(2024年6月20日)
作者提出了一种新的生态经济评估方法，即德国中部农业生态系统的多功能性如何取决于土地利用类型和气候情景。作者在两种不同气候情景(当前气候和未来气候)下，对5种不同土地利用类型的14个生态系统变量进行了分析（图1）。基于不同权重的平均值来衡量生态多功能性，反映了基于调查数据的四种利益相关者的偏好。
1. 实验设备。实验设备来自德国亥姆霍兹环境研究中心的全球变化实验室，该实验样地所在的地区属于大陆性气候，1896-2013年的平均气温和降水分别为8.9度和489毫米。实验共分为五种土地利用类型（图2），分别为传统农业（CF），有机农业（OF），集约草甸（IM），粗放草甸（EM）和粗放牧场 （EP）。研究的时间尺度2014-2023年，一块样地大小约400m2，总共50块样地，分为5个实验组，每组10块样地，分别为2种气候情景对应不同的5种土地利用类型。
2. 计算生态系统功能。利用不同的田间采样和实验方法分别计算地上生物质产量、土壤有机碳总量、土壤微生物生物量、酶活性、分解速率、土壤养分浓度、土壤中大型动物、土壤线虫和花卉丰度等生态系统功能。
3. 计算生态多功能性。采用平均法计算，从调查数据中获得对该生态系统类型提供影响最大的四个不同利益相关群体的生态系统服务偏好。这四个利益相关者群体分别是农民、当地居民、环境保护机构和旅游业。根据它们在各自生态系统服务中所占的相对份额作为加权因子，计算不同生态系统功能水平的加权平均值。
4. 计算经济多功能性。通过单个生态系统服务的价值相加计算得出，单个生态系统服务价值由其水平乘以其对应的市场价格得出。
最后，作者对比当前气候和未来气候。主要结果是未来气候下生态多功能性降低。这是由于未来气候条件下水的可利用性减少，对主要的生态系统功能产生了负面影响，即“地上生物量生产”、“花卉丰度”和“地上分解率“。
图3 不同土地利用类型的生态多功能性
与生态多功能性相反，草地的经济多功能性高于农田，因为草地的碳封存量较高。由于在可持续管理下没有施用矿物肥料，水质对整个社会的价值更高，因此，与集约化管理相比，可持续管理的经济多功能性高出约1.7~1.9倍。
未来气候对经济多功能性没有显示出任何显著影响。在未来气候下，所有土地利用类型对农民的经济多功能性都显著降低（图4），因为生态系统功能中的“地上生物量”权重很高，而“地上生物量”在很大程度上受到未来气候的负面影响。
图4 1995年至2019年间与欧盟27国消费相关的压力和影响的相对变化
经济多功能性在草地和耕地之间有所不同。对于可持续管理的草地来说，经济多功能性大约是农民经济效益的两倍，农民的经济效益仅包括粮食生产以及生物多样性和土壤健康价值，但不包括整个社会获得的水质和气候调节效益。相反，在集约化管理下，农民的经济效益高于整个社会的经济效益。经济多功能性中的生态系统服务价值构成在草地和耕地之间有所不同（图5）。对于草原而言，由于草原的碳封存量较高，经济多功能的很大一部分是由“气候调节”服务贡献的。在集约化管理下，草地的“粮食生产”服务的经济价值略有增加，农田的经济价值略有下降。对于集约管理的土地利用类型，氮过剩（降低水质价值）对经济多功能性有强烈的负面影响，而对于可持续管理的土地利用类型来说，这种影响可以忽略不计。
作者采用线性回归模型分析土壤生物多样性与生态多功能性的关系。图6展示的是两种气候情景下所有土地利用类型的土壤生物多样性与生态多功能性之间的关系。
个人评价
Abstract：
The currently dominant types of land management are threatening the multifunctionality of ecosystems, which is vital for human well-being. Here, we present a novel ecological-economic assessment of how multifunctionality of agroecosystems in Central Germany depends on land-use type and climate. Our analysis includes 14 ecosystem variables in a large-scale field experiment with five different land-use types under two different climate scenarios (ambient and future climate). We consider ecological multifunctionality measures using averaging approaches with different weights, reflecting preferences of four relevant stakeholders based on adapted survey data. Additionally, we propose an economic multifunctionality measure based on the aggregate economic value of ecosystem services. Results show that intensive management and future climate decrease ecological multifunctionality for most scenarios in both grassland and cropland. Only under a weighting based on farmers’ preferences, intensively-managed grassland shows higher multifunctionality than sustainably-managed grassland. The economic multifunctionality measure is about ~1.7 to 1.9 times higher for sustainable, compared to intensive, management for both grassland and cropland. Soil biodiversity correlates positively with ecological multifunctionality and is expected to be one of its drivers. As the currently prevailing land management provides high multifunctionality for farmers, but not for society at large, we suggest to promote and economically incentivise sustainable land management that enhances both ecological and economic multifunctionality, also under future climatic conditions.
Citation：
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).
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