生态和社会 生态和社会
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以下是引用本文的既定格式:
Cavender-Bares, J., S. Polasky, E. King, P. Balvanera. 2015。评估生态系统服务权衡的可持续性框架。生态和社会 20.(1): 17。
http://dx.doi.org/10.5751/ES-06917-200117
洞察力,是特别节目的一部分全球环境和尺度的生态系统服务权衡

评估生态系统服务权衡的可持续性框架

1明尼苏达大学生态、进化与行为学系,2明尼苏达大学环境研究所,3.明尼苏达大学应用经济学系,4佐治亚大学欧达姆生态学院,生物科学,5佐治亚大学沃内尔林业与自然资源学院,6国家大学生态系统研究中心Autónoma de México

摘要

实现可持续发展,即满足当前人口的需求,同时不影响子孙后代的需求,是21世纪全球社会面临的主要挑战。在提供、规范、文化和支持生态系统服务之间进行权衡,并以不损害未来提供服务所需的自然资本的方式进行权衡,这对可持续资源管理至关重要。在此,我们以现有文献(主要来自经济学和生态学)为基础,提出了一个分析框架,该框架整合了(1)支撑生态系统服务的生态机制,(2)生物物理权衡和约束管理选项的内在限制,(3)利益相关者的偏好和价值,以及(4)明确分析系统如何随着时间的推移而演变,以确保满足后代需求的目标。众所周知的生态模型定义了代表“效率边界”的服务之间的关系和权衡。经济学中著名的方法结合了定义利益相关者在效率边界上权衡生态系统服务的意愿的偏好,阐明了满足人类需求的理想结果。系统动力学显示了系统将如何演变,从而对生态系统服务和人类福祉产生影响,以及这对实现可持续发展的影响。生物物理约束、不确定性、技术进步以及社会因素和治理机制造成的障碍的异质性影响着潜在的和已实现的生态系统服务。通过一组对比场景,我们阐述了如何在可持续发展方面取得进展,以及在此过程中必须解决的重要障碍。我们从经济学和生态学中提取的分析可持续性的框架旨在将这两个学科的概念整合到更广泛的受众中。
关键词:动态;生态系统服务;效率前沿;管理约束;偏好;利益相关者;时间滞后;权衡

介绍

预计到本世纪中后期,全球人口将增加到90亿或100亿,这使得满足当前人类需求和维持地球自然资本满足未来人类需求的双重目标变得越来越重要和困难。全球人口和人均消费的增长正在对粮食、能源、矿产和其他自然资源产生前所未有的需求,同时对全球环境造成巨大压力。例如,人口增长和饮食向更多肉类的转变结合在一起,预计到2050年对食物的需求将增加一倍(Tilman等,2011年)。为了满足日益增长的需求,生产粮食可能需要通过农业集约化来提高产量(Foley等人2011年),并扩大农业用地数量(Alexandratos和Bruinsma 2012年),从而改变营养和水文循环、栖息地和气候。

在提供、调节、文化和支持生态系统服务之间进行权衡,以及维护对产生未来服务至关重要的自然资本,对实现可持续发展至关重要。为满足日益增长的供应服务需求,如食物、能源和矿物,往往以减少调节、文化或支持服务的供应为代价(千年生态系统评估,2005)。著名的例子包括提高作物产量与保持水质之间的权衡(Tilman等人2002年,Zhang等人2007年),木材提取与保持生物多样性和森林碳储量之间的权衡(Putz和Romero 2001年,Nelson等人2008年)。以调节和支持服务为代价的当前供应服务的增加会对未来生态系统服务供应重要的自然资本产生负面影响。然而,可持续发展需要留给后代人造的、人力的、社会的和自然的资本,这些资本将使他们拥有与当前一代相当的条件(Arrow et al. 2004)。

在本文中,我们借鉴了生态学、经济学和其他领域的广泛文献,以解决可持续发展背景下生态系统服务之间的权衡问题。我们提供了一个简单的综合框架来分析影响生态系统的重要社会选择及其对人类福祉的贡献。该框架包含四个基本组成部分:(1)支撑生态系统服务的生态机制,(2)生物物理权衡和约束管理选项的内在限制,(3)利益相关者的偏好和价值,以及(4)系统如何随时间演变的明确分析。

越来越多的工具用于分析替代生态系统管理干预措施如何在提供不同生态系统服务时产生权衡(例如,Raudsepp-Hearne等人2010、Kareiva等人2011、英国国家生态系统评估2011、Kline和Mazzotta 2012、Smith等人2012、White等人2012)。这些工具在一系列背景和空间尺度的决策中都有很高的需求。这些工具在复杂性和实用性方面都在迅速发展。对服务之间的权衡以及这些权衡对社会福祉的影响的评估依赖于土地利用/土地覆盖的预测变化(例如,Foley等人2005年,Nelson等人2008年,Goldstein等人2012年,White等人2012年,Lawler等人2014年)以及土地利用/土地覆盖变化和气候变化的结合(例如,Bateman等人2013年)。beplay竞技其他工作分析了具有潜在阈值的湖泊(Scheffer 1997, Carpenter等人1999)、草原(Perrings和Walker 1997, Janssen等人2004)、珊瑚礁(Hughes等人2003)以及能源使用和气候变化(Keller等人2004,Lemoine和Traeger 2014)的社会-生态系统管理。beplay竞技

社会-生态系统的管理需要了解造成生态系统服务之间权衡的生物物理约束和人类价值,这些价值告诉我们不同的利益相关者喜欢什么生态系统服务,以及这些服务如何有助于他们的福祉。有效的资源规划和管理的主要障碍在于,不同的利益相关者群体对服务有着不同的偏好和价值观(Martín-López等,2012),而且服务在收益和成本的空间或时间模式上也不同(Hein等,2006,Laterra等,2012)。多种分析工具和方法适用于多目标决策(例如,Keeney和Raiffa 1993),多个学科的研究人员已经评估了不同的利益相关者如何从生态系统服务中体验和受益(Champ等,2003年,Freeman 2003年,Díaz等,2011年,Chan等,2012年,Martín-López等,2012年)。这种评估可以明确地与服务供应的空间信息联系起来,以显示谁受益,谁承担服务组合变化的成本。系统评估导致可持续性的制度安排的可能性的概念框架(例如,Ostrom 2009)和基于利益相关者群体组织权力的差异预测结果的模型(例如,Scheffer et al. 2000)也是可用的。在另一篇论文中,我们讨论了由于对什么是理想的和实现理想目标的制度性障碍的不同观点而产生的问题(E. G. King, J. Cavender-Bares, T. Mwampamba, P. Balvanera和S. Polasky,未出版的手稿).

经济学中主要针对经济学家的研究通常不会被非经济学家阅读,生态学和其他学科的研究也是如此。我们在这篇论文中的主要目的是,以一种综合和容易获取的方式,介绍不同领域中出现的生态系统服务权衡和可持续性的关键见解,以拓宽这项工作的覆盖面。

概念上的基础

生态系统服务和可持续性科学的现状有点类似于20世纪50年代经济学的情况。经济理论和方法的迅速发展催生了一系列新工作,这些工作成为现代福利经济学。福利经济学结合了生产者理论和消费者理论,前者基于描述将资源转化为商品和服务(以下简称服务)的可能性的生产函数,后者基于描述商品和服务对个人福祉的贡献(以下简称效用)的效用函数。1957年,弗朗西斯·巴托开始提供“一个完整而简洁的处理……‘新福利经济学’”(Bator 1957:22)。在题为《福利最大化的简单分析》的文章中,他使用了基于第一性原理和图形分析的逻辑论证。巴托的文章使福利经济学的进步更容易被广泛接受。

福利经济学中发展出来的许多东西也广泛适用于生态系统服务和可持续性。当应用于一个经济体的服务生产时,福利经济学的简单分析可以用来建立一个“生产可能性边界”,该边界定义了可以用现有资源生产的服务的最大可行组合。将生产可能性边界与社会中个人的效用函数相结合,定义了一个“效用可能性边界”,表示社会中个人的最大可达到的福利组合。效用可能性边界描述了达到帕累托最优结果所必需的生产和消费条件。在这种最优结果中,不可能让任何一个人变得更好,而同时不让另一个人变得更糟。

生产可能性边界可用于提供依赖于自然资本和生态系统过程的生态系统服务,以及福利经济学通常包含的其他形式的资本、人力劳动和其他投入。例如,Polasky等人(2008)利用对土地使用决策的空间明确分析,找到了对给定的市场商品价值实现最大物种保护的选择,反之亦然。生产前沿框架已被其他学者(如Nelson等人2008年,Kline和Mazzotta 2012年,White等人2012年)用于研究不同类型的生态系统服务之间的权衡。这种方法的一个优点是,该模型不受限于以货币的通用度量来表示每个服务的生产率,而是可以直接显示以各自的术语衡量的不同服务之间的权衡。例如,物种保护的目标是根据可能会在景观上存活的物种数量来报告的,而不是试图用货币来量化物种保护(Polasky et al. 2008)。

福利经济学也与生态系统服务和可持续性有关,因为它引入了人类的价值观来判断哪些替代方案更受青睐,因为它们能让人们生活得更好。结合有关服务价值的信息以及生产可能性边界,可以显示出哪种替代管理方法产生的净效益最大。然而,对于生产前沿和价值的理解可能存在很大的不确定性,因此稳健或有弹性的替代方案可能比最大化前沿和价值的特定实现更可取(例如,Lempert 2006, Polasky等人2011,Iverson和Perrings 2012)。

很多福利经济学,包括Bator(1957)的综合,都是在一个静态的背景下完成的,它没有描述生态系统、经济或人类福祉的进化。建立在福利经济框架基础上的更近期的分析明确地将经济动力学纳入考虑因素,考虑未来可以提供的服务作为当代人留给后代的制造、人力、社会和自然资本数量的函数(Hamilton and Clemens 1999, Dasgupta and Mäler 2000, Heal 2000, Arrow et al. 2004, Arrow et al. 2012)。关于资源利用和可持续性的动态研究有着深厚的根基,包括在20世纪60年代末和70年代初环境运动兴起和对资源稀缺的担忧时发表的大量开创性论文(Krutilla 1967, Arrow and Fisher 1974, Dasgupta and Heal 1974, Solow 1974, Stiglitz 1974, Clark 1976)。为了真正与可持续性相关,一种方法必须包含明确的系统动力学分析,以描述社会-生态系统随时间的演变(cf. Scheffer and Carpenter 2003, Bennett et al. 2005)。否则,很难判断用于满足人类需求的自然资本是否会在特定的管理决策之后最终受到损害。

我们提出了一个框架,说明了生态系统服务供应的可行组合及其权衡,并允许直接可视化利益相关者的不同偏好的结果。该框架还可用于探索这些权衡如何跨空间或时间尺度变化,或识别阻碍可持续转型的群体和治理系统之间目标差异的因素(E. G. King, J. Cavender-Bares, T. Mwampamba, P. Balvanera和S. Polasky,未出版的手稿).

生态系统服务权衡分析框架

与巴托1957年的文章《福利最大化的简单分析》(The simple analytics of welfare maximization)类似,我们试图在可持续性的背景下,对生态系统服务的权衡提供一种一致、统一、清晰的处理方法,这篇文章试图提供一种一致、统一、清晰的处理方法。我们通过一系列步骤(1)以效率边界的形式定义系统的生物物理约束,(2)结合利益相关者和效率边界的价值,(3)检查时间滞后和代际不平等,(4)纳入阈值和非线性系统动力学。在另一项研究中,我们考察了在利益相关者群体、环境和规模之间转移优先级所导致的达到有效结果的一些约束(E. G. King, J. Cavender-Bares, T. Mwampamba, P. Balvanera和S. Polasky,未出版的手稿).

我们使用著名的生态模型在两个维度上定义了生态系统提供的两种不同服务之间的关系和权衡,其中服务被定义为社会的理想目标,例如为人们关心的物种种群提供栖息地,过滤营养物质以提供干净的水,以及食物生产。二维最容易可视化,但这些概念也适用于多维的权衡。生态模型在附录1中进行了数学描述,R代码如附录2所示,它们为两种服务之间的生物物理约束提供了稳态解的表示,并基于既定的生态学原则定义了一个可持续的效率边界。然后,我们叠加偏好函数来代表基于人类价值的生态系统服务的期望结果。这产生了一个生物物理学定义的效率边界的图表,覆盖了代表不同利益相关者偏好的效用等斜线集。最后一步是明确考虑系统动力学,展示系统将如何演变,从而对生态系统服务和人类福祉产生影响。这一步是最具挑战性的,但也是未来取得进展的关键领域。

生物物理约束与效率前沿

我们从一个生态系统的场景开始,从一个给定的土地区域产生两种服务。限制这两种服务的生产的生物物理限制既取决于特定的气候、历史和土地面积的资源背景,也取决于自然资本存量的增长或补充速度。收获某种形式的生态生产力,如农作物或木材,是以牺牲生物多样性或水质为代价的。如果完全最大限度地提高采收量,那么由于农用化肥的添加,可能会减少生物区系或栖息地的可用性和水质,从而对生物多样性和/或生态系统生物量产生负面影响。从第一原则出发的三种不同的生态模型可以用来确定两种服务之间的关系。第一个也是最简单的模型捕捉了自然资本存量对土地面积的依赖。第二项研究研究了当作物使用营养物时,陆地营养物储存和水过滤服务对水质和农业生产的影响。第三部分研究了放牧草原系统中牛类食草动物和植被生物量的动态变化。

在第一个例子中,生物多样性或物种丰富度(S)之间存在权衡,可以从自然栖息地的陆地面积(aH)和农业生产(P)来自作物专用土地面积(AC).图1显示了两种对比鲜明的生物物理环境:一种环境可以实现相对较高的农业生产率,但生物多样性相对较低,例如美国中西部的玉米带。在另一种情况下,相对较高的生物多样性可以维持,但只能维持相对较低的农业生产率,例如在土壤肥力较低、生物多样性很高的热带地区。这种权衡的概念基础基于生境面积和物种丰富度之间的经验关系,最初在岛屿生物地理学理论的发展中得到利用(MacArthur和Wilson 1967);公式见附录1例1。物种-面积曲线关系的收益递减产生了如图1所示的凹边界。效率边界代表了生态系统中农业生产和生物多样性的最大可获得组合。它代表了一个特定系统在其特定环境下的生物物理约束。边界线的斜率显示了每增加一单位农业生产对物种多样性损失的边际成本。当土地被分配到具有比较优势的服务生产领域时,景观异质性也会导致效率边界呈凹形(Polasky等人2008)。

为了简单起见,我们提出了粮食生产和生物多样性保护之间的联系,这是众所周知的。事实上,在不同空间尺度上运作的一系列服务,如碳封存、土壤肥力维持、虫害调控和土壤侵蚀调控,可能会使效率边界的估计复杂化。事实上,评估各种土地使用条件和不同社会和生物物理条件下的关键权衡仍然是一个重要的研究课题(Carpenter etal . 2009, Carpenter etal . 2012)。尽管越来越多的工具可用来评估该领域的生态系统服务(de Groot et al. 2010),以模拟其明确的空间模式(Kareiva 2011, Raudsepp-Hearne et al. 2010),但这些举措的主题、时间和空间覆盖仍然有限(Seppelt et al. 2011)。即使有关于提供服务的基础职能的数据,也可能很难预测服务的实际提供情况或对社会的好处。此外,很少有评估考虑到系统的动态以及系统的变化如何可能影响系统今后提供服务的能力。

将利益相关者的价值观与效率边界相结合

效率边界提供了关于可能的服务组合的信息,但是这些组合中的最佳选择取决于涉众最看重什么服务。人类的价值观、伦理和决定偏好的选择在文化和制度环境内以及跨文化和制度环境的利益相关者之间存在差异,并具有空间和时间尺度。给定的涉众的效用函数总结了对服务组合的偏好,即哪个服务包比其他服务包更受青睐的排名。效用等斜线显示了产生相同效用的所有服务组合,即在排名中被视为相等的(见图1B)。例如,尽管农民(F)需要大量增加生物多样性才能放弃一些农业生产,但环保主义者(E)需要大量增加农业生产才能愿意失去哪怕一点点生物多样性。效用等斜线反映了以生物多样性衡量的保护目标与提供同等效益的农业生产之间的权衡,即效用不变。这种等斜线可以根据不同的效用水平绘制出来。

为了评估哪些服务组合最有可能符合多个利益相关者的偏好,我们将效用等斜线叠加在效率边界上(图1C)。叠加允许识别可行的服务组合,为涉众提供最理想的可能结果。在这种情况下,农民的最理想结果与环境保护主义者的最理想结果本质上不同。

利益相关者的价值可以通过对实际做出的选择的观察来评估,即揭示的偏好,或者询问假设选择的调查,即陈述的偏好(Champ et al. 2003, Freeman 2003)。经济学家已经开发了许多技术,用于收集不同利益相关者的偏好信息,以及他们愿意做出的权衡,这些信息适用于生态系统服务(国家研究委员会,2005年)。其他社会科学学科也有方法,通过使用半结构化的开放式访谈来引出不同利益相关者的偏好信息(Castillo等人2005,Martín-López等人2012)。相对偏好可以通过各种叙述性、商议性和参与性的方法进行排名,这些方法可以是关于偏好的粗略概述,也可以是非常精细的解决信息(Chan et al. 2012)。

时间滞后和代际不平等

前两节介绍了与效率前沿相关的基本构建模块,以及在静态分析中没有明确纳入时间的利益相关者的偏好,即系统动力学。但时间问题是可持续发展的核心,其目的是确保子孙后代的福祉。

一些改善后代福祉的选择是以减少当代人的短期福祉为代价的。例如,为了捕鱼业的长期健康而重建鱼类资源可能需要在一段时间内减少或停止捕捞,这给渔民带来了直接的负担。代际不平等也因气候变化而加剧。beplay竞技为了子孙后代避免气候变化最糟糕的潜在后果,这一代人必须在能源消费方面做出代价高昂的改变,并/或放弃使用化石燃料的好处。beplay竞技

我们通过回到我们的第一个物种多样性和农业生产力之间权衡的例子来说明收益和成本之间的时间滞后问题,使用了一个场景,即土地从农业生产中撤出,以实现更大的生物多样性保护(图2A)。农业用地的转换以最大化生物多样性需要大量的生态变化、演替和殖民时间(Chazdon 2008)。因此,在短期(t1),福利随着农业产量的下降而下降,但生物多样性的好处尚未实现。只有在一个潜在的相当长的时间延迟(t2- t0)生物多样性及其相关的生态系统服务是否恢复,从而实现了比开始时更高的福利(图2B)。

高折现率可能会阻止社会选择为长期利益做出短期牺牲。如果贴现准确地反映了社会对不同时期实现的利益的偏好,那么不为未来利益投资的选择就类似于农民与-ô-vis环境学家的情况,在这种情况下,农民有权力在效率边界上选择一个有利于他们的利益的点。然而,一些人认为,市场贴现率不太可能准确反映社会偏好,因此将传统的市场贴现率应用于影响可持续性的代际社会决策是不合适的(Sen 1967)。即使在经济学家中,也有关于贴现在气候变化和其他影响不同世代的问题上的适当作用的激烈辩论(例如,Nordhaus 2007, Stern和Taylor 2007)。beplay竞技

阈值与非线性系统动力学

社会-生态系统最重要的特征之一是复杂的动态关系,这与前面描述的简单关系形成了鲜明的对比。例如,考虑一个农业地区,该地区可以通过施肥提高农业生产率,但代价是降低水质,这与提供清洁饮用水、娱乐和维持淡水生物多样性等生态系统服务有关。浅水湖中营养物质对藻类生长和浑浊度的影响已经得到很好的证实(例如,Scheffer 1990, Scheffer et al. 1993, Carpenter et al. 1999)。我们应用这些模型来考虑农业生产力对土地和邻近湖泊水质的权衡。(公式见附录1例2;R代码见附录2)我们还考虑了技术和管理实践的作用,它们可以导致效率前沿的转变。

施肥可以提高作物产量,但施肥与产量的关系在一定程度上取决于施肥的时空精度。例如,在许多情况下,施肥与作物初夏生长同步已被证明可以提高养分利用效率和作物生产力(Tran等人1997年,Ma等人2003年,Scharf和Lory 2009年;图3 a)。

水中的养分浓度最终取决于作物添加的养分水平和陆地系统对养分的吸收(Carpenter等,1999年)。施用的养分在多大程度上被陆地生态系统储存(图3B)或泄漏到邻近的浅水水体(图3C),取决于植物吸收、土壤吸附和土地利用管理的有效性。人类土地管理实践的转变,如纳入河岸缓冲带和覆盖作物,已知会增加生态系统养分储存和减少养分径流(Gilliam 1994, Lowrance等人1997,Anbumozhi等人2005,Smukler等人2012),如图3B和3C所示。

浅水湖泊的水质与导致浑浊的藻类生长呈负相关(Keeler et al. 2012)。水道中营养物质数量的增加会导致藻类生长,但由于藻类和水生植物之间的反馈,它们之间的关系很复杂,水生植物也使用营养物质。一旦藻类数量上升到一定水平,它们会使水变得足够浑浊,水生植物无法生存,从而释放出更多的营养物质供藻类生长。没有水生植物,即使营养投入水平较低,藻类种群也能维持在较高水平(Scheffer 1990, Scheffer et al. 1993)。由这些关系产生的水质和作物产量之间的权衡是高度非线性的(图3E)。临界值是存在的,超过临界值,由于肥料的添加导致农业产量的增加会导致水质的迅速下降。

通过研究这些生态关系所描述的生态系统服务,我们可以很容易地认识到,管理实践和技术可以改变从系统提供生态系统服务方面可能实现的目标。在相同的营养添加量下,提高营养添加时机的准确性可以提高作物产量。缓冲带和覆盖作物吸收多余的养分,减少肥料渗入水道。因此,更好的管理实践将权衡曲线向右平移,在提高农业生产率的同时,保持或加强有助于清洁水的生态系统服务。

由于天气、虫害爆发或其他干扰,系统的可变性以及潜在阈值位置的不确定性,使得对最佳结果的管理具有挑战性。假设最乐观的效率边界包络线(最右边的灰色曲线;图3F)可能导致过度施肥,或者更普遍地说,过度利用一个系统,并越过一个门槛,导致效益下降到较低水平。对于更保守的效率边界(最左边的灰色曲线),这种风险会降低。

阈值和非线性动力学为社会-生态系统的可持续管理提出了难题。以肯尼亚马赛牧区为例,该地区环境条件的高度变化导致不稳定,对可持续管理生态系统服务提出了挑战。在这样的放牧系统中,系统支持牛的肉或奶生产的能力与支持生态系统生物量和初级生产力的能力之间存在一种权衡(1977年5月;附录1例3;R代码见附录2)。牛的种群增长受生态系统生物量的调节,生物量作为牛密度的函数,根据各种可能的机制被消耗。其中两种机制如图4所示。在第一种情况下,牛的稳态种群密度随着生态系统生物量的增加而不变(红线,图4A),在第二种情况下,随着生态系统生物量的增加而增加(红线,图4B)。因此,系统的动态是由生物量增长和牛群数量增长的相互作用趋势驱动的,这可能导致生态系统功能/服务的波动或非常低的服务,如示例所示。如果对该系统有充分的了解(传统人口可以说一直如此),就可以确定导致可持续服务水平的牛密度。管理做法,包括有意地将人和牛群转移到游牧地区或有意地将牛群转移到重点区域以外,可以进行调整,以防止大规模波动。当人口压力过大或牧民流动性受到限制时(Niamir-Fuller 1998),传统的管理方案可能不再允许系统像以前那样从低水平的生态系统供应中恢复,从而导致人类和环境条件恶化(Roe等人2011年)。 We acknowledge that the simple models presented here are equilibrial, but such systems do not necessarily reach equilibrium, posing challenges to our ability to predict outcomes (Vetter 2005).

挑战和前景

建立非线性动力学模型来预测社会-生态系统在生物物理驱动和管理决策的基础上可能经历的不同轨迹仍然是非常具有挑战性的。许多系统的动力学仍远未被很好地理解。尽管在评估这类系统的动力学方面已经取得了重要进展(例如,Anderies等人2004年),但将动力学与本文所述的可持续发展框架中包括的其他元素相结合仍然是一个关键的挑战。

我们的可持续发展框架强调生态系统服务生产的生态过程,这些服务有助于人类福祉。这种强调补充了经济学家关于“包容性财富”的工作(Hamilton and Clemens 1999, Dasgupta and Mäler 2000, Heal 2000, Arrow et al. 2004, 2012)。普惠财富是对所有资本资产(即制造资本、人力资本、社会资本和自然资本)价值的衡量,其价值反映了该资产对提供现在和未来利益的贡献。为了可持续发展,包容性财富应该不减少,这样子孙后代的资产价值就会等于或大于流动资产的价值。包容性财富方法的优势在于,它为可持续性提供了一个清晰而简单的标准,具有全面和全球范围(Cavender-Bares et al. 2013)。但是,在目前的形式中,它不包括对自然资本如何促进提供有利于人类福祉的生态系统服务的基本生态机制的分析;生物物理条件如何在空间、时间和管理上发生变化;服务之间的内在权衡如何出现;以及服务价值如何在利益相关者之间发生变化(Stiglitz et al. 2009)。我们强调关注生态机制、复杂性和生态系统服务生产过程中固有的权衡,这可能为有关这种权衡的决策提供指导。 We also discuss how changes across biophysical and societal context influence the trade-offs among services. By differentiating among stakeholders with differential preferences and values, we show the complexities inherent to the search for achieving sustainability. Although our illustrations are presently limited in scope, incorporating ecological processes in the welfare-economics approach of inclusive wealth offers considerable potential for making progress on analysis of sustainability. Our approach considers ecological mechanisms, complexities, and uncertainties, and aims at merging other ongoing efforts (Ostrom 2009, Stiglitz et al. 2009) to include greater depth on social, economic, and political dimensions (See E. G. King, J. Cavender-Bares, T. Mwampamba, P. Balvanera, and S. Polasky,未出版的手稿).

在我们概述的可持续发展框架背景下开展研究的过程是一项有价值的实践(参考Ewing和Runck 2015, Grossman 2015, Mastrangelo和Laterra 2015;P. Balvanera, F. Mora, A. Castillo和J. Trilleras,未出版的手稿, m)。它从感知中解开已知的问题,使涉众的不同观点和潜在假设变得透明,并澄清涉众在告知自己关于系统的信息时所依赖的信息库。此外,它确定了数据差距,以便利益相关者能够在社会和生物物理限制条件下,就某一地区的最适当干预做出更明智的决定(Grossman 2015;P. Balvanera, F. Mora, A. Castillo和J. Trilleras,未出版的手稿).然而,这个过程本身可能比分析的任何直接结果更有价值。因此,该框架具有促进参与式方法的潜力(E. G. King, J. Cavender-Bares, T. Mwampamba, P. Balvanera和S. Polasky,未出版的手稿),建立解决生态问题所需的信任、共同点和工作环境,确保长期致力于解决这些问题,这是可持续发展的必要组成部分。最终,对生态系统服务及其随时间变化的动态进行权衡的综合社会-生态分析是评估我们离实现可持续性有多近或多远的必要。

结论

评估在可持续发展方面取得或失去的进展,对于应对我们这个时代最紧迫的挑战至关重要。Bator(1957)明确阐述了福利经济学的重要因素。从这项工作中获得的灵感,我们同样试图从生态学和经济学中提供一个清晰的阐述,以便在社会-生态系统可持续性的背景下理解生态系统服务之间的权衡。我们强调考虑作为服务生产基础的生态过程以及社会-生态系统的时间滞后和动态。我们用来说明该框架的生态例子来自众所周知的关系,并使用相对简单的数学模型。这些简单的例子突出了生态系统服务之间通常相当复杂的关系。这些模型还表明,根据环境条件,不同地点的权衡是如何不同的,以及效率边界的位置和形状如何随着技术变化而变化。这些关系可以通过实证数据来估计,正如其他参与本专题研究的研究者所做的那样,这使得该框架可以应用于对社会-生态系统及其动力学的不同理解水平的各种案例研究。此外,可以通过定性或定量方法(Parker等人2003年、Nelson等人2009年、Lawler等人2014年)并结合利益相关者的观点(Goldstein等人2012年),在未来的情景下预测生态系统服务提供和交付情况。

将利益相关者的观点与有关效率边界的信息结合起来,有助于阐明偏好和权力关系如何将结果转移到边界上的不同点,其中一些可能是不公平的结果。King等人(2014)在文章中对不同背景和规模下的价值观和管理优先级的对比所产生的困难进行了更深入的探讨。考虑生物物理关系和价值的时间维度以及不确定性带来了困难的挑战。我们提出的简单模型通过时间和代际公平问题为服务提供提供了一些见解(图2)。纳入不确定性,特别是与潜在阈值的关系(图3F),为对比管理选项的风险水平提供了重要见解,并可以帮助社会避免令人厌恶的意外。鉴于许多社会-生态系统具有复杂的动力学特性,考虑生态系统服务权衡的时间维度、非线性和不确定性对旨在实现可持续生态系统效益的管理工作至关重要。

本文所讨论的框架可应用于各种空间尺度和社会-生态条件。我们强调,该框架可以扩展到更广泛的空间范围、一系列背景,并可能扩展到自然资本之外的其他形式的资本,如制造资本、人力资本和社会资本,这些都有助于人类福祉。尽管仍然存在许多挑战,但在特定的研究系统或管理场景中通过框架工作的过程提供了宝贵的见解,可以帮助弥合不同的观点。后一点谈到了我们提出这一综述的主要目标,即跨学科和视角交流,以增强应对可持续发展基本挑战的工具,即在满足人类需求的同时,不耗尽地球在未来满足这些需求的能力。

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致谢

我们感谢国家生态分析与综合中心和明尼苏达大学环境研究所的资助,以及许多参与2010年至2013年分布式可持续发展科学研究生研讨会的学者的深刻见解。我们也感谢长期生态研究网络办公室资助了可持续发展科学催化会议。最后,我们感谢艾玛·戈德堡在图3D模型的技术帮助,以及威廉·c·克拉克,Osvaldo Sala,和一个匿名的审稿人对手稿的前一个版本的评论。

文献引用


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