堂”的称号；除了水禽之外，湿地还为全球 40%以上的动植物提供了生存和发展的空间，因此也有“生物基因库”的美誉（Keddy，2010）。
　　湿地具有肥沃的土壤和丰富的水资源，十分适合动植物的生存和发展，同时也成了人类获取资源的重要场所。在过去的一百多年里，由于社会经济发展需求，人口增加导致的粮食需求以及人们对湿地重要性认识的不足，全球湿地面积遭受了严重的损失，有一半以上的天然湿地转为了其他土地利用类型（Davidson，2014）。天然湿地被开垦为耕地是湿地面积减少的主要方式，其中受损最严重的是沼泽湿地，在河流湿地和洪泛湿地中也有被农业耕作占用的现象（满卫东等，2016）。此外，畜牧业、水产养殖业、城市扩张、工业生产、水利设施建设等人类活动也使天然湿地的面积受到了损失（穆雪男，2014；张明娟等，2013；张晋东等，2010）。天然湿地土地利用的变化不仅直接改变了原始湿地生态系统的状态，也使更多的人类活动干扰进入湿地生态系统当中，造成湿地生态系统水文和物质循环过程受到干扰。湿地生态系统因此呈现退化，景观破碎化，生境质量下降等现象，这一方面导致了湿地生态系统可持续发展受到削弱，另一方面导致了生态系统服务价值的直接损失，影响人类社会的福祉。
　　从长期的角度来看，天然湿地和非天然湿地一直存在相互转换，这体现了人类社会对发展需求和对天然湿地生态系统服务功能需求之间的矛盾。天然湿地向非天然湿地进行转化，通常是由于人类社会向天然湿地索取生产生活资源和发展空间，特别是在经济欠发达地区，人们首先重视的是生存和发展，因此更倾向于将天然湿地开发为具有更高经济效益或更有利用价值的土地利用类型（Hu et al.，2017；Ayanlade and Proske，2016）。非天然湿地向天然湿地转化的主导因子也来源于人类活动。20世纪80年代开始，湿地的功能和价值逐渐被大众所认知，并开始有意识地对湿地进行保护和恢复，主要包括限制湿地开发，建立湿地自然保护区以及退耕还湿等措施。例如《湿地公约》，美国的湿地“零净损失”计划，中国湿地保护行动计划等。在经济较为发达的国家和地区，人们对良好生存环境的追求更加强烈，即对生态系统服务功能的追求越来越高。这也促使现存湿地得到了更好的保护，并将更多适宜的区域转变为湿地。这些措施和需求，一方面减少了人为活动对湿地生态系统的负面干扰，另一方面也为避免湿地面积的直接损失做出了积极贡献，在提高湿地的生态系统可持续发展和生态系统服务价值方面起到了促进作用。
　　从系统的角度来看，可持续发展表征着生态系统的发展状态，生态系统服务价值则代表生态系统的产出，因此生态系统能否长久发挥其服务价值依赖于生态系统的可持续发展。已有许多研究对湿地生态系统、农业生态系统、森林生态系统、流域生态系统等不同类型的生态系统进行了这两方面的评价。采用的方法也较为多样，例如在生态系统服务价值方面有成本法、支付意愿法、影子工程法、能值分析法等，在可持续发展评价方面有压力-状态-响应模型，生态足迹法和能值分析法等。而在土地利用变化过程中，不仅各类土地利用类型的面积变化对生态系统可持续发展和生态系统服务价值造成了影响，人为活动更多的介入其中、自然因素变化等都会对生态系统的发展状态造成干扰。因此，如何科学系统地评估这一过程中生态系统可持续发展情况和生态系统服务价值变化，并明确导致其发生变化的驱动力，使湿地能够可持续发展并获得长期的生态系统服务价值，对湿地的科学管理和规划有重要意义。
　　东北地区是我国最重要的湿地分布区，其沼泽湿地面积约占全国沼泽湿地面积的 50%（Niu et al.，2009；刘兴土，2005），为我国提供了重要的生态屏障功能（周洁敏和寇文正，2009）。然而，人口增长导致的粮食需求增加，改革开放以后社会经济的快速发展以及对湿地价值的认识不足，大量的天然湿地被开垦为耕地，或转变养殖鱼塘、居民用地和工业建设用地等。这些人类活动导致水质污染，生境破坏，非点源污染等一系列生态环境问题的加剧（毛德华等，2016；崔瀚文等，2013；中国工程院“东北水资源”项目组，2006），生态系统服务价值也遭受了损失，人为活动的干扰也使湿地生态系统的可持续发展机制变得更加复杂。近年来，随着湿地价值越来越被认可，以及国家生态文明建设的发展策略，湿地保护成为社会关注的重点。特别是2000年之后，为了进一步加强湿地资源的保护和恢复，从整体上维护湿地的生态系统功能，服务可持续发展战略，依托《中国湿地保护行动计划》，国务院批复了《全国湿地保护工程规划（2002—2030年）》，并在此后每五年制定全国湿地保护实施规划进一步落实湿地保护政策和措施，其中东北地区是全国湿地保护工程规划划分的8个湿地分布区之一。因此，科学评价湿地生态系统服务价值和可持续发展状况，明确造成两者发生变化的驱动力因子，对东北地区湿地发展具有重要意义。随着科学技术的进步，遥感技术为大尺度、长时间监测土地利用变化提供了数据支持；对生态系统研究的不断深入，为生态系统服务价值评价和生态系统可持续发展评价提供了评价方法。在这样的背景下，本书选取东北地区的天然湿地、由天然湿地转化的非天然湿地以及由非天然湿地转化的天然湿地作为研究对象，并将三者组成的系统作为广义上湿地生态系统（此后本书中出现的湿地生态系统定义都与此相同），对1980～2015年湿地生态系统服务价值和可持续发展及其驱动力因子进行评价和分析。
　　生态系统可持续发展和生态系统服务价值是生态系统评价的重要内容，并且都关系着人类社会福祉（黄甘霖等，2016）。长时间以来湿地生态系统土地利用发生了较大变化，主要是天然湿地转向了非天然湿地，使天然湿地面积遭受了严重的损失，导致湿地生态系统的结构和状况发生改变，进而导致生态系统可持续发展受到削弱，生态系统服务价值受到损失。诸多研究表明，除了土地利用变化外，生态系统可持续发展和生态系统服务价值还受到其他人类活动因子和自然因子变化的影响。本书基于东北地区不同时期湿地生态系统土地利用变化信息，应用能值理论构建湿地生态系统能值评估框架，对这一变化过程中湿地生态系统可持续发展和生态系统服务价值进行评估，并使用对数平均迪氏指数（LMDI）方法分析其变化的驱动力因子，从而明确人类活动因子和自然因子对湿地生态系统可持续发展和生态系统服务价值的影响，并提出改善可持续发展的建议，以确保湿地生态系统能够长久地发挥生态系统服务价值。
　　当前，对湿地的生态系统服务价值评价和可持续发展评价通常是针对天然湿地，由不同土地利用类型组成的湿地自然保护区或某一类型的天然湿地进行的。这忽略了天然湿地和非天然湿地在相互转化过程中湿地生态系统可持续发展和生态系统服务价值的变化，因此，本书将天然湿地、天然湿地转化的非天然湿地、非天然湿地转化的天然湿地作为研究对象能够丰富对这两个领域的研究，有助于进一步了解湿地生态系统。此外，关于湿地的生态系统服务价值和可持续发展的研究，涉及多学科领域的内容，特别是对于推动遥感技术和不同的生态系统分析方法在湿地科学领域的应用有重要意义。东北地区作为我国重要的湿地分布区，开垦等人为活动对天然湿地造成了严重的损失，通过对不同时期湿地生态系统可持续发展和生态系统服务价值的评价，对湿地的宏观管理和科学规划有一定的指导意义。
　　第一节 国内外研究进展
　　一、生态系统可持续发展研究进展
　　可持续发展最初是用于指导社会经济发展提出的，其概念的萌芽起源于 20世纪 50～60年代，西方国家高度发达的工业造成了许多严重的生态环境问题，促使人们开始反思经济发展和生态环境之间的问题。生态学、社会学、经济学等不同领域的科研工作者也开始对当前的发展模式进行评估和分析，探索社会经济发展的更优模式。在此之后，《寂静的春天》《增长的极限》《只有一个地球》等著作的面世进一步推动了整个社会对经济发展模式的深入思考。1980年，可持续发展的概念在《世界自然保护策略：为了可持续发展的生存资源保护》第一次出现，并于 1987年由世界环境和发展委员会（World Commission on Environment and Development，WCED）在报告《我们共同的未来》中正式提出，其概念被阐述为：“既满足当代人需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。”2001年，可持续性科学出现，将自然科学和社会人文科学整合为一体，以环境、经济和社会的相互关系为核心，成为可持续发展的理论基础和评价方法的来源（Kates，2001）。此后，可持续发展在基础研究和应用研究中不断丰富和完善。
　　生态系统是可持续发展的基础，为人类社会提供了生产资料、发展空间以及各类生态系统服务，Kates（2011）对可持续生态学研究中的阐述也再次明确了生态系统和人类社会之间紧密关系。并进一步完善了可持续生态系统的核心科学问题，主要内容包括：①如何将自然生态系统与社会经济之间的动态关系整合到“地球系统-人类发展-可持续发展”的模式和概念当中；②生态环境与社会发展的长期变化趋势怎样影响自然生态系统与社会经济之间的关系，进而影响可持续发展机制；③影响“社会-经济-自然”复合生态系统的关键因素有哪些；④如何界定“社会-经济-自然”复合生态系统退化的阈值和极限条件；⑤改善社会和自然之间的关系，促进“社会-经济-自然”复合生态系统可持续发展的有效激励机制是什么；⑥如何建立科学有效的环境和社会经济系统的监测体系，以更深入地对生态系统的可持续性进行研究；⑦如何整合现有监测、规划、评估等手段成为适应性管理和社会学习系统。因此，明确生态系统的可持续性对人类社会可持续发展有重要意义。综合来看，对生态系统可持续发展的评估方法可以归纳为三类：一是指标体系或指数，二是基于产品的评估方法，三是综合评估法。其中第一类由于其在数学角度上较为简单，表达较为清晰明确，因此被国内外学者广泛应用，典型的指标和指数包括能值可持续发展指标（emergy sustainability indicator，ESI）、压力-状态-响应（pressure-state-response，PSR）模型的框架指标、生态足迹（ecological footprint，EF）、生命周期（life cycle analysis，LCA）法等。
　　Alizadeh等（2020）结合能值可持续发展指标和生命周期法对污水处理厂植被生态系统进行了评价，其结果为提高污水处置效率和提高城市水循环可持续发展提供了参考。Houshyar等（2018）对伊朗西南部农业生态系统的能值分析认为，该地区可以通过增加玉米产业的规模提高本地农业生态系统的可持续发展。Maurya等（2020）基于综合城市水管理和PSR模型构建了发展用水规划指数，为水资源可持续发展提供了规划依据。Blasi等（2016）基于生态足迹法讨论了农民耕作方式对农作物自然循环的影响，为推动农业活动可持续发展提供了参考。
　　Ahmed等（2020）结合生态足迹、城市化和人力资本对G7国家生态承载力和可持续发展进行了评价，并提出了应对政策。Dorber等（2020）基于生命周期法对全球土地变化对生物多样的影响进行了分析，结果表明土地淹没对陆生生物多样性影响非常大。Othoniel等（2019）对生命周期法进行了改进，并评价了土地利用变化对生态系统服务的影响，拓展了生态系统可持续发展的评价方法。