客观日本

保全生态系统的研究(4)

2012年01月11日 科技交流

有关生物多样性与生态系统服务的研究

 1)什么是生态系统服务

 

生态系统带给人类的利益(便利)被称为生态系统服务。在联合国主导下实施的千年生态系统评估(Millennium Ecosystem Assessment 2005,以下简称为MA)中,将生态系统服务分为供给、调节、文化与基础服务四类。供给服务是指供给作为资源的物质与能源的服务,调节服务则包括通过生态系统净化水质和调节气候等,以及包括通过天敌的存在而防止特定病虫害的大规模爆发等与生物调节有关的服务。文化服务是指由于生态系统以及生物的存在而使人类获得的创造力、创意、信仰、教育、娱乐功能等文化和精神方面的利益。基础服务则是指支撑这些服务的基本的生态系统功能。

一般而言,生物多样性作为基础服务而支撑着生态系统基本功能,但并非对所有服务都具有重要的意义 (Dobson 2006)。许多供给服务与调节服务并不需要特别高的生物多样性。即使是单一种类的作物也能够获得资源供给服务,甚至可能会更有效率。而在观赏植物以及药品等需要以多种用途为前提的供给服务方面,生物多样性则变得重要起来。同样在调节服务中,与生态系统现存量和生产速度相关的方面,多样性在许多情况下也并不太重要。不过,在病虫害控制以及授粉等生物调节方面,生物多样性则很重要。而文化服务则基本上都与生物多样性之间存在重要关系。但是,关于生物多样性而带来的生态系统服务,科学分析并没有取得太大进展,其效果仍然并不明朗。

 2)有关生物多样性与生态系统

 

自20世纪90年代中期以来,人们通过人工控制生物的种数,开始研究生物多样性会对生态系统功能与服务带来怎样的影响。其中许多研究都是通过人工控制生物多样性,(例如,改变在草原上种植植物的种数,通过淡水生态系统模型改变浮游生物的种数等),并测定这些处理对生态系统功能与服务造成的影响。

在1994年Nature杂志所刊登的由美国的D. Tilman等人所实施的研究中,通过人为改变草地生态系统中植物的种数测定其一次产量,实验结果显示,植物种数越多则产量越高(图1)(Tilman et al. 1994)。几乎在同时,以英国J. Lawton等人为中心的小组也假定以草地生态系统为对象,采用对植物的种数、以植物为食的昆虫的种数、捕食昆虫或寄生在昆虫上的生物种数以及气象条件等进行控制的振荡培养箱装置,通过实验阑明了生物多样性所具有的功能(Naeem et al. 1994)。

通过迄今为止的诸多实验,报告指出,生物多样性高的生态系统具有生产力高、每年的变化幅度小且产量稳定、病虫害少、新的物种难以入侵、防灾服务性能优异等倾向。由于生物多样性高,可以有效利用不同的资源(光、水、营养盐),因此整体的生产力加强。在气候条件变化时,由于存在抗干抗冷性强的植物,因此整体产量的年度变化幅度小,整体收成稳定。而在天敌众多的生态系统中,特定害虫以及疾病爆发的概率下降,上述都是其机理所在。

不过,这些都是在可控制种数(基本在20种以内)下的实验结果,当进一步增加种数时,则种类多样化的效果减弱。因此并不能说明在自然界实际看到的诸多种类各自均具有明显的效果。而且,即使是条件得到相当控制的实验,实验结果也并不是一定的,具有一定程度上的不确定性,这种不确定性就是生物多样性的复杂之处。为克服这一问题,至2005年为止,许多发表的论文都采用了所谓的荟萃分析方法(即对已经出版的众多论文与实验结果进行二次分析的方法)进行分析(图1)。从发表的几种论调来看,表明许多实验结果都证明,此前模糊认识到的生物多样性对生态系统服务所带来的效果是正确的(Balvanera et al. 2006)。

另一方面,不仅是这些实验性研究,还有许多研究也试图阑明生物多样性实际带来的生态系统服务。例如,在哥斯达黎加的咖啡种植园内,由于进行授粉的蜜蜂会在森林筑巢,当远离森林时则授粉率下降。为此,咖啡园的周边是否有森林,将影响收成与收入(Kremen et al. 2002)。而对于美国的大豆田来说,如果周边各种各样的生态系统能够呈马赛克状分布的话,则由于天敌的存在而能取得更好的防除病害效果(Gardiner, 2009)。在日本,人们已经知道授粉昆虫与农作物害虫天敌的多样性是随着森林的覆盖率而变化的,农田周围的土地利用影响着授粉、控制害虫等调节服务(Makino et al. 2006, Maleque et al. 2009)。

另一方面,在文化服务中,即有如同教育与信仰一样不一定受到生态系统影响的服务,也有许多在社会、经济方面,生态系统影响并不具有重要性的服务。此外,关于其效果与评价,由于许多情况均以特定的地区和历史背景为前提,因此难以仅仅通过自然科学研究而阑明生物多样性与服务之间的关系。

 3)生态系统服务的评价与定量化

 

如上所述,一方面,生物多样性对生态系统功能的影响得到定量明确,而另一方面生物多样性、生态系统与人类福利之间的关系也得到明确,此时,为保全生物多样性并持续予以利用,就需要对生态系统服务进行定量评价。在因生态系统恶化而消失的服务中,迄今有许多被作为外部经济性的问题。例如,河流的水质净化服务等虽然效果明显,但由于其经济性价值没有得到认可,因此当由于排水等而引起公害问题时,其成本被视为外部不经济的问题。但是,通过针对污染的管制与水源税等方法,为这些服务支付成本的做法逐步得到认可。同样,虽然以往一直认为对与授粉、病虫害控制等生物多样性相关的服务难以进行定量,但当授粉昆虫消失以及天敌减少时,则农业成本增加,并导致发生损失。如前所述,在生态系统服务的定量化获得进展时,则针对有关生物多样性必要性的理解获得加深,同时,也有可能在经济内部化方面获得进展。2006年发表了有关地球变暖的Stern Review,而可称为生物多样性版Stern Review的经济评估项目也在2009年发表了中期报告(TEEB, European Communities, 2008),并将在2010年的生物多样性条约的缔约方大会上发表最终报告。

在有关地球变暖的排碳权交易方面,有关造林等的刺激措施也很难打动发展中国家,而另一方面,如果不砍伐现存的森林,也可以抑制相应部分的碳排放,因此2007年的气候变化框架条约缔约方大会COP13讨论了REDD (Reducing Emission from Deforestation and forest Degradation)框架问题。根据REDD,残存的森林会得到保护,因此具有能够保全生物多样性的共益性效果(协同效应)(Angelsen, 2008)。并且,如果持续保全残存的森林从而能够确保因地球变暖而造成分布出现变化的生物栖息地,这也将成为一项地球变暖的对策。

有动向显示在生物多样性方面也将引入类似排碳权交易、碳补偿的构思(ten Kate 2004)。当实施某项开发而预计可能出现消失或恶化时,则应通过对具有同等价值的生态系统与生物多样性进行保全或再造而进行补偿,但对于在生物多样性方面引入这一方式,仍存在各种议论。例如可能出现灭绝等而无法补偿的场合,或应遵守优先进行保全、只有在不得已的场合才执行补偿的程序等,有意见认为在经济优先的情况下,保全容易被忽视。另一方面,引入这样的机制,可以促进企业等以往所没有的利益相关方也加入到保全生物多样性的事业中来。相信这方面的讨论在今后将会更热烈地展开。

 

引用文献

Angelsen, A. (ed.) (2008) Moving Ahead with REDD. Issues, Options and Implications. Center for International ForestryResearch,Indonesia.

Balvanera, P., Pfisterer, A. B., Nina Buchmann, N., He, J., Nakashizuka, T., Raffaelli, D. & Schmid, B. (2006) Quantifying the evidence for biodiversity effects on ecosystem functioning and services. Ecology Letters 9, 1146 – 1156.

Dobson, A., Lodge, D., Alder, J., Cumming, G. S., Keymer, J., McGlade, J., Mooney, H., Rusak, J. A., Sala, O., Wolters, V., Wall, D., Winfree, R. & Xenopoulos, M. A. (2006) Habitat loss, trophic Collapse, and the declone of ecosystem services. Ecology 87,  1915–1924.

European Communities (2008) The Economics of Ecosystems and Biodiversity. Wesseling

Gardiner, M. M. Landis, D. A., Gratton, C., Difonzo, C. D., O’Neal, M., Chacon, J. M.,  Wayo, M. T., Schmidt, N. P., Mueller, E. E. & Heimpel, G. E. (2009) Landscape diversity enhances biological control of an introduced crop pest in the north-central USA. Ecological Applications 19, 143–154.

Kremen, C., Williams, N. M. & Thorp, R. W. (2002) Crop pollination from native bees at risk from agricultural intensification. PNAS 99, 16812–16816.

Makino S., Goto, H., Inoue, T., Sueyoshi, M., Okabe, K., Hasegawa, M., Hamaguchi, K., Ctanaka, H. & Okochi,I.(2007) The Monitoring of Insects to Maintain Biodiversity in Ogawa Fores Reserve. Environmental Monitoring and Assessment 120, 477-485.

Maleque, M. A., Maeto, K. & Ishii, H. T. (2009) Arthropods as bioindicators of sustainable forest management, with a focus on plantation forests. Applied Entomology and Zoology 44, 1-11.

Millennium Ecosystem Assessment (2005) Ecosystems and Human Well-Being: Synthesis,Island Press.WashingtonDC.

Naeem, S., Thompson, L. J., Lawler, S. P., Lawton, J. H. & Woodfin, R. M. (1994) Declining biodiversity can alter the performance of ecosystems. Nature 368, 734 – 737.

ten Kate, K., Bishop, J., & Bayon, R. (2004) Biodiversity offsets: Views, experience, and the business case. IUCN, Gland, Switzerland and Cambridge, UK and Insight Investment, London, UK.

Tilman, D. & Downing, J. A. (1994) Biodiversity and stability in grasslands. Nature 367, 363 – 365.

 

中静 透

简介

东北大学生命科学研究科教授。生于1956年3月。1983年大阪市立大学理学研究科生物学专业(修完大学学分) 理学博士(大阪市立大学)

专业是森林生态学、生物多样性科学。研究森林的动态与更新、树冠层生物学、森林的持续管理与生物多样性等。主要著作有《亚洲季风区的生物多样性(岩波书店,合著)》、“Diversity and Interaction in a Temperate Forest Community. Ogawa Forest Reserve of Japan,” Springer-Verlag (联合编辑,合著)、《森林的写生(东海大学出版会)》等。

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