文献阅读 | 扭转陆地生物多样性下降趋势需要全球采取综合管理策略

题目

Bending the curve of terrestrial biodiversity needs an integrated strategy

作者

David Leclère*, Michael Obersteiner*, Mike Barrett et al.

期刊

Nature

时间

2020年9月

一作

单位

Ecosystem Services Management (ESM) Program, International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), Laxenburg, Austria

链接

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2705-y

研究背景

人类活动给生态系统和生物多样性造成了巨大的压力。将自然栖息地转变为农业和林业用地的行为导致了生物栖息地的丧失和土地退化，并进一步使得陆地生物多样性呈现快速下降的态势。当前，尽管各国已先后采取了一系列土地资源和生物多样性保护措施，但这些策略并没能够减缓生物多样性持续下降的趋势；人们对粮食生产、畜牧业和能源的需求仍在不断上升，这使得人类赖以生存的各类生态系统服务功能都岌岌可危。

当前，国际上已经提出了许多颇具雄心的生物多样性保护目标。例如，《2050年生物多样性公约》中提出了“扭转生物多样性损失趋势”的愿景；相关研究也提出了“保护半个地球”（以维持生命生存）的倡议。这些目标无疑对土地资源管理和物种多样性保护的战略和措施提出了更高的要求。然而现实的困境是，少有证据表明这些生物多样性保护目标是否能顺利实现，特别是在考虑与其他可持续发展目标（SDGs）冲突的情况下，能否实现、或者该如何实现。例如，“零饥饿”（SDG2）目标要求粮食产量进一步提高，这可能导致更高的作物用地需求；其他的土地利用需求也可能与生物栖息地保护和土地资源保护的目标有所冲突。在这一背景下，本文作者使用耦合了社会经济与土地利用系统的综合评估模型框架，并开展了多模式模拟对比分析，来研究未来生物多样性指标的可能发展趋势，考察人类是否能在满足日益增长的粮食需求的前提下，逆转生物栖息地丧失和土地退化的趋势，并协同实现社会经济发展与生物多样性保护目标。

研究方法

该研究使用了综合评估模拟加生物多样性指标模拟模型，通过模式耦合和情景分析，探索了未来社会经济发展路径下人类活动对土地利用变化的驱动因素、对生物多样性的影响，以及潜在的减缓措施所能起到的改善效益。具体地，该研究首先使用IAM模型（尤其是其中的土地利用变化分析模块），在高时空分辨率下模拟了不同情景下未来全球土地利用的变化情况；这一结果被输入各个生物多样性模型（biodiversity models, BDMs），计算9种不同生物多样性指标（biodiversity index, BDIs）,以考察土地利用变化导致的生物栖息地丧失和对一系列相关生物多样性指标的影响，据此评估不同情景下的生物多样性风险和政策效益。

研究共设置7个情景。其中基准情景为SSP2-Baseline情景，又称为BASE情景，该情景基于IPCC的SSP框架中的“中等发展路径”所设置，用于表示无额外政策干预下的一种可能的未来发展路径。研究同时设置了6种不同的政策措施情景，以评估不同干预措施的影响，包括：

（a）3个单一情景，分别是“农业供应端优化（SS）”“农产品需求端优化（DS）”和“加强生物多样性保护”情景（C）；

（b）2个组合情景，是上述情景中供应或需求端政策与保护政策的组合（C+SS，C+DS）；

（c）引入所有政策的情景（integrated action portfolio, IAP）。通过情景结果对比，即可考察单一和综合保护政策的效果，以及不同政策的贡献。由于在模拟未来生物多样性的驱动因素及其影响时，模式内部存在固有的不确定性；因此，为了实现更加可比的分析并更严谨地估计研究结果的不确定性，该研究使用了多模型模拟的方式，开展了模型结果的对比和相关讨论，结合bootstrap重采样方法，深入、全面地探讨了研究的不确定性。

研究结果

基准路径下的生物多样性趋势

该研究预测，在不采取额外措施来避免栖息地丧失和土地退化时（BASE情景），全球生物多样性将持续下降（图1）。该情景下，2010-2050年之间，各模型计算得出9个生物多样性指标（BDIs）的下降速率都接近或超过1970-2010年的下降率。

从不同的生物多样性指标来看，综合各IAMs模型和BDMs模型的结果，平均而言，“栖息地宜居性”指标在2010-2100年间的峰值下降率为14%，“野生动物种群密度”的峰值下降率为54%；全球和区域的物种灭绝比例均为4%。而从不同的区域来看，各区域生物多样性变化程度也表现出异质性；生物多样性较为丰富的区域可能面临更为严重的生物多样性损失。

图1. 全球历史和未来由土地利用变化导致的生物多样性变化趋势，基准情景和综合政策情景的对比

注：子图a-e分别表示不同的生物多样性指标；不同形状代表不同的IAM模型

政策情景下生物多样性保护的改善

与基准情景相对应的，具有雄心的综合政策措施将能够最大程度地抑制或扭转未来生物多样性下降的趋势。在最强政策组合（IAP情景）下，所有组合模型（仅除了IMAGE IAM +GLOBIO+MSA metric这一个组合例外）的结果都表明，未来全球生物多样性下降趋势将在2050年得到控制，并在之后逐渐恢复（图2）。这是通过抑制栖息地丧失和阻止土地退化的结果，更根源的原因则是与之相关的社会驱动力的下降，以及部分土地的恢复。同时，尽管在IAP情景下全球生物多样性下降的趋势仍不太可能在2020年之前就得到抑制，但该情景下已经能快速抑制其下降趋势，对于更强的目标而言也是一种里程碑式的改善。

图2. 2050和2100年BASE与IAP情景之间生物多样性指标的空间差异

不同保护措施的效果

通过分析各个“单一措施”或“两两组合措施”情景，可以分析不同类别的保护性措施带来的具体效果（图3）。结果表明，积极的保护措施（Conservation efforts）对于生态系统功能维护和生物多样性的恢复有至关重要的意义。在所有单一措施情景中，“仅采取保护性措施”的C scenario情景，是唯一能使生物多样性指标在本世纪最后15年中（2075-2100年之间）达到谷值后有显著恢复趋势的情景。供应端或消费端的单一措施情景（SS或DS情景）下，生物多样性也能有一定的恢复，但当这两类措施与保护措施结合（SS+C或DS+C情景，或综合情景IAP）时，生物多样性恢复的速率将明显加快。

图3. 不同情景下全球土地利用变化与生物多样性变化趋势

生物多样性保护目标与其他SDG目标的兼容性

值得注意的是，虽然直接的土地保护措施（C情景）效果明显，但该情景下生物多样性恢复程度仍然不足，并且粮食安全目标也可能受到影响。研究结果表明，即使把加强土地管理或保护区域扩大到全球陆地面积的40%，C情景下所能避免的生物多样性损失仍然不到基准情景的50%。同时该情景下IAM模型预测的粮食价格相较于BASE情景将有所升高，因此若粮食系统没有进一步的技术和结构升级，则这种价格升高可能影响全球粮食安全，而其他的可持续发展指标也可能面临负面影响（图4）。

图4. 不同情景下的全球非能源作物价格、土地利用相关的总温室气体排放、灌溉用水与氮肥需求

而在采取综合策略的IAP情景下，土地保护措施加上农业和食品生产端、供给端可行的技术与模式变革，可使得生物多样性可持续改善，同时带来其他层面的积极效益。绝大部分模型组合预测的结果表明，在基准情景中，67%的生物多样性损失可被避免，同时，仅有生产端/供给端进步措施下潜在的土地扩张需求也可以被缓解。当然，在全球层面，不同区域的净效益不同，但总体而言获得正向效益地区，其效益值会随着政策力度的增加而增加。并且综合性保护政策措施还能由于增加了粮食可得性、改善了人群饮食结构而获得粮食安全、人群健康方面的正向效益。

研究结论

该研究基于综合评估框架、通过社会经济与生物多样性模型的耦合研究和多模式对比，揭示了未来全球生物多样性潜在的发展趋势及相应的保护性政策措施的效果。通过对全球生物多样性指数的定量分析，该研究充分揭示了采取综合措施的必要性，指出在采取土地保护措施的同时从供给与需求端改进农业系统，对于保护全球生物多样性有重要的意义。此外，综合性措施不仅能够带来显著的生物多样性与生态系统服务改善，同时还能协同帮助降低粮食安全风险，并取得其他与土地利用或人群健康相关的协同效益。

当然，作者也指出，该研究作为全球层面的综合模式评估研究，更加关注全球宏观尺度的生物多样性影响；在未来的研究中，也应当尝试在区域和微观尺度上从更全面的角度来刻画生物多样性的变化，并且将气候变化等其他重要因素也纳入考虑范围。

编辑：吴雅珍

排版：吴雅珍  江琴

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