《Ecological Indicators》：Disentangling, quantifying and visualising ecosystem services and multifunctionality through a radar plot method
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雷达图法简化了生态系统多功能性（EMF）的估算过程，提供了一种在统计上稳健的EMF度量指标，实现了对生态系统服务及其组成要素对EMF贡献的可视化，突出了生态系统的功能失衡状况，并为不同受众提供了一种简单、直观且易于理解的EMF图形展示方式。研究人员通过该方法将
雷达图法简化了生态系统多功能性（EMF）的估算过程，提供了一种在统计上稳健的EMF度量指标，实现了对生态系统服务及其组成要素对EMF贡献的可视化，突出了生态系统的功能失衡状况，并为不同受众提供了一种简单、直观且易于理解的EMF图形展示方式。研究人员通过该方法将EMF的量化与可视化整合于同一几何表征中，旨在弥补现有方法在数值估算与图形表达之间的脱节。
**一、研究背景与问题**
生态系统功能决定生物圈的稳定性、恢复力与生产力，并通过“自然对人类的贡献（NCPs）”影响人类福祉。然而，如何整体量化生态系统服务并有效传达给利益相关者与政策制定者仍是一大挑战。由于生态系统同时提供多种服务，需要能够捕捉其综合表现且易于非科学受众理解的整合框架。生态系统多功能性（EMF）被定义为生态系统同时提供多种功能与服务的能力，常用于评估生态系统状态与扰动响应。但现有EMF量化方法存在诸多不足：均值法虽简单却掩盖了功能间的差异；单阈值法阈值选择主观；多阈值法复杂难懂且依赖生物多样性指标；Hill数法虽然数学严谨但无法揭示生态系统内部的功能构成差异。此外，多数方法仅考虑植物类群，忽略跨类群生物多样性，且将数值估算与可视化相分离，难以指导实际管理。为克服上述问题，研究人员提出了雷达图法，利用极坐标中标准化雷达图的面积来量化生态系统亚服务、服务与整体EMF，将量化与可视化统一在同一几何表示中。
**二、研究内容与结论**
研究人员开发了一套层级化的分析流程：首先选择能代表不同功能的指标，并将其分配至生态系统服务及其亚服务；通过两级聚类自助法（bootstrap）估计不确定性；采用三种互补的归一化方法（最小-最大归一化、反向归一化、基于目标的归一化）将异质变量统一到0–1范围；在各层级上利用极坐标雷达图的多边形面积（经顺序平均的鞋带公式计算）作为下一层级的输入，最终得到整体EMF值及其置信区间。研究使用包含57个指标、涵盖四种生态系统（单一种植小麦田、植物园、国家公园、无人管理林地）的概念数据集，将雷达图法与均值法、单阈值法、多阈值法和Hill数法进行比较。结果显示，雷达图法得到的EMF估计与现有方法总体一致，但能进一步揭示生态系统间功能的构成差异与权衡关系，例如植物园和国家公园平均EMF相近，但前者供给服务更高，后者调节服务更高。将方法应用于已发表的入侵植物Prosopis juliflora数据时，也成功识别了各生态系统服务间的权衡与不平衡。研究人员认为，雷达图法可作为现有EMF方法的补充工具，具有四个关键优势：支持同类型生态系统或参照条件下的比较；支持不同生态系统类型间的比较以预测土地利用变化影响；可追踪生态系统随时间的变化以服务于生态恢复；整合已发表及新数据集可开展大尺度EMF推断。
**三、主要关键技术方法**
研究人员使用了以下核心技术：（1）层级化数据组织与极坐标雷达图面积计算——采用顺序平均的极坐标鞋带公式计算归一化多边形面积，并对方差进行校正；（2）两级聚类自助法——独立于各生态系统内对样地及样地内重复观测进行有放回重采样，计算各层级均值和95%置信区间；（3）三种标准化策略——最小-最大归一化、负向指标反向归一化、目标值归一化，确保不同量纲指标可比；（4）非参数自助差异检验——比较生态系统间各层级分布差异。样本队列来源包括概念数据集（参考澳大利亚悉尼、布里斯班、达尔文植物园，蓝山、库灵盖、麦夸里湖国家公园的公开数据）以及肯尼亚和埃塞俄比亚的Prosopis juliflora入侵梯度数据（来自Linders等2019、2020年研究）。
**四、研究结果**
**4.1 雷达图法的输出与解释**
概念数据集中，植物园拥有最均衡的生态系统服务，国家公园次之。两者平均EMF无显著差异，但构成不同：国家公园调节服务更高，植物园供给服务更高。小麦田EMF最低，但其供给服务仍高于无人管理林地。文化服务方面，国家公园除旅游外各亚服务均高，植物园旅游价值最高，小麦田美学价值接近无人管理林地。供给服务方面，植物园凭借门票、场地租赁等收入表现最佳，小麦田因小麦商业价值在原材料生产上得分最高，国家公园淡水供给最高。支持服务方面，小麦田因化肥投入和人工选育的光合效率而呈现高土壤肥力和高光合指标，但养分循环和初级生产最低。调节服务方面，国家公园整体最佳，植物园污染物水平最高，反映了城市邻近性与维护机械的影响。各服务间的权衡关系在雷达图中清晰可见，如小麦田高光合与高土壤肥力伴随低养分循环和低初级生产。
**4.2 与现有方法的比较**
雷达图法将植物园和国家公园评为最高EMF，与Hill数和单阈值法将国家公园评为最高不一致，但多阈值法显示植物园和国家公园的生物多样性效应为中性。总体而言，雷达图法提供的信息与现有方法互补而非冗余，且能明确分解各指标、亚服务和服务对整体EMF的贡献，便于识别可干预的管理靶点。
**4.3 基于已发表数据的应用**
利用Linders等人在肯尼亚和埃塞俄比亚的Prosopis juliflora入侵数据，雷达图法显示两国入侵对多数生态系统服务影响相似，仅供给服务因环境立法差异而不同。入侵的净正向EMF主要由供给服务贡献，但伴随文化服务和支持服务的下降，从而揭示了入侵导致的权衡与服务失衡。
**五、讨论总结**
雷达图法在保持量化严谨性的同时，通过直观的几何图形展现了生态系统各组成部分的贡献与均衡状态，弥补了现有方法在信息表达上的不足。研究中指出，该方法假设所选指标具有互补的生态信息，因此需谨慎处理高相关指标；层级结构会影响指标的权重，研究中建议报告完整的层级结构以保证透明性和可重复性。由于该方法产生相对估计值，不适用于孤立评估单一生态系统，除非所有指标均有参考或目标值。方法的灵活性允许整合多种数据类型，可广泛适用于不同生态系统，并有助于将生态研究与环境管理、政策制定和公众理解相连接。
**六、研究结论**
研究人员通过将EMF概念化为一种结构明确的指标，且不固有地依赖基于生物多样性的度量，雷达图法能够揭示现有方法可能掩盖的生态模式，包括生态系统的功能平衡。该方法可适用于研究较少的生态系统，前提是具备生态学上合适的指标和参考条件。结合可迁移的分析流程，这一多功能性有望提高不同研究和区域之间的可比性，并促进对自然与人工景观中多功能性的整体理解。
