Journal of Ecology | 基于自然的复原力解决方案的干预措施：生态视角

文摘 2024-08-21 12:24 江苏

以自然为基础的解决方案（NbS）已在科学、政策和实践者之间出现，以应对社会面临的环境挑战。NbS涉及人们与自然合作，保护、恢复或管理生态系统。然而，NbS支持生物多样性的程度各不相同，这对生态复原力产生了影响。

我们回顾了NbS文献中如何对生态复原力进行概念化。文献中既提到了对特定干扰的复原力，也提到了对未来环境变化的一般复原力。

我们发现，除植树造林工作外，有关复原力机制的报道十分有限，因为在植树造林工作中，人们越来越认识到物种多样性在促进复原力方面的作用。对于在物种和种群内部（如遗传多样性）以及在景观尺度上（如连通性）运作的复原机制，报告也很有限。尽管旨在应对气候变化的NbS非常普遍，但抵抗力却被忽视了。从更广泛的生态学文献中，我们提炼出了为本地和实验生态系统确定的复原机制，并提出了在NbS中出现复原机制的干预措施。

综述。保护生物多样性的干预措施（如保留和恢复生态系统）至关重要，因为生物组织内部和跨生物组织尺度的生物多样性是NbS中若干生态复原力机制的基础。

1 引言

基于自然的解决方案（NbS）是应对社会挑战、气候变化、生物多样性丧失和可持续发展的行动，旨在保护和恢复本地生态系统，造福生物多样性和人类。NbS标准源于生态系统管理综合方法的基本原则，包括生物多样性保护、人类福祉和经济。它建立在大量关于自然对支持人类福祉的生态系统服务所作贡献的文献基础之上。NbS起源于欧洲，但在全球范围内正日益受到重视。在城市景观中，它们通常被用于适应气候变化，但在农业和森林景观中，它们也被用于保护生物多样性及其他益处。

NbS的有效性部分取决于其复原力，简单地说，就是其应对干扰和不断变化的环境条件的能力。这一点在适应全球气候变化的背景下尤为明显，但也与减轻其他导致生物多样性丧失和影响人类福祉的压力因素有关。在此，我们回顾了NbS文献中如何对复原力进行概念化。然后，我们参考了更广泛的植物生态学文献，以确定经过实证检验的生态理论可为建立和管理具有恢复力的NbS提供信息的差异和差距。我们的目的是提供一个全新的视角，并提出针对复原力机制（即支撑复原力的生态因素）的干预建议。

2 人类与NbS

在此，我们关注的是NbS生态结果的复原力，包括生物多样性保护、多种生态系统功能的维持以及完整原生生态系统的保护。然而，我们也承认，人类是NbS不可或缺的一部分，他们是推动干预措施的管理者，也是这些成果的受益者。由于适应性治理在促进NbS长期性方面的作用，因此在援引复原力机制时特别强调了社会生态系统中人与自然的联系。此外，新兴的生物多样性和自然修复市场（如DCCEEW）可能会影响NbS支持的干预措施的规模、类型和位置。这些问题本身值得进一步探讨。

3 生态复原力

生态复原力被定义为生态系统忍受干扰的能力，而不会转变为由一组不同过程控制的质量上不同的状态。尽管几十年来人们对如何概念化和测量这一概念一直感到困惑，但这一概念仍保持着直观的吸引力。复原力不是抵抗力（即干扰后生态变量发生变化的程度），复原力可与完整和退化的生态系统状态相关联。充其量，在全球变化增加了干扰事件的频率和强度的时代，复原力提供了一个概念基础，可用于识别生态系统的重要变化和不重要变化。从维持生物多样性和生态系统功能的角度来看，哪些状态变化是可以容忍的，哪些变化会导致生物多样性和功能的丧失？哪些机制赋予完整生态系统以复原力，如何将这些机制恢复到退化或受管理的系统中？

4 生态复原力是如何纳入NbS的？

我们使用SCOPUS数据库中的关键字搜索功能搜索了2005年至2023年间发表的相关文献。关键词包括“nature-based solutions”和“ecological resilience”。我们使用滚雪球技术找出了更多相关文献。我们的目的是确定将生态复原力纳入NbS的各种方式。

一般来说，NbS的复原力是在“气候复原力”或对未指定的未来干扰和环境变化的复原力（即“一般复原力”）的背景下考虑的。气候复原力可能是指对干旱或霜冻等短期干扰事件的复原力。在降雨量减少或温度升高等气候持续变化的情况下，抵抗力可能比复原力更重要，因为压力是持续存在的，但这一概念在NbS文献中未得到充分利用。取而代之的是，“短期复原力”和“长期复原力”分别用于描述NbS对短期干扰和长期环境变化的响应。这种类型与Holling的复原力并不一致，但与最近明确纳入全球环境变化和生物多样性丧失等恶性问题的概念框架相一致。

以自然为基础的项目的支持者们显然已在努力解决这一问题，尤其是为紧急问题提供解决方案，而不是解决非紧急但同样重要的问题。例如，低多样性的NbS可能会作为某些问题（如土壤侵蚀、洪水缓解）的快速解决方案而受到青睐，但如果这些项目不能抵御其他干扰（如火灾、干旱），则无法为自然和人类带来长期效益。同样，快速生长的物种可能会受到项目的青睐，尽管它们对改善生物多样性的潜在贡献不足，对干扰的恢复能力低，在某些情况下还会影响供水。虽然这些项目“以自然为本”，但“解决方案”可能转瞬即逝，或因权衡利弊而无法实现多种结果。

在大多数情况下，NbS文献中复原力概念的定义和使用与Holling的复原力一致：从干扰中恢复并重新获得生态功能。然而，有关有助于提高NbS复原力的生态机制的证据却微乎其微。这些发现与近期对适应气候变化的NbS进行的系统性研究结果一致。例如，尽管认识到反应多样性（物种对干扰的不同反应）对本地生态系统恢复力的重要性，但对反应多样性的研究却很有限。在个体（如遗传多样性、表型可塑性）和景观水平（如连通性、斑块结构）上运行的复原力机制也缺乏成果报告。这也与更广泛的生态学文献不同，在更大的生物组织尺度上，已经确定了多种恢复机制。此外，复原力机制很可能是相加的，一旦复原力形成，它很可能会持续下去，尽管有些机制的出现可能需要时间。

在全球范围内，人工林是一个突出的NbS，因为其具有解决气候和生物多样性危机的潜力（2020年的造林面积为2.9亿公顷）。植树造林是一种参与性的可行做法，具有实现高标准恢复目标的潜力。因此，涉及人工林的NbS在我们的审查中占主导地位。这些森林几乎有一半是单一树种，可提供木材和碳储存，但这些森林缺乏物种丰富性、功能和反应多样性以及结构。与低多样性的同类森林相比，本土森林和混交物种恢复种植往往对火灾、病虫害有更强的抵御能力。它们的碳储存也更加稳定，与单一栽培相比，它们的木质生物量可积累同样多或更多的碳，这对于希望从这些项目中获得碳信用额的支持者来说非常重要。树木多样性可降低种植失败的风险：在比利时三个实验的126个样地中，树苗混合种植比单一种植的样地块存活率差异更小。综上所述，越来越多的人认识到，物种多样化的人工林可以带来比单一种植更好的生态结果，包括更强的抗干扰能力。我们将在下一节讨论物种多样性如何增强抗干扰能力。

5 NbS的主要恢复机制

总体而言，需要设计、实施并测量和报告从小尺度到大尺度（即个体、群落、生态系统和景观水平）的复原机制（图1）。这对于依赖恢复工作的NbS尤为如此，因为与保护和管理残存的本地植被相比，这些工作通常需要更极端的干预措施。退化地貌上的植物建立和植被发展可能存在障碍（即退化生态系统状态具有复原力）。例如，在易受干旱影响的干旱地貌上，克服育苗障碍的方法包括播种种子体积大、具有一年生生活形态的植物物种。与完整生态系统状态下的复原力不同，重点在于降低退化（“stuck”）生态系统状态下的复原力。我们在下文讨论关键复原力机制时考虑了这一因素，并建议采取干预措施，以维持或恢复这些机制（表1）。

图1与组织单位（y轴）、增大的空间尺度（x轴）和时间尺度（z轴）相关的主要生态复原力机制概念图。我们没有具体说明干扰背景，但假定这些机制适用于干旱、火灾和洪水等野生型干扰。由于大尺度机制依赖于生态和生态系统过程的恢复，因此大尺度机制通常比小尺度机制需要更长的时间才能出现。表1列出了恢复机制的干预措施。

种群内部或一个物种在其分布范围内的遗传多样性（即适应性变异）使植物物种能够应对环境变化。同样，植物个体也可通过表型可塑性调整其生理或形态，这在广泛的物种和性状中都很明显。在全球气候变化被广泛接受之前，适应性变异的概念被用于支持“本地来源”的种子和种质资源采购战略。当时的假设是，当地的植物种群最能适应当地的环境条件。气候变化对这一战略提出了质疑；“气候调整”战略可能会更成功，即种子来源考虑到恢复地点未来可能出现的气候，并有意识地纳入基因型组合。遗传多样性和表型可塑性可协同作用，促进物种对干扰和压力的恢复能力，特别是如果前者被用于气候调节原产地策略中。这些机制很可能与在更高生物组织水平上运行的机制共同促进复原力的形成（表1）。

响应多样性被认为对生态系统抵御干扰的生态复原力至关重要，因为它有助于功能补偿（即物种对失去的物种进行功能补偿，从而维持整体功能）和生态位互补（如物种间资源利用的差异）。因此，维持复原力的因素不是生物多样性本身，而是这些物种在生态系统和景观中的反应（和影响）。可通过在NbS中有意识地纳入或保持具有不同响应（和效应）性状的植物物种来解决响应多样性问题。这有时被称为生物保险理论下的“组合效应”，即多样化的林分更有可能包含面对干扰时维持生态系统功能所需的各种物种反应。如果需要一种以上的功能（这适用于大多数NbS），多样性就会变得更加重要，因为物种既可能是功能独特的，也可能是多余的。这些低水平的多功能冗余意味着需要从参照生态系统中恢复和保护尽可能多的物种。

考虑到群落中多个物种所需的详细时空数据，将物种间资源利用的生态位互补性纳入干预措施很难实现。不过，利用物种性状和环境数据（例如，利用扎根深度、地下水和降雨量数据）可以推断出某些资源的互补性。考虑到植物提供而非使用资源，将开花物候纳入种植设计可实现花粉供应的时空互补性，加强植物与授粉者之间的相互作用。总之，这种恢复机制强调了将缺失的功能群恢复到退化地点的重要性。

植被结构通过提供斑块、资源生态位和生境异质性来促进复原力。在恢复过程中，这一属性的发展需要时间（图1）。需要特别关注地被和林下结构及植物物种，因为这些较少被纳入NbS。这可能还需要特别关注食草动物种群的管理。在支持栖息地资源的植被结构发展的同时，可以添加巢箱等人工结构作为临时措施（表1）。

越来越多的经验表明，景观连通性有助于提高复原力，而且还可能具有模块性（即局部尺度的高连通性与较大尺度的弱连通性）。适量的连通性和模块性决定了生态系统从干扰中恢复的速度及其在景观中的持续性。这对确定景观尺度上恢复干预和管理工作的重点具有影响。NbS通常在景观层面实施，人们认识到复原力取决于多样化的网络结构、景观异质性和连通性。在景观层面，考虑连通性、模块化以及斑块大小及其状况可提高种群对扰动的恢复力，提高元种群的生存能力，促进生态系统之间的能量流动，保护生物多样性。静态模拟模型显示了景观因素的重要性，但需要采用动态方法来预测NbS的具体复原力反应，例如在单次或多次干扰事件和干扰类型之后的再生和重新组合。

扰动和景观背景对于了解哪些恢复机制适用于哪些NbS和哪些地方非常重要（即什么对什么和对谁具有复原力）。水力性状的多样性对抗旱性和恢复力非常重要。再生性状对于极端干扰事件后的植被恢复尤为重要，例如澳大利亚、加拿大和欧洲的特大火灾，在这些事件中，恢复能力受到损害，生态系统可能恢复缓慢。这是因为植物需要时间生长根茎和发展种子库。如果火灾发生在恢复植被的幼苗成熟之前（即不可能从根茎重新萌发，种子也尚未产生），那么植被可能无法恢复（即对火灾没有恢复能力）。幸运的是，低燃料负荷可防止新建立的植被发生火灾。

6 结论

本综述强调了生态复原力对NbS成功兑现应对社会挑战承诺的重要性。虽然NbS一词是最近才出现的，但包含NbS的行动并不新鲜。NbS项目包括加强和保护河岸栖息地，以缓解洪水和适应气候变化，以及在废弃农田上种植生物多样性碳林，以恢复生物多样性、增加碳固存、缓解干旱影响并提供社会效益。事实上，植树和森林管理是一种常见的NbS，我们同意其他人的观点，即应扩大这一重点，以包括更广泛的陆地和水中生态系统。

对生态复原力机制的报告微乎其微，且不包括小尺度和大尺度的生物组织。幸运的是，在更广泛的生态学文献中已经确定了几种复原机制，可为今后NbS的设计和实施提供参考。生物组织尺度内和生物组织尺度间的生物多样性是几种复原机制的基础。可以说，保留和恢复野生生物栖息地的NbS是保护生物多样性的最有效手段。强调生物多样性在非生物质能源抵御干扰和压力方面的重要作用，将有助于加强其对投资者的价值主张，从而提高非生物质能源被选为替代engineered-concrete解决方案的可能性，以适应和减缓气候变化。强调生物多样性既是复原力NbS的机制，也是其结果，可能会为投资者和受益者提供最有说服力的论据。虽然我们有意将重点放在植物生态学学科的贡献上，但了解经济、制度和社会机制如何帮助或阻碍促进复原力NbS的生态机制也很重要。

文献信息

Interventions for resilient nature-based solutions: An ecological perspective

期刊

Journal of Ecology (IF = 5.3)

作者

Rachel J. Standish*, Tina Parkhurst

发布日期

2024 年 8 月 19 日

DOI

https://doi.org/10.1111/1365-2745.14377

文章翻译仅代表译者的理解，如需参考和引用相关内容，请查阅原文。

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http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkzOTUwMjk0Mg==&mid=2247485594&idx=1&sn=39d3fc743ee0238e6eb0d99cb331bd1e

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