斯坦福/港科等团队Nexus：超越领土边界的空间—生物多样性纽带 | Cell Press论文速递

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2026-08-29 11:03发布于北京CellPress细胞科学官方账号

问AI · 地表生态治理逻辑如何接住太空基建外溢？

交叉学科

Interdisciplinary

近日，来自斯坦福大学、香港科技大学、爱荷华州立大学、剑桥大学、休斯敦大学和上海交通大学的跨学科团队在Cell Press细胞出版社交叉学科期刊Nexus发表观点文章“The Space–Biodiversity Nexus Beyond Territory”。文章指出，人类基础设施正快速进入低地球轨道和上层大气，但生物多样性治理仍主要围绕地表生态系统、国家疆域和属地报告展开。研究团队据此提出“垂直生物多样性责任框架”，在不夸大现有生态证据的前提下，为卫星星座、火箭发射和大气再入可能形成的跨疆域压力建立记录、归责、监测与动态审查机制。

研究背景

过去半个世纪，全球生物多样性治理主要针对土地利用变化、栖息地破碎化、气候变暖和污染扩散等能够在地表观察、按行政边界统计并由国家报告的压力。现有监测框架不断进步，但核心指标仍围绕地表生态系统、物种分布和属地数据组织。其隐含前提是：人类活动与生态系统之间最重要的相互作用，主要发生在二维地表空间。

这一前提正在被快速扩张的垂直基础设施打破。低地球轨道卫星星座、频繁商业发射以及卫星和火箭体再入，可产生火箭排放、反射光、电磁信号和含金属颗粒等物理输出。这些输出可能通过大气环流、辐射传输、沉降和信号传播跨越多个大气层，并在远离发射、登记或运营地点的区域形成潜在暴露路径。因此，活动发生的“运营空间”与外部性可能到达的“影响空间”并不重合。

关键问题不在于认定这些活动已经造成了明确的生物多样性损失，而在于证据链发展极不均衡：部分物理现象已经可以观测或测量，大气运输与辐射路径可以建模，极地生态系统、海洋初级生产力和迁徙物种对相关扰动的敏感性具有生态学依据，但物种和生态系统层面的直接因果归因仍然不足。若治理只能在损害完全证实后启动，随着轨道活动规模持续增加，相关压力可能长期处于无人记录、无人监测、责任主体分散的状态。论文因而把这一问题界定为不确定条件下的风险识别与制度准备问题。

核心内容

1. 从二维领土治理到三维压力架构

论文将“垂直空间”定义为地表以上、仍能通过物理或制度路径与地球生态系统发生联系的运营和环境域，并进一步区分运营空间、影响空间和配置空间。运营空间描述活动在哪里被授权、登记、发射、运行或控制；影响空间描述外部性可能被运输、转化或表达的时空范围；配置空间则强调轨道高度、卫星密度、发射频率、材料、所有权和监管结构共同塑造的社会—技术秩序。该划分揭示了传统属地归责无法充分处理的核心问题：一次发射或再入可能只持续数分钟，但其大气运输、沉降、生态暴露与监测过程却可能跨越数月、数年及多个国家边界。

图1 轨道和上层大气基础设施连接生物多样性相关受体的可能垂直压力路径。该图是概念性路径与监测地图，并不代表已经证实的生物多样性损害。

2. 四级证据体系：既不夸大，也不忽视

为避免把“可能路径”误写成“已证实损害”，论文建立了四级证据体系。第一级是已观测或可测量的物理现象，包括火箭排放、卫星亮度和再入来源金属；第二级是可通过模型研究的运输或暴露过程，包括平流层环流、辐射散射、驻留时间与沉降；第三级是基于已知敏感性的生态相关性，例如极地系统、海洋生产力和迁徙物种对光环境、痕量物质或复合压力的响应；第四级是尚未解决的生物多样性结果，即物种或生态系统层面的直接归因。这种分层使治理可以记录不确定性，同时避免把生态合理性直接等同于因果证据。

图2 从可测物理现象到未决生物多样性结果的四级证据体系。

3. 三条垂直生态压力路径

论文重点讨论三类路径。第一，火箭发射产生的黑碳、氮氧化物、含氯物质和氧化铝颗粒可进入上层大气，其化学与辐射效应可被测量或建模，但对极地、高山和海洋生态系统的长期影响仍缺乏直接归因。第二，大规模卫星星座会增加反射光、移动光轨和电磁环境复杂度；夜间光照与迁徙行为之间已有丰富地表研究，但轨道光源和通信信号的生态效应尚未充分测试。第三，卫星和火箭体再入会形成含铝、钛等金属的气溶胶颗粒；航天器来源金属已在平流层颗粒中被检测到，但其沉降通量、生物可利用性及对海洋表层、冰冻圈和高纬土壤的影响仍需长期观测。三条路径的共同特征是物理基础逐渐增强，而最终生态结果仍具有较高不确定性。

图3 三类垂直基础设施压力路径、潜在生态受体及其当前证据边界。

4. 垂直生物多样性责任框架

为把风险识别转化为可执行治理，论文提出垂直生物多样性责任框架（VBRF）。责任锚点首先识别哪些活动应进入治理范围以及谁是首个可追责节点；垂直影响账本记录发射频率、推进剂、轨道高度、星座规模、亮度、再入质量和材料组成等活动变量，同时标注证据属于测量、建模、推断还是前瞻情景；比例责任分配依据活动贡献、经济受益、运营控制、持续时间和风险影响，在许可国、登记国、发射服务商、运营商、制造商及其他参与者之间分配责任；合规与适应性审查则把归责结果转化为披露、独立技术评估、监测支持，以及在证据和阈值充分时采取的缓解或补偿措施。

5. 从概念框架到五阶段实施

VBRF并不要求建立一套完全独立的新机构，而是嵌入现有许可、登记、任务清单、年度披露、环境监测和多边审查程序。实施过程分为五个阶段：活动进入与可追溯性记录、压力路径筛查、比例责任分配、监测与利益相关方讨论、适应性合规。在只有物理输出数据时，责任以信息披露、账本登记和支持监测为主；随着运输模型、暴露数据和生态证据增强，再逐步提高技术审查、缓解、监测融资或补偿要求。监管机构、登记机构、发射服务商、卫星运营商、制造商、大气和生物多样性观测网络、国际组织以及金融和保险机构均可通过现有职责进入这一流程。

图4 VBRF的四个制度组件及其五阶段实施路线。

论文总结

这项研究不宣称轨道活动已经造成生物多样性损害，而是指出：当基础设施向上层大气和近地轨道延伸时，治理也必须由二维属地逻辑扩展为三维压力架构。论文用四级证据体系区分可测现象、可建模路径、生态合理性和未决结果，并以VBRF使非属地压力能够被记录、比较、分配和动态审查。其目标是在轨道活动规模扩大、责任链条难以追溯之前，建立透明、渐进且可修正的科学—制度接口。