——记浙江大学环境与资源学院“青年千人计划”入选者杨武

　　本刊记者  倪海波
　　

　　　　
　　一味向地球索取的人类，已将生存的环境推向了十分危险的境地。如何有效地保护生态环境，已成为全球各国不能回避的问题。
　　为恢复生态，提高人类福祉，各国相继出台了众多相关的政策和法规，一些自然保护区和生态保护地也纷纷随之建立，并且在数量和面积上呈逐年增长的趋势。如此大的保护力度，本应能收到令人欣慰的成效，但事与愿违，一个出人意料的悖论出现了：全球尺度上，生态系统不但未恢复，有的区域甚至出现了退化越来越严重的情况，当地居民生产生活举步维艰。
　　为何投入增多，收到的效果却并不理想呢？是政策的设计、实施出了问题吗？该如何提高生态保护与建设政策的成效呢？搞清楚这些，需要解决生态政策、生态系统和人类系统之间如何相互作用的一系列关键而复杂的科学问题。显然，这是一项庞杂而繁乱的大工程。虽如此，浙江大学环境与资源学院的研究员杨武却仍乐此不彼，并未因工作复杂而退却。
　　

异国历练 羽翼渐丰

　　2007年本科毕业于浙江大学生命科学学院的杨武，获得了来自美国密歇根州立大学的两份博士全额奖学金，由此开启了他在异国他乡的新征程。
　　虽在密歇根州立大学渔业与野生动物系求学，但杨武却并未受到所学专业的限制，对各种知识持开放心态的他，更乐于做一些多学科交叉的尝试。博士期间，他同时拿到了环境科学与政策项目的全额奖学金和专业证书，并参与了系统综合与可持续性研究中心的一系列研究项目。
　　博士学业完成后，他以博士后的身份短暂地完成了密歇根州立大学系统综合与可持续性研究中心诸多项目的交接工作，然后受邀前往国际最大的环境保护组织之一——美国保护国际基金会担任副研究员，直至2016年回国。
　　在国外的7年多，杨武一直致力于人与自然耦合系统中政策、生态系统服务和人类福祉之间的交互关系，以及政策作用效应和调控机理的研究。
　　

把脉政策效应 解决百年争论

　　科学的政策调控需要了解政策干预是否起作用，起了多大作用，如何起作用。系统性不够、定量化不足、机理分析缺乏，是以往生态政策研究中存在的三大问题。仅仅评估政策对人或环境其中某一方面的影响，或是仅仅根据纸面上的统计数字而不是实际效果做评估，亦或只根据简单的统计分析（如多元线性回归）去讨论政策效应背后的机理，都是不可取的。因为政策的机理通常要比想象中更复杂，政策效应往往需要通过多条路径实现，且每条路径相互影响交织成网络的状态，使得简单的统计分析根本无法胜任如此复杂的评估工作。
　　为科学、系统和严密地评估政策效应和进行量化调控，杨武对生态补偿政策评估的实验设计和分析方法进行了长期的探索，并取得了一系列创新成果。他提出的一套关于生态系统服务和人类福祉作用效应和机理的广义概念框架，为分析生态政策的作用效应和机理奠定了理论基础。他构建的不同情况和分析尺度下的反事实基准线，以及政策效应评估的因果推理模型，为生态保护与建设政策的评估和调控提供了可靠的技术方法。
　　与此同时，这一研究成果还解决了一个百年争论。1906年，意大利著名政治和经济学家维弗雷多·帕雷托 (Vilfredo Pareto) 曾经提出过一个问题，即一个组，到底结构越大越好，还是越小越好，怎样的组织结构效率更高？这个看上去简单的问题，却争论了一百多年，一直没有定论，史称群组大小悖论(Group Size Paradox)。2009年诺贝尔经济学奖获得者 Elinor Ostrom 教授在总结全球几千个公共池塘资源案例规律的时候，提出了群体大小非线性效应的假说，但遗憾的是，她的假说一直未得到实地数据的有效验证。
　　在杨武开展的研究中同样遭遇了这个问题，生态补偿政策对参与保护的农户行为和自然资源的保护效果之间是怎样的关系？一个组的参与农户数量越多越好，还是越少越好，抑或分组本身对保护行为和保护效果并没有影响？回答这个问题需要杨武重新去思考那个已争论了很久的难题。
　　“做生态学或者经济学研究，容易出现这样的情况，即实验结果和野外观测结果往往是相互矛盾的。可能有人做出的结果呈正效应，有人呈负效应，更有人得不出任何效应。”杨武告诉记者，“物理学中，光的属性，既是波又是粒子，取决于你观察的尺度。这一点启发了我，我觉得大家争论的问题和光的属性很像，可能只是观察尺度的原因，也可能规律本身就是一条曲线。和盲人摸象类似，有不同的感受是因为摸到了不同的片段而已，只有观察到整个曲线之后，问题才能找到答案。”
　　在四川卧龙自然保护区高大的古树密林中，杨武找到了答案。博士期间，在参与导师刘建国教授针对四川卧龙自然保护区开展的研究项目中，杨武以天然林保护政策为案例，通过对农户和林斑两个尺度的统计分析以及系统因果模型的建构，证明了群体大小（即案例中每个小组的农户数量）与每个农户组巡山护林的平均劳动力投入和森林恢复效果呈非线性的关系。同时，他还阐明了随着群体大小增加，搭便车行为增加与群体内自组织强化而抑制搭便车行为的两种力量相互对抗的机理过程。
　　杨武的研究结果不仅完整勾画了群体大小产生作用的曲线方程和作用机理，为持续了100多年的悖论提供了迄今为止最有力的证据，同时还验证了2009年诺贝尔经济学奖获得者 Elinor Ostrom 教授提出的群体大小非线性效应的假说和机理。他的研究成果后来发表在美国科学院院刊上，并被 Science 选为编辑推荐论文。
　　

定量研究为生态悖论寻答案

　　现如今，保护区建得越来越多，面积越来越大，但在全球生态系统中，森林和湿地反而是一直在减少。2008年，据发表在美国科学院院刊的文章统计，世界银行有超过三分之二的项目没有达到预期的生态效益和社会经济效益。“这样的结果只能说明政策设计和实施出了问题”，杨武这样认为。而问题的关键在于学界缺乏对生态系统服务与人类福祉耦合模式和量化关系的认知，无法对政策设计和调控提供有力的科学依据。基于多学科的研究背景，杨武运用不同的数据收集方法和分析手段，向这个问题发起了挑战。
　　在基于统一概念框架的生态系统服务和人类福祉的定量指标缺乏的情况下，杨武凭着自己的执着，构建出了一套人类对生态系统服务依赖度的指标体系，并同时构建出了人类福祉的指标体系。杨武的两套指标体系，为研究生态系统服务与人类福祉之间的定量关系打下了扎实的方法基础。
　　这些成果被 PLoS One 杂志连载后，又被美国科学基金会作为突破性进展进行了头版报道，欧洲的 Ecosystem Services for Poverty Alleviation 国际项目还曾专门邀请杨武撰写了这些成果对于扶贫的管理意义。
　　通过建立的这一套量化方法，杨武在后续的研究中又进一步提出和实地验证了多样化生态系统服务依赖度有利于降低灾害损失的观点，并阐明了自然资本、人力资本、制造资本和社会资本对人类福祉贡献的部分可替代性。他的这一观点为弱可持续性和强可持续性争论的基本假设提供了有力证据。
　　2013年5月，相关论文发表后，国际最大的环保组织之一“保护国际（Conservation International）”下属的研究中心主任 Madeleine C.McKinnon 专门致信邀请还未博士毕业的杨武前往其研究中心工作。在完成学业并处理完手上未完成的项目后，2014年1月杨武接受了CI的邀请，前往那里工作。
　　之后，杨武将提出的量化方法又进行了进一步完善，并被应用于CI全球的26个国家中。其中人类福祉指标体系的方法后来又被进一步拓展，应用到柬埔寨全国2006—2012年的福祉评估,以及柬埔寨全国自然保护区网络对自然资本和人类福祉的效应评估和机理分析中。目前，这套方法正在杨武负责的国家“十三五”重点研发计划课题“国家与地方生态补偿政策绩效评估”中被继续应用。
　　

以耦合系统探寻可持续路线

　　解决了群体大小悖论的问题、建立了量化方法后，杨武与他的导师刘建国教授合作，又在全球尺度上的耦合模式和关系问题上进行了开创性的探索。
　　生态系统服务在空间上的分布是不均匀的，其供给和需求在空间上也是不对称的。随着人类对生态系统服务需求的激增，世界各地越来越多地通过生态系统服务的流动（如农产品贸易、跨流域调水、碳排放交易和跨境生态旅游）而相互连接。因此，保障人类可持续发展既需要了解生态系统服务与人类福祉在局部尺度上的耦合模式和关系，又需要认识二者在区域、国家乃至全球尺度上的耦合模式和关系。
　　基于人与自然耦合系统理论，他们分析了2011年中央关于加快水利改革发展的一号文件，指出了其中需要注意的科学问题，并提出了一些相关的建议。通过分析中国的水危机和水政策，指出中国除了对大型水利设施投资外，还必须认识和应对人与自然间复杂的耦合关系，从数量和质量上保证水的可持续供给。
　　以举世瞩目的南水北调工程为例，他们提出了综合局部耦合与远程耦合的生态系统服务分析框架，并分析了整个调水工程中输入、输出和溢出系统中的生态系统服务供给、流动和需求的作用主体、原因以及社会经济和环境效应。
　　相关科研成果已于2012年发表在Science上，并得到了国际同行的广泛认可。2013年美国科学院院刊特邀刘建国教授和杨武发表了应用远程耦合框架进行生态补偿政策综合评估的评论文章。2016年，国际生态学与环境前沿杂志 Frontiers in Ecology and Environment 邀请他们在关于中国生态系统服务的专刊上发表了综合局部耦合与远程耦合的生态系统服务系统分析框架。同年，杨武以第一作者在Ecology and Society上首次发表了结合局部耦合和远程耦合研究跨区域生态系统服务可持续性的分析框架，并应用到了北京水资源可持续性管理的案例中，为下一步系统评估、模拟和调控区域和全球水资源以及其他生态系统服务提出了新思路。
　　在此问题的研究上，杨武虽已小有收获，但他觉得目前还只是刚刚起步，真正要把局部尺度上的耦合模式和关系与全球的结合起来，从概念框架到系统模型和实际应用，还有很长的路要走。
　　

把实验室搬回祖国

　　如今，杨武已经把自己的科研主战场搬回祖国。他说自己特别幸运，刚刚回来就成功拿到了国家和省里的项目。对于目前正在进行的国家自然科学基金面上项目及浙江省自然科学基金杰出青年项目，他已规划颇深。
　　2010年，“生态系统服务集”概念的提出曾为实现多目标的生态系统管理提供了一个新的思路。但迄今为止，对于这个概念的研究，仍缺乏综合定量的生态系统服务集指数，显示其时空动态特征以及驱动机制。不同生态系统服务的空间格局及其相互间的关系如何？怎样构建单一的非货币化指数，去反映不同生态系统服务的合集？如何识别生态系统服务的热点和冷点区域？生态系统服务间的关系随时间尺度如何变化，随空间尺度又如何变化？哪些因素影响生态系统服务集的时空动态？这些问题都未得到切实的解决。
　　在此背景下，针对这些不足，杨武在主持的国家自然科学基金面上项目“区域生态系统服务集指数构建、时空动态及驱动机制”中，将以生态系统服务类型丰富、区域社会经济发展迅速和人类的活动干扰强度大的浙江省为对象，结合遥感和地理信息数据、地面生态调查数据、环境监测数据和社会经济统计数据，在像元、乡镇和区县尺度上，评估单项生态系统服务并分析其相互间的关系。
　　杨武团队将采用数据挖掘和系统模型相结合的方法去构建生态系统服务集的指数体系（含综合指数和子维度指数），进一步展示生态系统服务集的时空动态，识别热点和冷点服务区并揭示其动态变化。最终，他将综合生态、地理、社会经济和政策因素，分析出生态系统服务集变化的驱动机制。项目结题后，他们的研究将为多目标生态系统管理提供科学依据，并为生态系统服务的政策应用开辟出一条新的思路。
　　除了这个项目，杨武的另一个着眼点则放在了对生态资产、生态系统服务和生态系统生产总值的探索上。
　　自联合国千年生态系统评估项目（2000—2005）实施以来，生态资产、生态系统服务和生态系统生产总值的研究逐渐成为了生态学领域的研究热点和前沿。国内外兴起的围绕生态系统服务的研究为自然资源管理开辟了一条新的途径，并初步奠定了生态系统服务评估的理论基础和技术方法，但同时也面临着诸多挑战。
　　生态资产、生态系统服务、生态系统生产总值的内涵与相互联系缺乏统一的认识；应用于生态补偿政策制订、评估和调控的理论储备不足；生态资产、生态系统服务、生态系统生产总值以及生态补偿标准核算缺乏统一的方法与规范；生态系统服务与人类福祉耦合模式和机制的定量研究缺乏。这些问题始终制约着生态资产、生态系统服务和生态系统生产总值研究成果的政策应用。
　　针对这些问题，杨武以主持的浙江省自然科学基金杰出青年项目“区域生态资产、生态系统生产总值与生态效益核算的理论、技术方法与应用示范”研究为依托，力图构建出一套区域生态资产、生态系统生产总值与生态效益核算的理论和技术方法，并通过应用示范，开展案例分析，检验此技术方法的有效性，从而为浙江省乃至全国建立生态资源资产化制度提供有效的技术指南，进而将生态系统生产总值核算纳入国民社会经济统计和考核体系中，为开展区域和全国生态政策和重大工程的生态效益绩效评估提供有力的科学支撑。
　　

回馈国家 积跬步至千里

　　2016年，杨武决定回国，而彼时经过多年的积累，他在国外的研究已小有成绩。在国际重要学术期刊，他已发表研究论文27篇。其中，SCI & SSCI论文20篇；以第一作者和通讯作者在PNAS上发表论文1篇；以合作者在Science上发表论文2篇，PNAS上2篇，Nature Ecology & Evolution上1篇；作为主要编辑杨武还参与出版了英文专著1部；他的一系列研究成果曾被国际媒体广泛报道和关注。
　　在美国打拼了7年，为何在事业蒸蒸日上的时候选择回国？他的回答是：“我并没有打算一辈子待在美国，因为那里毕竟不是我的国家。回国对于我是必然的选择，之前我觉得自己的本领还没学到家，后来我觉得时机成熟了，该回来了。”国家生态环境和经济发展面临的严峻形势，对杨武来说既是挑战又是机遇。时值国家第十三个“五年计划”启动的关键年，加之国家对人才的重视，杨武觉得这恰恰是自己回馈祖国的绝好时机。
　　交接好在美国的工作，用一周的时间处理好各项事务，杨武登上了回国的航班。2016年2月，他以浙江大学“百人计划”研究员的方式回到母校，开启了在国内打拼的新生涯。
　　2016年刚回国，杨武就成功入选了中组部青年“千人计划”。在国家和学校的大力支持下，他为自己和整个团队定下了目标：结合已构建的理论框架和方法，开展农村和城市两方面的环境政策评估和机理研究，为构建系统的政策调控理论和方法奠定基础，为全国和浙江省相关的环境和发展政策提供决策支持。
　　通过与美国斯坦福大学、耶鲁大学、明尼苏达大学、密歇根州立大学、加拿大魁北克大学这些国外研究机构的合作，以及与国内的中国科学院生态环境研究中心、环境保护部环境规划院、中国科学院地理科学与资源研究所、中国农业大学、内蒙古农牧业科学院等单位开展合作研究，杨武团队在理论和技术上与这些机构的资源已形成了优势互补。尤其与中国科学院生态环境研究中心建立的长期合作关系，已取得了重要的突破性进展，相关研究成果陆续发表在Science、PNAS和Nature Ecology & Evolution等国际顶级期刊上。
　　与此同时，他们一起合作申报的国家“十三五”重点研发计划项目“生态资产、生态补偿及生态文明科技贡献核算理论、技术体系与应用示范”已获科技部立项，其中杨武的团队将负责“国际与地方生态补偿政策绩效评价”的课题。接下来，他们将继续开展密切合作，围绕生态系统服务、人类福祉和政策之间的交互关系，为国家生态系统生产总值与生态效益核算，生态补偿模式、标准核算与政策绩效评价提供强有力的科学支撑和政策建议。