多重壓力下生態系統可持續發展探究
——IGU-GFE地理學與可持續研討會簡述

詹天宇,趙文武,*

1 北京師范大學地理科學學部 地表過程與資源生態國家重點實驗室, 北京 100875 2 北京師范大學地理科學學部 陸地表層系統科學與可持續發展研究院, 北京 100875

1 大會概況

全球氣候變化和人類干擾活動等多重壓力對生態系統帶來深刻影響[1]。辨析多重壓力對生態系統質量、生態系統功能的影響機制,探討生態系統在多重壓力下的緩解及適應策略,對于全球生態系統可持續管理具有重要意義。為了應對全球環境變化,推動實現全球可持續發展,國際科學聯盟(ICSU)于2012年發起了未來地球研究計劃。2017年10月,國際地理聯合會(International Geographical Union, IGU)宣布成立“面向未來地球的地理學：人地系統耦合與可持續發展委員會”(Commission on Geography for Future Earth: Coupled Human-Earth Systems for Sustainability,IGU-GFE)。IGU-GFE委員會的成立推動了人地系統耦合與可持續發展研究的發展,為全國乃至全球地理學研究學者提供更廣泛的空間和平臺。委員會以地理科學為核心,基于國際研究計劃推動可持續發展的快速發展,推動中國地理學科聚焦前沿研究并向著國際化視野蓬勃發展,同時為交叉學科帶來積極影響。IGU-GFE委員會將面向未來地球研究計劃,關注人地耦合系統,結合環境科學、人文科學、水文學、經濟學、生態學、氣象學、系統模擬和全球變化等相關學科知識,引領全球地理研究者探索人地系統耦合方法與可持續發展新路徑。

IGU-GFE委員會主辦的 2020年地理學與可持續研討會于2020年11月30日至12月1日以視頻會議的方式召開。來自挪威科技大學、挪威自然研究所、意大利帕多瓦大學、立陶宛米科拉斯·羅梅里斯大學、北京師范大學、中國科學院地理科學與資源研究所、中央民族大學等單位的近50位專家學者參加了會議。會議圍繞5個專題進行熱烈討論：(1)生態系統壓力和驅動力；(2)生態系統狀態評估；(3)多重壓力對生態系統功能和生物多樣性的影響；(4)多重壓力對生態系統服務的綜合影響；(5)生態系統可持續管理策略。

會議聚焦多重壓力對生態系統的影響、生態系統適應策略、生態系統可持續管理等議題,面向全球可持續發展目標,促進可持續發展目標和區域生態系統多重壓力下土地利用的優化途徑。此外,實現生態系統的可持續管理應在政策法規的實施、可持續生產應用、綜合管理技術的提升、長期監測的科學研究等多方面進行廣泛的橫縱雙向協調,以支持可持續發展目標的實現。

2 多重壓力下生態系統與可持續發展研究進展

2.1 生態系統驅動力機制

圖1 影響生態系統的驅動因素Fig.1 Influence factors of ecosystem

生態系統是人類社會存在和發展的基礎,其健康與否決定了人類社會發展的方向[2]。生態系統進行科學合理的量化評估,掌握生態系統服務功能時空演變特征,識別其驅動因素,探討其驅動機制有利于生態系統科學、適應性管理及其可持續發展[3]。生態系統驅動因素的定義是任何直接或間接導致生態系統變化的自然或人為因素[4]。直接的驅動因素明確地影響著生態系統的進程,而間接驅動程序通過改變一個或多個直接驅動因素來進行更廣泛的影響。全球驅動力的類別包括人口、經濟、社會政治、文化和宗教、科學、技術以及物理和生物。除物理和生物類型外,其他類型都被認為是間接的。重要的直接驅動因素,即物理和生物因素,包括氣候變化、植物養分利用、土地類型轉換以及疾病傳播和入侵物種。生態系統質量的變化幾乎總是由多種相互作用的驅動因素引起的。隨著全球工業化進程的加快、人口的持續增加,人類社會對自然資源的需求急劇增加[5]。氣候變化和人為活動(農業活動、工業活動、城市建設及其他活動)等多種因素過度干預和消耗生態系統,造成全球大量的生態系統持續惡化,導致了氣候變化、水資源短缺、生物多樣性驟減、自然災害頻發(圖1)。氣候-人為干擾模式是互相作用的非線性、互饋過程,并非氣候決定論和人力資源開發之間進行簡化的二分法。

外界干擾是影響生態系統質量和推動可持續發展的橋梁,過度的外界干擾會降低生態系統質量進而影響可持續發展目標的實現。而合理的外界干擾又能對生態系統質量產生正向反饋,生態系統質量的提升為可持續發展奠定了基礎。三者的狀態反應了生態系統的健康狀態和整體變化。這種互相正反饋的驅動機制主要通過合理的政策實施、先進的科學技術、管理措施和人民素質來支撐。任何一種狀態的變化都會引起其他二者功能的變化,進而影響生態系統整體的穩定。生態系統質量是基礎,外界干擾(氣候變化和人為活動)是過程,可持續發展是最終目的(圖2)。

圖2 生態系統變化與狀態Fig.2 Changes and conditions of ecosystem

2.2 生態系統功能與生物多樣性

生物多樣性被認為是群落和生態系統動態和功能的主要決定因素[6]。在過去的十年里,關于生物多樣性對生態系統功能影響的生態學研究掀起了一陣熱潮[7- 8]。建立生態系統功能與生態系統生物多樣性之間的聯系是一個重大的科學挑戰。從局部到全球,人類正在通過各種各樣的活動改變生物群落的組成,這些活動增加了物種入侵和滅絕的速度[9]。生態實驗、觀測和理論研究表明[10],生態系統的特性在很大程度上取決于生物多樣性的功能特征,以及這些生物在空間和時間上的分布和豐度。在影響生態系統特性方面,物種效應、氣候和資源可用性干擾機制的效應一致,而人類活動可以改變上述所有因素。擴大生物多樣性的棲息地有機會讓生物適應新的環境,并在各種人為或自然災害中重新生長。這可以被認為是有利于支持生物多樣性的,因為不同的物種在一個生物多樣性的生態系統中執行類似的功能,導致單一物種的破壞可能對整個生態系統產生的影響很小。物種喪失或組成變化的影響及其表現機制因生態系統性質、生態系統類型和潛在群落變化途徑而異。缺乏多樣性的棲息地被認為是更脆弱的,因為任何對一種物種的微不足道的干擾都可能對復雜的相互作用造成負面影響,使其崩潰。

科學界已就生物多樣性與生態系統功能之間關系的許多方面達成廣泛共識,包括與生態系統管理有關的許多要點[11]。進一步的研究需要整合生物和非生物對生態系統特性的控制、生態群落是如何構建的以及導致物種滅絕和入侵的力量等知識。公眾也認識到只有健康的功能健全的生態系統才能提供社會、經濟發展和豐富生物多樣性的所有好處。基于此,應立即采取戰略計劃、經濟獎勵、公眾認識和利益有關者參與等形式的行動,進而管理和恢復生態系統。生態系統的管理需要制定合理的土地管理方法和提升積極的決策意識,以確定自然和人為影響與發展之間的相關性。隨著人口的增加和人類活動的增加,資源將得到更多的利用,從而使其生物多樣性銳減[12]。因此,恢復生境和保護生物多樣性是現代社會維持生活質量的需要。為了加強與政策和管理的聯系,還需要將生態學知識與管理實踐、社會、經濟發展的認識結合起來。在采取有力措施盡量減少物種損失的同時,了解生態系統過程的復雜性,負責任地管理地球生態系統及其所包含的生物多樣性是必要的。

2.3 生態系統服務與可持續發展管理

實現可持續發展的關鍵在于經濟發展和開發自然資源的平衡,兩者的平衡對于人類的福祉和生計至關重要[13]。生態系統服務是指生態系統發展過程中能維持人類社會發展的自然條件和效用[14]。有形的效用包括糧食和淡水的供應、減輕水災和改善水質。生物多樣性、生態系統及其提供的服務支撐著人類、社會、文化和經濟福祉的所有層面[15]。然而,大部分經濟發展和人類活動都是對自然資源的過度開發,進而導致生態系統遠離可持續發展的最低邊界。盡管過去的一個世紀里,許多自然資源得到了廣泛的開發利用,社會發展的許多方面也得到了實質性的改善,但是人類福祉仍未達到讓全世界所有人都滿意的程度。改變生態系統以促進社會經濟發展是必要的,但如何避免破壞重要的生態系統服務？可持續發展面臨的關鍵挑戰是權衡利弊,在社會經濟發展和維持更重要的生態系統服務之間找到平衡。在此前提下,需要全面了解生態系統服務對人類生計和福祉的貢獻。在考慮生態系統服務時,并非影響經濟發展或過度開發自然資源,而是為可持續發展的實現提供有利的干預措施。

人為干預能夠為生態系統提供良好基礎與保障,許多高自然價值地區正是通過一系列人為干預維持較高的生物多樣性和生態系統服務價值。令人深思的是,改進后的生態系統缺乏完整性和可持續性,這樣的生態系統并不一定是高價值生態系統。未來更需要關注的是生態環境、自然資源和生態系統對人類發展的可持續性服務。

3 論壇啟示

本次地理學與可持續研討會重點分析了多重壓力對生態系統質量的影響,并探討有效恢復和提升生物多樣性-生態系統功能的優勢,研究生態系統變化的驅動因素及適應策略,對于局部乃至全球的生態系統可持續發展具有指導意義,對未來研究的啟示如下:

(1)合理、科學、多維度提高生態系統質量。生態系統質量下降而導致的生態退化是目前人類社會面臨的最大挑戰之一。人類活動引起的生態系統變化,如物種豐富度下降[16]、功能多樣性喪失、生態系統生物量減少[17]等,是反映生態系統質量受損的指標。陸地、沿海和海洋生態系統的健康和完整在許多方面直接影響人類健康,從而為人類恢復退化生態系統的決心提供了強大的動力。對生物多樣性和生態系統健康在個人日常生活中的重要性的認識正變得越來越普遍。對于科學家和決策者而言,推動區域、國家、國際和全球范圍內獲得廣泛認可同樣也是如此。

任何一種生態系統管理都是響應生態、社會文化和經濟驅動力的治理過程的結果。有效提升生態系統質量需要:(1)改善作為公民、游客和消費者的行為；(2)轉向更環保的技術、稅收和法律；(3)增加對不同生態恢復工程的長期投資；(4)減少局部和區域壓力源；(5)提高生態系統的恢復力；(6)實施針對每個不同生態區域的保護策略。健康的生態系統是實現可持續發展的根本基礎。將生態系統質量的理論和技術應用于不同生態系統健康評價,對于生態環境管理和可持續發展具有重要的理論和實踐意義。

(2)有效恢復和提升生物多樣性-生態系統功能。理解生物多樣性和生態系統功能之間的關系對于提高許多生態系統的恢復成功非常重要[18],恢復活動可以作為探索一些核心生物多樣性與生態系統功能問題的有力工具[19]。生物多樣性是否有助于生態系統穩定性(如對干擾的抵抗、干擾后的恢復力以及隨時間變化的適度范圍)的問題已經成為半個多世紀以來生態學的一個主題[20]。生態系統功能的研究必須與生態系統功能的恢復相聯系,才能對生態系統的恢復起作用。在特定環境里,不同物種數量往往提供不同程度的生態系統功能。執行這一轉換的一個關鍵問題是生物多樣性-生態系統功能研究通常難以為生態系統功能的某個水平明確特定的價值,而只是模糊地給出一個更有利于初級生產力或土壤養分提高的趨勢性結論。將生物多樣性-生態系統功能維持在合理的變化范圍內是致力于恢復功能中恢復項目的重要組成部分。在未來的研究中,首先,繼續基本的生物多樣性-生態系統功能研究,深入理解功能性狀單獨或聯合作用如何影響與生態系統服務相關的生態系統功能尤為重要。雖然生物多樣性和生態系統功能之間的關系解釋了為什么生物多樣性的恢復對恢復生態系統功能來說是重要的,但生態恢復工作也需要知道恢復哪些特定的物種組合。此外,基于生物多樣性-生態系統功能的實驗干擾,以及對環境自然波動的長期實驗進行監測,將有助于解決生物多樣性在穩定生態系統服務方面所起的作用。雖然不是所有的生態恢復都適合回答有關生物多樣性和生態系統功能之間關系的基礎科學問題,但它們對于現實世界中提升生物多樣性-生態系統功能至關重要。

(3)優化生態系統的可持續發展管理策略。為了可持續地管理自然資源,人類必須靈活應對的同時適應環境和外部條件的變化[21]。決策者在主要生態系統的可持續管理中應該發揮主導作用,協調各方之間的關系。決策者促進可持續生態系統管理一方面需要改善立法和執法績效。另一方面,正確的自適應管理方法是應對高度不確定性的迭代決策過程,并基于監控來通知決策者。挑戰在于在獲得相關專業建議以改進未來管理方式和在現有框架基礎上取得最佳短期成效之間找到平衡。此外,通過發展當地利益相關者的替代生計以轉移他們對生態系統的使用壓力,能夠促進利益相關者的福利。為了長遠可持續發展,相關的激勵措施應來自市場機會(例如售賣牧場產品),而非補貼等。最終目的是人類需要以可持續的方式管理和保護自身的生態系統。具體而言,這要求管理者能夠制定更多有益于人民的措施,諸如可觀的收入來源或明確的生計福利等激勵措施,以實現可持續的管理。管理方法必須具有包容性、可協商性和靈活性,使當地人民能夠有效管理自己生活的環境,造福今世后代。實現可持續發展目標所體現的宏偉目標,必須合理管理生態系統,進而保護自然和生態系統提供的利益以及服務的可持續供應和公平獲取。