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大自然能否滿足人類需求?建模方法描繪大自然對人類的貢獻|Science述評

媒體:ScienceAAAS  作者:陳槐
專業號:紅樹林基金會
2019/11/8 16:12:36

中科院青促會特邀評論員 陳槐

(中科院成都生物研究所)

 

評述論文:Global modeling of nature's contributions to peopleScience, 11 October 2019

 

在人類與大自然交互作用日趨密切的今天,如何維持甚至提升大自然對人類良好生活質量的有益貢獻是全人類共同面臨的重要挑戰,這也是聯合國建立政府間科學政策平臺的主要動機之一。為揭示人類活動如何引起環境變化以及相關變化如何影響人類福祉,并實現人類與大自然協同發展,生物多樣性與生態系統服務政府間科學政策平臺(IPBES, The Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services)評估了全球生物多樣性及其對人類社會的貢獻[1]。其中,IPBES 最新提出的概念框架中關鍵要素之一是大自然對人類的貢獻(NCP, Nature's Contributions to People),該概念建立在千年生態系統評估(Millennium Assessment)提出的生態系統服務(ecosystem service)概念的基礎上[2],涵蓋了大自然(生物、生態系統的多樣性及其相關的生態和進化過程)對人類的所有貢獻[3]。2019年IPBES完成了首次全球評估,探討了大自然對人類貢獻的總體狀況和趨勢[4],但NCP的時空變化格局建模仍然是一項重大挑戰。

 

Rebecca Chaplin Kramer及其合作者,針對飲用水水質調節、沿海災害風險控制及農作物自然授粉三方面進行空間建模,在全球尺度上評估了大自然的貢獻及人類受到的惠宜。該文發表在2019年10月11日的Science雜志上。文章指出,人類對大自然的需求日益加劇,但大自然滿足人類需求的能力在逐漸下降。未來30年,在土地利用變化和氣候變化背景下,全球將有超過50億人可能會面臨水資源和糧食安全問題,其中非洲及南亞地區尤為嚴峻。同時,人類還可能會遭受更嚴峻的海岸災害。

 

研究團隊在全球尺度上探討了大自然對人類的貢獻,模擬了淡水水體、海岸帶和陸地的重要貢獻:水質調節、減少海岸侵蝕和洪水等災害及農作物自然授粉。該研究從雙重維度(人類需求和大自然貢獻)的視角,創新性地構建了大自然的潛在惠宜比例,從而界定了大自然惠宜,拓展了傳統“生態系統服務”(已實現的惠宜)的范疇(圖1)。同時考慮到大自然具有極大的時空異質性,即便大自然的貢獻可能保持不變,但大自然提供的已實現的惠宜(即“生態系統服務”)則可能增加,在考慮多個變量的變化情況下,大自然的潛在惠宜比例是比生態系統服務更有效的評價指標。

 

團隊還研究了潛在惠宜差,例如大自然未能惠及的水質改善、沿海災害減少、農作物自然授粉,同時也研究了這些自然福祉受到損害的潛在人群人口及其分布。這些潛在惠宜差會被人類實際感知到,除非它們被人為改變,包括種植植物用于水質處理、海堤修復或人工授粉等。在評估大自然對人類貢獻的過程中,研究團隊提出了兩個關鍵科學問題。

1. 計算大自然對人類貢獻的概念框架 

 

大自然對人類的最大貢獻出現在哪里?
為了解決這一問題,團隊量化并繪制了人類需求和大自然貢獻之間的重疊圖(圖2),以發現最大的潛在惠宜分布區域。研究發現,在這些區域中大自然貢獻分布不均,而且并不總是與最依賴這些惠宜的人口重疊。在潛在惠宜最高的地方,人類需求最大且受影響人口最多。不管人類是否覺察到,其實在人類干擾最少的區域,大自然的潛在惠宜往往比例最高。研究還發現在人類需求與大自然貢獻的最大值重疊區域,有效地保護自然將給人類帶來最大的惠宜。

圖2. 大自然對人類貢獻的全球分布圖

未來的全球變化可能會影響到多少人?這些影響發生在哪里?

3. 未來的情景下不同區域的利益差變化

 

 

為了解答該問題,在三種情景下(工業發展情景,農業發展情景和可持續發展情景),針對未來可能受到影響的不同人群,研究人員計算了潛在惠宜差的變化。研究發現,雖然可持續發展情景(SSP 1, RCP 2.6)中受影響人數將減少3-10倍,但未來全球仍有多達45億人面臨著更嚴重的水污染;由于海平面上升,海岸災害風險增加,將導致超過50億人口受到影響;由于授粉不足,農作物減產加劇,可能有 50 億人受到影響。在三個情景下,未來大自然的潛在惠宜均呈現出不平衡的分布特征,全球數以億計的人們面臨潛在惠宜差增加兩倍以上的風險,而對于亞洲北部和北美來說,潛在惠宜差則有減小的趨勢。發展中國家潛在的惠宜差變化和受影響人口的變化是不成比例的,其中非洲和南亞的處境最為不利,這兩個地區有一半以上的人口面臨高于平均水平的潛在惠宜差,有多達23億人將面臨更嚴重的水污染,17億人面臨由于授粉不足帶來的農作物減產,近3億人面臨高于世界其他沿海地區的災害風險。在所有的預測情景中,非洲平均潛在惠宜差比其他區域高出2至6倍。在可持續性發展情景中,南亞平均潛在惠宜差則高出了10倍,其受到水污染影響的人口是工業發展情景(SSP 5, RCP 8.5)下的兩倍,可能的原因是可持續發展情景中農業集約化生產增加了氮肥用量,從而增加了水污染。然而,在工業發展情景下,占全球受影響人口比例最大的非洲其潛在惠宜差的增加速率則高于全球平均值。

 

述評人簡介:陳槐
博士,中國科學院成都生物所研究員,主要從事全球變化生態學、濕地生態學研究。

  

參考文獻:

1. IPBES, & Unai Pascual, Patricia Balvanera.(2017). Valuing nature's contributions to people: the IPBES approach. Current Opinion in Environmental Sustainability, 26-27, 7-16.

2. Russo, K. A., & Smith, Z. A.. (2013). The Millennium Ecosystem Assessment. What Water Is Worth: Overlooked Non-Economic Value in Water Resources. Palgrave Macmillan US.

3. Sandra Díaz, Pascual, U., Stenseke, M., Berta Martín-López, & Shirayama, Y. . (2018). Assessing nature's contributions to people. Science,359(6373), 270-272.

4. IPBES, & Willemen, Louise. (2018). Summary for policy makers of the assessment report on land degradation and restoration of the Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services.

 


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