面向海岸保护与恢复解决方案的焦点小组生态系统服务评估（ESA）工具：开发、应用及跨灰色—混合蓝灰—基于自然的解决方案（NbS）批判性评估

《Regional Studies in Marine Science》：An ecosystem service assessment tool for coastal protection and restoration solutions using focus groups: Development, application, and critical evaluation

　　

沿海地区正受到人类活动日益增大的压力，威胁生态系统服务（Ecosystem Services, ESs），并使基于生态系统的管理（Ecosystem-based Management, EBM）成为沿海人口的紧迫挑战。基于自然的解决方案（Nature-based Solutions, NbS）可在支持EBM目标的同时增强海岸保护和/或恢复；然而，纯自然方法往往不可行，需要与技术基础设施整合，从而产生混合蓝灰基础设施。但是，尚无标准化工具在完整谱系（即灰色基础设施、混合蓝灰基础设施和NbS）上得到验证，使海岸规划者缺乏灵活、基于证据的工具来比较不同解决方案类型的共生效益特征。本研究应用基于焦点小组的生态系统服务评估（Ecosystem Service Assessment, ESA）工具，涵盖位于三个区域海（波罗的海、地中海、孟加拉湾）的九个海岸保护和/或恢复案例研究。17名专家和非专家参与者使用标准化、基于情景的方案评估了30种ES（10种供给、10种调节与维持、10种文化）的相对重要性和供给。结果显示，不同解决方案类型的ES供给存在清晰一致的梯度，NbS产生最高总体共生效益分数。文化服务成为最具区分度的维度，NbS得分近乎灰色基础设施的三倍，而调节与维持服务（尤其控制侵蚀速率）在所有解决方案类型中保持高度相关。专家和非专家评估显示出趋同趋势，尽管绝对分数存在差异，经Bonferroni校正后仅一种ES存在显著差异。两个非欧洲案例研究获得最高的总体ES供给分数之一，支持该工具超越其原波罗的海背景的通用性。这些发现表明，基于焦点小组的ESA能够在灰色到NbS的完整谱系上产生稳健、解决方案特异性的证据，支持其整合到结构化海岸规划框架，如系统方法框架（Systems Approach Framework, SAF）中。

研究背景与问题：海岸和海洋生态系统正面临日益增大的压力。气候变化作为主要驱动因素，导致海平面上升、侵蚀加剧和沿海栖息地丧失；旅游、渔业、城市化、运输、水产养殖、采矿和海上能源生产等对海岸和海洋利用的加强，又加速了栖息地和生物多样性丧失。在欧洲，社会一方面要求改善海岸防护以应对海平面上升，另一方面要求保护和恢复栖息地，这推动欧盟委员会发起基于自然的解决方案（Nature-based Solutions, NbS）相关倡议。欧洲环境政策总体指向海岸和海洋系统的基于生态系统的管理（Ecosystem-based Management, EBM），其中NbS在气候适应、绿色基础设施、生物多样性恢复和更健康海洋中发挥核心作用。已有研究表明，恢复的潮汐沼泽、海草床或生物礁等NbS可提供可持续海岸防御、碳封存、生物多样性恢复和更广泛的生态系统服务（Ecosystem Services, ESs）供给。然而，在许多现实情境中，纯自然方法不可行，需要与技术基础设施和工程要素整合，形成所谓混合蓝灰基础设施。实践中，海岸保护措施因此涵盖从纯灰色基础设施（如海堤、堤坝、防波堤）到混合蓝灰基础设施和纯NbS的谱系。尽管这些方法具有公认优势，仍面临经济量化有限、法规和规划障碍、尺度和通用性限制、气候变化下长期性能不确定性、缺乏标准化监测以及社会政治接受不足等挑战。海岸和海洋措施的规划与实施需要系统方法和早期利益相关者参与。系统方法框架（Systems Approach Framework, SAF）通过从问题定义到实施和监测的六个步骤支持综合海岸管理，但仍存在方法缺口，尤其是系统整合不同利益相关者感知以及时间评估能力（即评估措施实施前、实施中和实施后的生态系统服务供给）。ESA可在海岸和海洋规划过程中发挥重要作用，但缺乏一种能够跨海岸保护和恢复解决方案全谱系应用，并在不同地理和社会生态背景下验证的灵活工具。因此，本研究的总体目标是开发和评估一种灵活ESA工具，并检验其通用性。研究问题包括：ESA工具能否在灰色、混合蓝灰和基于自然的措施间产生差异化、解决方案特异性ES供给剖面；评估结果在不同地理和社会生态背景包括非欧洲背景中是否一致；专家和非专家在使用相同标准化方案时是否产生趋同评估；ESA工具如何整合到SAF等结构化海岸规划框架中。中心假设是：ESA工具产生的ES供给分数在不同解决方案类型间存在显著差异，NbS总体加权ES分数高于混合蓝灰和灰色基础设施，且这些差异不受参与者专长水平影响。

研究人员开展的研究、结论与意义：研究人员在三个区域海（波罗的海、地中海、孟加拉湾）的九个海岸保护和/或恢复案例中，应用基于焦点小组的ESA工具。17名专家和非专家参与者使用标准化、基于情景的方案，评估30种ES（10种供给、10种调节与维持、10种文化）的相对重要性和供给。结果显示，不同解决方案类型间存在清晰一致的ES供给梯度，NbS产生最高总体共生效益分数。文化服务是最具区分度的维度，NbS得分近乎灰色基础设施的三倍；调节与维持服务，尤其控制侵蚀速率，在所有解决方案类型中均高度相关。专家和非专家评估呈趋同趋势，尽管绝对分数有差异，Bonferroni校正后仅一种ES差异显著。两个非欧洲案例研究取得最高的总体ES供给分数之一，支持工具超越原波罗的海背景的通用性。意义在于，基于焦点小组的ESA能够产生稳健、解决方案特异性证据，支持其整合进SAF等结构化海岸规划框架。

关键技术方法：案例来源包括七个德国梅克伦堡-前波美拉尼亚南部波罗的海案例，以及阿尔及利亚Jijel地中海案例和孟加拉国Kutubdia岛孟加拉湾案例。参与者队列为17人，分为两组：第一组6人评估CS1-CS6，第二组11人评估全部九个案例；专家n=12，非专家n=5。方法上，基于共同国际生态系统服务分类（Common International Classification of Ecosystem Services, CICES）V5.2选择30种ES；采用标准化三文档远程评估协议（约10页案例描述、评估指南和Excel工具）；以5点序数量表评估相对重要性（0、1、2、4、8），以?3至+3的7点量表评估影响分数；计算加权分数=相对重要性×影响分数，并用感知专长权重进行敏感性分析；采用Kruskal-Wallis和Mann-Whitney U检验，Bonferroni校正阈值α_adj=0.05/30=0.00167。

研究结果：
3.1 最重要的生态系统服务：通过相对重要性评估发现，供给服务在所有案例中均为三类中最低；文化和调节与维持服务持续最相关。高或很高相关的ES共15种，包括7种文化服务、6种调节与维持服务和2种供给服务。按方案类型，NbS集中最多最重要ES（15种），灰色基础设施6种，混合蓝灰基础设施5种。按措施，15种最重要ES中有9种与牡蛎防波堤礁（CS9）相关，其次是海滩养护（CS2）和沙丘恢复（CS8），各5种。该结果表明工具可在全方案谱系和不同地理社会生态背景中捕捉ES相关性。

3.2 实施海岸保护和/或恢复措施后的生态系统服务供给：通过平均加权影响分数评估，理论最大加权分数为24，本研究中最高平均分为21.3。被识别为最高水平供给（分数≥12）的ES包括水生动物利用、野生动物利用、控制侵蚀速率、物质运动的缓冲与衰减、水文循环和水流调节、生命周期维持、栖息地和基因库保护、与自然环境的主动互动、与自然环境的被动互动、科学调查/传统生态知识、教育/培训以及具有非使用价值的生物特征。11种中有9种仅在NbS案例中达到最高分，5种为文化服务。唯一两种高分供给服务属于CS9，反映当地社区对水生资源的直接社会经济重要性。调节与维持服务“控制侵蚀速率”是唯一在三种方案类型中均一致高供给的ES。NbS总体平均加权ES分数最高（4.01），灰色基础设施最低（1.66），混合蓝灰基础设施居中（2.43）；该梯度在文化服务和调节与维持服务中一致，供给服务例外表现为灰色（0.15）与混合（0.14）几乎相同，而NbS明显更高（1.19）。结果表明工具能产生差异化、解决方案特异性的ES供给剖面。

3.3 生态系统服务供给比较分析：
3.3.1 调整与未调整ES影响分数：通过感知专长调整后，总体供给最高为阿尔及利亚Jijel沙丘恢复（CS8），未调整和调整分数分别为15.2和29.1；孟加拉国Kutubdia岛牡蛎防波堤礁（CS9）次高，分别为14.2和26.3。调节与维持服务中，NbS案例CS8和CS9最高。文化ES中，Warnemünde海滩养护（CS2）未调整分数6.6领先，Greifswald湾礁恢复（CS7）其次；调整后CS7和CS2仍最高，分别为12.2和12.1。九个案例中，CS8、CS9、CS7和CS2总体ES供给最高，均为NbS。调整与未调整评分系统下趋势一致，各类ES贡献比例稳定，案例相对排序不变，表明结果对参与者知识水平差异稳健。

3.3.2 专家与非专家感知：该比较限于CS1-CS6。两组在三个ES类别中显示大体一致模式；专家对调节与维持服务评分略高，非专家对科学调查/传统生态知识和教育/培训评分相对较高，供给服务均很低。Kruskal-Wallis检验在Bonferroni校正后显示，专家和非专家均无方案类型间显著差异。Mann-Whitney U检验仅“水文循环和水流调节”在专家与非专家间显著（U=1603，p=0.001），专家评分更高。总体上感知趋同，但非专家样本小（n=5），统计功效有限。

讨论部分总结：4.1 ESA工具作为灵活且通用的评估工具：研究显示灰色基础设施（1.66）到混合蓝灰基础设施（2.43）再到NbS（4.01）的清晰梯度，文化服务最具区分度，专家与非专家趋势趋同。工具假设参与者能基于标准化书面案例描述评估30种ES，加权分数为乘法关系，实施前/后情景框架可捕捉反事实。与InVEST、ARIES等模型工具相比，该工具无需大量经验数据、技术专长和计算资源；与GIS制图相比，它可纳入时间维度和不同利益相关者价值差异。其优势包括跨方案类型灵活、跨地理通用、整合专家与非专家视角以及时间评估能力。4.2 整合多样焦点组的价值：工具设计用于不同专长利益相关者，纳入领域专家和非专家，回应了整合技术、经验和本地知识系统的需求。未来应用应优先纳入真正受影响群体，如当地渔业社区、海岸土地利用主管部门、环境非政府组织和本地知识持有者。案例描述质量和可及性对非专家参与很重要。文化服务最具区分度，非欧洲案例文化ES由具有直接本地知识的共同作者文档支持。4.3 海岸保护解决方案类型间的ES供给：梯度结果与NbS较传统工程具有更优共生效益的文献一致。调节与维持服务主导灰色和混合蓝灰基础设施的ES供给，符合其海岸防护主要功能；NbS文化服务领先，反映额外娱乐、审美和教育共生效益。灰色基础设施在调节与维持服务上得分相对较好，但文化和服务供给分数低。主要目标仍是应对物理海岸挑战，供给和文化服务改善应理解为非计划共生效益。非欧洲CS8和CS9高分，CS8在调节与维持服务领先，CS9供给服务独特高，反映当地社会经济依赖。NbS通常需要成熟期，未来应明确实施后情景时间范围。4.4 在SAF中的整合：SAF提供六步海岸规划管理流程，ESA工具最直接适用于第二步System Design，作为评估工具系统性捕捉利益相关者对ES相关性和供给的感知；也可在第五步Evaluation实施后重新应用，评估预期共生效益是否实现。其pre/post评估能力回应SAF时间评估缺口。工具应作为生物物理建模、工程评估和经验监测的补充，输出应与海洋学和水动力分析一同解释。新环境应用可能需要针对性调整，例如热带珊瑚礁海岸或红树林主导三角洲可补充沿海碳封存、传统捕鱼权或神圣海岸景观等服务。4.5 局限与未来展望：专家与非专家统计比较受非专家样本小（n=5）限制，Mann-Whitney U检验统计功效低，II类错误风险高；仅一种ES显著可能部分反映方法约束。评估完全基于感知而非经验生态数据，未来需与经验监测数据验证。未来应用应优先让当地社区直接参与。CS8和CS9对未来在经验ES监测数据稀缺背景中应用工具具有特殊价值。

研究结论翻译：研究人员开发并测试了一种适用于广泛海岸保护和恢复解决方案的ESA工具。结果直接回答四个研究问题。针对RQ1，NbS在所有三类ES中一致产生高于混合蓝灰基础设施和灰色基础设施的总体ES供给分数，证实中心假设。文化服务是最具区分度维度，NbS得分近乎灰色基础设施三倍；调节与维持服务，尤其控制侵蚀速率和物质运动缓冲与衰减，在所有方案类型中高度相关，反映其首要海岸防护功能。也应注意，NbS益处通常比灰色或混合基础设施需要更长时间实现，海岸规划者在选择方案类型时应考虑该时间维度，这是未来纵向应用工具的重要方向。针对RQ2，两个非欧洲案例（CS8阿尔及利亚；CS9孟加拉国）取得最高总体ES供给分数之一，初步证明工具通用性，但并非地理平衡抽样设计。针对RQ3，专家和非专家总体显示一致ES供给趋势，尽管绝对分数有差异；该结果与不同专长背景感知趋同一致，但因非专家样本小（n=5）需谨慎解释。工具仍显示无需ESA专门知识即可供广泛行动者群体使用。针对RQ4，工具识别两个机会：在System Design步骤系统整合多样利益相关者感知，以及通过pre/post情景框架进行措施表现时间评估。政策启示包括：海岸规划策略应系统考虑不同方案类型的共生效益，承认即使将自然元素部分整合进传统基础设施也能产生额外ES供给；NbS案例中供给和文化ES改善应解释为主要设计用于应对海岸侵蚀和洪水的措施的非计划共生效益。在数据有限或资源受限规划背景中，ESA工具提供实践、低成本生成证据方法，无需先进生态专长。研究人员建议将其作为初步定性筛查工具，适用于诊断阶段、共同创造工作坊和海岸规划冲突解决，补充而非替代生物物理建模和工程评估。将ES思维嵌入海岸规划过程并系统评估保护和恢复措施共生效益，为实践者、规划者和决策者提供平衡海岸韧性、生物多样性保护、文化价值和社区福祉的途径。论文作者为Ibrahim Boubekri、Lea Welk、Nicole Mary Swer和Gerald Schernewski。