【文献分享】比较不同农业土地利用制度对生物多样性的影响

《Comparing the effect of different agricultural land-use systems on biodiversity》一文发表于国际期刊《Land Use Policy》2023年第134卷，作者为德国普福尔茨海姆大学的Rainer Maurer。

该论文提出了一种比较不同农业土地利用制度对生物多样性总体影响的计算方法。计算结果清楚地表明，哪种土地利用系统能够提供最高的生物多样性程度，从而产生所需数量的农业产出。此外，该方法可用于比较所有类型的耕作系统。并且为了进行案例数值验证，论文采用该方法对传统农业和有机农业的现有数据进行了比较。鉴于目前可用的数据缺乏关于二阶矩的信息，不可能进行统计检验。结果表明，传统农业在生产所需数量的农产品时能够达到更多的生物多样性，因为其更高的生产力有助于节省土地，然后可以将其用作自然栖息地。

（1）不同耕作制度可实现的生物多样性总水平比较。一个国家生物多样性的总和等于自然栖息地生物多样性与农业区生物多样性的总和。如果以每表面积为单位对生物多样性进行量化，则可能的总生物多样性FSj，可以用下式表示：

其中biodivnat表示自然栖息地的生物多样性，biodivFSj表示耕作系统j下的生物多样性。论文假设耕作制度j的选择不会显著影响自然栖息地生物多样性。自然栖息地越大、越连贯，这个假设就越不重要，而自然栖息地越小、越分离，这个假设就越重要。如果自然栖息地的组成使得耕作制度j下的区域对自然栖息地的每表面积生物多样性有显著的溢出效应，那么生物多样性的度量也将取决于耕作制度j，并且必须进行相应的调整。MSA指标可用于计算每表面积生物多样性的代替。自然面积和农业面积的总和对应于一个国家可用作自然栖息地或农业面积的总面积，即式(1)可写成

农业面积可以写成所需的生产数量除以耕作系统的表面积生产力j，生产quantity/prodFSj。因此，式(2)可以写成：

因此，如果以下不平等成立，耕作系统j比耕作系统k提供更多的生物多样性：

进一步可转化为：

这种比较公式适用于耕作系统j与耕作系统k相比是集约化耕作系统的情况，也适用于耕作系统j与耕作系统k相比是粗放型耕作系统的情况，如下所示。

假设1:集约耕作系统j为粗放型耕作制度。农业系统j提供更高的生产率比农业系统k，所以它的生产率优势大于1 prodFSj / prodFSk > 1,而该地区生物多样性农业种植制度下j低于农业系统k, biodivFSj < biodivFSk,以便其生物多样性差异大于1,(biodivnature−biodivFSj) / (biodivnature−biodivFSk) > 1,但仍小于其生产率优势prodFSj / prodFSk > 1,这样的不平等(5)适用。在这种情况下，耕作系统j, prodFSk/prodFSj的相对生产力优势超过了其相对生物多样性差距。

假设2：粗放耕作系统j，集约耕作制度k。农业系统生产力j提供低于农业系统k,所以其生产率比率小于1 prodFSj / prodFSk < 1,而该地区生物多样性农业种植制度下j是高于农业系统k, biodivFSj > biodivFSk,所以,其生物多样性差距小于1,(biodivnature−biodivFSj) / (biodivnature−biodivFSk) < 1,小于其生产率比率prodFSj / prodFSk < 1,这样不平等(5)适用。

研究由此认为，如果自然生物群系是生物多样性的集中之处，具有高生产力的集约化耕作系统可能比具有低生产力的粗放式耕作系统更适合最大化总生物多样性。

（2）从集约化农业向粗放化农业过渡所引起的生物多样性变化的比较。比较不同耕作系统的生物多样性潜力的另一种方法是计算从一种耕作系统过渡到另一种耕作系统所导致的生物多样性变化。假设耕作系统j为粗放型耕作系统，耕作系统k为集约型耕作系统，则耕作系统j的特征是单位表面积生物多样性较高，biodivFSj > biodivFSk，但单位表面积生产力较低，prodFSj <prod< span="">FSk。在这些假设下，与耕作系统k相比，从集约化耕作系统k完全过渡到粗放化耕作系统j将使耕作地区的生物多样性增加百分比等于(biodivFSj/biodivFSk−1)。

研究结果表明，人们普遍认为生物多样性最大化的最佳策略是在种植面积上拥有更多生物多样性的耕作系统，这并不一定是正确的。事实上，只有当生物多样性的相对差距大于集约农业系统的相对生产力优势时，才满足集约农业系统下总生物多样性较低的充分条件。这种逻辑背后的直觉在于集约化农业系统的土地生产潜力——也就是说，如果它的相对生产力优势足够大，就有可能在比粗放式农业系统生产同样数量的商品所需的土地面积小得多的土地上生产出所需数量的农产品。这意味着，当闲置的土地被用作自然栖息地时，提供的生物多样性比在集约化耕作制度下失去的生物多样性要多。

然而，正如式（5）所揭示的那样，集约化农业系统相对较高的生产率同样是集约化农业系统下较高的总生物多样性的必要条件，但不是充分条件。只有当集约农业系统的相对生产力优势大于集约农业系统的相对生物多样性差距时，才满足集约农业系统下总生物多样性较高的充分条件。只有在这种情况下，才能保证留出的土地面积足够大，以补偿耕种地区生物多样性的减少。这些考虑表明，生物多样性最大化耕作系统的选择不能基于先验的考虑，而必须基于对生物多样性和生产力相关参数值的实证调查。

首先，必须解决农业生产与生物多样性之间的权衡问题。目前，在大多数国家，对农产品的生产需求是由单个家庭决定的。然而，他们的选择是可以受到影响的(例如，对农业用地的使用征税)。这将使生产需要更多农业用地的农产品相对更加昂贵，从而使对农产品的需求结构转向土地密集程度较低的农产品。

其次，如果一个国家采取行动减少对农业用地的需求，而其他所有国家都不采取行动，那么在自由国际贸易的条件下，对农业用地的需求可能不会在全球范围内减少，而只是转移后一组国家。在这种情况下，就会出现一个国家内部的生物多样性和其他国家的生物多样性之间的权衡，这必须由决策者来解决。

第三，另一个规范性问题是选择适当的MSA指标。这个问题包括两个关键方面。首先，人们倾向于选择“未受干扰的生态系统”作为参考生物群系。例如，在没有人为干预的情况下，欧洲农业土地的休耕是由木本植物繁殖而来的。然而，欧洲林地的生物多样性低于草原或荒原的生物多样性。首选参考生物群系的选择意味着生物多样性目标和景观美学之间的权衡。因此，这也是一个规范性的决定。其次，MSA值的计算涉及规范聚合问题。通常的MSA值是基于单个物种的丰度比的算术平均值。这假定所有物种的比率具有相等的权重，并且在定义范围(0,1)内是可替换的。在这种情况下，科学的任务可能是为重要物种提出比次要物种更高的权重，从而使生态系统能够发挥作用。然而，这种聚合原则的最终选择是一个规范问题。

论文最后提出政策建议，一个国家决定以单位面积生产力较低的粗放型耕作系统为基础增加当地的生物多样性，通常就需要支付补贴，以弥补其较高的生产成本。相反，如果一个国家决心在集约化农业系统的基础上增加当地的生物多样性，就必须对土地使用征税，以解放恢复自然所需的地区。在目前欧洲向农民支付补贴的农业政策体制下，减少补贴将产生与增加税收相同的效果。

Rainer Maurer. Comparing the effect of different agricultural land-use systems on biodiversity [J]. Land Use Policy, 2023, 134: 106929.

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来源：Land Use Policy

责编：田佳懿

文字：李政宏

排版：朱   易

校对：李欣芮