从生物物理到社会生态的权衡:在阿根廷干查科地区整合生物多样性保护和农业生产

• 摘要
• 简介
• 方法
  • 研究区域
  • 效率前沿
  • 土地用途设想及结果
  • 土地所有者类型无差异曲线
• 结果
  • 土地所有者类型的识别
  • 土地利用系统的生物物理效率
  • 政策选择的生物物理效率
  • 土地使用制度的社会可取性
• 讨论
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

介绍

发展中国家农村地区为增加农产品生产而进行的土地利用集约化，损害了在地方、区域和全球范围内提供相关的生态系统服务。热带农村的典型情景描绘了当地土地所有者加强和扩大农业生产，而全球保护组织则寻求保护残余的本地生态系统。然而，由于历史和政治因素，社会和环境特征可能因地而异，更高空间尺度的影响也可能不同。因此，土地使用政策如果要产生有效和公平的结果，就应与社会背景和生态规模相匹配(Hein et al. 2006, Ostrom 2009)。了解环境异质性如何影响生物物理生产和生态系统服务之间的权衡对于提高土地利用效率是必要的(Grau et al. 2013)。然而，这一知识不足以促进有效和公平的土地使用结果，除非它辅之以对利益相关者对生态系统服务的偏好和获取的差异如何影响利益的社会分配的理解。

在阿根廷干旱查科地区，降雨增加、土地私有化、旱地农业技术进步以及区域外利益攸关方的影响力不断增强，在过去20年刺激了工业化农业和森林砍伐的加速扩张，即2002-2009年的年增长率为1-1.5% (Vallejos et al. 2014)。如今，查科干旱地区的农业边界处于围绕土地所有者获取和利用生态系统服务的强烈社会冲突的阶段，土地所有者的土地使用制度、决策逻辑和与更高空间尺度的社会经济连通性存在差异(Mastrangelo和Gavin 2012, Mastrangelo等人2014一个)．政府和非政府的研究、宣传和政策部门正在提出旨在实现更公平和更有效结果的不同土地使用政策选项(Grau et al. 2008, Seghezzo et al. 2011)。之前的分析发现，通过评估当地规模的权衡，土地共享(Mastrangelo和Gavin 2012)和土地节约(Macchi等人2013)都有优点。我们使用经验数据明确比较了模拟五种替代土地使用政策情景所产生的保护和生产结果。

在复杂的社会-生态环境中探索土地使用政策选项的效用和可行性，需要将生物物理重点与利益相关者对生态系统服务的偏好分析结合起来的框架(Mastrangelo et al. 2014)b)．整合框架的重要第一步是确定在系统的生物物理限制范围内可以共同生产的生态系统服务的组合，即效率或生产可能性边界(Smith et al. 2012, Cavender-Bares et al. 2015)。然后，可以将效率边界与社会理想结果的识别结合起来，例如，通过评估利益相关者实现相同福祉水平的生态系统服务组合，即无差异曲线(Cavender-Bares et al. 2015)。我们结合效率前沿和无差异曲线的分析，探讨了在阿根廷干查科农业前沿平衡农业生产力和鸟类多样性的管理和政策选择。

方法

研究区域

阿根廷干查科位于南美洲中南部，横跨60万公里，拥有最大的新热带干森林遗迹，是全球最受威胁和研究不足的生物群落之一(Eva et al. 2004, Hoekstra et al. 2005)。它有一个降雨梯度，形成了一个年降雨量为800-1100毫米的西部和中部半湿润地区，围绕着一个年降雨量< 800毫米的半干旱地区。该地区最初居住着6个语系的25个土著群体。新的社会角色在不同的时间到来:一个西班牙后裔的文化群体，即克里奥尔人，在19世纪末定居^th世纪，数百个欧洲移民社区，即殖民者，在20世纪初到达^th在过去的20年里，富裕的农民获得了大量的公共土地(Morello et al. 2005)。后者推动了该地区半湿润边缘地区的大豆种植和半干旱核心地区的牧场种植的迅速扩张，导致土地使用权安全薄弱或没有土地使用权安全的土著社区和克里奥罗家庭流离失所(Grau et al. 2008)。

效率前沿

我们基于Mastrangelo和Gavin(2012)的经验权衡模型构建效率边界。在这个模型中，一个权衡曲线显示了在27个土地所有权上实现的鸟类多样性和牛生产力的组合，这些土地所有权以不同的强度使用了Bermejo-Pilcomayo Interfluve的土地，即阿根廷干查科的农业前沿景观。我们将土地利用集约化定义为单位时间内增加单位土地上牲畜产量的过程。由于在这种情况下，集约化涉及到生态系统的简化，因此土地使用强度由为生产肉牛而降低原生森林垂直结构的程度来表示(表1)。为了构建效率边界，我们沿着权衡曲线确定了实现以下最大组合的土地所有权:(1)农业基质中发现的鸟类多样性相对于最近的原生森林中发现的鸟类多样性;(2)肉牛生产率，即每公顷每年生产的活牛重量)在相对于农业生态潜力的土地占有中实现，即在给定年降雨量和土地使用强度的情况下，该地点可实现的最大产量(基于Berti 2009年)。鸟类多样性有助于多种生态系统服务，因为鸟类是热带土地利用系统保护价值的良好评估者(Schulze et al. 2004)，并为人类提供直接利益(Whelan et al. 2008)。我们假设，对于给定的土地使用强度等级(低、中、高)，能够实现这些生态系统服务最高组合的土地所有权是那些最有效利用土地的土地。这种描述效率边界的方式反映了不同土地使用系统的现实约束，而不是理论限制。

土地用途设想及结果

Mastrangelo和Gavin(2012)在土地持有水平上的总体牛产量和鸟类多样性的经验数据和栖息地偏好群体的经验数据(表1)，用于在景观水平上代表替代政策选项的土地使用情景项目。我们假设只有当地管理因素影响农业矩阵中的鸟类多样性，因为这些因素的影响显著高于景观层面的因素(Mastrangelo和Gavin 2014)。我们预测了五种土地利用情景，每种情景都包含任意定义的10,000公顷空间单元的特定土地利用构成(表2)。在这种规模的查科干旱地区，环境异质性较低，结果主要由土地所有者在土地利用政策约束下的决策决定。土地利用情景为:(1)工业化农业:景观以土地利用系统为主，其中牛在清除了原生森林的土地上的外来牧场上放牧，即高强度系统;(2)土地节约:70%为高强度系统，30%为未受干扰的原生森林;(3)土地共享:景观以森林牧区系统为主，牛在本地树荫下生长的外来牧场上吃草，即中等强度系统;(4)保护型土地共享:70%为中等强度系统，30%为森林碎片;(5)传统牧场:景观以被称为puestos的传统土地使用系统为主，在这种系统中，牛在原生森林和草原上吃草，即低强度系统。

对于每种情景，我们计算了一种生产结果和四种保护结果。我们使用非参数方差分析(Kruskall-Wallis)和Infostat中的事后(HSD)测试(Di Rienzo et al. 2008)在五个场景中比较了这五个变量。我们将政策选项(例如土地共享)的生产结果表示为在相应土地使用情景下(例如100%中等强度系统)实现的产量相对于在最高产量情景下(即工业化农业情景)实现的产量的百分比。保护结果显示了每种政策选项在提供给森林是最佳栖息地的物种(即森林专家)和可以使用森林和非森林栖息地的物种(即栖息地通才)的栖息地质量方面的差异，这些物种在通过放牧管理轻微修改(核心栖息地)和强烈修改(基质栖息地)的土地上。我们将每个保护结果计算为:

(右_X/ R_外汇) * s_即xf

在R_X和R_外汇在土地X或最接近土地X的森林碎片中，鸟类物种、森林专家或生境通才的丰富度(分别)，以及S_即xf为X地块的土地利用制度与森林碎片之间鸟类的物种相似性。通过这种方式，一项政策选择的保护结果突出了查科鸟类物种在母体栖息地的保留，通过计算通常限制在森林栖息地的鸟类物种的百分比，可以在放牧地找到。我们假设，如果未受干扰的原生森林的范围超过Mastrangelo和Gavin(2012)发现的30%原生树木覆盖的栖息地阈值，那么所有的森林特殊物种都存在于景观中。

土地所有者类型无差异曲线

我们将研究区牧场主和农民分为土地所有者类型，并评估他们的偏好，构建群体水平的无差异曲线。为此，我们使用了几个主要来源的定性和定量心理社会数据。首先，我们建立了一个土地所有者类型学，以简化和描述查科农业边界背景下土地所有者的多样性。我们采用了Wilson(2007)提出的农业制度的分类和特征。作者提出，一群农民的显著身份，以及与之相关的一套管理实践，可以被概念化为一种农业制度。基于对2010年和2011年收集的60份对土地所有者的半结构化访谈内容的定性分析(开放编码)，我们确定了显著身份以及相关的信仰、观念和实践。我们使用定性聚类分析，根据土地所有者的基本农业制度对其类型进行分类。我们使用术语农业制度，例如生产主义，指的是土地所有权的综合人与自然维度，而我们使用土地使用系统，指的是土地所有权的生物物理特征，这是由一定强度的土地使用造成的，例如，高强度系统。

其次，我们评估了土地所有者类型对森林保护和农业生产力组合的偏好。我们采用自我报告的方法来衡量土地所有者保护其土地上剩余森林碎片的意图，以代表他们对保护结果的偏好。同样，我们使用了土地所有者自我报告的方法，以衡量他们将土地上的森林残余物转化为牧场或作物种植的意愿，以代表他们对农业生产力的偏好。意图的目标是不具体的，例如，森林残余物，以减少由于担心制裁而引起的潜在反应偏差，这些制裁与土地所有权中可以合法清除的森林区域有关。农业:保护或转变为农业的行动;背景，即土地所有权;时间，也就是下一年，在所有调查中都是具体和一致的。尽管这些意图的衡量方法没有明确地评估对结果组合的偏好，但它们反映了在将有限数量的资源(如森林面积)分配给其他用途(如森林保护与牧场/作物种植)的任何意图和决定中存在的内在权衡。

2012年，我们对89名土地所有者进行了结构化问卷调查，以获得森林保护和森林转换意图的自我报告措施。土地所有者被要求使用双向5点李克特量表(非常强烈[+2]/非常微弱[-2])对以下陈述进行评分:“我明年保持我土地上的森林残余物不受干扰的意愿是(非常强烈/非常微弱)”和“我明年将我土地上的森林残余物转变为牧场或农田的意愿是(非常强烈/非常微弱)。调查问卷还询问了土地所有者在实现其土地使用意图时所感受到的障碍，例如土地所有权、获得资本的途径。我们为每个被调查的土地所有者绘制了自我报告的意图测量方法，以评估他们在竞争结果之间权衡的意愿。可以预期的是，相同土地所有者类型的土地所有者的保护意愿和生产力的权衡集中在权衡空间。我们为每种土地所有者类型选择了最佳拟合曲线，以描绘他们达到相同满意度的保护和生产结果的组合。因此，无差异曲线表明，相同类型的土地所有者通常对曲线所描述的结果组合不感兴趣。

结果

土地所有者类型的识别

我们将土地所有者分为三个利益相关者群体之一，其特征是基础农业制度。第一个聚类(n = 15)与前生产主义农业制度有关，因为土地所有者认为自己是土地的管家(Wilson 2007)。这种身份是在长期居住在这些景观中以及当地社会和生态系统之间强烈的反馈相互作用中建立起来的。查科的前生产主义土地所有者开发了一种低强度和生产力的土地使用系统，称为puesto。在普埃斯托斯饲养小牲畜和牛依赖于生态系统的天然饲料生产力，并为家庭提供生存基础。第二个聚类(n = 5)与多功能农业制度有关，因为土地所有者表现出生产和保护导向的行动和思想的共存(Wilson 2007)。多功能土地所有者大多来自查科地区，他们开发的土地使用系统结合了当地生态系统的要素和现代农业技术的进步，例如，综合了遮荫和饲草树以及高产牧场的森林牧区系统。第三类(n = 7)与生产主义农业制度有关，因为他们对农业工业模式的集约化和扩张表现出强烈的态度，以最大限度地提高生产和经济产出(Burton和Wilson 2006)。正如Manuel-Navarrete et al.(2009)所描述的那样，大多数生产主义土地所有者在过去20年里从潘帕斯地区来到查科。他们部署了土地使用制度，其基础是彻底清除当地生态系统，在清除的地区种植高产牧场或作物。 The strategy of productivist landholders was based on a tight connection with international markets of land and agricultural inputs and outputs. There was a close relationship between the psycho-social characteristics of landholder types and the level of land-use intensity of their landholdings, as indicated by the short distance between landholdings of the same typology in the trade-off space (Fig. 1).

土地利用系统的生物物理效率

我们发现，当农业生产力提高到其农业生态潜力的60-70%以上时，鸟类多样性出现了阈值响应(图1)。这表明，随着我们增加森林的土地利用强度，鸟类多样性保持稳定，甚至在牛的生产力达到其农业生态潜力的50-60%之前，鸟类多样性会出现非常轻微的增加。换句话说，在附近未受干扰的森林中发现的90-95%的鸟类可以在低土地利用强度的土地利用系统中生存。然而，当我们达到可实现产量的60-70%之间时，鸟类多样性开始下降，当土地利用集约使该系统超过其潜在农业生产力的70%时，鸟类多样性急剧下降。为了说明这一趋势，一个中等强度的系统为附近森林中90%的鸟类提供了栖息地，并实现了60%的潜在产量。与此相比，生产率提高20%的高强度系统为减少50%的鸟类提供了栖息地。

在权衡空间中，土地所有权与效率边界的接近程度表明了它在平衡保护和生产目标方面的效率。由多功能土地所有者管理的五分之三的中等强度土地所有权位于距离效率边界较近的地方。前生产主义土地所有者管理的低强度土地所有权的效率差异很大，15个土地所有者中有4个表现出高效率，15个土地所有者中有3个表现出高度低效。由生产主义土地所有者经营的高强度土地所有权效率最低，因为七分之三的土地远离效率边界。总体而言，效率前沿表明:(1)从低强度系统向中等强度系统过渡可以获得效率的大幅提高，因为农业生产率可以在不影响鸟类多样性的情况下提高35-65%;(2)从中等强度系统向高强度系统过渡时生产率的小幅提高会带来效率的大幅下降，因为它会导致鸟类多样性大幅下降(20-60%)。

政策选择的生物物理效率

通过对备选土地使用情景的预测，可以评估政策选项的相对效用，以平衡保护和生产结果(表2)。不同情景下的牛产量差异显著(F = 72.87, p < 0.05)。工业化农业情景下的牛生产率最高，而与土地共享情景相比，在预留30%森林和不预留30%森林的情况下，土地节约情景下的牛生产率在统计上没有差异。此外，土地节约情景下的牛产量比土地共享情景下低16.9%。这一结果与人们普遍持有的观点相矛盾，即在同一块土地上整合生产和保护，即土地共享，比土地利用集约和预留土地(即土地节约)相结合产生的产量更低(Phalan et al. 2011)。在工业化农业情景下，通过高强度系统实现生产成果最大化创造了一个缺乏原生植被的景观，只有不到三分之一的森林鸟类栖息，除了一种是栖息地通才物种。土地共享情景下，基质生境中多面手物种的比例是工业化农业和土地节约情景下的两倍以上(H = 33.46, p < 0.05)。土地共享方案只比工业化农业方案提供了13.1%的产量，尽管它创建了一个矩阵，用于四分之一限制在森林栖息地的鸟类和三分之二的查科地区本地栖息地的通用性物种。土地共享情景下基质生境中森林特种树的比例显著高于工农业和土地节约情景下(H = 33.65, p < 0.05)。

在土地节约情景下，划出不低于景观面积30%的森林区域，为所有检测到的鸟类提供了核心栖息地，尽管在70%的景观中，高土地利用强度创造了一个鸟类保护价值非常低的矩阵。传统的放牧方案允许保护在未受干扰的森林中发现的大部分森林专家物种(62.6%)和生境通才物种(84.8%)。与预留30%森林的情景相比，传统放牧条件下的生境通用性物种比例差异不显著，而森林特种性物种比例差异有统计学意义(H = 21.75, p < 0.05)。与土地节约方案相比，传统牧场可以支持更多的鸟类种群，因为前者的核心栖息地范围是后者的3.3倍。然而，以传统牧场系统为主的景观提供的牛产量分别比土地共享和土地节约情景低8.7倍和7倍。最后，将土地共享和保护同时放在同一景观上的方案为查科所有鸟类提供了:(1)在30%的未受干扰的森林区域为所有查科鸟类提供了核心栖息地，(2)在70%的森林牧林系统覆盖区域提供了高质量的矩阵，与土地保留方案相比，矩阵中保护的森林专家物种和栖息地通才物种分别增加了23.8%和36.5%。这些更大的保护成果的代价是，与土地节约情景相比，产量仅减少了9%。

土地使用制度的社会可取性

前生产主义土地所有者报告了非常强烈的保护其土地上的森林的意愿(Likert分数= 1.52 ~ 0.67)和将这些土地转化为农业的意愿(Likert分数= 0.74 ~ 1.04)。前生产主义土地所有者的无差异曲线(图2)显示了puestos保护森林的一致意愿，即使其中许多人也有将森林转为农业的强烈意愿。在这一群体中，森林转化的意图是为了清理小块土地(1-10公顷)用于牧场种植。多功能土地所有者报告了强烈的保护意愿和将森林转化为农业的意愿(Likert得分分别为1.12 - 0.89和1.08 - 0.77)。更愿意保护森林的多功能土地所有者将其转化为农业的意愿相对较弱，反之亦然(图2)。最后，生产主义土地所有者报告了将森林转化为农业的强烈到非常强烈的意愿(Likert得分= 1.35 - 0.81)，而保护森林遗迹的意愿较弱(Likert得分= -0.76 - 0.89)。更愿意将森林转变为农业的生产主义土地所有者对留出一些森林残余物表现出了更高的反对(图2)，这表明他们会继续扩大农田和牧场，只要他们能获得林地并清理森林。

讨论

权衡分析和情景模拟相结合被证明有助于描述和比较不同土地持有和景观类型同时提供生态系统服务的生物物理潜力。此外，效率边界和无差异曲线的联合评估允许识别提供高保护和高生产结果并符合土地所有者偏好的系统状态。将有关土地所有者偏好的信息纳入土地使用政策设计可能会提高干预措施的社会接受度和合法性，从而提高其在制止阿根廷干查科森林砍伐方面的有效性。

权衡分析是确定系统状态的逻辑起点，在这些状态下，相互竞争的土地使用目标能够有效且经济地得到满足(De Fries等人，2004年)。在我们的案例研究中，与高强度系统相比，多功能土地所有者实施中等强度森林牧养系统为保护提供了“大收益”(鸟类增加30-50%)，而生产则有“小损失”(产量减少10-15%)。效率前沿和情景模拟支持了原生乔灌木与高产禾草整合的成本效益。与土地节约情景相比，森林生境专家和生境通才物种的比例显著高于森林生境共享+保护情景下的森林牧区基质，即土地共享+保护情景下的牛产量相似。

要使景观产生这些共同利益，土地使用选择的生物物理潜力必须与土地所有者实施这些选择的意愿相一致。因此，评估无差异曲线是权衡分析的逻辑延伸。无差异曲线显示，多功能土地所有者对保护和生产结果的偏好平衡，生产主义土地所有者明显倾向于砍伐森林以提高生产力。因此，要实现查科农业边界土地共享方案的潜力，就需要从生产力主义农业体制向多功能农业体制转变(图3，向上箭头)。

在查科农业前沿，低强度系统显示出高效的平衡保护和生产结果，由一般倾向于保护森林的前生产主义土地所有者管理。有趣的是，这种保护主义态度在前生产主义土地所有者中同时存在，他们倾向于清理小块土地用于作物和牧场种植。因此，预计前生产主义的土地所有者将保持他们的低强度系统，但其中的某些部分可能会被强化以提高牛的生产力，这表明可能会从前生产主义向更多功能的农业制度过渡(图3，左箭头)。通过将前生产主义和生产主义制度融合为多功能制度，向土地共享情景过渡将需要明智的政策设计。

了解农业制度之间的哪种转型可能提高效率，以及土地所有者愿意在多大程度上经历这种转型，对于政策干预的设计非常重要。前生产主义的土地所有者愿意有选择地清除他们土地上一小部分的木质下层植被，以支持生产力更高、更稳定的草种，并允许牛在树荫下吃草。因此，是土地所有者自己促进了从前生产主义到多功能制度的相关效率收益，即内生动力转型(图3)。不幸的是，在大多数前生产主义土地所有者中，不安全的土地保有权使他们无法获得和投资资本来发展森林牧区系统。

相比之下，生产主义的土地所有者通常不愿意在已开垦的地区留出森林碎片或种植本地树木和灌木，尽管有证据表明，这些做法将提高其系统的长期稳定性和生产力(Murgueitio et al. 2011)。在缺乏内生动机的情况下，提高生产主义制度的保护成果需要针对生产主义土地所有者行为的外生干预措施，即外生促进的过渡(图3)。在阿根廷干查科地区，土地使用分区和生态系统服务付费等干预措施刚刚起步。然而，这些激励和法规的有效性一直很低，部分原因是没有充分考虑土地所有者的行为(Seghezzo et al. 2011)。

我们的研究是将利益相关者的偏好整合到阿根廷干查科生态系统服务供应分析中的第一步。需要进一步的工作来更精确地评估土地所有者的偏好，从而减少宣布的意图和观察到的行为之间的潜在差距。研究发现，社会心理因素，如同行土地所有者的意见和预期，强烈地调节了小农保护森林碎片的意愿(Mastrangelo et al. 2014)一个)．对土地所有者群体动态的研究可能有助于理解和设计影响个人偏好的干预措施。此外，还需要在更大范围内绘制土地所有者群体之间以及与利益相关者之间的相互作用，即国家政府和国际市场，以充分反映农业前沿社会-生态权衡的复杂性。

最后，制度因素在土地使用转变的可能性方面发挥着至关重要的作用，无论是作为障碍(如土地保有权不安全)，还是作为促成因素(如政策激励和规章)。农业前沿地区的保护和发展成果可能不仅与农业生产力有关，也与土地的分配和获取有关。因此，回答土地使用转变如何符合现有的制度安排或如何通过现有机制加以促进，应补充对其生物物理效率和社会可取性的分析。为了更好地为政策设计提供信息，需要更加重视影响阿根廷干查科地区获得生态系统服务的社会和制度因素。

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