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综述:基于生态系统的适应在南非淡水生态系统中的有效性:一项综述

  

综述:基于生态系统的适应在南非淡水生态系统中的有效性:一项综述(图1)

  基于生态系统的适应(Ecosystem-based Adaptation, EbA)在过去十年中已成为南非通过可持续生态系统管理提升气候韧性(climate resilience)的首选策略,但在淡水生态系统(freshwater ecosystems)中证明其有效性的实证证据仍然有限。研究人员系统综述了同行评审文献(n=27),以评估EbA干预措施对人和生态系统的有效性,并识别制约有效EbA实施的关键知识空白。该综述表明,EbA干预措施通常有助于多种淡水生态系统类型中生态系统服务(ecosystem services)的可测量改善,例如径流调节(streamflow regulation)和生物多样性维持(biodiversity maintenance)。尽管如此,若干研究报告了因设计或实施不当而导致的意外负面结果。关于社会经济效益(socio南宫NG-economic benefits)的证据仍然稀少,且在有记录的案例中,这些效益往往是短期或暂时的,例如有限期限的就业。直接关联EbA干预措施与特定气候灾害(climate hazards)的文献也很缺乏,许多研究需要推断关系而非提供明确的因果证据。此外,评估EbA相对于其他适应策略(adaptation strategies)的经济可行性和成本效益(cost-effectiveness)的研究明显不足。研究人员的发现强调了需要更扎实、长期和跨学科的研究,以加强南非淡水生态系统中EbA的证据基础。

  南部非洲以温暖气候和明显的干湿季节模式为特征,由于平均降雨量低且自然干旱频发,是一个水资源紧张地区。观测记录和气候预测表明,未来几十年南部非洲可能显著变暖、普遍变干,极端事件增多。淡水生态系统(freshwater ecosystems)对水文和温度变化高度敏感,因此是最易受气候变化影响的生态系统之一。在南非等半干旱地区,淡水可用性已极为有限,气候预测进一步指出,多年干旱和强降雨事件(间隔较长干旱期)将导致水资源减少,从而影响水量、水质、物理栖息地和水生生物群落,威胁生态系统服务(ecosystem services)的持续提供。因此,迫切需要设计良好的适应措施以降低气候脆弱性(climate vulnerability),考虑到南非紧迫的社会经济发展需求。

  基于生态系统的适应(Ecosystem-based Adaptation, EbA)利用生态系统帮助人们适应气候变化,通常与基于自然的解决方案(Nature-based Solutions, NbS)相关联,但NbS是更宽泛的概念。EbA在过去二十年中受到越来越多的关注,它整合了生物多样性和生态系统服务的可持续利用,以帮助人们适应和建立对气候变化不利影响的韧性,作为整体适应战略的一部分。EbA依赖于保护和恢复生态系统,以降低社会对气候相关压力的脆弱性,同时维持或增强社会-生态系统对气候风险压力(climate risk pressures)的韧性。EbA的核心是以人为中心的参与式、包容性和透明的方法,承认生态系统完整性与人类福祉之间的相互依存关系,确保干预措施在社会公正和情境适宜。此外,EbA原则要求其基于最佳可得科学,包括扎实的实证证据以及本土和当地知识体系的丰富见解,以指导设计、实施和评估。

  南非当前的EbA实施由2016-2021年国家战略框架和总体实施计划、2018年EbA指南以及2020年EbA行动计划和优先映射指导,这些文件创造了有利的环境,并提供了针对不良适应的环境保障。尽管EbA在过去十年中在南非作为成本效益高且有前景的基于自然的应对气候变化措施获得了显著关注,但对其在淡水生态系统中的有效性仍存在关键理解缺口。关于南非淡水生态系统中EbA干预措施结果的实证、情境特异性证据有限。大多数整合EbA有效性证据的努力是全球性综述,仅包含少数南非案例研究,因此这些全球综合仅提供了部分见解,无法充分指导政策、投资和实施。因此,需要加强EbA的系统性证据。

  本研究采用两阶段方法评估南非淡水生态系统中EbA干预措施的有效性。第一阶段开发了一个评估框架,基于现有EbA原则和有效性标准,包含气候脆弱性降低、生态系统服务提供改善以及生物多样性和当地生计的潜在协同效益。第二阶段进行了系统文献综述,聚焦于南非淡水相关且与EbA相关的干预措施,应用明确的纳入和排除标准,以识别将生态系统干预与气候适应结果联系起来的文献。研究纳入了许多未明确标注为EbA但隐含减少气候脆弱性相关性的干预措施,如恢复、水土保持等。

  Reid等人开发的框架用于评估基于生态系统的适应方法(Ecosystem-Based Approaches to adaptation)的有效性,通过四个主要支柱:对人类社区的好处、生态结果、财务和经济效率、以及影响EbA实施的政治和制度因素。本研究采用并修改了该框架,将其重新聚焦于具体指标,以捕捉EbA干预措施是否降低了气候风险(climate risk),整合了IPCC AR6气候风险框架的元素,强调降低脆弱性(vulnerability)是降低气候风险的关键策略。脆弱性被定义为易受不利影响的倾向或 predisposition,包含对伤害的敏感性、应对能力不足和适应能力不足。本研究同时考虑了生态(淡水)和社会(人与社区)脆弱性。此外,修改了支柱2和3,将生态系统有效性重新围绕降低生态脆弱性,明确评估EbA干预措施如何改善生物多样性(biodiversity)、生态完整性(ecological integrity)和生态系统功能(ecosystem functioning),并直接将其与可测量的气候风险暴露降低(如洪水或干旱影响)联系起来。支柱3和4保留原样,分别评估经济有效性(考虑长期经济可行性、相对于替代干预的成本效益、财务和经济利益的可持续性)以及政策与制度维度。

  本综述遵循PRISMA指南,采用适应性PICO框架制定检索策略。检索限制为南非,干预措施涵盖淡水生态系统中所有EbA干预,结果包括生态系统服务和社会经济结果。通过Web of Science数据库检索,共获得117篇文章,经标题、摘要和全文筛选,最终纳入27篇文章(14篇通过框架筛选,13篇通过回溯引用添加)。纳入标准包括:与南非相关、涉及淡水生态系统、评估EbA干预措施对生态系统服务或气候适应的结果。排除标准包括:河口、盐沼和海洋生态系统;未评估生态系统服务或适应结果;缺乏可测量有效性;非南非特定;无实证数据。

  从27篇选定的同行评审文章中提取证据,使用标准化编码框架。每个干预地点作为一个独立案例,共46个案例。编码内容包括:文章信息、干预类型、方法、报告结果。地理分布、生物群落、淡水生态系统类型、干预类型(如植被恢复、外来入侵管理、人工湿地、结构干预)被记录。社会经济效益(支柱1)使用12个预定义类别编码,包括健康、教育、食品安全、社会关系、就业和收入、其他收入、正义、产权、自然资本、物质资产、水安全和能源安全。生态结果(支柱2)通过生态系统服务类别编码,包括洪水衰减、径流调节、泥沙截留、营养物吸收等。此外,评估了气候适应链接程度(无、推断、数据支持)、气候灾害类型、经济学信息、政策挑战和研究空白。

  共46个案例来自27篇文献,其中仅11%明确提及EbA,但其余文献因符合纳入标准被视为EbA相关。证据来源自1999-2024年。

  89%的案例采用实证方法,11%采用建模,无概念性研究。59%的案例产生定性数据,9%为定量,33%为两者结合。74%的案例仅关注生态结果,11%仅关注社会经济结果,9%同时报告两者。

  所有省份均有记录,西开普省占比最高(39%),其次为东开普省和夸祖鲁-纳塔尔省(各13%)。生态背景中,Fynbos生物群落(42%)和草原生物群落(33%)最常见。淡水生态系统类型中,河流(59%)和湿地(39%)占主导,水坝(2%)较少。

  主要干预类型包括:外来入侵管理(87%)、结构干预(39%)、植被恢复(7.0%)、人工湿地(4%)。河流生态系统接受最多干预(59.6%),其次为湿地(38.6%)。干预持续时间平均约5.3年,范围1-12年,61%为2-7年。

  15个案例报告了社会经济效益(支柱1)。最常报道的是就业和收入(86.7%),其次是教育(66.7%)和自然资本(53.3%)。其他效益包括社会关系、物质资产、正义、水安全等。社区参与未在67.4%的案例中说明,但在有记录的案例中,参与程度为中等或高。

  河流生态系统(28个案例)中,干预后改善的生态系统服务包括:径流调节(56%)、生物多样性维持(59%)、水供应(19%)等。湿地(18个案例)通过结构干预和外来物种清除显著改善了侵蚀控制(78%)、碳储存(78%)、洪水衰减(67%)、生物多样性维持(61%)等。94%的湿地案例同时提供至少3种生态系统服务。87%的案例显示生态系统服务明确增加,13%同时显示增加和减少。

  46%的案例提及实施成本或与其他替代方案的成本比较。例如,Kamiesberg湿地恢复比传统工程替代方案更具成本效益;机械鱼类清除项目花费15万兰特(40天)。早期干预(如外来入侵管理)具有经济优势。但缺乏一致的成本效益评估方法。

  71.7%的案例存在气候适应链接,其中19.6%有数据支持,52.2%为推断。最常应对的气候灾害是河流洪水(60.6%),其次为水文干旱(48.5%)、农业和生态干旱(24.2%)、干旱化(21.2%),火灾天气(12.1%)最少。

  主要政策问题包括:EbA干预与更广泛社会目标的整合不足,社区未看到直接效益时可能降低环境优先性。EbA项目需在正式治理结构与传统治理结构之间协调。证据显示对公共资金的高度依赖,需要更多样化和稳定的融资机制。外来入侵清除等干预应完全融入更广泛的适应战略和水安全计划。政府工作福利项目(如Working for Water)的多目标平衡面临挑战,招聘过程受外来植物分布影响,可能与贫困地区不匹配。

  本综述发现46个案例中EbA干预措施通过提供对人和生态系统的效益降低了社会或生态脆弱性,远多于全球综述中记录的南部非洲案例。大部分证据来自实证研究(86%),高于以往综述。存在几个关键缺口:地理分布不均,西开普省集中;缺乏对生态和社会生态结果的系统评估,需要基线调查和长期监测。许多干预措施显示出与降低脆弱性直接相关的效益,但仅有7个案例提供明确的数据支持链接。湿地生态系统的证据基础较强,河流次之,水坝证据极少。EbA术语使用不一致也阻碍了证据整合。

  59%的案例报告了生态结果,目标如恢复径流、改善水质、清除外来入侵物种、促进生物多样性恢复等大多通过生态系统恢复过程实现。87%的案例显示生态系统服务正向变化,但13%同时出现增加和减少,表明南宫NG结果依赖情境。一些案例报告了意外负面效应,如生物控制初期成功但长期失效;外来入侵清除后植被退化、土壤侵蚀增加、新入侵物种出现;湿地恢复后植被组成变化导致文化资源损失。

  仅33%的案例报告了社会经济结果,就业和收入是最常见效益,但通常是暂时的、基于合同的。社区参与记录有限,但高参与度与更好结果相关。存在权衡,如就业机会短暂,技能转化有限,招聘过程受腐败影响。

  仅19.6%的案例有明确适应链接,52.2%为推断。最常应对的灾害是河流洪水和水文干旱。例如,恢复措施通过提高基流和水储存改善了干旱期的水安全。

  本综述限于同行评审文献,可能遗漏相关灰色文献。术语多样性可能导致部分相关研究被遗漏。有效性评估方法不一致,缺乏标准化指标,难以比较变化幅度。使用生态系统服务变化作为代理指标可能高估适应效果,因未直接建立与脆弱性降低的实证链接。

  基于生态系统的适应(EbA)在南非淡水生态系统中具有降低脆弱性、提供多重协同效益的潜力,但证据基础不均衡且有限。只有部分研究直接展示适应结果,社会经济效益报告不一致。湿地干预有强实证支持,而河流和水坝证据不足。评估EbA有效性面临挑战,尤其缺乏标准化评估方法和指标,限制了政策指导。经济有效性证据不足,制约了决策采纳。需要政策框架明确支持EbA,并建立长期监测评估体系,以强化证据基础。