天不言而四时行，地不语而百物生 | One Earth 12月刊论文精选
地球科学
Earth science
生态系统修复
自然界是人类生存的关键。通过它的富足，为建设和发展城市与社会的繁荣提供了先决条件。土壤养活我们的庄稼，过滤我们的水；树木与森林过滤我们的空气，为高温降暑。自然界也是所有经济制度的基础。对许多人来说，自然景观和居住在其中的物种被珍视为我们遗产和文化的重要组成部分。一言以蔽之，健康的生态系统是人类文明的基石。
但是人类文明越来越脱离自然所提供的价值。我们的日常生产生活行为对生态系统价值的各个组成部分，如栖息地和物种，都已经构成并持续制造越来越大的威胁，尤其是那些因其丰富的生物多样性而备受珍视的栖息地，无一幸免。目前，世界上一半以上的雨林都被摧毁了。许多没有被彻底摧毁的东西都被退化了，给里面的物种带来了巨大的压力。正如Banks-Liete在本月的初级读物中指出的那样，栖息地越来越零散，基础设施也越来越复杂，物种分布也越来越分散。修建通往栖息地的道路使它们更容易接近，从而增加了它们遭受进一步破坏的脆弱性以及它们的物种与人类发生冲突的可能性。海洋领域也感受到了威胁。珊瑚礁，以其美丽和生物多样性而闻名，在其生命周期的某个时刻，大约有25%的鱼类物种栖息在珊瑚礁上，在温度上升、污染和发展的浪潮中正在消失。自1995年以来，大堡礁已经失去了一半以上的珊瑚。历史的记忆，清晰且明确：世界上一半以上的雨林已经被摧毁了。即便是没有被彻底摧毁的东西，也都被负面的影响着，给周遭的物种带来了巨大的压力。
大自然的退化正在并将持续影响着我们所有人。尽管联合国可持续发展目标仅包含两个与生物多样性和生态系统健康相关的目标（目标15：陆地上的生命；目标14：水下生命），它们却是实现其他所有目标的关键基础。当森林碳汇栖息地遭到破坏时，我们如何采取气候行动？在自然资源日益恶化的情况下，我们如何减轻饥饿、贫穷和提供清洁的水？这对和平、工作机会、健康和福祉意味着什么？当社会中最弱势群体首当其冲地承受这些损失时，这对正义和平等意味着什么？健康的生态系统和生物多样性不是奢侈品，而是具有全球性的必需品。
幸运的是，国际社会对这一威胁的认识正在不断提高，各国领导人也正作出努力，用实际行动恢复退化和损坏的自然生态系统。“波恩挑战”（Bonn Challenge）是在承认全球森林退化的情况下发起的，承诺到2020年恢复1.5亿公顷森林，然而这一目标是否已经实现尚不清楚。明年是联合国生态系统恢复十年项目（UN Decade on Ecosystem Restoration）的开始。在联合国环境规划署和联合国粮食及农业组织的领导下，它渴望超越波恩挑战的范围，阻止生态系统退化，并加快从地方到国际的恢复努力。目标范围包括鼓励恢复，支持领导，扩大创造力，鼓励环保行为。生态系统恢复问题无疑已被列入全球议程。
但是，修复说起来容易，做起来难。不同的生态系统有不同的需求，我们可能缺乏关于生态恢复的最基础的知识。有些生态系统可能已经退化到不可能被复原的情况。在Palmer and Stewart的评论中，特别强调了重建有弹性、功能性和自我维持的生态系统的必要性，这些生态系统不需要人为干预来保持健康。只有我们充分了解是什么原因导致我们走到如今的局面，做什么能够减轻退化的压力，我们才能够防止这种情况再次发生。否则，生态恢复的进展将永远受阻。森林将继续被燃烧和砍伐，珊瑚将继续被漂白。生态修复项目的设计必须考虑到长久的成功。
正如Svenning在本期的评论中所指出的，当地消失物种的返回，或“重新布线”，在生态系统恢复和帮助自给自足方面起着核心作用。然而，这些举措并非完美无缺。在许多情况下，我们对曾经的自然环境进行了如此广泛的人工修改，以至于重新引入的物种可能会与人类发生冲突。尽管人类打造后的自然景观，往往具有吸引公众注意的更高魅力，但重新引入的物种可能对财产、粮食生产和人类生命构成潜在风险，这将最终削弱公众和决策者的支持。
生态系统恢复是一个非常复杂的问题。它是微妙的，多变的，不确定的。在生态修复这条道路上，必须谨慎驾驶。目前，生态恢复的路线图是残损和不完整的，我们的方向是不确定的，最佳路线，甚至最终目的地也仍在激烈的被辩论。一个明确的、统一的能指导我们开展生态修复的目标，依旧悬而未决。
这些不确定性都指向了一个更深层的问题：人类世生态系统恢复的终极目标到底是什么？当下，太多的未知遍布在每一个角落。尽管重新引入具有魅力的动物群体和将自然景观恢复到先前的标准的状态曾经推动对恢复工作的支持，许多更新的支持来自于加强和增强特定生态系统功能的恢复力的愿望，这些功能通常与人类福祉服务相关。湿地原来可能仅仅因其适宜鸟类生活而受到重视，而现在，它们越来越受到重视是因为它们所提供的服务包括防洪或过滤水。热带雨林现在终于被认可成为重要的碳汇。然而，健康的土壤通常只与作物产量和未来收成划等号。对这些功能和服务的需求是不可否认的，但对于生态系统可持续性的恢复甚至发展，我们必须认识到，专注于单一的生态系统功能，即隧道式愿景，反而将造成更大的伤害。例如，仅注重森林的固碳潜力，会导致水资源缺乏；强行建立非本土、单一物种的种植园，将最终减少生物多样性。目前，让很多人意想不到的是，一些植树举措针对的是天然草地栖息地，不仅消灭了它们特有的物种，损害了以它们为生的当地居民的生计，而且破坏了整个流域的水文生态平衡。这不是生态系统的恢复，而是生态系统的扰乱，甚至灾难。
人类世继续以惊人的速度极速前进，我们对自然的压力和依赖也随之增长。我们不能总是期望能够把被破坏的系统恢复到原来的状态，但这并不意味着恢复性努力的目标不可望或不可及。将农田列为联合国生态系统恢复十年计划的优先生态项目，在一定程度上证明了这一点。正如Finch在评论中所讨论的，粮食生产和野生动物栖息地的恢复并不是相互排斥的目标。但是，如果我们不通过改变饮食结构和减少食物浪费来减少我们的需求，恢复工作将再次失败。多线并行的战略是必不可少的。
毫无疑问，人类世将产生赢家和输家。生态系统服务已被证明是保护和恢复生态系统可持续性的重要手段，例如保护吸碳的红树林和滋养海底生物的珊瑚礁。但我们也必须确保，哪怕是那些抱拥最善意的恢复努力，也绝不能仅仅将人类利益凌驾于万物之上。俨如老子所谙，“人法地，地法天，天法道，道法自然“。我们必须努力追求完整的生态系统的美丽及其丰富的生物多样性，同时也必须将整个社会系统的变革纳入考量范围，以减轻破坏和退化所造成的大范围大规模的损失。将这些价值观统一起来，并将其与科学知识以及当地人民的需要结合起来，将是实现联合国十年生态修复目标和为所有人建设一个良好的人类世的关键。
无论我们是在保护栖息地不受损害，还是在积极恢复它们，人类的作为和不作为都将对我们生态系统未来的健康和功能产生影响。生态系统的修复需要人类做一个好管家，大节不可失，小节无可纵。借樊川之言：“秦人不暇自哀，而后人哀之。后人哀之而不鉴之，亦使后人而复哀后人也。”
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我们特意为大家精选了发表在 One Earth 2020年12月刊的17篇文章，供大家详细了解。
1. 原创研究：公海捕鱼业之王是谁？
公海位于国家管辖范围之外，那里的物种被工业船队捕获，主要运往高端市场。对公海鱼类种群进行零碎管理的评估表明，捕鱼导致许多公海物种的丰度急剧下降。谁受益？各国都会报告捕鱼量，但公司在全球海洋中捕捞并从中获利。结合卫星数据和其他公共数据库，本研究分析显示，2018年，1120家企业行为体拥有2482艘公海渔船（占已探测渔船总数的2/3）。该行业由100家公司合并而成，占公海捕鱼努力的36%。大多数州并不是在公海捕鱼的公司所在地。在2018年公海捕鱼活动中，总部位于美国的企业参与者所占比例不到5%。这些结果可能会鼓励许多联合国会员国在国际谈判中更加雄心勃勃地保护共有的海洋生物多样性。
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2. 原创研究：在美国周边地区恢复森林覆盖以缓解气候变化的低成本和更可行的选择
恢复森林覆盖有助于应对气候变化，因此本文制作了地图，展示了运用这种自然气候解决方案的机会。本研究在美国发现了高达51.6兆赫的面积来恢复森林覆盖，这大约是俄勒冈州面积的两倍。这些新森林在第一年可捕获314 Mt CO2，相当于6700万辆汽车的年排放量，但并非所有地区都同样适合新建森林。我们将整个机会领域划分为10个类别，以比较它们的碳捕获潜力、成本、共同效益和可行性。牧场以最低的成本拥有最大的碳捕集潜力，这可以通过提高畜牧业生产效率、减少肉类消费或在草地中种植树木来实现。未蓄积的森林斑块和联邦土地也提供了大量低成本的机会，而流域和城市地区在捕获碳、提供水和人类健康益处方面具有很高的潜力，但成本更高。
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3. 原创研究：热带地区联合保护发展基金的范围和分布
本研究分析了世界银行和全球环境基金（GEF）在1995年至2013年间完成的381个项目，以显示在热带地区联合保护和开发上花费了多少资金，资金投向了哪里，资金是否用于最需要环境和发展的地区，最后，是什么因素推动了资金分配决策。75个国家的资金总额为165亿美元，约为每年8.7亿美元。生物多样性高、人类发展水平低的国家在综合保护和发展方面的资金并不比其他国家多。值得注意的是，生物多样性低的国家获得的资金相对多于生物多样性高的国家，而且发展需要和收到的资金之间没有联系。因此，本文发现，无论是生物多样性还是人类发展状况都无法解释资金分配，而治理和政治经济因素最有可能更具影响力。
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4. 原创研究：解决气溶胶混合状态提高了黑碳呼吸沉积估算的准确性
黑碳颗粒物恶化空气质量，威胁公众健康。黑碳化石燃料不完全燃烧时排放的。我们的世界能源严重依赖化石燃料，人口和能源需求不断增加，因此，评估生物燃料对全球公共卫生的影响势在必行。在这里，本文表明，全球气候模式中黑碳粒子的一个常见和简单的表示导致全球普遍低估呼吸沉积的黑碳质量浓度。此外，发射时黑碳粒子大小的不确定性也可以调节低估值。研究结果强调，为了更好地评估对公共卫生的影响，有必要对目前缺乏的黑碳进行更现实的描述。涉及大气科学、流行病学和毒理学的多学科研究可以建立一个科学基础。
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5. 原创研究：中国在燃煤电厂的改造措施带来了与汞有关的重大健康效益
包括中国在内，共有128个国家于2017年批准了具有法律约束力的《水俣公约》，以减轻剧毒汞（Hg），主要针对燃煤发电厂。中国承诺通过关闭小机组燃煤发电厂、安装高效空气污染控制装置、提高发电效率等多种改造措施，减少汞排放。然而，这些措施对汞排放的有效性以及相关的健康影响仍然知之甚少。本研究发现在2011-2015年期间，汞排放量减少了23.51吨，从而避免了114人死亡和30484.77个智商下降点。汞减排还可在各地区产生显著的共同健康利益。然而，迫切需要更严格和有效的汞控制措施，并且必须仔细考虑各种因素，包括碳纤维复合材料的位置、人口密度以及总汞和汞离子减少之间的权衡。
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6. 前瞻文章：走向可持续和公正的森林恢复：知识整合的研究空白和潜力
森林恢复对于应对气候变化和生物多样性丧失等重大可持续性挑战至关重要。虽然积极的评估压倒了全球生态森林恢复的潜力，但重要的研究强调了有限的潜力，甚至是有害的局部影响，特别是在全球南方。本文认为跨土地系统科学和政治生态学的知识整合有助于解决这一矛盾，并促进有关生态可持续和社会公正森林恢复的知识。本文确定了知识整合有希望的五个关键领域：（1）制定多维森林定义；（2）将林地与用户和利益联系起来；（3）确定重新造林的失败和成功；（4）将不同地区和规模的驱动因素和影响联系起来，（5）在社会生态森林恢复潜力评估中纳入公正因素。对于每个知识领域，本文回顾了跨土地系统科学和政治生态学的主要贡献，并概述了未来的研究方向，以解决生态可持续和社会公正的森林恢复问题。
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7. 前瞻文章：21世纪海平面上升可能超过IPCC对未来强变暖的预测
虽然20世纪海平面上升主要是由海水的热膨胀引起的，但冰川和冰原造成的质量损失现在是一个更大的年度贡献因素。然而，冰原将如何应对进一步变暖仍存在不确定性，这降低了人们对21世纪海平面预测的信心。2019年，为了解决这一不确定性，政府间气候变化专门委员会（IPCC）报告说，如果到2100年全球变暖超过4℃，海平面将从1950年代的水平上升0.61–1.10米。气专委承认，通过没有完全纳入评估所用模型的机制，海平面可能会出现更大幅度的上升。从这个角度，本文讨论了预测海平面变化所面临的挑战，并讨论了为什么IPCC在强变暖下2100年的海平面范围集中在可能结果的低端。本研究认为，高于这一范围的结果比低于这个范围的可能性大得多，并讨论了决策者如何从重组IPCC的术语中获益，以避免无意中掩盖最坏情况。
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8. 前瞻文章：面临风险的生态系统服务：整合供需时空动态以促进长期供应
生态系统服务——大自然为人类提供的利益是人类福祉的根本。这些服务的可持续提供受到生态系统服务供给和需求的时空动态的制约，但是尽管时间方面在可持续性分析中具有高度相关性，但通常被忽视。在这里，本研究提出了一个概念框架，结合空间和时间动态的供给和需求来预测生态系统服务供应的趋势。在这个框架中，本文确定了生态系统服务威胁的三个时间趋势：稳定的供应不足（供给随着时间的推移而减少，需求超过它），周期性的高度可变的供应不足（供给是周期性的，需求超过供给的周期性）和随机的供应不足（不可预测的事件可能会改变供给或需求）。一旦确定了供给需求比例趋势的类型，就可以相应地设计景观管理策略，以增加供给区和需求区之间的流量，随着时间的推移，减少生态系统服务灭绝的风险。
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9. 前瞻文章：重新思考2020年后的零砍伐，以更公平有效地保护热带森林
私人、政府和非政府组织为到2020年实现全球“零净毁林”而设定的集体目标却没有实现。在这里，我们探讨零森林砍伐目标和承诺的局限性。本文回顾了零森林砍伐概念的起源，并探讨了实现零森林砍伐的概念和实践挑战。概念上的挑战包括界定“森林”、社会公平和农业扩张对非森林生态系统的影响。实际挑战包括在高度复杂的供应链中实施零森林砍伐。本文反思零森林砍伐的框架，并讨论支持2020年后保护目标和承诺的原则。本文强调确定全球目标和指标、国家目标和承诺之间关系的重要性。本文呼吁进行研究，以了解在不同环境下，包括高度森林景观中，零森林砍伐承诺对当地利益相关者的影响。重新规划零森林砍伐并不能解决森林砍伐问题，但反思其局限性，可以在2020年之后支持更有效、更公平的热带森林保护。
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10. 科普读物：通过栖息地恢复来应对栖息地丧失、破碎和退化的影响
栖息地丧失、破碎和退化影响是全球生物多样性面临的最直接威胁。本科普文章将讨论这三种生境变化是如何密不可分地相互交织的，以及它们对生物多样性和生态系统的影响通常是特定于具体情况的。本文利用最近直接探索这种环境依赖性的分析，来讨论栖息地转变的局部规模影响是如何通过进化历史和物种地理范围的生物地理尺度变化来介导的。本文还讨论了改变栖息地的生态系统功能和服务的变化是如何依赖于环境的，以及这些变化是如何被物种功能中的高水平生态冗余进一步掩盖的，这可以赋予栖息地改造的弹性。为了避免数以百万计的物种即将灭绝，至关重要的是，通过防止栖息地进一步丧失，同时扩大和修复现存的栖息地，来减轻生境变化的影响。
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11. 评论文章：通过恢复生态系统和景观创造一种关怀文化
恢复思维为描绘一个大胆的未来提供了一个新的范例，防止生物多样性的进一步丧失和栖息地的破坏，避免灾难性的气候变化，并促进所有人的福祉和安全。十条道路指引着恢复和照顾地球及其所有生物的行动。
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12. 评论文章：重新布线应该是全球恢复工作的核心
重新布线应该是克服全球生物多样性危机和提高生物圈缓解气候变化能力所需的大规模恢复努力的核心。关键要素包括大面积的自然、功能性大型动物群和其他促进自然生物多样性的因素的恢复、与主要社会动态的协同作用以及谨慎的社会生态实施。
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13. 评论文章：生态系统的恢复是有风险的……但我们可以改变这种状况
即将到来的联合国生态系统恢复十年带来了一个挑战，即大规模增加恢复努力，以制止和扭转环境退化。这一挑战必须超越对项目规模和数量的关注，转而关注如何设计和实施这些项目。以恢复导致自我维持的生态系统的基本生态过程为基础的办法至关重要。
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14. 评论文章：1871年的预言：要实现可持续的海洋经济，恢复势在必行
150年前，儒勒•凡尔纳（Jules Verne）提出了一个在海洋生态系统承载能力范围内推动海洋勘探和资源开发的技术进步构想，但他也预测了导致当今资源过度开发的途径。我们以小说的预言为基础，考虑有利于可持续海洋经济的措施。
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15. 预览文章：一个可再生能源的全球南方需要应对相互关联的成本和土地利用挑战
在全球南方的许多低收入和一些中等收入国家，可再生能源的成本仍然高得令人望而却步。在最近的一篇Joule文章中，Matthäus和Mehling表明风险共担可以降低这些成本。然而，土地使用竞争仍然是一个同样具有挑战性和相互关联的问题，特别是在东南亚和非洲，需要技术和财政两方面的解决办法。
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16. 声音：用十年时间来修复一个星球
所有生命赖以生存的地球生态系统正处于严重退化状态。即将到来的联合国生态系统恢复十年的目标是“防止、阻止和扭转每一个大陆和每一个海洋的生态系统退化”。这些声音表达了为什么以及迫切需要采取什么行动。
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17. 视觉地球：开天
位于密歇根州Interlochen的一个老化的松树种植园，Sky Opening是一项利用再造林作为催化剂的碳封存工作。这座雕塑是由240棵90英尺高的老化红松树选择性修剪而成的，这些树已经过了预期的生长期，成为了电线杆。移除的树冠使重新造林过程得以加速，而不会释放树木的全部碳负荷。移除的树梢被碾碎并用于建筑，从而进一步减缓了碳的释放。
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One Earth
Volume 3, Issue 6
Dec 18, 2020
关于One Earth
作为Cell Press细胞出版社旗下地球科学类的首本期刊，One Earth的创刊标志着我们正式涉足环境科学研究。作为Cell的姊妹刊，One Earth致力于发布顶级原创研究，并通过专业的编辑团队提供公平、快速和严格的同行评审流程（长按识别下图中的二维码访问One Earth期刊主页，了解更多详情）。
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