多重壓力下生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展探究
——IGU-GFE地理學(xué)與可持續(xù)研討會(huì)簡述

詹天宇,趙文武,*

1 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部 地表過程與資源生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100875 2 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部 陸地表層系統(tǒng)科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究院, 北京 100875

1 大會(huì)概況

全球氣候變化和人類干擾活動(dòng)等多重壓力對(duì)生態(tài)系統(tǒng)帶來深刻影響[1]。辨析多重壓力對(duì)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)功能的影響機(jī)制,探討生態(tài)系統(tǒng)在多重壓力下的緩解及適應(yīng)策略,對(duì)于全球生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理具有重要意義。為了應(yīng)對(duì)全球環(huán)境變化,推動(dòng)實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展,國際科學(xué)聯(lián)盟(ICSU)于2012年發(fā)起了未來地球研究計(jì)劃。2017年10月,國際地理聯(lián)合會(huì)(International Geographical Union, IGU)宣布成立“面向未來地球的地理學(xué)：人地系統(tǒng)耦合與可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)”(Commission on Geography for Future Earth: Coupled Human-Earth Systems for Sustainability,IGU-GFE)。IGU-GFE委員會(huì)的成立推動(dòng)了人地系統(tǒng)耦合與可持續(xù)發(fā)展研究的發(fā)展,為全國乃至全球地理學(xué)研究學(xué)者提供更廣泛的空間和平臺(tái)。委員會(huì)以地理科學(xué)為核心,基于國際研究計(jì)劃推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的快速發(fā)展,推動(dòng)中國地理學(xué)科聚焦前沿研究并向著國際化視野蓬勃發(fā)展,同時(shí)為交叉學(xué)科帶來積極影響。IGU-GFE委員會(huì)將面向未來地球研究計(jì)劃,關(guān)注人地耦合系統(tǒng),結(jié)合環(huán)境科學(xué)、人文科學(xué)、水文學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)學(xué)、氣象學(xué)、系統(tǒng)模擬和全球變化等相關(guān)學(xué)科知識(shí),引領(lǐng)全球地理研究者探索人地系統(tǒng)耦合方法與可持續(xù)發(fā)展新路徑。

IGU-GFE委員會(huì)主辦的 2020年地理學(xué)與可持續(xù)研討會(huì)于2020年11月30日至12月1日以視頻會(huì)議的方式召開。來自挪威科技大學(xué)、挪威自然研究所、意大利帕多瓦大學(xué)、立陶宛米科拉斯·羅梅里斯大學(xué)、北京師范大學(xué)、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、中央民族大學(xué)等單位的近50位專家學(xué)者參加了會(huì)議。會(huì)議圍繞5個(gè)專題進(jìn)行熱烈討論：(1)生態(tài)系統(tǒng)壓力和驅(qū)動(dòng)力；(2)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估；(3)多重壓力對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能和生物多樣性的影響；(4)多重壓力對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的綜合影響；(5)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理策略。

會(huì)議聚焦多重壓力對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響、生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)策略、生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理等議題,面向全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo),促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)多重壓力下土地利用的優(yōu)化途徑。此外,實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理應(yīng)在政策法規(guī)的實(shí)施、可持續(xù)生產(chǎn)應(yīng)用、綜合管理技術(shù)的提升、長期監(jiān)測(cè)的科學(xué)研究等多方面進(jìn)行廣泛的橫縱雙向協(xié)調(diào),以支持可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2 多重壓力下生態(tài)系統(tǒng)與可持續(xù)發(fā)展研究進(jìn)展

2.1 生態(tài)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力機(jī)制

圖1 影響生態(tài)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)因素Fig.1 Influence factors of ecosystem

生態(tài)系統(tǒng)是人類社會(huì)存在和發(fā)展的基礎(chǔ),其健康與否決定了人類社會(huì)發(fā)展的方向[2]。生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的量化評(píng)估,掌握生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能時(shí)空演變特征,識(shí)別其驅(qū)動(dòng)因素,探討其驅(qū)動(dòng)機(jī)制有利于生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)、適應(yīng)性管理及其可持續(xù)發(fā)展[3]。生態(tài)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)因素的定義是任何直接或間接導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)變化的自然或人為因素[4]。直接的驅(qū)動(dòng)因素明確地影響著生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)程,而間接驅(qū)動(dòng)程序通過改變一個(gè)或多個(gè)直接驅(qū)動(dòng)因素來進(jìn)行更廣泛的影響。全球驅(qū)動(dòng)力的類別包括人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)政治、文化和宗教、科學(xué)、技術(shù)以及物理和生物。除物理和生物類型外,其他類型都被認(rèn)為是間接的。重要的直接驅(qū)動(dòng)因素,即物理和生物因素,包括氣候變化、植物養(yǎng)分利用、土地類型轉(zhuǎn)換以及疾病傳播和入侵物種。生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的變化幾乎總是由多種相互作用的驅(qū)動(dòng)因素引起的。隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加快、人口的持續(xù)增加,人類社會(huì)對(duì)自然資源的需求急劇增加[5]。氣候變化和人為活動(dòng)(農(nóng)業(yè)活動(dòng)、工業(yè)活動(dòng)、城市建設(shè)及其他活動(dòng))等多種因素過度干預(yù)和消耗生態(tài)系統(tǒng),造成全球大量的生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)惡化,導(dǎo)致了氣候變化、水資源短缺、生物多樣性驟減、自然災(zāi)害頻發(fā)(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(fā)之間進(jìn)行簡化的二分法。

外界干擾是影響生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的橋梁,過度的外界干擾會(huì)降低生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量進(jìn)而影響可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。而合理的外界干擾又能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量產(chǎn)生正向反饋,生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的提升為可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。三者的狀態(tài)反應(yīng)了生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)和整體變化。這種互相正反饋的驅(qū)動(dòng)機(jī)制主要通過合理的政策實(shí)施、先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)、管理措施和人民素質(zhì)來支撐。任何一種狀態(tài)的變化都會(huì)引起其他二者功能的變化,進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)整體的穩(wěn)定。生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量是基礎(chǔ),外界干擾(氣候變化和人為活動(dòng))是過程,可持續(xù)發(fā)展是最終目的(圖2)。

圖2 生態(tài)系統(tǒng)變化與狀態(tài)Fig.2 Changes and conditions of ecosystem

2.2 生態(tài)系統(tǒng)功能與生物多樣性

生物多樣性被認(rèn)為是群落和生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和功能的主要決定因素[6]。在過去的十年里,關(guān)于生物多樣性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能影響的生態(tài)學(xué)研究掀起了一陣熱潮[7- 8]。建立生態(tài)系統(tǒng)功能與生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性之間的聯(lián)系是一個(gè)重大的科學(xué)挑戰(zhàn)。從局部到全球,人類正在通過各種各樣的活動(dòng)改變生物群落的組成,這些活動(dòng)增加了物種入侵和滅絕的速度[9]。生態(tài)實(shí)驗(yàn)、觀測(cè)和理論研究表明[10],生態(tài)系統(tǒng)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(shí)間上的分布和豐度。在影響生態(tài)系統(tǒng)特性方面,物種效應(yīng)、氣候和資源可用性干擾機(jī)制的效應(yīng)一致,而人類活動(dòng)可以改變上述所有因素。擴(kuò)大生物多樣性的棲息地有機(jī)會(huì)讓生物適應(yīng)新的環(huán)境,并在各種人為或自然災(zāi)害中重新生長。這可以被認(rèn)為是有利于支持生物多樣性的,因?yàn)椴煌奈锓N在一個(gè)生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)中執(zhí)行類似的功能,導(dǎo)致單一物種的破壞可能對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響很小。物種喪失或組成變化的影響及其表現(xiàn)機(jī)制因生態(tài)系統(tǒng)性質(zhì)、生態(tài)系統(tǒng)類型和潛在群落變化途徑而異。缺乏多樣性的棲息地被認(rèn)為是更脆弱的,因?yàn)槿魏螌?duì)一種物種的微不足道的干擾都可能對(duì)復(fù)雜的相互作用造成負(fù)面影響,使其崩潰。

科學(xué)界已就生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能之間關(guān)系的許多方面達(dá)成廣泛共識(shí),包括與生態(tài)系統(tǒng)管理有關(guān)的許多要點(diǎn)[11]。進(jìn)一步的研究需要整合生物和非生物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)特性的控制、生態(tài)群落是如何構(gòu)建的以及導(dǎo)致物種滅絕和入侵的力量等知識(shí)。公眾也認(rèn)識(shí)到只有健康的功能健全的生態(tài)系統(tǒng)才能提供社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和豐富生物多樣性的所有好處?；诖?應(yīng)立即采取戰(zhàn)略計(jì)劃、經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)、公眾認(rèn)識(shí)和利益有關(guān)者參與等形式的行動(dòng),進(jìn)而管理和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)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(shí),以確定自然和人為影響與發(fā)展之間的相關(guān)性。隨著人口的增加和人類活動(dòng)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(fù)生境和保護(hù)生物多樣性是現(xiàn)代社會(huì)維持生活質(zhì)量的需要。為了加強(qiáng)與政策和管理的聯(lián)系,還需要將生態(tài)學(xué)知識(shí)與管理實(shí)踐、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的認(rèn)識(shí)結(jié)合起來。在采取有力措施盡量減少物種損失的同時(shí),了解生態(tài)系統(tǒng)過程的復(fù)雜性,負(fù)責(zé)任地管理地球生態(tài)系統(tǒng)及其所包含的生物多樣性是必要的。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與可持續(xù)發(fā)展管理

實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵在于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和開發(fā)自然資源的平衡,兩者的平衡對(duì)于人類的福祉和生計(jì)至關(guān)重要[13]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展過程中能維持人類社會(huì)發(fā)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(yīng)、減輕水災(zāi)和改善水質(zhì)。生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)及其提供的服務(wù)支撐著人類、社會(huì)、文化和經(jīng)濟(jì)福祉的所有層面[15]。然而,大部分經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動(dòng)都是對(duì)自然資源的過度開發(fā),進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)離可持續(xù)發(fā)展的最低邊界。盡管過去的一個(gè)世紀(jì)里,許多自然資源得到了廣泛的開發(fā)利用,社會(huì)發(fā)展的許多方面也得到了實(shí)質(zhì)性的改善,但是人類福祉仍未達(dá)到讓全世界所有人都滿意的程度。改變生態(tài)系統(tǒng)以促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是必要的,但如何避免破壞重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)？可持續(xù)發(fā)展面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是權(quán)衡利弊,在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和維持更重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間找到平衡。在此前提下,需要全面了解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)人類生計(jì)和福祉的貢獻(xiàn)。在考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí),并非影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展或過度開發(fā)自然資源,而是為可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)提供有利的干預(yù)措施。

人為干預(yù)能夠?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)提供良好基礎(chǔ)與保障,許多高自然價(jià)值地區(qū)正是通過一系列人為干預(yù)維持較高的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。令人深思的是,改進(jìn)后的生態(tài)系統(tǒng)缺乏完整性和可持續(xù)性,這樣的生態(tài)系統(tǒng)并不一定是高價(jià)值生態(tài)系統(tǒng)。未來更需要關(guān)注的是生態(tài)環(huán)境、自然資源和生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類發(fā)展的可持續(xù)性服務(wù)。

3 論壇啟示

本次地理學(xué)與可持續(xù)研討會(huì)重點(diǎn)分析了多重壓力對(duì)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的影響,并探討有效恢復(fù)和提升生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)功能的優(yōu)勢(shì),研究生態(tài)系統(tǒng)變化的驅(qū)動(dòng)因素及適應(yīng)策略,對(duì)于局部乃至全球的生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有指導(dǎo)意義,對(duì)未來研究的啟示如下:

(1)合理、科學(xué)、多維度提高生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量。生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量下降而導(dǎo)致的生態(tài)退化是目前人類社會(huì)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。人類活動(dòng)引起的生態(tài)系統(tǒng)變化,如物種豐富度下降[16]、功能多樣性喪失、生態(tài)系統(tǒng)生物量減少[17]等,是反映生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量受損的指標(biāo)。陸地、沿海和海洋生態(tài)系統(tǒng)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(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)的決心提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。對(duì)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)健康在個(gè)人日常生活中的重要性的認(rèn)識(shí)正變得越來越普遍。對(duì)于科學(xué)家和決策者而言,推動(dòng)區(qū)域、國家、國際和全球范圍內(nèi)獲得廣泛認(rèn)可同樣也是如此。

任何一種生態(tài)系統(tǒng)管理都是響應(yīng)生態(tài)、社會(huì)文化和經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力的治理過程的結(jié)果。有效提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量需要:(1)改善作為公民、游客和消費(fèi)者的行為；(2)轉(zhuǎn)向更環(huán)保的技術(shù)、稅收和法律；(3)增加對(duì)不同生態(tài)恢復(fù)工程的長期投資；(4)減少局部和區(qū)域壓力源；(5)提高生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力；(6)實(shí)施針對(duì)每個(gè)不同生態(tài)區(qū)域的保護(hù)策略。健康的生態(tài)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的根本基礎(chǔ)。將生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的理論和技術(shù)應(yīng)用于不同生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià),對(duì)于生態(tài)環(huán)境管理和可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和實(shí)踐意義。

(2)有效恢復(fù)和提升生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)功能。理解生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能之間的關(guān)系對(duì)于提高許多生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)成功非常重要[18],恢復(fù)活動(dòng)可以作為探索一些核心生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能問題的有力工具[19]。生物多樣性是否有助于生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性(如對(duì)干擾的抵抗、干擾后的恢復(fù)力以及隨時(shí)間變化的適度范圍)的問題已經(jīng)成為半個(gè)多世紀(jì)以來生態(tài)學(xué)的一個(gè)主題[20]。生態(tài)系統(tǒng)功能的研究必須與生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)相聯(lián)系,才能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)起作用。在特定環(huán)境里,不同物種數(shù)量往往提供不同程度的生態(tài)系統(tǒng)功能。執(zhí)行這一轉(zhuǎn)換的一個(gè)關(guān)鍵問題是生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)功能研究通常難以為生態(tài)系統(tǒng)功能的某個(gè)水平明確特定的價(jià)值,而只是模糊地給出一個(gè)更有利于初級(jí)生產(chǎn)力或土壤養(yǎng)分提高的趨勢(shì)性結(jié)論。將生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)功能維持在合理的變化范圍內(nèi)是致力于恢復(fù)功能中恢復(fù)項(xiàng)目的重要組成部分。在未來的研究中,首先,繼續(xù)基本的生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)功能研究,深入理解功能性狀單獨(dú)或聯(lián)合作用如何影響與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)功能尤為重要。雖然生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能之間的關(guān)系解釋了為什么生物多樣性的恢復(fù)對(duì)恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能來說是重要的,但生態(tài)恢復(fù)工作也需要知道恢復(fù)哪些特定的物種組合。此外,基于生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)功能的實(shí)驗(yàn)干擾,以及對(duì)環(huán)境自然波動(dòng)的長期實(shí)驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè),將有助于解決生物多樣性在穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面所起的作用。雖然不是所有的生態(tài)恢復(fù)都適合回答有關(guān)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能之間關(guān)系的基礎(chǔ)科學(xué)問題,但它們對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界中提升生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)功能至關(guān)重要。

(3)優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展管理策略。為了可持續(xù)地管理自然資源,人類必須靈活應(yīng)對(duì)的同時(shí)適應(yīng)環(huán)境和外部條件的變化[21]。決策者在主要生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理中應(yīng)該發(fā)揮主導(dǎo)作用,協(xié)調(diào)各方之間的關(guān)系。決策者促進(jìn)可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)管理一方面需要改善立法和執(zhí)法績效。另一方面,正確的自適應(yīng)管理方法是應(yīng)對(duì)高度不確定性的迭代決策過程,并基于監(jiān)控來通知決策者。挑戰(zhàn)在于在獲得相關(guān)專業(yè)建議以改進(jìn)未來管理方式和在現(xiàn)有框架基礎(chǔ)上取得最佳短期成效之間找到平衡。此外,通過發(fā)展當(dāng)?shù)乩嫦嚓P(guān)者的替代生計(jì)以轉(zhuǎn)移他們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的使用壓力,能夠促進(jìn)利益相關(guān)者的福利。為了長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展,相關(guān)的激勵(lì)措施應(yīng)來自市場(chǎng)機(jī)會(huì)(例如售賣牧場(chǎng)產(chǎn)品),而非補(bǔ)貼等。最終目的是人類需要以可持續(xù)的方式管理和保護(hù)自身的生態(tài)系統(tǒng)。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(jì)福利等激勵(lì)措施,以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的管理。管理方法必須具有包容性、可協(xié)商性和靈活性,使當(dāng)?shù)厝嗣衲軌蛴行Ч芾碜约荷畹沫h(huán)境,造福今世后代。實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)所體現(xiàn)的宏偉目標(biāo),必須合理管理生態(tài)系統(tǒng),進(jìn)而保護(hù)自然和生態(tài)系統(tǒng)提供的利益以及服務(wù)的可持續(xù)供應(yīng)和公平獲取。