文献阅读 | 生物多样性、农业、气候变化与国际贸易的相互关系：研究与政策维度

题目

A review of the interactions between biodiversity, agriculture, climate change, and international trade: research and policy priorities

作者

Andrea Monica D. Ortiz, Charlotte L. Outhwaite, Carole Dalin, and Tim Newbold

期刊

One Earth

时间

2021年1月

一作

单位

Institute for Sustainable Resources, Bartlett School of Environment, Energy and Resources, University College London, London, UK

链接

https://doi.org/10.1016/j.oneear.2020.12.008

图形摘要

图1  本篇综述的图形摘要（Graphical Abstract） 

研究背景

生物多样性的重要性与损失

许多可持续发展目标 (SDGs)，包括零饥饿（Zero Hunger）、清洁水（Clean Water）、维持陆地和水中的生命（Maintaining Life on Land and in Water）以及气候行动（Climate Action），都受到全球粮食生产系统和农业用地内部及其周围的生物多样性的影响。因此，在支持粮食安全的同时保持生物多样性是实现这些目标的关键。

然而，生物多样性目前正受到威胁：自1970年以来，脊椎动物种群的数量估计减少了 68%，灭绝率估计是基准水平的100到1000倍，除非采取行动，否则未来几十年将有超过100万种的物种面临灭绝的危险。此外，到 2020 年之前，爱知（Aichi）目标中制止生物多样性丧失的20项全球目标都没有实现。

人类活动的增加通常是对生物多样性产生负面影响的根源：主要驱动因素是土地利用变化、物种过度开发、入侵物种和污染，预计人类引起的气候变化将成为生物多样性丧失的主要驱动因素。

农业土地利用变化的影响

未来农业扩张的可能需求意味着这种土地利用变化在可预见的未来仍将是对生物多样性的主要威胁。虽然现代农业成功地增加了粮食产量（并提高了粮食安全），但它也造成了广泛的环境破坏。农业活动造成土地利用变化、栖息地退化和污染，这些都会对生物多样性产生直接影响。事实上，农田地点的物种丰富度估计平均比原始植被低40%。

气候变化的影响

考虑气候变化对农业的影响也很重要，因为包括干旱在内的极端天气事件发生频率的变化会导致生产损失。气候变化显然是生物多样性和农业环境变化的关键驱动力，能够通过广泛的相互作用引起直接和间接的反应。

国际贸易的影响

农产品国际贸易的日益便利也是粮食生产对生物多样性影响的主要因素。粮食生产的全球化导致生产和消费在空间上脱钩（Spatial Decoupling），过去由当地资源满足的生计需求现在由其他地区通过增加贸易流量来满足。这使得生物多样性损失更容易被外包（Outsourced）到消费者可以轻松感知到这些影响的地方之外。

因此，发达地区经常从发展中的地区、通常是高度生物多样性的地区进口。这种国际贸易可能会增加对栖息地（土地转化潜力很大的一类土地，例如热带森林）的压力，这会对生物多样性产生重大影响。

概念模型

概念模型的搭建

为了促进考虑环境、农业、气候变化和国际贸易之间的权衡和协同作用（Trade-Offs and Synergies），并强调生物多样性在该系统中的重要作用，研究者回顾了最近的文献并使用系统方法来提出一个概念框架，并概述了系统内一系列复杂且相互作用的变量，这些变量组合起来形成了对生物多样性的影响（图 2）。

系统思维对于解复杂系统很有用，它经常强调因果关系并非像从研究系统的一部分得出的结论那么简单。因此，系统思维被视为理解和解决气候变化等复杂环境问题的基础。对这些问题进行建模的实用方法包括系统动力学工具（System Dynamics Tools）和因果关系图（Causal Loop Diagrams），它们可以帮助决策者理解复杂系统的动态行为。

研究者对最近发表的研究的回顾确定了该系统的主要组成部分、它们的影响和研究上的不足。然后构建了一个因果关系图来表示环境-农业-贸易系统中重要变量之间的反馈。从农业、生物多样性、贸易和气候变化的主要要素开始，研究者确定了对科学文献中描述的这些主要节点（Main Nodes）的影响。例如，土地利用、农业扩张和农业集约化（ Agricultural Intensification）、全球食品需求增长会对生物多样性产生负面影响。研究者对这些要素进行了讨论，并添加了相关的联系和符号。为简洁起见，使用“环境-农业-贸易系统”（Environment-Agriculture-Trade System）一词，但仍将生物多样性和气候变化视为该系统内的关键要素。

图2  “环境-农业-贸易系统”概念模型   (+)表示一般的积极效果，(−)表示一般的消极效果。颜色表示受生物多样性(绿色)、农业生产(橙色)、气候变化(蓝色)、贸易、政策和其他人类压力(紫色)加上生物多样性变化(黑色)的驱动因素。

框架展示了在环境-农业-贸易系统中发现的关键变量和反馈，突出了生物多样性的主要作用和相互作用。总体而言，尽管先前的研究显示了环境-农业-贸易系统的广泛影响（例如，对土地利用、用水和温室气体排放），但他们未能认识到与生物多样性在全球范围内的食品生产中的重要联系和相互作用。

农业-生物多样性相互作用

从化肥使用、杀虫剂使用、耕作或替代耕作方法等集约化战略的局部影响，到土地转换或集约化对生物多样性的全局影响，农业生产对生物多样性的影响得到了深入研究。随着 2020 年后生物多样性目标的制定和可持续发展目标在研究和政策议程中的重要性，我们要求满足日益增长的粮食需求，同时尽可能减少对生物多样性和环境的负面影响。

然而，关于生物多样性对农业投入或替代耕作方法的大规模反应的研究很少，主要原因是缺乏关于农业投入使用的精细和大规模数据。

关于生物多样性对农业影响的研究表明：生物多样性为农业生产提供的服务的好处，例如授粉和害虫防治（Pollination and Pest Control），这可以提高产量和系统弹性（Resilience）。然而，这些研究往往仅限于更容易监测的生物群体，例如蜜蜂和甲虫（Bees and Beetles）。尽管生物多样性为农业提供了公认的生态系统服务，但通常不考虑农业生产对生物多样性的影响以及生物多样性对农业生产的影响的反馈回路（图3）

图3  生物多样性和农业之间的反馈循环   与粮食生产有关的活动，如耕作和使用投入，肥料和杀虫剂，对生物多样性的负面影响得到了很好的研究。生物多样性的服务(和损害)及其在农业系统中的作用也越来越被人们理解。农业生产和生物多样性之间的反馈循环(灰色虚线)并不经常被考虑，特别是在大尺度下。箭头表示变量之间的联系，(+)表示一般积极的影响和(-)一般消极的影响。颜色表示受生物多样性(绿色)和农业生产(橙色)影响的变量。

与气候变化的相互作用

当我们考虑气候变化（包括气温升高、降水变化和极端天气事件频率增加）的作用时，生物多样性与农业之间的关系变得更加复杂。气候变化对生物多样性既有正面影响，也有负面影响。虽然它目前不是对生物多样性的最大威胁，但它可能会超过未来土地利用变化的影响，并可能通过与土地利用变化的相互作用产生额外的影响。

目前已观察到气候变化导致物种分布范围向更高纬度或海拔的变化或更改季节性时间（Seasonal Timing）。这些观察到的分布范围变化包括对于作物害虫、病原体以及在大黄蜂等传粉媒介中引发的气候驱动的极地变化，服务提供者和害虫的这些变化对粮食安全构成重大威胁。气候变化还通过改变干旱、洪水和热浪的频率和严重程度影响农业生产。

人们对生物多样性对气候变化的影响也越来越感兴趣。森林砍伐会导致大气中二氧化碳的增加，从而导致气候变化，科学家建议将天然林的再生（Regeneration of Natural Forests）作为减少未来全球气温升高的一种方式。生物多样性也被认为是通过实施基于生态系统的适应方法来保护免受气候变化影响的自然方式。这些措施包括保护湿地和森林，增加绿地或利用红树林（Mangroves）减少对洪水、侵蚀、沿海灾害和极端高温的暴露或敏感性，所有这些都属于基于自然的解决方案（Nature-Based Solutions）的广泛概念。

另一个重要反馈回路涉及农业生产过程中温室气体排放量增加对未来的影响。目前，食品生产（包括生产前和生产后活动）的排放量占人为温室气体排放总量的 21% 至 37%。随着未来粮食产量的增加和饮食向肉类密集型转变，由此产生的温室气体排放量也将增加。这些排放将导致全球气候变化，加剧气候对生物多样性和农业的影响。

图4  与气候变化的相互作用  气候变化可以通过影响作物生长的非生物因素，或通过影响极端天气事件的频率和严重程度直接影响农业。气候变化也可以通过对生物多样性的相关影响间接影响农业。因此，理解气候变化、农业和生物多样性之间的反馈循环(灰色虚线)将是实现未来粮食安全和生物多样性目标的关键。虽然气候变化可能对农业产生一些积极影响，但人们普遍认为这只是短期的，而且大多数影响是消极的。箭头表示变量之间的联系，(+)表示一般的积极影响和(-)一般的消极影响。颜色表示受生物多样性(绿色)、农业生产(橙色)和气候(蓝色)影响的变量。

与国际贸易的相互作用

不同距离的贸易是全球粮食系统的一个关键特征，考虑到这一点会使该系统再次变得更加复杂。近10亿人消费国际贸易产品来满足他们的日常营养需求。这种消费和生产地点的空间脱钩为环境-农业-贸易系统增加了另一层复杂性。

贸易发生在广泛的空间尺度上，国际、区域和国内的商品交换都可能导致对生物多样性的影响。在国际贸易的情况下，对国外产品的需求对产品原产国的环境影响很大。与国际贸易有关的生物多样性压力大部分发生在发展中国家，而这些国家具有很高的农业土地利用潜力和典型的高生物多样性。

LCA （生命周期评价）正在成为评估产品端到端（End-to-End）环境影响的重要方法，它可用于将最终商品与其相关的生物多样性丧失联系起来。目前的 LCA 方法主要关注土地利用影响，并试图通过利用生态建模方法（如物种-区域关系和物种分布模型以及荟萃分析）来改善不同生命周期阶段的生物多样性影响的表现。

虽然研究的重点是通过土地利用变化对国际贸易食品对生物多样性的影响，但尚未考虑通过气候变化介导的影响。当地气候在未来更适合农业的地区可能受益于此并承担新的贸易角色，从而重塑全球农产品的分布。此外，在气候变化引发的极端事件（如洪水或干旱）期间，生产力冲击导致的需求变化也可能改变农业分布。

国际贸易本身通过与贸易商品及其运输相关的温室气体排放对气候变化做出贡献。尽管来自食品运输的温室气体排放量仅占食品生产温室气体排放总量的一小部分（约为6%），产品之间仍存在相当大的差异。然而，减少贸易不一定是减少与生产相关的排放的最佳方法，因为运输距离可能不是产品可持续性分析中的最重要因素。国际贸易可以建立一个更有效的全球粮食系统，在该系统内，与本地生产相比，用于出口的产品生产碳密度更低（less carbon-intensive）。

贸易还通过引入入侵物种（Invasive Species）影响生物多样性。在调查外来入侵物种存在的差异时，商品进口已被证明是最重要的解释变量（Explanatory Variable）。全球运输网络的增加和对外部采购产品的需求不断增加，导致了生物入侵的风险增加。

图5  与国际贸易的相互作用  除了空间上分离的需求和供给对土地使用的贸易的直接影响外，食品贸易可以通过各种途径间接影响生物多样性，包括农业生产的变化，相关排放的变化，以及入侵物种的扩散。因此它是环境-农业-贸易系统的一个关键要素，在研究粮食生产的影响时，应尽可能考虑到它的相互作用和反馈。虽然气候变化可能对粮食生产和生物多样性产生一些积极影响，但平均而言，这种影响预计是消极的，特别是在长期范围内。虚线灰线代表了研究较少的相互作用。箭头表示变量之间的联系，(+)表示一般的积极影响和(-)一般的消极影响。颜色表示受生物多样性(绿色)、农业生产(橙色)、气候变化(蓝色)和包括贸易和政策在内的人类活动(紫色)影响的变量，加上生物多样性变化的驱动因素(黑色)。

研究与政策重点

使用系统方法创建概念性的环境-农业-贸易框架能够识别系统的关键要素，突出生物多样性的重要作用以及迄今为止已得到充分研究的领域。重要的是，通过将此框架与最近的文献结合使用，研究者可以突出一些关键的研究和政策差距（Gaps）。

在本节中，研究者提出了六项研究和两项政策的未来行动重点。

研究重点 1：更好地将生物多样性纳入大规模研究（Large-Scale Studies）

该框架强调的一个关键遗漏是，最近在全球范围内对粮食生产对环境的影响进行的研究往往缺乏生物多样性。这些研究汇集了大量数据，以确定全球粮食系统对环境的广泛影响，但并未考虑生物多样性。如果不考虑生物多样性，就会错过农业生产的环境成果与国际贸易之间的关键权衡。

研究重点 2：提高数据可用性、访问和覆盖范围（Availability, Access and Coverage）

可用性和对具有大地理空间覆盖范围的高质量数据的访问受到限制是更好地理解环境-农业-贸易系统及其相互作用的主要障碍。

尽管存在全球生物多样性数据库（例如，GBIF [http://www.gbif.org]、PREDICTS和BioTime)，但未被充分研究的群体的代表性并不好，数据集通常由脊椎动物（Vertebrates）主导，并且数据覆盖范围存在地理偏差（Geographical Biases）。

研究重点 3：与气候变化的相互作用和由此产生的反馈

气候变化对农业和生物多样性的影响分别进行了较好的研究。然而，需要对这些效应的反馈（Feedback）进行进一步的研究。例如，迫切需要了解气候引起的生物多样性变化对农业的反馈。

另一个需要考虑的反馈是农业如何影响气候（作为温室气体排放的源和汇），从而导致生物多样性变化（对农业有潜在的反馈）。研究需要从考虑单向，双边关系以考虑完整的反馈循环。

研究重点 4：贸易——生物多样性和气候变化的促进因素

全球和区域贸易是社会获取和分配食物的重要途径。然而，由于粮食生产与消费的空间脱钩，贸易及其自由化促进了对跨越大地理距离的生物多样性的影响。优先考虑更好或更低水平的国际和/或区域贸易，例如由于饮食的潜在变化，更好地了解未来的粮食安全情景。了解国际贸易、气候变化、农业和生物多样性中这些同时发生的复杂变化对于制定未来粮食安全情景至关重要。

研究重点 5：影响分析（Impact Analysis）中的生物多样性的其他衡量方式

越来越多的研究集中在使用LCA、足迹方法（Footprint Approaches）、经济建模（Economic Modeling）和投入产出分析（Input-Output Analyses）等方法来量化农业和国际贸易对生物多样性的大规模影响。大多数研究使用物种丰富度（Species Richness）的变化，通常通过物种-面积关系（Species-Area Relationship）估计土地面积变化的结果，以评估生物多样性变化。然而，物种丰富度的变化只是全球生物多样性变化复杂性的一种表现。

此外，如果不考虑非本地物种的存在，物种丰富度可能是生物多样性变化的不良指标，即物种丰富度可能看起来正在增加，但实际上是由引入非本地物种驱动的。应考虑使用物种丰富度作为唯一生物多样性指标的局限性，并在可能的情况下调查其他指标。

研究重点 6：鼓励和启用多学科方法（Multidisciplinary Approaches）

已经使用了各种工具和方法来解决与环境-农业-贸易框架子集相关的问题。这项研究涉及多个广泛领域，包括生态学、气候科学、贸易和生产流分析以及水文学（Hydrology）。为了更好地理解系统的全部复杂性，协作的跨学科方法是必不可少的。这是因为目前没有单一的方法可以整合每个主要研究领域的方法，因此主要挑战将是确定可以组合的最合适的方法，同时了解它们的假设和局限性。

政策重点 1：提高对国际贸易在生物多样性目标、目标和政策方面的认识

有效实施的政策（Effectively Implemented Policy）在规范有害农业做法、最大限度地减少和防止对野生动物和栖息地的威胁以及减少温室气体排放方面发挥着重要作用。然而，贸易协定形式的政策也是生物多样性影响的关键驱动因素。

在主要的生物多样性和气候变化政策中明确阐明国际贸易的作用和重要性，并探索可能有利于生物多样性、气候变化和社区的贸易路线是一个重点议题。当前与生物多样性、气候变化和土地利用有关的国际、法律和政治框架，包括《联合国生物多样性公约》（CBD）和《联合国气候变化框架公约》，均未将森林砍伐与商品生产和消费（即贸易）联系起来。

政策重点 2：加强食物对生物多样性影响的宣传

最后，需要以有意义的方式宣传食物对生物多样性的影响，以提高生产者和消费者的意识并采取环境行动。可以通过确定和传播有关产品特定生物多样性影响的信息来传达食品对生物多样性的影响；然而，鉴于生物多样性的多面性，这不是一项简单的任务。研究重点 5 的研究成果应用于告知消费者商品固有的“外部转移”（Outsourced）或“内在固有”（Embodied）的生物多样性影响，这些影响通过国际贸易和破坏性生产（Destructive Production Practices）被放大。

因为消费者可能不知道生产影响的全部程度，因此需要进行研究以确定传达什么以及如何传达。这需要与行为经济学（Behavioral Economics）和心理学合作。

启示与思考

这篇十分详尽的综述创造性地提出了环境-农业-贸易系统（Environment-Agriculture-Trade System）这一概念框架，对于分析粮食生产、气候变化、国际贸易、生物多样性四者之间的相互作用具有提纲挈领的意义与价值。文章借助因果关系图可视化，厘清了相关变量之间的关系，这种关系往往是双向且长期的，一个变量改变所产生的反馈也是长期与复杂的，在未来仍然需要得到更细致的分析与阐述。

本篇综述也提出了未来值得科学研究与政策制定过程中关注的重点话题，都很有价值。其中“影响分析”（Impact Analysis）的提出对我目前本研思考生物质能供给是有所帮助的，有助于从单一的供需关系问题跳出看到对全局的更复杂影响，当然这也需要更多样的衡量方式与分析手段予以支撑。

（由于篇幅所限，无法呈现本文的全部内容，感兴趣的读者可以阅读原文献，文章里用到了大量研究的成果作为例子进行分析，有助于理解文章中提到的一些观点~~）

编辑&排版：房晨

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