原文：Silva, F. D. S., et al. 'Virtual pollination trade uncovers global dependence on biodiversity of developing countries.' Science Advances 7.11 (2021): eabe6636.
作者：F. D. S. Silva, L. G. Carvalheiro, J. Aguirre-Gutiérrez, M. Lucotte, K. Guidoni-Martins, F. Mertens
编译：韦伊瑶，李颖
背景介绍
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能够在持续增加耕地生产力和人类福祉的同时，确保生物多样性和生态系统功能的持久性是当下全球面临的主要挑战之一。农业系统得益于多种生态系统服务，其中一些服务是由环境中的非生物成分提供的，例如水和土壤，其他服务则取决于生物成分，比如作物的传粉和生物防治。传粉服务贡献了全球75％以上的作物多样性，并贡献了全球35％的作物产量。对健康饮食重要性的认识日益增长使得人们对传粉依赖作物的需求也不断增加。由于环境不断退化，这种基于生物多样性的服务正以极快的速度消失，损害了耕地生产力的同时也影响了国民经济。传粉者的持续减少导致了世界范围内作物产量和质量的下降，即便是仍然拥有丰富生物多样性的地区，作物的产量和质量也受到了负面影响。
尽管许多研究表明，生态系统服务提供者，特别是农作物传粉者的损失会影响当地的社会经济，但与此同时也要考虑更广泛的影响，例如对以地区农业生产为支撑的国际市场的影响。因此，在这项研究中，作者提出了虚拟生物传粉流 （virtual biotic pollination flow, VP）的概念，并把它作为评价国家对以生物多样性为基础的生态系统服务依赖性的指标，同时也提供了一个将贸易流量可视化的在线工具。作者将VP的概念应用于2001年至2015年，全球119个国家55种传粉依赖作物和45种非传粉依赖作物的国际贸易中，并以此来检测国家消费模式和人类发展水平是否正在影响国际生物传粉服务的贸易和全球耕地的扩张趋势。
图1：传粉者是开花植物共享的有限资源。该图显示了一个传粉者一生中在两个具有相似面积的的景观中发生的授粉事件分布，其中一块地是自然栖息地（与当地小规模农业混合），另一块地（A）对传粉者有吸引力的集约化管理耕地（不适合传粉者筑巢和产卵）；（B）对传粉者没有吸引力的集约化管理耕地（不适合传粉者筑巢和产卵）。在作物开花期，一些授粉者选择在集约化管理的耕地中寻找资源，而不是从其他植物那里获取此类资源。该计划忽略了在集约化管理的耕地中使用的农药对传粉者寿命的潜在负面影响
研究方法
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传粉者依赖率
当一种作物可以通过增加传粉者数量而增加产量时，该农作物就会被认为是传粉依赖作物。该项研究从以前的研究中提取了传粉对不同作物贡献的信息。由于有关信息的不足，作者假设同一作物不同品种的传粉依赖率相似。但是，作者强调，由于关于传粉者贡献的信息不适用于几种作物，并且部分传粉依赖作物没有被考虑，在这项研究中野生传粉者对作物生产的贡献价值很有可能被低估了。
传粉服务的提供
传粉者对作物生产的贡献因地区而异，不仅取决于作物的依赖率，还取决于周围的的景观特征。大量研究表明，传粉者的密度和多样性随着耕地与自然植被区距离的增加而急剧下降。假设如果耕地面积接近自然或半自然植被区可以从传粉服务中受益，那么远离自然植被区的耕地就几乎不能获得服务，也就不会得到传粉服务带来的好处。
作者分析的土地利用覆盖图来自欧洲航天局气候变化倡议项目制作的2001年至2015年土地覆盖地图。该地图的空间分辨率达300m，并将常规土地分为22类。对于许多作物来说，在距离自然栖息地几百米(~500米)的范围外，传粉者数量和传粉次数就可能下降到其最大潜力的一半以下。因此，对于每个国家，作者使用景观信息来估计靠近自然植被区域的耕地像素的百分比。同时，由于国家层面景观数据的空间分辨率有限，小块自然栖息地(面积小于300 × 300 m)、杂草和低密度管理花园的提供传粉服务无法被这项研究考虑。因此，野生传粉者对作物生产的贡献将进一步被低估。
图2：虚拟传粉流示意图（A）传粉者对生产的贡献是基于作物对传粉者的依赖率和以生物多样性为基础的生态系统服务的潜在提供（即与自然植被区相邻的农田的百分比）（ND crop，非传粉依赖作物；PD crop，传粉依赖作物）；（B）传粉依赖作物在出口国生产，接着进入国内消费和国际贸易（Exp，出口；Imp，进口）；（C）虚拟传粉流程的示例（巴西出口，2001-2015年）
计算虚拟传粉流
VP在这里定义为野生传粉者提供生态系统服务而产生的作物产量占作物总产量的比重（图2）。作者假设如果传粉者存在的概率高，即耕地紧挨自然植被区，传粉依赖作物产量就会高。国家j作物i的产量是NPij（单位：吨），受到传粉服务的产量是Cpollij，没有受到传粉服务的产量是Cnpollij。像素点生产力yij（单位：吨/像素）取决于作物的传粉者依赖率（Di），可以用来估算NPij 与相对生产率水平加权Cpollj、相对生产率水平加权Cnpollj之间的关系（公式1，2）。
国家j生物传粉的总产量（PBj）（单位：吨/年）可以通过yij 乘以传粉者依赖率（Di）和受到传粉服务的像素数量（pj）来估算。作者使用了联合国粮农组织2001至的2015年的信息，计算农作物总产量中生物传粉的产量，为了方便统计分析，作者使用了这一时间段的总产量平均值（公式3）。
评估虚拟传粉流的进口（VPI）与出口（VPE），作者使用了与评估传粉者产生的作物产量的类似方法。对于以产油量信息为主的油料作物贸易，作者使用含油量，将油量转换为作物吨数。
一个国家对进口的依赖性被定义为进口产品在国内消费中所占的比例。为了评估各国对传粉依赖作物进口的依赖性，作者将国家j的国内消费量（Cj）算为其生物传粉的总产量（PBj）（单位：吨/年）及其国际贸易净值 （VPEj - VPIj）（单位：吨/年）的总和（公式4）。国家j对传粉依赖作物国际贸易的依赖表明国内消费水平可以通过进口来满足。因此，国家j对传粉作物国际贸易的依赖 (DVPj)可以通过传粉依赖作物进口（VPIj）（单位：吨/年）与国内消费（Cj）（单位：吨/年）之间的比率来计算。此外，作者还估算了传粉依赖作物消费，非传粉依赖作物和整体作物的消费量。消费量和依赖性是通过2001年至2015年作物产量和贸易的平均值来计算的（公式5）。
国家发展水平
关于国家的发展水平，作者使用了人类发展指数。这是一个在学术和政治领域广泛使用的指标，它涵盖人类发展的三个关键方面：生活水平，知识和健康。人类发展指数的信息是从联合国开发计划署收集的。国家j（HDIj）的发展水平是通过2001年至2015年HDI的年均平均值来计算的。
研究结果
与讨论
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传粉依赖作物占国际市场上贸易产品的50％以上。同时，从国家层面来说，传粉活动创造的产品数量占国家作物总进口量的19.3％，占传粉依赖作物进口量的40.4％。至于出口，传粉活动创造的产品数量占各个国家出口总量比例由0.4％至93.8％不等，而占出口传粉依赖作物的数量则介于1.2％至94.5％之间。对于一些国家来说，贸易中，由于农田附近是自然植被区的比例较低，传粉活动创造的作物量只占了传粉依赖作物量的一小部分。但是，由于一小块自然栖息地（即面积<300 m×300 m）也可以为作物提供传粉者，如果有关于全球自然植被区更精细的空间分辨率信息，这些估计值很有可能提高。然而，许多国家可以通过生态集约化做法（例如，种植花条和树篱），提高耕地的生产力，从而增加传粉活动对传粉作物出口的贡献。
图3：国家发展水平对传粉依赖作物贸易的影响。（A，B）人类发展指数对传粉依赖作物占农作物总体出口比例和传粉服务对传粉依赖作物总体出口比例的影响。（C，D）人类发展指数分别对传粉依赖作物占总进口量中比例和传粉服务对传粉依赖作物总进口量比例的影响。
虚拟传粉流
研究显示，国家发展水平对虚拟传粉的流量有很大影响。发达国家会比发展中国家出口和进口更多产品。然而，在欠发达国家中，传粉依赖作物进口和虚拟传粉的流量都低于非传粉依赖作物的进口，但这些产品的出口却较高。因此，传粉依赖作物和传粉服务对欠发达国家的出口贡献较大，对进口的贡献较小。较发达国家的传粉服务在其进口产品中所占比例更高。因此，这些国家更依赖于此类服务来满足其国内消费需求。传粉依赖作物的国际平均价格比非传粉的农作物的价格高五倍，因此，不同国家对传粉依赖作物出现这种差异，可能是国家购买力的差异所致。由于不利的气候条件或其他环境因素，较发达的国家可能会对非传粉依赖作物进行更多投资，或降低土地生产力以维持传粉依赖作物生存。欠发达国家的进口是更多是主粮，而主粮大部分不需要生物传粉媒介，因此这些国家的多样化粮食消费可能依赖于当地的作物生产系统。
传粉服务是自然栖息地的直接贡献，而它们对传粉依赖作物出口的贡献随着国家的发展水平提高而下降。结果表明，发达国家实际上是向用自然栖息地维持传粉服务的国家虚拟进口传粉服务。保护自然栖息地具有机会成本（例如，土地所有者因为保护政策/法律被强制要求保护自然栖息地）和政府、农民的实际成本（例如，用经济手段刺激保护管理，为生态系统服务付费），这些可能会受到较高的市场价格的支持。但是，由于国际作物价格的确定与出口国的环境成本无关，缺乏经济诱因或缺乏对保护生物多样性法律的遵守可能会导致对传粉者有害的做法（例如，传统的集约化农业）。
传粉需求和耕地扩张
耕地扩张是传粉者和总体生物多样性下降的主要因素之一，同时，它仍然是发展中国家提高作物产量的策略。作者表示，出口传粉产品最多的国家更有可能扩大传粉依赖作物的种植面积，而类似趋势并没有在非传粉依赖作物中发现 。这种趋势可能与单一作物种植面积的增加有关，导致了耕地与自然栖息地之间的距离越来越大。对生物传粉依赖作物的需求增加还促进了从传统的小规模多元化农业生产系统向大规模精简化农业生态系统的转变。再加上这种需求主要是由较发达国家刺激的，因此发达国家的粮食消费模式不仅得到非生物资源（土地和水）的支持，而且还得到其他国家/地区生物多样性（传粉者）的支持。这些结论表明，进口国和出口国都对以生物多样性为基础的生态系统服务的下降负有责任，并容易受到生物多样性下降的影响。
精准农业可以使农业更具可持续性，并且可以提高土地生产力。近年来，环境保护政策已在几个发达地区实施，例如，欧盟共同农业政策中的生态重点区域和美国国家环境保护局保护传粉者的行动。然而，这些地区对传粉产品需求的增加依然需要发展中国家野生传粉者的支持，而发展中国家很少采用保护计划，有关传粉者的信息也很少。因此，为了使消费方式更具可持续性，发达国家也要考虑其他国家是否采用了可持续发展的做法。能考虑到自然保护并能从中获得社会经济利益的战略对避免出口国的生态系统枯竭至关重要，这些出口国家除了支持全球粮食需求外，还需要依赖于自身的自然资源来减少贫困和保证当地的粮食安全。虚拟传粉流可以确定贸易伙伴之间的联系，而这种相互依存关系有助于分担保护生物多样性的责任，并且建立新的国际合作机制。
总结
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该项研究表明，发展水平较高的国家需要高水平、并以生物多样性为基础的服务来维持其消费方式。这一消费方式使得发达国家40%的传粉依赖作物来源于从发展中国家 进口，这刺激了耕地面积的扩大。量化虚拟传粉流可以帮助制定新的全球社会经济政策，以应对生物多样性丧失、生态系统健康和社会正义等挑战。
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