洞察力

在政策和实践生态系统弹性的框架:台卡

• 文摘
• 介绍
• 威尔士退化生态系统
• 韧性研究
• 属性考虑弹性
  • 多样性
  • 程度上
  • 条件
  • 连接
  • 适应性
• 台卡的应用框架
• 研究需求
• 结论
• 对这篇文章
• 数据可用性
• 文献引用

介绍

一系列的新威尔士2015年和2016年立法通过强制性生态系统弹性。未来几代人的福祉(威尔士)法案(2015)概述了七个健康目标,其中之一是一个弹性的威尔士:“一个国家,保持并提高生物多样性的自然环境与健康的生态系统功能,支持社会、经济和生态弹性和适应变化的能力。“环境(威尔士)法案(2016)给威尔士环境机构,自然资源威尔士(NRW),法定目的追求自然资源的可持续管理,目的就是维护和提高生态系统的弹性和所产生的效益,因此,为实现目标在未来几代人的福祉(威尔士)的行为。在第6节,生物多样性和生态系统的恢复力,政府当局在威尔士有增强生物多样性责任“保持和提高生物多样性只要符合功能和这样做的适当的运动促进生态系统的弹性。”

环境(威尔士)法提出了一种自适应嵌入交付框架的生态系统方法通过可持续管理自然资源(SMNR)政府。自然资源的状态报告(SoNaRR)国家SMNR证据基础。反过来,威尔士部长的自然资源政策(2017)提出了SMNR国家重点,借鉴国家证据基础SoNaRR强调提供弹性的生态网络的重要性。北威州提供区域语句有助于实现自然资源政策在当地的背景下,协作,实体的方法。第一个SoNaRR,出版于2016年,概述了5个属性的韧性,这表明变化的方向。威尔士SoNaRR发现没有生态系统正在达到一个适当的水平的质量所有属性的韧性。这个缺点是产生影响的能力为我们的幸福我们的生态系统提供好处。

环境(威尔士)法绘制SMNR方法和关注生态系统恢复的生态系统方法生物多样性公约(CBD);秘书处的生物多样性公约2004),具体的第五12实施原则:“生态系统结构和功能的保护,以维护生态系统服务,应该是一个生态系统方法的优先目标。“的原理原则声明“生态系统功能和弹性取决于物种内的动态关系,在物种,物种及其非生物环境之间,以及内部的物理和化学相互作用的环境。在适当的地方,保护和恢复这些交互和过程具有更大的意义的长期维护生物多样性不仅仅是保护物种。”原则6也是相关:“生态系统必须管理范围内的功能。“在考虑可能性或易于实现管理目标,应注意环境条件限制自然生产力、生态系统结构、功能,和多样性。生态系统功能的限制可能被暂时影响的不同程度,不可预测的,或人工维护的条件,因此,管理应该适当谨慎。环境(威尔士)法案旨在构建生态系统弹性和运行远离任何自然限制或临界点发展和其他人为造成压力。

子孙后代的福祉(威尔士)法》和《环境(威尔士)法案要求公共机构工作以维持或提高生态系统复原能力,但这一目标的一个主要障碍,实际上是很难测量的弹性管理的目的。虽然是一个很好的理解组件,导致韧性,弹性测量的努力正在被我们理解上的巨大差距,给定组件的重要性在一个特定的地方,在每一个组件,确保所需的成分特征的形状和弹性动力学以及每个变量之间的关系,例如,个人、物种,机构。复杂,潜在的生态过程仍然是一个黑盒的理解。有额外的需要了解弹性能与社会,尤其是对不受欢迎的特征也可以有弹性。这种差距阻止科学界发展一个工具来衡量弹性。能力量化韧性将支持及时研究确定的努力当一个生态系统正在接近的限制功能,之前触发功能的变化。

威尔士退化生态系统

威尔士景观发展随着时间的推移,与林地清理发生许多几千年前。林地的丧失导致了创造新的栖息地,生态系统逐渐适应。威尔士有悠久的传统可以追溯到15世纪的煤矿,在矿山主要用于小规模的工业。在16和17世纪期间,出口行业发展,并加速生产。到了1700年代,威尔士矿山引发了工业革命,达到620矿在1900年代早期,但留下的遗产被污染的土壤和污染水。

在1950年代绿色革命技术的出现导致了另一个迅速的转变在土地利用变化的速度。在威尔士有超过90%的土地用于农业和林业(威尔士政府2015)。威尔士80%的土地面积特征为高地(农村),历来用于牲畜放牧。绿色革命意识形态和productivist-centered补贴导致土地利用的集约化发展,进一步导致栖息地的丧失或退化,碎片,和隔离;过多的养分输入和其他形式的污染;过度开发和持续利用水土等自然资源。所有这些事件造成了进一步的生物多样性损失和生态系统的变化。

完整无缺的生物多样性指数(BII;斯科尔斯和比格斯2005)提供了生物多样性丧失的结果估计人类压力通过专注于最初的状态现在物种在一个参考条件。减少BII。,the loss or population decline of originally present species, may capture falling ecosystem resilience. Of 240 countries assessed using the BII, Wales ranks in the lowest 12% globally (Sanchez-Ortiz et al. 2019) reflecting its highly modified state and likely lower levels of ecosystem resilience compared to many other countries.

威尔士仍未修改的由人类影响,很少近天然地区大多局限于高海拔和某些沿海地区低强度农业或娱乐使用。威尔士低地更密集使用,主要用于农业、林业商业、城市的目的。这里,许多剩余地区生物多样性的价值主要是半自然的和被表示为大量的小型分散的地块,位于修改系统。半自然的栖息地物种保留他们的许多特征。修改覆盖类型包括建筑环境以及地方生态过程和物种组成巨大的改变,例如,改善草地、耕地和针叶树种植园。

半自然生境变化显著的代表在威尔士。威尔士低地高度修改:17.3%半自然的栖息地;而84%的陆地面积是半自然的栖息地。半自然的栖息地在威尔士总共有626100公顷,或30%的威尔士地表(名et al . 2010年)。威尔士有55个原则重要的栖息地,包括毯子沼泽、池塘、海草床,并被选为优先行动从英国生物多样性行动计划(BAP)使用标准基于他们所面临的威胁,他们的相对重要性的栖息地在威尔士,以及补救措施是否能够改善他们的状况。其中最广泛的在威尔士(每个大于30000公顷)的资源包括山地灌木丛,毯子沼泽,高地橡木林地,紫色的沼泽草地和牧场,沿海和泛滥平原低地干酸草原,牧场沼泽(2016年威尔士自然资源)。SMNR在威尔士的一个关键挑战是保持农村社区的特殊性和历史景观,这是重要的地方和文化景观的价值。一些风景的极度退化的质量意味着资源使用模式的重大变化将需要恢复健康的生态系统功能,为自然和社会带来的好处。

韧性研究

在温和的开创性工作(1973年),他指的是弹性系统的能力来吸收和利用,甚至受益于扰动和变化,实现它,所以坚持没有定性的改变系统的结构。然而,严重的扰动可能会引发一系列反应在空间或时间尺度,可以将系统超过一个阈值,使其转向一种新的状态;不可见的小变化,可以移动系统功能走向悬崖,附加扰动创建一个系统性改变生态系统功能(雅伯et al . 2001年)。在弹性角度看,脆弱性和恢复力都看作是产品内在的和外在的紧张性刺激之间的复杂的相互作用。适应能力在系统功能通过一个自适应周期。系统具有高适应能力被视为更有弹性。Rockstrom et al。(2009)和史蒂芬et al。’s(2015)致力于开发地球的方法旨在定义一个安全操作空间对人类社会发展和繁荣,基于改进的理解地球系统的功能和弹性(Steffen et al . 2015年)。这种方法总结地球系统与边界,提出了一系列的九个关键进程中被认为是一个安全的操作空间。边界表示阈值,超过这个突然的或危险的变化变得更加可能。Steffen et al。(2015)估计,四个地球系统过程已经在操作区域的不确定性,说明行动的紧迫性扭转这些趋势。 However, the generality of these assumptions at a global level needs to be balanced with sensitive, context-dependent research approaches to quantifying resilience in order to achieve a middle ground (Holling and Gunderson 2002, Schlüter et al. 2015).

至少20年来,生态学家已经写实际应用的需要测量的弹性管理和保护。木匠et al。(2001:765)写道:“在我们的研究在世界不同地区生态系统管理,明确的和可测量的定义弹性的重要性已成为最重要的。从业者一再问有弹性,弹性和趋势,可以测量特定的社会生态系统(SES)。“特别2005年发表在《生态系统特性(木匠et al . 2005年)专注于量化的弹性。文章主要集中在识别代理人的弹性,导致弹性框架的发展,模糊和难以量化。许多的机制仍不清楚,但以下两个几十年看到大量的研究在陆地,水,和海洋生态系统,不仅支持生物多样性之间的关系和弹性理论,但也暴露生物多样性如何支持生态系统恢复的机制。荟萃分析的结果合成大量实验测试适用性的广度,普遍性和多样性的作用和影响的大小(Balvanera et al . 2006年,Cardinale et al . 2006年,2011年,2012年,蠕虫等。2006年,Stachowicz et al。2007年,总值et al . 2013年)。进一步特点发表十年之后(2016年天使和艾伦)实现在早些时候努力量化韧性改善,但仍需要进一步的研究能够量化的弹性管理和保护实践。弹性的理解底层机制正在逐步改善,例如,随着越来越多的长期可用数据集,分析系统动力学等西方北美森林的弹性(Hessburg et al . 2019年)和正在进行的研究在panarchy理论确定增加方差和即将到来的政权转移的“闪烁”指标(2006年木匠和布鲁克,雅伯et al . 2009年)。虽然有大量的研究在复杂系统的弹性和panarchy承认上规模和重要性的跨联系,研究很少超出描述(Allen et al . 2014年)。添加到这是需要了解弹性能与社会,尤其是对不受欢迎的特点。 As a result, the practitioner and conservation community are still challenged to understand how much resilience exists within ecosystems under management, where the thresholds lie, and how close the ecosystem may be to a threshold.

多样性、范围、条件、连接性和适应性(台卡)方法没有全面的考虑作为地球系统;而是有一个重点区域生态系统过程。像行星边界,然而,台卡是一个实际的锻炼,可以转化为政策行动。台卡使威尔士立法承诺”的实施维护和加强生物多样性,促进生态系统的弹性。”过程,跨越政治边界,形成一个全球共享的一部分,如有限公司₂浓度、平流层臭氧损耗、大气气溶胶加载和海洋酸化,影响并不完全依赖行动在威尔士。台卡因此主要关注生物圈的完整性,土地制度的变化,和生化流,虽然承认的作用增加了通过森林覆盖和土壤碳捕获水槽也将对全球生态系统。甚至进一步承认有这些领土的过程,如鸟类的迁移,影响行动在英国和国外。

尽管差距在科学的理解如何衡量弹性仍然存在,人为活动继续威胁着生物物理系统的当前功能(Steffen et al . 2015),现在是采取行动的时候。因此,政策格局继续前进的立法和实施政策在生态系统复原能力,与威尔士国家立法带路。弹性的概念是牢牢地嵌在未来几代人的福祉(威尔士)法》和《环境(威尔士)的行为。有意义,然而,立法需要目前生态系统弹性的方式是可以理解的明确,并应用于实际情况提供实际的成果。立法的期望因此大于科学它目前提供的引用。在威尔士立法准备,成立了一个工作组来探索生态系统弹性作为更广泛的开发计划的一部分(威尔士生活计划)。工作小组回顾了文献和当前的最佳实践(莱瑟姆et al . 2013年),并强调了问题的复杂性和缺乏理解上下文中的威尔士上面描述。然而它还显示,许多研究与特定的环境生态系统的弹性特征,而且这些特征有时是可衡量的,与实际的活动。因此,潜在的生态系统复原能力开发一个实用的方法。即使底层生态机制,实现生态系统复原能力并不完全理解,通过重点关注改善这些特征,从而改变结构和过程,我们寻求从他们当前的生态系统退化的状态转变成一个更理想的国家支持生物多样性和生态系统服务的交付,如防洪和干净的水。 We hope that the altered ecosystems will also be more resilient to shocks and stressors, and thus continue to provide critical ecosystem services. This approach has become known as “building resilience.”

为了推进生态系统复原能力实现这个新的立法,北威州发布了5个属性的生态系统弹性SoNaRR 2016报告。SoNaRR第4章,北威州生态系统复原能力定义为,“生态系统处理干扰的能力,通过抵制他们,恢复,或适应他们,而保留的能力提供服务和福利在现在和未来”(自然资源威尔士2016:6)。它阐述了五个方面的生态系统环境(威尔士)中列出的行为,应考虑弹性,将他们描述为“属性”:指标评估弹性。这五种属性的生态系统恢复力是多样性,程度上,条件,连接,和适应性,统称为台卡。

北威州承认科学不使他们的当前状态量化不同生态系统的弹性。尽管如此,表明积极的和消极的影响和方向变化的5个属性的基础上实现前卫的弹性韧性使北威州立法,和前进的方式,而不确定的,被认为是不够好。下面列出的五个属性,作为指导其他国家政府试图推动生态系统管理系统功能的改善,生态系统服务的提供,和弹性。

属性考虑弹性

台卡框架内,被认为是生态系统的适应性弹性的结果。生态系统的总体适应性邀请自适应周期的具体考虑,许多生态系统接受,理解生态系统不是静态的实体,并将随时间变化。这里的关键问题是生态系统是否会适应和改变的方向给未来的环境和社会经济变化,以及气候变化等要求,如果台卡可以触发变革管理的工具在不同的政策环境(查尔et al . 2016年)。beplay竞技

多样性

多样性在不同层次和尺度,从基因物种和栖息地景观。它支持生态系统功能的复杂性和相互作用的级联提供服务和福利(Ceulemans et al . 2019年)。如果多样性丢失,系统可能会崩溃。系统的各个组件的功能也容易受到干扰;多样性提供了冗余函数和增强系统作为一个整体的能力,适应未来变化(伯恩斯et al . 2014年)。

程度上

栖息地和物种的程度越大,越能将含有扰动的影响。例如,一个面积较大的栖息地可以支持更大的物种的数量,这将是比小公司不太可能灭绝(也可能会有一个更广泛的遗传多样性提供更多的适应能力),和更少受到有害的边缘效应的影响。许多物种栖息地的最小尺寸要求支持人口,他们可能低于这个灭绝(哈特et al . 2009年)。大小也会影响生态过程:例如,一个高位沼泽足够大,能够支持自己的水文系统可能比小沼泽更有弹性。

条件

条件是一个广义的概念,它在很多方面与其他属性交互。我们使用它来做一个链接到一个系统如何管理,输入应用,是取自它什么,它是如何管理的影响周围的土地。一个生态系统在贫穷的条件将强调,减少了抵抗能力,恢复,或适应新的障碍,提供有效地生态系统货物。条件可以认为广泛的有关生物多样性的生态系统组成部分,空气,水和土地。弹性评估因此考虑保护网站的条件,土壤、空气和水的质量,和主要的陆地/海洋的影响使用和工业。

连接

连接之间的内部流动和生态系统的植物群和动物群,营养,非生物材料和能源。连接允许生态系统功能和从干扰中恢复,但这是减少通过栖息地的丧失和碎片,障碍,和侵蚀的渗透,使整个景观的运动。在某些情况下,连接可能有负面影响:例如,如果风险促进疾病的传播,火、或侵入性外来物种(Gilarranz et al . 2017年)。

适应性

适应性不同于其他属性,因为它是弹性的定义的一部分,而不是一个属性,它支持它。然而,它包含在环境中(威尔士)法是很重要的,因为它强调的一个关键特性韧性:活力和适应变化的能力。这一点尤其相关的气候变化,这是不可避免的,我们不能指望后维持现beplay竞技状。相反,我们需要考虑改变物种分布,生态群落的组成、生态系统功能和过程。这就是元素的多样性,程度上,开始网格和提供的连接条件,适应发生的基础。例如,保持多样性热点和它们之间的连接可以促进物种的范围转变(托马斯·et al . 2012年)。

台卡的应用框架

台卡框架可以用来评估现有的有效性并提出实际干预旨在维护和构建生态系统弹性领域内受到中度或高度的威尔士等人为修改。保护区是一个实用的干预有可能阻止和逆转生物多样性的下降和构建生态系统复原能力。然而,尽管威尔士的生态系统复原能力下降很可能是更大的在没有保护的地区,无论是他们的相对重要程度(大约30%的陆地威尔士)或专注于提供最多样化最严格的保护水平和代表网站已经停止或逆转威尔士生物多样性的下降。如果保护区要发挥有效的作用,遏制和扭转生物多样性丧失和建筑等大幅修改景观生态系统弹性威尔士,有可能需要方法,扩展他们的重点生态系统复原能力的其他属性,包括条件,有效地解决来自人体的压力,核心网站之间的连通性,提高渗透率。

威尔士景观的退化程度SMNR需要更积极的方法,为了改变生态系统服务功能和交付的威尔士各地风景,并确保这些生态系统的弹性。大约80%的威尔士是养殖的,土地利用变化与集约农业实践推动生物多样性下降的国内经验丰富的在过去的几十年。然而,windows实现变革的机会存在于post-Brexit上下文。在过去的40年,威尔士和英国一直锁在欧盟的共同农业政策。因为Brexit,威尔士目前正在开发一个新的agri-environment计划看起来为提供公共物品支付公共资金,鼓励可持续土地管理中农民和其他经理。这样的实际干预提供重要机遇制止和扭转在威尔士的生物多样性下降,并构建其生态系统弹性和福利。台卡的应用框架的设计方案提供了重要机会考虑土地管理选项可以开发的广度和深度,增加多样性,农场,和景观尺度;通过自然的解决方案来改善条件和需水较少的农业管理保护区域内,近半自然的栖息地;和增加的程度和连接小和支离破碎的网站通过现有连接的维护功能,栖息地恢复和生态网络内创建和协作工作目标与利益相关者共同使用和实体方法的有力证据。台卡框架的应用程序通过土地管理者通知SMNR给灵活生成创新和实体的方法,同时还加入了动作在景观尺度催化转换的操作和结果。

研究需求

台卡是一种工具,尽管有其局限性,使北威州前进在实施立法生态系统弹性。在这个动态的政策背景下,关键是科学继续发展来支持弹性政策议程。科学研究的进步需要促进理解(1)台卡组件如何交互提供生态系统形式的生态系统服务功能;(2)一个属性的加权重要性,并非所有属性都是平等的;(3)如何加权属性不同的重要性在不同的系统;(4)更好地理解每个子组件的属性及其加权重要性不同生态系统;(5)改善生物多样性的理解随着时间响应和继承;(6)的关系属性来抵抗,适应性,和恢复;(6)系统如何对扰动台卡。

有相关理论理解的鸿沟需要弥合在SES能够评估弹性。新方法检测政权转移要求量化阈值是动态的,可以多倍的(Cumming et al . 2012年,艾伦et al . 2016年)。空间政权仍是新兴的概念(Allen et al . 2016年)。缺乏空间角度阻碍识别变量驱动政权转移(伊森et al . 2016年)。当前方法量化韧性往往是相关的,对当地生态系统的规模有限,并且经常关注特定的有机组织,这可能是代表性的生态系统(天使和艾伦2016)。最后,有必要实施互补方面的弹性。

应对挑战的发展机制,量化弹性需要多和跨学科的方法,把从多个学科的专家,结合的方法。到目前为止,已经有相对较少的不同学科之间的交叉渗透探索弹性测量,尽管它们共享的理论基础(巴雷特和Constas 2014)。尽管前瞻性立法缺乏生态系统复原能力在其他地方,仍有可能实现一个台卡SMNR方法作为满足CBD和零排放的承诺的一部分,internationally-agreed-upon目标。事实上,考虑到生物多样性是实现生态系统复原能力不可或缺的组成部分,任何方法实现internationally-agreed-upon生物多样性目标将斗争不考虑生态系统范围,条件,连接,和适应性。然而,即使是威尔士,前瞻性的立法,优先考虑生态系统复原能力面临着挑战和台卡土地管理方法。对公共机构违反法律挑战这项立法尚未测试。

结论

考虑到这一政策可以而且应该扮演的角色在促进弹性生态系统,特别是威尔士政府雄心勃勃的和独特的子孙后代福祉(威尔士)法和环境(威尔士)行为,有必要看看弹性超出当地的规模,和狭窄的建设目标,如提供干净的水或物种的恢复。相反,我们必须考虑一般,整个系统的弹性。任何将无法实现雄心勃勃的和主动构建的生态系统的弹性的方法是在威尔士政策和立法。为了实现弹性和优先考虑适当的政策和管理行为,管理者需要知道当前系统弹性,组件是什么导致这种韧性,哪些需要改进。这可以有助于了解哪些动作可以管理弹性。最重要的是,管理必须注意阈值代表灾难性的转变不良系统(或者,事实上,相反,不良的系统状态的情况下)。量化的弹性可以作为构建块,导致阈值识别和计量的发展我们对这些阈值。然而,实现这一目标,需要一个巨大的飞跃在当前弹性思维和实践,和大胆的方法。

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