變化環境下的生物多樣性保護
——第四屆“一個星球”峰會述評

馮思遠,趙文武,*,韓 逸

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 峰會概況

人類和自然是一個耦合系統[1]。自然為人類活動提供生產生活空間和生態系統服務[2],同時,人類通過改變土地利用方式等活動對生態系統施加壓力。進入人類世后[3],人類對生態系統服務的需求加速,多項指標超出了地球的物理界限[4],帶來了生物多樣性喪失[1, 5]和人類福祉減少等重大問題。約75%的地球陸地表面正面臨著顯著的人類壓力,生物多樣性越高的地區經歷壓力越大[6]。

面對生物多樣性喪失的困境,聯合國制定了一系列緩和措施。1992年,150多個締約國在巴西里約熱內盧舉行的聯合國環境與發展大會上簽署了《生物多樣性公約》(Convention on Biological Diversity, CBD),以支持保護生物多樣性、可持續地利用生物多樣性組分以及公平公正地享有惠益[7],與其同期簽署的還有《聯合國氣候變化框架公約》(United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)?！渡锒鄻有怨s》締約國于2002年承諾到2010年降低生物多樣性喪失速度,雖然取得了一些成功,但全球范圍生物多樣性喪失問題仍在不斷加劇[1]。2010年10月18日至29日在日本愛知縣名古屋舉行的第10次公約締約方大會(COP10)通過了經過修訂和更新的《2011—2020年生物多樣性戰略計劃》,其中包括20項愛知生物多樣性目標(簡稱“愛知目標”,Aichi Biodiversity Targets)。新計劃的愿景是:到2050年,生物多樣性得到重視、保護、恢復和理性利用,維持生態系統服務,維持一個健康的地球,為所有人帶來根本的惠益。2012年4月,聯合國環境規劃署(United Nations Environment Programme, UNEP)整合了千年生態系統評估(Millennium Ecosystem Assessment, MA)的后續行動和生物多樣性科學知識國際機制(International Mechanism of Scientific Expertise on Biodiversity, IMoSEB),成立了生物多樣性和生態系統服務政府間科學-政策平臺(Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services, IPBES)[8]。2019年,IPBES 全球評估指出當前全球正面臨著“史無前例”的自然衰退和物種滅絕率“加速”的局面,保護和恢復自然需要“革命性改變”[9]。2020年9月,聯合國《生物多樣性公約》秘書處發布了第五版《全球生物多樣性展望》(Global Biodiversity Outlook-5, GBO-5),報告呼吁,全球亟須進行8項變革,包括土地和森林轉型、可持續農業轉型、可持續糧食系統轉型、可持續漁業和海洋轉型、城市和基礎設施轉型、可持續淡水轉型、可持續氣候行動轉型、包含生物多樣性的“一體化健康”轉型,以拯救地球,確保人類福祉[10]。

2021年,新型冠狀病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)大流行背景下,人類對保護生態環境的意識明顯提升,面臨著與自然“和解”的機遇期。1月11日,由聯合國、世界銀行和法國共同發起的第四屆“一個星球”峰會(One Planet Summit for biodiversity)通過線上線下相結合的方式在巴黎舉行,本次峰會旨在就保護生物多樣性凝聚共識并落實相關承諾,實現2050年碳中和目標,為2021年在中國昆明舉行的聯合國《生物多樣性公約》第十五次締約方大會(Fifteenth session of the Conference of the Parties, COP15)上達成“2020年后全球生物多樣性框架”創造條件。本次峰會主題為生物多樣性保護。峰會針對4個議題展開,分別是:(1)保護陸地和海洋生態系統(the protection of terrestrial and marine ecosystems)；(2)推進生態農業(the promotion of agro-ecology)；(3)生物多樣性與資金籌措(the mobilization of funding for biodiversity)；(4)保護人類健康、物種和熱帶森林(the link between deforestation, species and human health)。議題一(保護陸地和海洋生態系統)闡明保護區的現狀和不足,倡議提高保護區效益,確保30%陸地和海洋生態系統得到保護；議題二(促進農業生態)強調減少國際間不平等,提高糧食安全與農業生態系統質量,改變集體發展模式；議題三(生物多樣性與資金籌措)重點突出生物多樣性現狀,動員公共和私人融資以應對生物多樣性破壞及氣候變化；議題四(保護人類健康、物種和熱帶森林)從生物多樣性喪失與傳染病的角度出發,強調保護熱帶森林的重要性。峰會圍繞著四個議題,三個主題(氣候變化、生物多樣性喪失、人類健康)強調采用一個方法(基于自然的解決方案)實現人與自然協調發展。本文根據會議主題梳理陸地和海洋生態系統、農業生態系統的生物多樣性現狀與壓力,生物多樣性與生態系統功能、生態系統服務的相關研究進展,以及生物多樣性破壞對人類社會的反饋,以期為變化環境下的生物多樣性保護提供參考。

2 變化環境下生物多樣性研究進展

2.1 生物多樣性現狀與壓力

生物多樣性是指陸地、海洋和其他水生生態系統及其所構成的生態綜合體,包括物種內部、物種之間和生態系統的多樣性[7]。生物多樣性的喪失是生態系統變化的主要驅動力之一,其對生態系統的影響不弱于大氣成分變化和氣候變化[11]。生物多樣性喪失超過20%[11]會對生態系統的功能和服務產生巨大影響[12—17]。氣候變化和人類活動影響了生物多樣性和生態系統功能,生態系統功能的變化直接影響到生態系統服務,進而影響人類福祉,并反作用于全球變化。生物多樣性可以通過間接影響生態系統功能和直接影響生態系統服務進而影響人類福祉。根據聯合國糧食及農業組織(糧農組織)《2020年全球森林資源評估》報告,2015—2020年期間,全球去森林化速率每年約1000萬hm2。自然濕地覆蓋面積持續減少,從1970—2015年,全球濕地范圍趨勢指數平均下降35%。生境也遭受嚴重且持續的破碎化和其他形式的退化,河流日趨破碎,進一步威脅淡水生物多樣性[10]。峰會指出,保護陸地和海洋生態系統瀕危物種最重要且經過驗證的解決方案之一是建立保護區。2010年《生物多樣性公約》設定了保護17%的土地和10%的海洋的目標,十年后保護區面積增加了一倍以上,但只保護了15%的土地和7%的海洋。土地退化比全球平均80%的耕地退化速度快1.5倍,約三千萬人面臨糧食安全危機,陸地生態系統的恢復和可持續管理農業生態系統可以恢復 1億hm2土地并固定2.5億噸碳排放。促進綠色農業需要對退化生態系統進行生態修復,理解生物多樣性和生態系統功能和服務之間的關系對于生態系統恢復非常重要[18]。同時,減少有害農藥的使用和風險,改變范式以加速農業環境轉型,減少糧食主權的不平等,提高糧食營養和健康安全,提高農業用水效率,進行農業基礎設施生態恢復并發展可再生能源,提高土壤生產力,改善糧食安全,恢復土地并走向可持續發展。

變化環境背景下,除自然條件改變導致的生物多樣性喪失外,人類活動和經濟發展引起的棲息地喪失與破碎化、資源的過度利用、氣候變化、環境污染、生物入侵以及動物疫病等,也是導致生物多樣性喪失的主要因素[19]。棲息地的破碎化使物種生存空間縮小[19—20],阻礙個體或種群間的交流[19, 21],導致物種數量減少或喪失。人類對動植物資源的過度利用導致非法利用增多[19, 22],種群遺傳特征變化[19, 23],危害全球生物多樣性。人類活動排放的溫室氣體導致全球變暖,改變物種生存環境,降低物種生存能力[19, 24—25],同時物種對變化的生存環境產生適應性,改變遺傳多樣性[19, 26]。環境污染通過直接影響生物的生存繁殖能力以及間接影響生物棲息地環境導致生物多樣性喪失[19, 27],從而影響生態系統服務和人類福祉。外來物種入侵加快本地物種的滅絕速度,導致生物多樣性和遺傳多樣性喪失[19, 28]。動物疫病危害生物多樣性的現象以動物之間以及人畜共患病為主要表現形式,如嚴重急性呼吸綜合征(Severe Acute Respiratory Syndrome, SARS)、禽流感等。同時,生物多樣性的喪失可能造成了新型冠狀病毒肺炎大流行[29]。棲息地喪失與破碎化、資源的過度利用、氣候變化、環境污染、生物入侵以及動物疫病等作為生態系統受到的壓力(Pressure, P),生物多樣性破壞是生態系統響應外界壓力的狀態(State, S),流行病是生物多樣性喪失對人類社會的反饋(Retroaction, R)。

2.2 生物多樣性與生態系統功能及服務

生物多樣性支撐了生態系統結構、功能與服務之間的關系[30],生物多樣性破壞作用于人類社會,研究生物多樣性與生態系統功能及服務的關系,有利于更清晰的認識生物多樣性破壞對人類社會的反饋作用。生態系統結構是指生態系統中生物和非生物要素的組成類型和豐度[31],其是生態系統過程、功能和服務的物質基礎和驅動力[32]。這些相互作用的生物和非生物成分構成了生物多樣性[33],生物多樣性是生態系統功能和生態系統服務產生的核心[34]。生態系統服務(Ecosystem Services)是人類從生態系統中獲得的各種惠益,生態系統服務包括支持服務、調節服務、文化服務、供給服務[35—36]。生物多樣性與生態系統服務關系研究集中在物種多樣性(物種數量)、功能多樣性(物種質量)、系統發育多樣性(群落物種區系的組成、起源、演化)[37]。生態系統功能(Ecosystem Functions)是指控制環境中能量、養分和有機物流動的生態過程,如初級生產、營養循環、分解、能量轉移等[12],生態系統功能包括生態系統過程、生態系統特性和生態系統穩定性[38]。生物多樣性與生態系統功能關系研究涉及生物多樣性-生產力理論、生物多樣性-穩定性理論、生物多樣性-入侵理論[39]。隨著研究的深入,研究者發現生態系統能同時提供多項功能和服務,即生態系統多功能性(ecosystem multifunctionality, EMF)[40]。生態系統多樣性-生態系統功能(Biodiversity and Ecosystem Functions, BEF)以及生物多樣性-生態系統服務(Biodiversity and Ecosystem Services, BES)研究顯示,生物多樣性促進生態系統多功能性[41],同時,生態系統服務需要維持良好的生物多樣性[42]。

生態系統功能與生態系統服務二者相互聯系,又各有不同。生態系統功能源自于生態系統,是以生態系統的完整性、穩定性和恢復力為基礎。生態系統服務關乎人類需求和福祉,是鏈接人與自然的橋梁。生態系統功能是生態系統服務形成的基礎,多項生態系統功能能夠支持一項或多項生態系統服務。目前的生物多樣性和生態系統功能研究并未針對生物多樣性與生態系統功能指標之間的關系進行定量分析,對于兩類指標之間的關系,已有研究往往是基于概念層面上的理論分析[30]。此外,生態系統功能相關研究往往忽略與生態系統服務的鏈接關系,而生物多樣性和生態系統服務研究也存在不了解其潛在生態系統過程和功能的現象[12]。因此,需要加強生態系統多樣性-生態系統功能和生物多樣性-生態系統服務研究的聯系,協同提升生物多樣性與生態系統功能、生態系統服務。一般而言,生態系統服務受多種生態系統功能的制約,但這些功能不一定以相同的方式對生物多樣性的變化做出反應,需要量化生態系統功能和服務之間的關系網絡[12]。生態系統功能研究側重于群落小尺度,而生態系統服務研究側重于局地大尺度,兩者需要采用合適的方法進行尺度轉換。同時,也需要加強情景預測,探討在不同氣候變化情境和人類活動情景狀態下,生物多樣性如何響應壓力并對生態系統功能和服務產生影響。在以往生態系統多樣性-生態系統功能和生物多樣性-生態系統服務研究基礎上,為了避免只針對單一過程和功能開展研究的問題[43],研究者開展了生物多樣性-生態系統多功能性(Biodiversity and Ecosystem Multifunctionality, BEMF)研究。然而,現有研究主要集中在時空尺度、實驗設計、測度多功能性的方法等方面[43],缺少公認的測定多功能性指數的測度標準,生態系統不同功能之間的權衡及協同關系也制約著對多功能性的客觀評價。同時,也存在缺少人工控制條件下的長期定量研究、所選環境變量的差別較大等問題[44]。此外,也有學者用生態系統多功能性表征多服務特征,開展了多服務研究[37]。下一步研究應從單一過程研究轉向食物鏈、食物網的耦合研究,厘清導致生態系統功能和服務變化的關鍵要素,發展更本土化的模型,鏈接生態系統功能和服務。探究在變化背景下,生物多樣性保護和土地可持續利用的路徑。同時針對多功能性,開展長期的定量研究,完善多功能性的測度方法[45],明確生態系統多功能的權衡協同關系,揭示生態系統多功能性對人類活動和氣候變化響應的內在機制[44]。

2.3 生物多樣性與人類健康和森林保護

流行病源于自然界中的微生物多樣性。由于人類活動(如土地利用變化、農業擴張和集約化、野生動物貿易和消費)引起的生物多樣性喪失和氣候變化可能造成了大流行的產生和發展[29]。大多數(70%)新發疾病(如埃博拉、寨卡病毒、尼帕腦炎)和幾乎所有已知流行病(如流感、艾滋病毒/艾滋病、COVID-19)都是人畜共患病[46]。人類活動導致動物生境破碎化,增加了人與野生動物、牲畜之間的暴露度。新型冠狀病毒肺炎大流行后如何實現人與自然和諧相處成為重要問題。一方面,哺乳動物和鳥類宿主中存在1.7億種目前未發現的病毒,其中,63.1—82.7萬種有能力感染人類[29],人類依舊面臨著其他大流行病的風險。另一方面,大流行導致的經濟和生命財產損失是巨大且不可逆的,醫療水平的不同加劇了地區的不平等,如果不改變現狀,人類難以承受多次大流行風險。生物多樣性和生態系統服務政府間平臺就生物多樣性和流行病未來愿景提出了幾項改進措施:(1)成立一個有關預防大流行傳染病的高級別政府間理事會,制定預防大流行傳染病的國際政府協議；(2)制定相關土地利用政策,降低土地利用變化對大流行病爆發的促進作用；(3)制定有關國際野生動物貿易的政策,減少人畜共患疾病風險；(4)支持“一個健康”(“one health”)的科學研究,以設計更好的對策來預防大流行?。?5)促進社會各部門協同合作,以減少大流行病風險[29]。

森林提供了豐富的公共服務和私人物品,包括碳儲存、生物多樣性棲息地、水源涵養、防風固沙、減少疾病、木材和非木材產品等[47—50]。氣候變化加劇導致的野火以及人類活動的壓力(如集約化耕作)使世界森林面積減少,在過去20年里,受到威脅的森林面積近1億hm2。森林砍伐導致生境破碎化,生境破碎化是造成生物多樣性下降的最主要原因之一[51]。生物多樣性喪失導致大流行的出現,保護熱帶森林,減少森林砍伐是預防大流行病的措施之一。土地使用者在利用土地時更偏向于選擇其他土地用途的收益,而不是森林公共服務的利益,從而引起森林砍伐[47]。其他導致森林砍伐的因素還有生物物理特征、商品市場需求、已建基礎設施、人口和社會經濟特征以及所有權和經營權等[47]。峰會指出保護熱帶森林,減少森林砍伐應從兩方面入手。一方面,對于森林生產國來說,政府應保障當地人民生存的權利,并引導資金支持居民生活,保證國民生計和環境保護齊頭并進。發揮森林生產國當地居民的主觀能動性,鼓勵居民保護森林,設立獎懲機制,進行技術培訓,建立社會企業的可持續金融方案。另一方面,對于森林消費國來說,貫徹落實歐盟將在2021年6月引入的第一部歐洲進口森林砍伐法。做好兩個消費端的倡導——倡導消費者不購買導致森林砍伐公司的產品；倡導國家不與毀林為代價的國家進行貿易交易。同時,各方應籌集資金,發展新技術,追蹤森林砍伐軌跡。

3 峰會啟示

第四屆“一個星球”峰會探討了變化環境下的生物多樣性保護的現狀,結合新型冠狀病毒肺炎大流行闡述了后疫情時代保護生物多樣性的重要性,為達成“2020年后全球生物多樣性框架”奠定基礎。峰會對中國未來保護生物多樣性研究的啟示如下:

3.1 識別優先保護區域,提高保護區有效性

保護行動有助于防止物種滅絕,在過去的40年里,如果沒有保護工作,哺乳動物、鳥類和兩棲動物走向滅絕的速度可能會高出20%[52]。保護區是保護生物多樣性免受棲息地喪失影響的重要保護手段,但保護區網絡仍然不完整,只有42%的生態區域在保護區得到了很好的體現,所有受威脅的物種中仍有78種沒有得到足夠的保護。識別優先保護和有效管理的關鍵地點,同時輔以大規模的保護行動,以盡量減少生境的進一步破壞、退化和破碎勢在必行。已有研究結合收益成本分析,運用多準則優化方法,確定了全球陸地生物群落的優先修復區域[53]。通過疊加七個全球生物多樣性保護優先區方案,并與人類影響較低區的疊加,識別出自然保護地認定的“高效益低成本區域”[54],提出兼顧生物多樣性與生態系統服務的保護區網絡優化思路[55]。識別優先保護區能夠為全球制定《2020年后全球生物多樣性框架》提供決策支持和科學依據,為我國自然保護區的空間優化、國家公園體系總體布局提供科學依據,為其他國家保護地建設提供借鑒,提高保護區的有效性。

3.2 開展變化環境下的生態修復規劃,提高自然-社會生態系統抗風險能力

早期開展的生物地理區劃未能充分考慮人地關系,忽略了人類活動對生態系統的壓力和生態系統服務對人類的惠益,在未來的生態修復規劃中,應注意結合生物地理區劃和生態功能區劃[56]。變化環境下,生態修復規劃需要從生態與社會要素耦合的角度,納入氣候變化和人類活動。采用生物地理區劃、生態功能區劃相嵌套的手段,從生物地理和生態功能多個層次識別重點修復區域[57]。識別導致生態系統退化的驅動因素,結合未來情景分析,預測氣候變化和人類活動,進行變化環境下未來風險預測。此外,以往的生態修復規劃和土地利用規劃,忽略了人類健康。生態修復規劃對調節氣候變化和提供生態系統服務至關重要,應綜合考慮健康因素,以避免因人類-牲畜-野生動物接觸增加而引起潛在的大流行風險,實現后疫情時代的可持續發展[58—60]。

3.3 加強模型預測與情景分析,發展生物多樣性與生態系統服務集成模型

當前研究中的生物多樣性和生態系統服務模型一般屬于統計模型(關聯模型)或過程模型(機理模型)[30,61]。生物多樣性模型包括以數理統計算法為主的物種分布模型、面向氣候變化和人類活動的生態系統預測模型[62]。以數理統計算法為主的物種分布模型由早期的BIOCLIM、HABITAT、DOMAIN 等多基于規則判定的模型逐步發展為基于機器學習思想的概率分布模型,如最大熵模型 Maxent、人工神經網絡(Artificial Neural Network, ANN)、隨機森林(Random Forest, RF)、支持向量機(Support Vector Machine, SVM)等[63]。面向氣候變化和人類活動的生態系統預測模型包括生物多樣性范圍模型(生物位為基礎的模型、動態植被模型)、物種損失模型(物種-面積關系、IUCN脆弱性經驗評估、劑量效應模型)[64]。生物多樣性過程模型比生物多樣性統計模型更加準確的描述生物與生物、生物與環境相互作用機理,但由于過程模型的有限性,模型對比和交互驗證難度高于以數理統計算法為主的生物多樣性統計模型[62]。生態系統服務評估模型包括服務的供給模型、服務的需求模型和服務的價值模型[30],常用的主要有InVEST 模型、ARIES模型和SAORES 模型。生物多樣性模擬結果作為生態系統服務模型的輸入參數[30,61],缺少與驅動力情景相結合的綜合評估模型,需要研發滿足基本預測精度和穩定性需求的生物多樣性模型。此外,生物多樣性模型與生態系統服務評估模型在輸出結果上未能有效銜接。應考慮生態系統服務背后涉及的生物多樣性與生態過程之間的級聯關系及其驅動因素,以及不同驅動因素下生態系統服務與生物多樣性和生態系統過程之間的關系。同時,考慮時空尺度問題,探究不同尺度之間的聯系及尺度效應,發展生物多樣性與生態服務集成模型。

3.4 發展本土化基于自然的解決方案,可持續利用自然資源

國際自然保護聯盟將基于自然的解決方案(Natured-based Solutions, NbS)定義為保護、可持續管理和改良生態系統的行動,以生態適應性的方式應對社會挑戰,同時提高人類福祉和生物多樣性[65]。基于自然的解決方案并非是對自然的回歸,而是強調人的引導作用,推動構建環境友好型的人工系統[66]。我國利用基于自然的解決方案進行了更適應我國國情的應用,如全域土地綜合整治、“海綿城市”的建設、國土空間規劃、山水林田湖草系統治理、全域土地綜合整治和耕地保護等[67]。在農業生產區域,以全域土地綜合整治為人工支持措施,開展了山水林田湖草生態保護修復,如氣候智慧型農業(Climate-smart agriculture)、碳農作(Carbon farming)、再生農業(Regenerative Agriculture)、村莊更新(village renewal)等[68]?！暗孛仓厮?、土壤重構、植被重建、景觀重現、生物多樣性重組與保護”理論,也在礦區生態修復領域得到應用,實現了“前期人工支持誘導、中后期靠自然修復”[69]?！昂＞d城市”通過人工與自然相結合的方式,優化水的滲透、保留、儲存、凈化和排水,努力保留城市徑流,實現雨水再利用,緩解城市建設對自然生態系統的負面影響[64]。此外,我國有著深厚的生態農業傳統,如稻田養魚、作物間作的農業模式,糧、桑、漁結合的復合生態系統模式,豬糞喂魚的綜合利用模式,基于自然的解決方案方案對發展高質量現代化生態農業是新的機遇和挑戰?；谧匀坏慕鉀Q方案并非是多種技術的簡單疊加,也不是單純的生態治理。基于自然的解決方案更強調在社會-經濟-環境耦合系統中,利用科學技術發揮自然的主體修復作用,實現人與自然和諧相處,最終實現可持續發展目標[64]。本土化基于自然的解決方案涉及到多學科的交流,應加強跨學科的交流。

3.5 加強后疫情時代國際間交流合作,開展生物多樣性保護資金籌措工作

新型冠狀病毒肺炎大流行給世界帶來了深刻的社會、政治、經濟和環境挑戰[29]。新型冠狀病毒肺炎帶來的直接影響是生命和財產的損失,同時疫情也帶來了潛在的影響,如國家間交流壁壘的產生、國際貿易的減少等。后疫情時代各國交流降低,全球糧食貿易減少產生的遠程耦合影響,不僅不利于糧食出口國的經濟,也加劇了全球貧困和不平等。在過去的生物多樣性保護工作中,籌集了一定的資金用以陸地、海洋生態系統的保護工作,但后疫情時代的生物多樣性保護仍存在資金缺口。隨著國家經濟的復蘇,應破除新型冠狀病毒肺炎帶來的合作壁壘,采用更多元化的方式籌集資金。建立公平開放的國際貿易環境,制定更有效的國際環境協定。實施“一個健康”方針,建設一個更有彈性的星球,實現人與自然和諧共生。聯合民間組織和政府機構,發揮個人和保護區當地居民的主觀能動性。采用綠色的農業方法,一起應對氣候變化和生物多樣性保護問題,解決全球貧困和不平等問題。