任何适应性状的背后都必然有适合的收益和成本关系存在。生理生态学中,净现值(net present value,NPV)收益法是一种常用的成本收益分析方法,计算公式为:
式中为第
年的收益;
为第
年的成本;
为贴现率。
生态学又被称为自然的经济学(nature's economy),常借用经济学的词汇,如成本(cost)、收益(benefit)、货币(currency)、储备(reserve)、供应(supply)、需求(demand)等。在经济学理论中,成本收益分析概念由法国工程师J.杜比(Jules Dupuit)于1844年在其论文《公共工程项目效用的测算》中提出,原意是指通过比较项目的全部成本和收益来评估项目价值的方法,即个人或者组织做决策时系统性地考虑所有可能的方案,并且对每个方案进行利弊分析,最后按照分析结果决定到底应该采取哪个方案。
成本收益分析被广泛应用于植物资源分配、生活史性状之间的权衡关系的生态学研究中。植物可利用的资源总量是有限的,投入到某一功能性状的资源量增加必然会降低它投入到其他功能的资源量,即在植物的不同功能性状(生活史性状)之间一般存在着“此消彼长”的权衡关系。例如,如果分配给叶片构建的资源增加,那么就会导致分配给叶片维护的资源降低,因此可以通过叶片的成本收益分析量化叶片构建和维护的成本与植物碳固定累积的效益。澳大利亚生态学家D.伊默斯[注]和H.普里查德[注]于1998年对澳大利亚热带草原上的两种常绿植物和两种落叶植物的叶片进行成本收益分析,发现常绿树种通常投资更多资源去构建长寿命叶片,以获得长期的碳固定;而在较短的生长周期内,落叶植物给予叶片更多的氮素,使之在短期内提高叶片的光合速率,从而获得更多的光合产物。相较于落叶植物,常绿植物拥有更高的成本收益比(cost-benefit ratio),但由于其叶片寿命较长,其长时间内的总收益较落叶植物更高。结果表明,落叶种和常绿种在时间和空间上都对资源进行了分配,减少了种间竞争。利用成本收益分析也发现在生长季短的北方针叶林中,短寿命落叶植物的高光合能力有利于单叶碳获取的最大化。
成本收益分析也适用于生态系统服务价值的评估,量化比较生态功能的成本和收益,用于生态补偿机制和生态系统管理研究。成本收益分析还被纳入传染病生态学研究中,用于评估不同干预方案所需的社会成本和所能达到的干预效果,为新发突发传染病的疫情决策提供科学依据。