【文献分享】生态系统恢复的全球优先领域
主题：生态系统恢复（Ecosystemrestoration）
本文发表在国际期刊Nature，2020年第586卷上，第一作者和通讯作者为巴西里约热内卢天主教大学地理与环境系的BernardoB.N.Strassburg。
文章指出生态系统退化和转换对生物多样性和气候的影响推动了全球、国家和区域各级生态系统恢复的宏伟目标。联合国宣布2021-2030年为“联合国生态系统恢复十年”，《波恩挑战》和《纽约森林宣言》旨在到2030年在全球范围内恢复3.5亿公顷。保护剩余的自然生态系统仍然是保护生物多样性的最重要的一点，但大规模恢复生态系统被视为限制气候变化和物种灭绝的关键。生态系统恢复包括将转换后的土地恢复为健康的生态系统，以及恢复退化的生态系统。根据《巴黎气候协定》，137个国家在其计划中强调了恢复的重要性，196个国家同意了《生物多样性公约》爱知生物多样性保护目标15中有关生态恢复的内容。
科学问题：
研究发现生态修复效益和成本因空间而异。之前对可以种植树木的地区进行的全球评估表明，碳排放有相当大的空间，但非森林生物群落的植树造林可能会对当地生物多样性产生负面影响。区域或栖息地类型的子集或生态区域内的分析表明，恢复可以以相对较低的成本实现，并确定不同目标的优先区域之间的重叠，但也表明这些目标之间存在相当大的权衡。与对剩余自然栖息地保护优先事项的评估相反，尚未对优先恢复区域进行全球分析，多种修复目标和生物群落之间的相互作用仍然未知。
研究方案：
本研究开发了一个多标准的方法来优化修复的几个结果（生物多样性保护、减缓气候变化和成本），明确考虑了修复结果中生物体的具体差异，并在全球和所有陆地生物群落中应用。研究中的算法使用线性编程来优化修复的空间分配，以满足在1200种情况下的三个标准。线性规划可以确定线性优化问题的精确解决方案，这与保护工作中更常用的启发式算法不同，后者可以确定未知优化程度的可行解决方案。最近的一个应用发现，启发式解决方案比线性优化解决方案至少少了30%的优化。本研究在单一生物群落和单一目标方法的基础上，开发了同时优化多个生物群落（考虑到特定生物群落的生物多样性和碳效益）和多个恢复目标的能力。
本研究考虑了所有从自然生态系统转换为耕地或牧场的土地。但没有包括未转换但已退化的自然生态系统的恢复，这对一些全球挑战有很大的贡献。因为它们的恢复成本和效益没有得到充分的量化。转换后的土地数据来自于土地利用遥感产品，并与放牧强度信息相结合。生态系统被分为五个主要类型：森林、草原、灌木丛、湿地和干旱生态系统。
研究结果：
1.恢复的优先领域和成果
只关注生物多样性、气候变化缓解或成本最小化的优先修复领域（图1a–c）具有不同的空间模式，这导致修复结果差异很大。对生物多样性的好处，估计为灭绝债务的减少，在同一恢复地区变化了六倍（5%的修复所减少的灭绝债务从7%到43%不等）（图2a）。缓解气候变化的效益有三倍之多（在5%的恢复率下，封存48-130亿吨的二氧化碳）（图2b）。为了与注重生物多样性的15%目标的减少灭绝效益相匹配，注重最小化成本的恢复工作需要在全球范围内恢复50%的转换土地（图2a）。
如果集中在生物多样性的优先地区，恢复全球15%的转换土地（符合爱知生物多样性目标15）可将目前的全球灭绝债务减少63±4%（图2a，3）。如果集中于减缓气候变化，可封存多达335±35亿吨的二氧化碳（图2b，3）。这相当于这一时期人为二氧化碳总排放量的15%，其中55%被陆地和海洋的汇吸收了。这些数字高于通常报告的恢复数字，后者使用平均碳储量，不考虑空间优化。
尽管单标准解决方案在其他标准中表现不佳，但多标准解决方案可以同时提供两组利益的很大一部分。15%目标的以生物多样性为重点的解决方案提供了73%的潜在气候缓解收益，而以气候为重点的方案只提供了65%的潜在生物多样性收益。同时优化这两种效益（图1d中的“生物多样性+气候”情景）将提供95%的最大生物多样性效益和89%的最大气候变化缓解效益（图3中的情景III）。
将成本最小化作为优化的一个额外目标，明显提高了解决方案的成本效益（图3中V点的权衡曲线），这与以前的研究一致。在优化过程中不包括成本最小化的环境解决方案导致了所有无约束方案中的最高成本（每公顷高达5,835±870美元）。成本最小化的解决方案（图3中的方案IV）相当便宜（每公顷2,356±563美元），但在环境方面表现很差，对生物多样性和气候的潜在效益分别只达到34%和39%。同时解决所有三个标准的优化问题，可以提供具有成本效益的多标准解决方案。其中，“多重效益”方案（图1e），与“统一”恢复方案相比，在5%的恢复率下，生物多样性的成本效益将增加13倍。在15%的恢复率下（图3中的方案V），该方案将为生物多样性提供91%的潜在效益，为气候提供82%的潜在效益，同时与生物多样性+气候方案相比，成本降低了27%，这加强了以前的研究结果，即优化几种效益可以产生有价值的折中方案。
研究结果证实，生态系统的恢复可以以相对较低的成本在缓解气候变化方面发挥重要作用。
2.生态系统类型的相对贡献
研究强调了同时考虑几个生物群落的价值，因为这些生态系统对所选标准的相对贡献各不相同。在本研究确定的全球2.87亿公顷的转换土地中，研究估计54%是原始森林，25%是草地，14%是灌木林，4%是旱地，2%是湿地。使用1992-2015年的数据对估计的原始生态系统类型进行验证表明，预测精度很高（总均方根误差为6.73%），在所有植被类别中都是一致的。
湿地和森林对生物多样性保护具有最高的相对重要性（图4a）和减缓气候变化（图4b）。当目标是将成本降至最低时，重点转向干旱生态系统和草原（图4c）。当以三种标准为目标时，所有生物群落都具有重要作用（图4d）。生物多样性和气候的共同优先领域集中在湿地和热带和亚热带森林，这些森林具有高碳储量、高多样性和明显的自然栖息地丧失，通常位于生物多样性热点地区。
3.尺度和可行性限制
不受约束的全球情景是有用的基准，并可能支持国际激励计划，如REDD+（"减少毁林和森林退化造成的排放"），但涉及一些地区有高比例的转换土地被优先恢复。例如，加勒比海地区96%的转换土地位于全球生物多样性优先事项的前15%（扩展数据图3）。因此，本研究调查了实现全球修复目标的效果，同时考虑到地缘政治边界、景观限制和改善土地利用的土地节约潜力。
在国家范围内应用15%的修复目标将导致生物多样性效益减少28%，气候效益减少29%，同时与全球无约束等效方案相比，在多重效益方案中，成本增加52%（图3中的情景VI）。高达61%的全球优先领域在这些国家层面的情景中不会恢复，尽管它们可能会成为REDD+等国际激励计划的目标。限制目标，使所有景观恢复15%（图3中的情景VII），将使生物多样性效益减少67%，减缓气候变化的效益减少49%，同时成本增加92%。这种更分散的恢复可能会增加生态社区的代表性，并为人们带来自然的地方利益。国家和地方实施计划应考虑到这些权衡。
与将恢复工作统一限制在15%的国家或景观单位的情景相比，在优先地区实施恢复工作，同时通过可实现的增产来维持当前的农业生产，将带来更大的环境效益和更低的成本。在国家层面，结果将在无限制的全球方案的3%以内（图3中的方案VIII），而在景观层面，生物多样性效益将只下降12%（图3中的方案IX），而不是统一方案的67%。在全球范围内，55%的转换土地可以被恢复，同时保持目前的生产。这些数值表明，在15%的爱知生物多样性目标15之外，还有可能进行更雄心勃勃的恢复，并强调通过综合景观管理实施恢复方法的巨大空间，以提供明显的环境效益，同时限制与农业的冲突。尽管农业集约化会对气候、生物多样性和人类健康产生不利影响，但通常可以在不产生这些成本的情况下增加产量。
推荐人点评：
大量的生态系统恢复越来越被认为是保护生物多样性和稳定地球气候的核心。考虑到效益和成本的空间差异的全球优先领域任有待确定，该研究开发应用了一种多标准的优化方法，以确定所有陆地生物群多的优先恢复区域，并估算了其效益和成本。研究结果证实了生态系统恢复对解决全球挑战的巨大潜在贡献，同时强调了以协同方式追求生态系统修复目标的必要性。
原文请见：StrassburgBBN,IribarremA,BeyerHL,CordeiroCL,CrouzeillesR,JakovacCC,etal.Globalpriorityareasforecosystemrestoration.Nature2020;586:724-729.