当代的保护干预努力实现多个目标,包括维持生物多样性和生态系统服务,如生物地球化学循环,以及减轻贫困(Sunderlin et al. 2005, Hirsch et al. 2011)。自1992年在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展会议以来,国际政策努力寻求协调这些环境和社会经济优先事项(Balmford et al. 2002)。例如,为生物多样性保护而设计的保护区往往旨在提供其他公共服务,如当地自然资源的可持续利用(Schwartzman等,2000年)、区域气候的稳定性(Soares-Filho等,2006年)、降低空气污染水平和流域维护(Parviainen和Frank 2003年,Chisholm 2010年)。同样,减少森林砍伐和森林退化排放(REDD+)倡议的制定,通过监管执法和奖励机制,如生态系统服务付费,保护高碳储备地区(Angelsen和Brockhaus 2009, Sunderlin和Sills 2012, Duchelle等人2014),呼吁“共同利益”,包括生物多样性保护和提高农村生计(unfccc 2011, Phelps等人2012)一个,Strassburg et al. 2012)。尽管如此,目前寻求将保护目标之间的环境和经济权衡最小化的政策选项面临的经验数据不足,无法评估森林价值不同组成部分之间的潜在权衡(Paoli等人2010,Hirsch等人2011,Phelps等人2012b).
对生态系统服务的全球分析揭示了高碳储量和高生物多样性地区之间的地理重叠(Venter et al. 2009, Strassburg et al. 2010)。这些分析指出了REDD+政策在减缓物种灭绝方面的潜在共同效益(Phelps等,2012b,Strassburg et al. 2012)。然而,在区域尺度上,碳储量和生物多样性的对应关系可能不那么强(Paoli等人2010,Thomas等人2013)。如果其他生态系统服务没有表现出与生物多样性强烈的空间对应关系,那么执行专注于特定生态系统服务的政策,如REDD+和碳储量,就会面临资源开发转移到低碳储量但生物多样性高的地区的巨大风险(Paoli等人2010,Gardner等人2012,Phelps等人2012b,Siikamäki和Newbold 2012, Thomas et al. 2013)。
热带森林是REDD+干预措施可能对生物多样性保护产生显著协同效益的优先领域,因为热带森林拥有世界上一半以上的受威胁物种(Le Saout et al. 2013),并且是全球温室气体排放的主要来源(van der Werf et al. 2009)。在近三分之一由社区拥有或管理的热带森林中(Sunderlin et al. 2008),保护战略还必须平衡支持当地生计的森林产品的多种用途(Duchelle et al. 2012)。承认现存森林的经济和生态价值当然不是什么新鲜事。事实上,在碳市场发展之前就出现了初步的森林估值方法,认为在计算碳储量或其他生态系统服务之前,现存森林在支持当地生计方面具有显著的经济价值(Peters等人1989年,Godoy等人2000年)。因此,必须考虑碳减排的地理目标可能在多大程度上限制木材和非木材林产品(NTFPs)的资源开采(UNFCC 2011, Phelps等,2012)一个).此外,如果木材存量在地理上与非木制森林产品丰富的地区重叠,那么如果政策优先考虑其中一种而不是另一种,就可能发生使用冲突。这同样适用于针对碳排放或生物多样性保护的政策(Guariguata et al. 2010, Shanley et al. 2012, Herrero-Jáuregui et al. 2013)。
至少在三个方面,选择代表生物多样性的适当指标使减缓保护权衡的工作进一步复杂化。首先,不同的焦点物种群,如植物、昆虫和哺乳动物,可能有不同的生物地理分布,对干扰可能有不同的反应(Gardner et al. 2008)。其次,生物多样性的优先事项可能不仅包括场地的总多样性,还包括受威胁或特有物种的存在(Strassburg et al. 2010, LeSaout et al. 2013)。第三,不同的多样性指标针对不同的生物组织水平,可能会提供不同的结果。最近的分析表明,传统的分类多样性指标并不总是与系统发育多样性(可能捕捉到适应的潜力)或功能多样性(可能有助于预测社区对全球变化的恢复力)一致(Tucker和Cadotte 2013)。特别是,功能多样性与与经济上重要的生态系统服务相关的重要生态过程直接相关(de Bello et al. 2010, Mouillot et al. 2011, Lavorel 2013),并被证明对干扰的反应不同于分类多样性(Baraloto et al. 2012)一个).
鉴于热带森林地区的利益攸关方众多而多样,迫切需要对热带森林价值进行综合衡量。这些指标不仅必须包括碳储量和其他生态系统服务,还必须包括生物多样性的多个方面,以及对农村生计至关重要的木材和非木材木材(unfccc 2011, Phelps等,2012)一个,Ninan和Inoue 2013)。
最近发展了一些方法,利用现有的数据源,依靠关于森林结构的资料来估计森林价值的某些组成部分。这类工作通常着重于根据遥感技术(Asner等,2010年)或粗分辨率森林库存数据(Ahmed和Ewers, 2012年)估算木材储量和地上生物量。然而,即使对于与森林结构相关的这些相对直接的森林价值组成部分,不同退化程度的森林类型仍然存在很大的不确定性(Sasaki和Putz 2009)。因此,仍然需要通过森林清查使用目标实地数据的经验方法来评估森林价值的这些和其他组成部分,并在开发遥感技术时作为最终校准数据(Hosonuma等,2012年)。
亚马逊西南部地区为更广泛的森林价值研究提供了一个令人信服的例子。该地区生物多样性高,特别是特有物种的存在(ter Steege et al. 2013)。该地区的社区实行多种用途的森林管理,包括采伐两种木材,特别是木麻黄(Dipteryx(Spp .)、cumaru cetim (Apuleia leiocarpa), ipe (Tabebuia(Spp .)和塞德罗(Cedrela),以及收集许多非木制森林木材,包括巴西坚果(Bertholletia excelsa)、橡胶(橡胶树取代巴西橡胶树)、SAP树脂及油类(Copaifera spp.,Myroxylon香脂,Hymenaea苛巴里尔木)和棕榈果作为食物(音乐女神precatoria),此外还有生存狩猎和材料消耗(Vadjunec和Rocheleau 2009, Gomes等人2012,Duchelle等人2012)。与此同时,该地区也有一些与森林碳相关的环境服务付费的初步计划,如2010年通过成为州法律的阿克环境服务奖励制度(Duchelle et al. 2014),以及Madre de Dios的多个REDD+试点项目(Hajek et al. 2011)。尽管有众多的森林价值来源,该地区也受到农业扩张和森林退化的威胁,伴随最近的跨洋高速公路的铺设(Southworth et al. 2011, Perz et al. 2013),以及非法金矿开采的加速(Asner et al. 2013)。
我们从亚马孙西南部玻利维亚、巴西和秘鲁交界的三位一体边界的植被样地网络中得出森林价值的经验估计。我们考虑了森林价值的一套指标,包括森林生物量中的碳、分类和功能植物多样性以及木材和非木制森林木材的可得性。然后,我们问这些森林价值的不同组成部分是如何相互关联的,以测试在关注森林价值的一个或另一个组成部分的政策中潜在的保护权衡。特别是,我们研究了(i)碳排放减少与生物多样性保护的不同方面之间在地理目标上权衡的频率,以及(ii)利用碳储量优先地点或生物多样性保护与支持当地生计的可开发资源重叠所产生的权衡的潜力。我们将根据这一充满活力和研究不足地区的紧迫保护问题讨论我们的结果。
该研究是在MAP的巴西阿克、秘鲁马德雷·德迪奥斯和玻利维亚潘多三国边境地区进行的一个更大的社会生态恢复力项目的一部分(见Perz et al. 2013)。我们与一系列森林居民社区进行了合作,这些社区被选为代表地理变化和跨洋高速公路沿线确定的主要土地所有权类别(图1)。在每个社区,我们与社区领导人合作,以确保他们同意主持研究,并确定社区所限定区域的代表性土地持有情况。我们的目标是集中在最具代表性的陆地枞树森林,因此我们避免了季节性淹没森林和由于极端人类影响(或缺乏影响)而不代表当地土地持有的地区。
我们使用Phillips et al.(2003,2006)改进的Gentry plot方法(Baraloto et al. 2011)对69个地点进行采样,该方法已被证明可以有效测量新热带森林的地上生物量和植物区系组成(Baraloto et al. 2013)。地块核心设计为10个2 × 50 m (0.1 ha)的小地块,布置在100 × 190 m的采样网格内,系统采样1.9 ha森林随机选择基线。在样带区域内生根的每一株胸径≥2.5 cm(胸径1.3 m)的木本植物都被包括在内,并测量其胸径和高度。当一株植物有多根茎时,我们将其记录为一个个体,但对每根茎进行单独的直径和高度测量,用于计算地上生物量。我们修改了原始的Gentry plot协议,以提供更准确的森林生物量、木材和非木材资源度量(Baraloto et al. 2013)。将每个2 x 50 m的副区扩展到10 x 50 m的副区,对胸围高度直径≥20 cm的所有木质茎进行取样(Baraloto et al. 2011)。
我们收集了每个物种的样本,当身份有任何不确定的时候。作为三所当地合作大学的大学生培训课程的一部分,从2007年至2010年期间进行了采样,并将来自每个国家的整套标本存放在它们的三个当地草药库中(秘鲁马尔多纳多港的马德雷·德迪奥斯国立亚马逊大学[联马援助团];玻利维亚科比加的潘多亚马逊大学亚马逊保护研究中心;以及阿克联邦大学的动物植物园[PZ-UFAC]里约热内卢Branco,巴西)。该研究的第一作者已经对不同国家的样本进行了交叉参考,但由于这些植物标本的参考馆藏正在建设中,我们只能有信心地将许多无菌标本鉴定到属水平(Pitman et al. 2008)。总体而言,93.5%的茎属于属级可信鉴定,99.5%属于科级可信鉴定。
我们估计了15个描述森林价值的变量(森林价值组成部分;表1)在这个区域。首先,我们计算了每个地块的木本植物多样性指数。我们用Simpson指数来描述属级多样性,用互补Rao二次熵来描述功能多样性(Pavoine and Bonsall 2011)。饶指数类似于辛普森指数,但综合了物种之间在功能性状方面的两两差异。我们应用了一个功能性状数据库,描述了整个亚马逊地区超过1200个物种的树叶和木材组织特征(Baraloto et al. 2010, Fortunel et al. 2012)。性状值应用于样本中的每个个体的分类对应。对于功能性状数据库中不存在的小区数据中的种或属,我们用属于下一个较高分类级别的所有个体的平均值进行替换,因为这些性状显示出微弱但显著的系统发育信号(Baraloto et al. 2012b).在数据集中的397个属中,177个属级性状和166个科级平均性状值。
其次,如Baraloto等人(2011)所述,我们使用异速生长方程对不同大小类别的地上活生物量进行了估计。特别是,我们从Chave等人(2004)报告的模型修正的单一方程中估计了胸径在2.5到10厘米之间的较小树木(包括棕榈树)的地上生物量。此外,我们还使用异速生长公式,综合了木材比重的物种性状数据,估算了胸径为> 10 cm的树木(包括棕榈树)的地上生物量(AGB) (Chave et al. 2005)。我们还使用Nogueira等人(2008)为亚马逊南部地区开发的异速生长计计算了AGB。两种方法在我们的图中得到了非常相似的结果(r = 0.98)。为了便于与文献中的其他站点进行比较,我们选择报道Chave等人(2004,2005)的异速计。
我们还估算了其他三个将森林价值与当地生计联系起来的指数,包括该地区采伐的商业树种的木材量和主要的非木制森林树种的丰富度。根据对社区成员的采访,我们编制了该地区28个具有重要商业价值的属/种复合体的清单(表2)(Perz et al. 2013)。我们使用Nogueira等人(2008)的南部亚马逊地区异速生长法,计算了每个地块DBH为> ~ 45 cm的所有商业树种的茎的立木体积。我们还计算了未来树种的作物树木密度(FCT;Rockwell et al. 2007)为同一树种群中胸径在20 ~ 45 cm之间的所有树木的密度,再生密度为胸径在2.5 ~ 20 cm之间的所有茎。
根据对社区成员的采访(Perz et al. 2013),我们在该地区确定了四种具有重要商业价值的非木材森林产品(表3),包括巴西坚果(Bertholletia excelsa,玉蕊科;Kainer et al. 2007),橡胶(橡胶树取代巴西橡胶树;大参科,Duchelle et al. 2012), açai (音乐女神precatoria棕榈科;Bernal et al. 2011)和copaiba油(Copaiferaspp,蝶形花科;Newton等人,2012)。对于每一个类群,我们估计了有生产力的成虫的密度,这里对每个物种的定义是产品(水果、乳胶、油)的收获大小;我们估算了所有枝干在2.5 cm胸径和可生产的成虫最小尺寸之间的再生密度(表1)。尽管我们不认为这是非木制森林保护物种的详尽清单,但这四种物种特别重要。在该地区常见的其他几种物种已被注意到具有潜在的商业化潜力(例如,种子Carapaspp., Meliaceae, Klimas et al. 2012),这些产品目前还不存在可行的市场,因此我们选择不考虑他们在这里。因此,我们认为我们的非木制森林产品指数是当地社区成员所认为的合理价值指标。
我们使用成对相关和主成分分析分析了森林价值成分之间的关系,必要时使用对数变换。所有的分析都在R统计平台上进行(R Development Core Team 2012)。
在69个小区中,我们采样了15314个茎,代表87科,397属,至少1009种。我们采样的林下树(胸径在2.5到10厘米之间)最丰富的属是Rinorea(堇菜科,4.9%的茎),Siparuna(Siparunaceae 4.2%),Pausandra(大戟科,3.5%的茎),Tetragastris(滑囊科,茎的3.4%),和印加(豆科,茎3.3%);中等树(胸径10 ~ 30 cm)的属数最多Tetragastris茎(5.4%),Pseudolmedia(桑科,4.7%的茎),音乐女神(棕榈科,3.9%),Iriartea(槟榔科,2.9%的茎)印加茎(2.6%);以胸径大于30 cm的大树属最为丰富Tetragastris茎(10.3%),Pseudolmedia茎(4.1%),Brosimum(桑科,3.8%),Cecropia(天蚕科,3.5%的茎),Bertholletia(茎的2.9%),和Pouteria(皂荚科,茎的2.9%)。
主成分分析揭示了两个主要轴,它们共同解释了15个森林价值成分之间超过三分之一的变化(图2)。第一个轴描述了树木多样性高与地上生物量高地块之间的权衡(图2),对分类和功能多样性具有很强的正负载,对描述森林结构的变量具有很强的负负载。第二轴综合了许多商业物种的丰度,因为它是由成虫的丰度和木材和许多非木制森林产品物种的更新驱动的(图2),还包括地上生物量的强大负荷(表4)。
图3说明了支持多变量结果的成对关系。即使在我们的数据集中较强的相关性也有一些变化的特征。例如,树木多样性最低的地点保持了该地区功能多样性的中值(图3a)。这表明,即使这些指标是高度正相关的,它们仍然可能为管理提供补充信息。双标图还显示,树木多样性较高的地点往往具有较低的木材体积和地上生物量,但低的树木多样性发生在森林生物量和木材体积的数值范围内(图3 b-c)。
我们的研究是对热带森林价值不同组成部分之间关系的最早描述之一,特别是对小农而言,他们的生计可能既依赖于收获各种林产品,又依赖于从与碳保护相关的政府项目获得报酬或技术援助(见Duchelle et al. 2014)。我们发现了木本植物多样性与描述森林结构的变量(包括木材储量和地上生物量)之间的地理权衡的有力证据(图2)。事实上,很少个别地点显示出较高的树木多样性、地上生物量和木材储量值。这些结果与全球分析相矛盾,这些分析表明,REDD+等针对碳储量丰富地区的保护项目也将保护生物多样性价值高的地区(Venter et al. 2009, Strassburg et al. 2010)。相反,我们的研究结果支持其他研究,表明碳基保护和生物多样性保护的地理优先级之间存在不一致(Paoli等人2010,Siikamäki和Newbold 2012, Thomas等人2013)。我们的结果也与其他亚马孙盆地范围内的分析相一致,这些分析往往表明,在地上生物量较低的地区,植物多样性水平较高,这可能是由于在更肥沃的土壤上森林动态率增加(Quesada et al. 2012)。
尽管如此,我们的研究结果仍需谨慎解读,原因至少有两个。首先,我们只测量了一个分类群,木本植物。虽然在综合比较中,木本植物作为其他类群多样性的指示类群表现相对较高(Gardner et al. 2008),但它们对景观干扰的敏感性可能不如无脊椎类群(Schulze et al. 2004)。此外,我们对木本植物多样性的估计受到我们能够识别集合的分类学精度的限制。尽管如此,我们采用的属级多样性测量方法与Gardner等人(2008)使用的方法相似,并在该地区收集了近400个属,代表了相当大的多样性。更高的分类学精度也可以更精确地分解我们在本研究中观察到的分类学和功能多样性之间的强相关性(表4)。功能多样性是国际和当地利益攸关方对森林价值看法的多样性的适当衡量标准,因为它与重要的生态系统过程直接相关,包括碳和水文循环(Lavorel 2013年)。
除了森林结构和树木多样性之间的权衡之外,我们还发现许多商业物种(包括木材和非木制森林树种)的相对丰度与地上生物量之间存在一致的正相关关系(表4)。这一发现表明,在该地区,通过低强度木材提取来补充非木制森林树种提取收入的多用途森林管理具有一定潜力。我们对木材和巴西坚果等多种森林产品相对丰富的几个地点进行了采样(图2)。然而,多种利用方法仍需要缓解木材采伐与非森林木材砍伐之间的冲突(瓜瓜塔等人2008,Duchelle等人2012,Herrero-Jáuregui等人2013,Rockwell等人2014)。特别是有些物种可能会出现使用冲突,因为它们既可作为木材,也可作为非木制森林木材(例如,Dipteryxspp., Shanley et al. 2012;Copaiferaspp., Newton等人。2012;Carapaspp., Klimas等人。2012)。缓解这些使用冲突将需要在我们这里使用的方法之外,针对不同物种进行森林清查,以支持可持续管理的立法(Herrero-Jáuregui等,2013年)。
观察到的许多商业树种丰度之间的正相关关系也突出表明,虽然有些森林的森林价值非常高,每公顷常存木材储存量估计可达7700美元(见表2),每年每公顷非木制森林树种的采收可达880美元(见表3),但按照同样的标准,其他森林的价值则可以忽略不计。这表明,由于其土地持有资源有限(Duchelle等人,2012年),以及非木材森林产品多样性较强的不发达市场,特别是在潘多和马德雷·德迪奥斯,一些小农在多用途森林管理方面的选择可能受到限制。
我们描述的15个成分中的每一个都显示出相对较高的可变性(表1),但我们的结果与这一研究不足地区的少数报告值大致一致。我们估计的地上生物量(平均192毫克公顷-1)在很大程度上与来自该地区的其他基于地块的研究相一致(Phillips et al. 2006, Salimon et al. 2011),并支持我们使用的较小地块可以提供当地生物量的准确测量的主张(Baraloto et al. 2013)。
此外,我们估计整个地区的木材体积(平均57米)3.哈-1)与最近报告的巴西阿克(Acre)未砍伐竹子为主的森林的结果完全一致(平均值为58米3.哈-1;Rockwell等人。2014)。然而,对于整个区域的木材供应情况,几乎没有其他可靠的估计。该地区森林清查的一个主要限制仍然是在森林管理清查期间对木材树种的适当识别和开发一份一致的有商业价值的树种清单(Baraloto等,2007年)。在这里,我们考虑了小农近年来观察到的所有木材收入,尽管其中一些物种并不常在当地市场上作为锯木出售,而其他一些可能被采伐用于个人建筑用途,而不是在当地或区域市场上出售(表2)。
我们对巴西坚果密度的估计与Peres等人(2003年)在整个亚马逊盆地的报告非常相似,包括秘鲁报告的较低密度(Madre de Dios报告的0.1 - 0.7,我们的研究报告的0.6)和潘多报告的较高密度(我们的研究报告的3.3比4.1)。我们还发现,在果实收获密集的地区,该物种的幼体密度相对较低,这与该物种的招募限制相一致(Peres et al. 2003)。尽管我们的结果与最近的文献一致,但我们认为,要更准确地描述许多较少使用的木材品种或非木材森林产品的森林价值,需要在更大的表面积上进行完整的清查。
事实上,Newton等人(2012)发现了成年动物的平均密度Copaifera亚马孙陆杉林区的树木每公顷约1株(当地规模为0.83 - 1.13株);他们还报告了他们在文献中发现的其他研究的相似值。我们发现密度要低得多Copaifera(表1),这表明该物种在木材开采和石油生产方面的冲突,包括更广泛和更密集的森林清查,受到了进一步的关注。我们还发现了更少的茎音乐女神precatoria(平均每公顷14.1根茎)比玻利维亚北部森林报告的(每公顷22.6根成茎;Cabrera and Wallace 2007),但该树种在我们研究的陆生冷杉林和邻近的季节性洪水森林中的高密度分布,以及广泛的分布,使其成为一个非常重要和可靠的种。事实上,我们估计,在我们研究的许多森林中,它可以产生与巴西坚果一样多甚至更多的收入(表3),因此在该地区的多种用途管理计划中,它应该得到更多的关注(Duchelle et al. 2012)。
我们在亚马逊西南部这一三位一体边界的区域研究表明,木本植物多样性与木材储量和地上生物量之间存在强烈的地理权衡。这些结果表明,在这样的地理规模下,管理战略将需要优先考虑碳储量或生物多样性保护。我们还发现,商业物种的分布存在显著的地理差异,一些地点的多种林产品极其丰富,而另一些地点的林产品极其贫乏。在小农森林管理依赖于多种森林产品的可持续收获的热带区域,需要考虑到资源供应的这种零星性。
我们对森林价值的某些组成部分的描述是一个初步基础,可以在此基础上进行更全面的分析。正如Sheil和Wunder(2002)所指出的,估值研究不仅必须综合外界对森林价值的看法,而且还必须综合导致有关森林转换或资源开发决策的当地看法。森林价值的综合度量必须不仅考虑到与国际市场和生态系统服务的支付以及具有当地经济价值的产品(如木材和非木制森林森林产品)有关的森林价值组成部分,还必须考虑到可能不出售但有助于当地生计的产品,包括建筑材料、森林食品、药品和自给自足的狩猎资源(Godoy和Bawa, 1993年)。目前,我们正在努力制定方法,以便在更大的区域内对多种林产品进行适当的实地调查,比如在这个三边地区(Baraloto et al. 2013)。任何估值研究还必须考虑到市场可能是反复无常的,静态分析可能无法提供对未来市场的准确预测(Godoy et al. 2000)。
作为未来研究的基础,该项目的一个重要成果是这种国际合作所建立的能力,我们认为这是值得注意的几个原因。首先,除了一般的大学培训外(50多名学生学习野外清查和植物标本馆策展方法),我们还在整个地区的社区培训了准分类学家,其中许多人已经在森林管理项目中找到了工作。此外,在整个区域的植物标本室存放了4000多份植物标本室样本,这将有助于必要但资金不足的参考资料收集工作,以改进区域植物区系知识和提高森林管理清查的准确性(Baraloto等,2007年)。
致谢
该研究得到了美国NSF拨款HSD 0527511和CNH 1114924、法国农业部(MAAP BGF拨款)和INRA一揽子资助。这项工作还受益于国家研究机构(CEBA, ref. ANR-10-LABX-25-01)管理的一项投资基金(Investissements d - Avenir)。
我们感谢为培训课程提供支持的机构,这些培训课程是在三国开展实地工作的基础,包括位于阿克州布兰科里约热内卢Branco的亚马逊特拉布尔哈多斯中心(CTA)和位于潘多省科比贾的亚马逊保护研究中心(CIPA);以及在这三个国家为实地工作提供帮助的众多学生和社区成员。我们也感谢正在该地区投资进行能力建设的分类学专家,他们协助鉴定来自该项目的植物标本,包括P. Acevedo Rodriguez、C. Berg、D. Daly、R. Foster和C. Vriesendorpp。我们也感谢Amy Duchelle和Mary Menton对手稿以前版本的评论。
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