氣候變化與生態系統的威脅、機遇與解決方案

氣候變化與生態系統的威脅、機遇與解決方案

圖片來自網絡

2020年1月27日,《英國皇傢學會哲學會刊B輯:生命科學》(Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences)發表題為《氣候變化與生態系統:威脅、機遇與解決方案》(Climate Change and Ecosystems: Threats, Opportunities and Solutions)的專刊,討論瞭氣候變化與生物圈之間的相互作用,探討瞭關於生態系統如何應對氣候變化、如何增強生態系統適應力,以及生態系統如何協助應對氣候變化挑戰的新穎觀點,並確定瞭在21世紀嚴峻的環境條件下維持生態系統的多樣性、恢復性和健康性,所需要的學術研究和業務實施的優先事項。專刊文章的內容主要來自於2018年11月美國國傢科學院與英國皇傢學會聯合主辦的“氣候變化與生態系統論壇”。本文對專刊文章的主要內容予以介紹,以供參考。

1 氣候變化對生態系統的威脅與挑戰

自然生態系統的變化威脅著世界范圍內的生物多樣性,並對全球糧食生產產生影響。專刊論文討論瞭氣候變化對不同生態群落(陸地植物、海洋沉積物中的無脊椎動物、陸地土壤微生物等)的生態系統特性(生物多樣性、營養網或能量通量、養分循環或物質通量)的影響。

長期以來生態學傢一直在研究氣候變化的模式、方向與速度,但現在迫切需要將目前的理解擴展到氣候變暖加速時突然變化的經驗觀察。生態系統突然變化(ACES)是一種普遍存在且頻率不斷增加的突變現象,其變化具有時間上的快速性和相對於驅動因素的快速性。題為《氣候變化、生態系統和突然變化:科學優先事項》(Climate Change, Ecosystems and Abrupt change: Science Priorities)的文章,將氣候變化與極端因素和生態系統突然發生且不可逆轉的變化聯系起來。文章指出,從經驗上很難觀察到ACES,因為極端事件從本質上講是隨機、很難預測的。盡管如此,作者還是敦促科學傢將ACES對氣候變化的響應的監測、解釋和預測作為研究重點。

提高對土壤微生物群落功能作用的理解的主要挑戰是將氣候變化下其結構和功能的變化聯系起來。為瞭應對這一挑戰,需要對構成土壤微生物群落抵禦極端氣候和從極端氣候中恢復的能力的機制有新的認識。題為《土壤微生物群落對極端氣候的響應:抗性、彈性和向替代狀態的過渡》(Soil Microbial Community Responses to Climate Extremes: Resistance, Resilience and Transitions to Alternative States)的文章,考慮瞭極端氣候和歷史突發事件,綜合瞭對地下生態群落屬性的當前理解,這些屬性使地下生態群落具有抵抗力、彈性或對極端氣候的脆弱性。文章重點介紹瞭研究挑戰,探討如何增進外界對土壤微生物群落對極端氣候的抵抗力和復原力以及它們向替代狀態過渡的脆弱性理解。雖然對地下生態群落在慢性壓力下的反應已瞭解得很清楚,但作者認為地下生態群落對氣候極端事件的響應及其應對突然的生態變化的潛力是應解決的關鍵知識缺口。

生態群落的復原力需要長期視角,以增進對生態群落對變化的反應的理解。題為《如果樹木被燒毀,森林會消失嗎?溫帶森林的歷史動態有助於制定管理戰略》(If the Trees Burn, is the Forest Lost? Past Dynamics in Temperate Forests Help Inform Management Strategies)的文章,利用北半球和南半球溫帶森林的花粉與木炭的古環境記錄來考慮火在改變林木種類組成中的作用。研究發現,森林物種組成對變化的火勢的適應力或脆弱性取決於多種當地因素,包括氣候、土壤條件與歷史遺產;在某些情況下,極端事件與生物物理反饋相結合,可能導致由長壽物種組成的生態系統對單個火災事件的響應完全改變。在第四紀晚期,溫帶森林同時經歷瞭長期的穩定和突變,以應對氣候變化和人類活動,因此需要對特定位置的穩定性與不平衡性加以研究,以預測在全新世及其以後前所未有的升溫速度下未來的生態情景。這項工作強調,關於生態復原力的長期觀點有助於指導著重於環境保護的戰略,並確定易受攻擊的物種和生態系統,以應對未來的氣候變化。

氣候變化最終會導致陸地生物多樣性的喪失,並通過土地利用變化(即氣候變化驅動的農田擴張)直接或間接影響生態系統的碳存儲。題為《通過模型和情景比較未來農田擴張對全球生物多樣性與碳儲存的影響》(Comparing the Impact of Future Cropland Expansion on Global Biodiversity and Carbon Storage Across Models and Scenarios)的文章,使用一種建模方法來探索生物多樣性和碳損失預測的不確定性,並指出盡管土地使用預測相關的不確定性很大,但未來的農田擴張很可能會對許多生物多樣性熱點地區的生物多樣性和碳儲存產生負面影響,包括墨西哥、亞馬孫地區和剛果盆地。這項工作強調,在評估氣候變化對生物多樣性和碳的總體影響時,考慮通過土地利用變化產生的間接影響的重要性。

《氣候變暖背景下植物群落多樣性的減少多於增加》(Plant Community Diversity Will Decline More than Increase Under Climatic Warming)指出,與氣候變暖所造成的增加相比,陸地植物群落的多樣性的損失更嚴重,並呼籲進行實驗性工作以檢驗這一預測。文章稱,目前的證據表明氣候變暖通常可以增強溫帶緯度地區的植物多樣性,但這一結論可能無法推廣。研究人員預測,在缺水的生態系統中,多樣性的凈喪失將占主導地位。在沒有陡峭的地形梯度、且附近沒有發現潛在的替代物種的溫度受限的系統中,也將發生凈損失。

2 提高氣候變化抵禦能力的機遇

生態系統在氣候系統中發揮著積極作用,特別是通過其在碳循環、水循環和其他生物地球化學循環中的作用。如果以一種強有力的生態系統和生物多樣性科學的方式進行可持續管理,則生態系統可以成為人類復原力的主要來源,並能夠支持人類社會適應環境的迅速變化。換言之,生態系統不僅容易受到氣候變化的影響,而且有可能成為應對適應和減緩氣候變化挑戰的重要盟友。

生態系統對氣候變化的反應很復雜,人們對該領域相關知識的理解還不完全,隻能部分納入生態系統功能和動態的未來預測中。在許多情況下,這種復雜性可能會起到緩沖作用,需要更好地理解。多營養相互作用和營養冗餘可以幫助生態系統從生物多樣性熱點的幹擾中恢復。對保護區網絡中關鍵區域的戰略保護,可以在廣泛的景觀尺度上增加適應力和改善生態系統服務,包括減緩氣候變化的生態系統服務(例如碳儲存)。

3 基於自然的解決方案

生物多樣性不是氣候變化的受害者,反而可以被視為應對氣候變化的關鍵盟友。生態系統管理和基於證據的認真恢復和管理有可能在減緩和適應氣候變化方面發揮主要作用。然而,基於生態系統的解決方案還遠遠不夠,仍然迫切需要解決化石燃料排放問題作為制止氣候變化的主要辦法。另一方面,基於自然的解決方案通常對人類社會有許多協同效益。專題文章說明瞭這些共同利益,例如城市生態系統、熱帶森林與高緯度生物群落,采用瞭從恢復水文功能到森林保護和恢復,再到營養級再野化(trophic rewilding)等各種戰略。專題文章還表明,一些基於生態系統的不良適應氣候變化行動(例如大規模生物能源、天然草地和泥炭地的綠化)可能會對陸地生物多樣性和復原力產生負面影響。未來仍然需要更好地瞭解基於自然的解決方案對漁業、農業和其他生態系統服務對人類社會的好處,包括對多種生態系統服務的生態系統管理如何有助於減緩氣候變化。這種證據的合成需要評估低估負面結果的挑戰,還需要將這種分析擴展到更廣泛的棲息地和生態系統,並在適當的時空范圍內使用多個響應變量來評估基於自然的解決方案的有效性。基於自然的解決方案在減緩和適應氣候變化方面已有越來越多的證據基礎,這通常表明基於自然的解決方案是有效的,但需要更多地強調確定其局限性和挑戰。

理解和實施基於自然的實施方案來適應和緩解氣候變化的主要挑戰是可擴展性。氣候變化是一個全球性問題,需要多轄區和多國聯合治理,然而,許多基於自然的實施方案案例都涉及相對較小空間尺度上的概念研究證明。基於自然的實施方案的其他好處可能非常重要,並且可以克服機會成本。基於自然的實施方案的成本和收益以及問題本身在各個社會群體中都是不平等的。如何制定制度,使受益者有權執行管理措施?如果全球社區對貧困社區的本地解決方案進行投資,則可能會帶來當地和全球的利益。

4 學術研究的作用

廣泛的學術研究可以幫助理解生態系統對氣候變化的反應,並促進基於生態系統的適應和減緩。在生態科學方面,迫切需要瞭解生態系統如何運作,在沒有歷史模擬的環境條件下它們將如何變化以及將繼續變化,以及需要采取何種幹預措施來維護和恢復生態系統。就環境經濟學而言,有必要瞭解任何幹預措施的成本和收益,以及這些成本和收益如何在整個社會中分配。在政治生態學方面,有必要瞭解所涉及的權力關系,以及可能導致行為和政策發生積極變化的催化劑有多有效,以及如何設計和實施社會公正的管理解決方案。

專刊文章為自然和社會科學傢確定瞭以下優先事項:①更有效地傳達已經存在的證據基礎,以便以建設性的、有用的方式將科學知識傳達給決策者與其他利益相關者,在為行動提供信息的同時帶動政治意願。②識別並解決生態系統科學中關鍵但難以處理的知識空白;③確定如何支持和傳播提高彈性和適應性的復雜性的關鍵要素;④確定哪裡有協同作用和權衡,最大限度地發揮不同生態系統服務之間協同作用的幹預措施對於解決方案至關重要;⑤實施和/或維護長期監控,這是在復雜情況下充分瞭解變化軌跡並評估管理幹預措施成功與否的唯一方法。

轉載本文請註明來源及作者:中國科學院蘭州文獻情報中心《資源環境科學動態監測快報》2020年第03期,裴惠娟 編譯。

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