Nat Commun | 可持续土地管理增强气候变化下生态与经济的多功能性

科技   2024-11-19 00:01   贵州  

文章导读

土地利用和气候变化是生态系统功能和生态系统服务提供的主要驱动力,这对人类福祉至关重要。生态系统功能是自然过程(生物和地球化学),与生态系统服务的提供及其为生态系统管理者和整个社会产生的经济价值间接相关生态系统多功能性描述了生态系统同时提供多种功能和服务的能力由于不同功能的相互依存和重叠性质,多功能性不仅仅是其各个部分的总和多功能研究领域越来越受到关注,并且越来越多地认识到不同生态系统功能和服务之间发生的权衡和协同作用多功能性视角还允许更全面地评估全球变化对生态系统的影响以及利益相关者从生态系统中获得的利益。


研究方法

方法:(1)GCEF实验:是一项气候正交操作的大型野外试验和在50块土地上的五种不同的土地利用类型,每块约400平方米。试验包括3种草地和2种农田土地利用类型,采用可持续管理(不施用矿物氮肥和农药)和集约管理(施用矿物氮肥和农药)。50个样地分为10个主样地,而每个主样地包含所有5种土地利用类型,5个主样地在环境气候下进行管理,5个主样地在未来气候下进行管理(即土地利用和气候类型的每种组合有5个重复)。

(2)生态系统功能归一平均法:对于每个生态系统功能,计算了多年来的平均值,与之前的生态系统多功能评估一致。利用14种生态系统功能归一化水平的加权平均值,计算了样地水平上的生态多功能性。权重是基于四个不同利益相关者群体的既定偏好。

(3)模拟情景分析法:使用了所有14种生态系统功能的权重情景,以及所有6种生态系统服务的权重情景,以确保与以往研究的可比性。为了计算经济多功能,将列出的生态系统服务货币化(景观美学除外,其中数据可用性不允许货币化)。测试了经济多功能性指数结果对产量的替代价格情景/社会成本情景以及二氧化碳和氮排放的敏感性。

数据来自德国萨克森-安哈尔特州巴特劳赫施泰特亥姆霍兹环境研究中心现场研究站的全球变化实验设施(51°22'60 N,11°50'60 E,118 msl)


研究结果

1.气候和土地利用类型对生态多功能措施的影响

生态系统功能对土地利用和气候处理表现出不同的响应不同气候和土地利用类型对生态生态系统多功能性的影响大小在很大程度上取决于本研究中考虑的四个利益相关者群体的加权方案在本研究中,农田比草地具有更高的生态多功能性。对于四分之三的加权情景(农民、当地居民、旅游业),在环境气候下,可持续管理的农田(有机农业)在所有土地利用类型中具有最高的生态多功能性。这是由于生态系统服务“食物生产”和“审美价值”的高性能。对于环境保护机构的加权情景,可持续经营的耕地和草地表现出相同水平的生态多功能性。这表明在评估土地利用类型对生态多功能性的影响时,必须考虑管理强度。总体而言,与集约化管理相比,可持续管理增加了生态的多功能性,因为在基于矿物肥料施用的集约化管理下,水质较低。在几乎所有加权情景中都观察到可持续管理对生态多功能性的积极影响。仅对当地居民而言,草原的生态多功能性不依赖于管理强度,而仅对农民而言,集约化管理增加了草原的生态多功能性,因为经济产量更高。

图1 不同土地利用类型下的生态多功能性

2.气候和土地利用类型对经济多功能性措施的影响

与多功能性的生态测量相反,未来气候对经济多功能性没有显示出任何显著影响(在敏感性分析中测试的替代价格情景下也是如此)。然而,土地利用和管理类型也对经济多功能性有很大影响 对于草原和农田,与集约化管理相比,可持续经济多功能性大约高出 1.7 至 1.9 倍,因为在可持续管理下没有使用矿物肥料,因此对整个社会的水质价值更高。与生态多功能性相反,平均而言,与农田相比,草地的经济多功能性更高,因为草原的碳封存率更高,因此生态系统服务的“气候调节”具有很高的经济价值。在未来气候下,所有土地利用类型的农民的经济多功能性都显著降低。因为生态系统功能“地上生物量”被赋予了很高的权重,它受到未来气候的重大负面影响。

图2 不同土地利用类型下的经济多功能性

3.生物多样性对生态系统多功能性的作用

线性回归模型用于分析土壤生物多样性与生态多功能性之间的关系。因此,土壤生物多样性相关功能不包括在用于此分析的多功能测量中,而是用作解释变量(计算为土壤多多样性,以整合不同分类群的土壤生物多样性数据),生态多功能仅由 11 个权重相等的生态系统功能组成.对于回归分析,包括所有不同土地利用类型的数据,并针对环境和未来气候分别进行分析。生态多功能性与所有气候类型的土壤生物多样性均呈显著正相关 (R2= 0.147,p < 0.01)。在未来气候下,土壤生物多样性与生态多功能性之间存在微小显著的正相关 (R2= 0.14,p < 0.1),但在环境气候 (R 2= 0.039,p = 0.344). 值得注意的是,这种差异是由于在环境气候下生态多功能性通常较高,但在土壤生物多样性较低的土地利用类型中,生态多功能性尤其受到未来气候的负面影响。土壤生物多样性与生态多功能性之间的相关性在两种气候处理之间没有显著差异(交互项 β = 0.187,SE = 0.157,t = 1.129,p = 0.265)。

图3 土壤生物多样性与生态多功能性之间的关系


原文信息

文章来源:Scherzinger, F., Schädler, M., Reitz, T. et al. Sustainable land management enhances ecological and economic multifunctionality under ambient and future climate. Nat Commun 15, 4930 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41467-024-48830-z

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