趙東升,郭彩赟,郭義強(qiáng),劉 磊,高 璇,張家誠(chéng),朱 瑜,張雪梅

1 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,中國(guó)科學(xué)院陸地表層格局與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100149 3 自然資源部國(guó)土整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100035

自2016年10月《關(guān)于推進(jìn)山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作的通知》印發(fā)以來(lái),“山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)修復(fù)試點(diǎn)工程被廣泛關(guān)注,目前已經(jīng)開(kāi)展了諸如河北環(huán)京津、陜西黃土高原、甘肅青海祁連山、吉林長(zhǎng)白山、湖南湘江和洞庭湖等一批“山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)修復(fù)試點(diǎn)工程,這些工程涵蓋了東北森林地區(qū)、西北祁連山地、京津水源涵養(yǎng)區(qū)、黃土高原地區(qū)、南方丘陵山地等重要的生態(tài)功能區(qū)。這些區(qū)域多為生態(tài)脆弱地區(qū),生態(tài)系統(tǒng)受損嚴(yán)重,環(huán)境問(wèn)題較為突出,開(kāi)展“山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程既是建設(shè)社會(huì)主義生態(tài)文明的必然要求,也是破解生態(tài)環(huán)境難題的重要舉措,對(duì)于構(gòu)建國(guó)家生態(tài)安全格局和維系民族永續(xù)發(fā)展具有重要意義。

IPCC第五次氣候評(píng)估報(bào)告指出,近百年(1909—2011年)來(lái),中國(guó)陸地區(qū)域增溫速率高于全球平均值,達(dá)0.9—1.5°C,最近50—60年全國(guó)年平均氣溫上升速率約為0.21—0.25°C/10a[1]。隨著氣溫的上升,降水分布不均現(xiàn)象更加明顯,極端事件頻率顯著增加。由于正在實(shí)施的重大生態(tài)工程多位于我國(guó)生態(tài)脆弱區(qū),水土資源配置失穩(wěn)、人地矛盾突出,大多數(shù)重大生態(tài)工程在最初設(shè)計(jì)時(shí)可能未考慮氣候變化的影響,或?qū)夂蜃兓挠绊懝烙?jì)不足,在重大生態(tài)工程實(shí)施過(guò)程中不能完全遵循自然規(guī)律,如不能基于人與自然系統(tǒng)的全局和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益角度進(jìn)行科學(xué)決策,將無(wú)法保證生態(tài)工程修復(fù)的系統(tǒng)性和完整性,也無(wú)法就氣候變化的應(yīng)對(duì)決策提出科學(xué)的指導(dǎo)。因此,開(kāi)展關(guān)于氣候變化對(duì)重大生態(tài)工程和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的影響研究顯得十分緊迫。

本文針對(duì)氣候變化對(duì)高寒草地、北方林區(qū)以及風(fēng)沙源區(qū)生態(tài)的影響,以實(shí)施多年的三江源生態(tài)保護(hù)工程、三北防護(hù)林工程和京津風(fēng)沙源治理工程為例,分析全球氣候變化對(duì)重大生態(tài)工程的影響與反饋,并指出了工程實(shí)施過(guò)程中存在的問(wèn)題,希望能為正在和即將實(shí)施的 “山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程提供參考價(jià)值,為達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理的目標(biāo)提供理論依據(jù),為當(dāng)前和今后一段時(shí)期內(nèi)的生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)支撐。

1 重大生態(tài)工程區(qū)氣候變化過(guò)程

中國(guó)的重大生態(tài)工程區(qū)氣候變化特征如表1所示。近50年來(lái),各生態(tài)工程區(qū)氣候變化均以增溫為主要特征,且氣溫傾向率均高于同期全國(guó)平均氣溫(0.22—0.27℃/10a),大興安嶺天然林保護(hù)工程區(qū)氣溫增幅最大,達(dá)0.88℃/10a,其余工程區(qū)增幅接近,在0.31—0.36℃/10a之間。各區(qū)降水變化差異較大,三江源生態(tài)保護(hù)工程區(qū)和大興安嶺天然林保護(hù)工程區(qū)近年來(lái)年降水量不斷增加,氣候呈暖濕化趨勢(shì)；而“三北”防護(hù)林工程區(qū)和京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)則呈現(xiàn)暖干化趨勢(shì),但二者的年平均風(fēng)速明顯降低,對(duì)于減弱沙塵暴災(zāi)害具有積極作用。

表1 重大生態(tài)工程區(qū)氣候變化特征

2 氣候變化對(duì)重大生態(tài)工程的影響

氣候變化與重大生態(tài)工程之間存在著互饋式影響。溫度升高導(dǎo)致的蒸發(fā)量增加、降水季節(jié)分配變化,能引發(fā)干旱、洪澇頻發(fā)、徑流量季節(jié)變化規(guī)律異常等問(wèn)題,給生態(tài)工程的水資源調(diào)配、環(huán)境改善、災(zāi)害防治的綜合發(fā)揮帶來(lái)嚴(yán)峻考驗(yàn)[11- 15]。此外,氣候變化和極端事件可能對(duì)重大生態(tài)工程區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和分布產(chǎn)生影響,從而導(dǎo)致關(guān)鍵物種的喪失,破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可逆性,進(jìn)一步加劇生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性,從而影響區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)穩(wěn)定,對(duì)國(guó)家安全和社會(huì)的發(fā)展構(gòu)成新的挑戰(zhàn)。本研究選擇了實(shí)施范圍較廣、區(qū)域影響較大且對(duì)氣候變化較為敏感的4個(gè)重大生態(tài)工程,總結(jié)了氣候變化對(duì)其的影響。

2.1 高寒草地重大生態(tài)工程

三江源位于青藏高原腹地,有“中華水塔”之稱,是長(zhǎng)江、黃河和瀾滄江的源頭,分布著廣闊的高寒草地,是高原生物多樣性最集中的地區(qū)和青藏高原生態(tài)安全屏障的重要組成。近年來(lái),由于氣候變化和人類活動(dòng)的雙重影響,該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能持續(xù)下降,影響了源區(qū)中下游的可持續(xù)發(fā)展。為了改變這種不利情況,我國(guó)規(guī)劃實(shí)施了三江源區(qū)生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程。

1980年以來(lái),三江源地區(qū)的氣候總體上向暖濕轉(zhuǎn)變。1982—2013年期間,三江源植被NPP呈現(xiàn)上升趨勢(shì),草地生產(chǎn)力也表現(xiàn)為線性增加趨勢(shì)。暖濕的氣候?qū)θ吹貐^(qū)的生態(tài)景觀變化具有正面效應(yīng),貢獻(xiàn)率約為87%,人類活動(dòng)(工程)的貢獻(xiàn)率為13%[16]；其中在1998—2012年間,由于生長(zhǎng)季溫度的上升,三江源地區(qū)的植被覆蓋度有所提高[17]；氣溫升高使得冰川退縮和冰川融水增多,濕地和水域面積的徑流量增加,導(dǎo)致雪線以下草地NPP的增加,以及地下水庫(kù)徑流調(diào)節(jié)作用的增強(qiáng)[18]。未來(lái)三江源地區(qū)的氣溫和降水將會(huì)持續(xù)上升,冰川大面積消融,草地面積增加,從而擠占其他景觀類型分布區(qū)域[19]；2005—2013年自工程實(shí)施以來(lái),三江源區(qū)域草地平均產(chǎn)草量比工程實(shí)施前17年的平均產(chǎn)草量提高了20.31%,從2003年減蓄措施實(shí)施后10年內(nèi),平均載畜壓力比15年前下降了36.1%,氣候變化和生態(tài)保護(hù)建設(shè)工程是草地產(chǎn)量提高和載蓄壓力減輕的主要原因[20]。截止到2015年,三江源氣候變化貢獻(xiàn)了長(zhǎng)江源地區(qū)年尺度植被NDVI增加的41.5%,比生態(tài)保護(hù)工程對(duì)其的影響小17.0%[21]?？傮w而言,自三江源生態(tài)保護(hù)工程開(kāi)始以來(lái),該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)總體表現(xiàn)為“初步遏制,局部好轉(zhuǎn) ”的態(tài)勢(shì)[22],并且氣候變化對(duì)生態(tài)保護(hù)工程起著積極正面的促進(jìn)作用。

也有研究指出,1982—2013年之間,人類活動(dòng)在2010年之前積極效應(yīng)顯著,2010年之后效應(yīng)減退,所以認(rèn)為生態(tài)保護(hù)工程缺乏長(zhǎng)期效應(yīng)[23]。正在實(shí)施的三江源生態(tài)保護(hù)工程對(duì)生態(tài)環(huán)境惡化趨勢(shì)尚未得到根本性遏制,環(huán)境治理的速度跟不上生態(tài)惡化的速度,仍存在著諸多問(wèn)題。首先,盡管植被覆蓋度和草地生產(chǎn)力有所提高,但土壤保持功能沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的提高,區(qū)域冰川融水和降水增多,增加了土壤侵蝕的敏感性,導(dǎo)致水體流失現(xiàn)象嚴(yán)峻[24]；草地退化的好轉(zhuǎn)僅是植被長(zhǎng)勢(shì)的好轉(zhuǎn),草地面積退化趨勢(shì)未能得到有效遏制,該區(qū)域草地仍在以每年近8萬(wàn)畝的速度退化和沙化[25]。其次,三江源生態(tài)保護(hù)工程生態(tài)移民安置問(wèn)題突出,該區(qū)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一,工程實(shí)施圍欄禁牧,退牧還草等措施后,移民的長(zhǎng)遠(yuǎn)生計(jì)面臨很大問(wèn)題,生態(tài)移民回流現(xiàn)象嚴(yán)重[26]。最后,三江源生態(tài)體系的法規(guī)建設(shè)還不健全,生態(tài)保護(hù)的專業(yè)化隊(duì)伍建設(shè)不能滿足需求,并且科技力量支撐不夠[27]。

總體而言,三江源地區(qū)整體生態(tài)狀況趨于好轉(zhuǎn),一系列生態(tài)工程的實(shí)施對(duì)于恢復(fù)植被覆蓋度、草地生產(chǎn)力、水源涵養(yǎng)能力以及提升生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性起到了積極作用。許多研究表明,當(dāng)今三江源地區(qū)氣候主要向暖濕轉(zhuǎn)變,其中氣溫對(duì)草地生產(chǎn)力和高寒草地植被覆蓋起重要作用,而降水對(duì)生產(chǎn)力的增加起關(guān)鍵作用。因此,暖濕化的氣候變化趨勢(shì)對(duì)工程區(qū)實(shí)施效果和生態(tài)景觀變化具有正面效應(yīng)。但是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況遠(yuǎn)未達(dá)到理想狀態(tài),在未來(lái)必須擴(kuò)大工程的實(shí)施范圍,加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)和建設(shè)力度,尊重客觀自然規(guī)律,堅(jiān)持生態(tài)自然修復(fù)為主,人工手段為輔的原則,充分利用氣候變化的優(yōu)勢(shì)條件,方能實(shí)現(xiàn)“整體恢復(fù),全面好轉(zhuǎn),生態(tài)健康,功能穩(wěn)定”的最終目標(biāo)[25,27]。

2.2 北方林區(qū)重大生態(tài)工程

為改善我國(guó)北方林區(qū)的生態(tài)環(huán)境,減少自然災(zāi)害、維護(hù)生存空間,我國(guó)政府于1979年規(guī)劃了三北防護(hù)林體系工程。對(duì)三北防護(hù)林工程區(qū)內(nèi)的氣候變化分析發(fā)現(xiàn),過(guò)去幾十年該區(qū)氣候呈暖干化的趨勢(shì),且未來(lái)也將延續(xù)這種趨勢(shì)[28]。三北防護(hù)林工程的生態(tài)系統(tǒng)功能集中于治理沙化土地、抵御風(fēng)沙侵蝕、保護(hù)農(nóng)田和恢復(fù)牧場(chǎng)等[8],間接功能則包括固碳釋氧[29]、涵養(yǎng)水源[30]、防風(fēng)固沙[31]等。在氣候暖干化背景下,三北防護(hù)林工程區(qū)將面臨干旱面積擴(kuò)大、荒漠化程度加劇、區(qū)域植被逆向演替以及現(xiàn)存防護(hù)林在氣候變化的干擾下衰退的風(fēng)險(xiǎn)。葉佳琦等研究發(fā)現(xiàn),三北防護(hù)林工程區(qū)域的草地、濕地、森林生境對(duì)氣候變化存在顯著的響應(yīng)差異,氣候暖干化對(duì)森林和濕地的植被覆蓋狀況有明顯促進(jìn)作用,草原比濕地和森林對(duì)暖干化氣候的響應(yīng)更為強(qiáng)烈[32]

通過(guò)比較2000年和2012年的植被覆蓋度數(shù)據(jù),Tian發(fā)現(xiàn)三北防護(hù)林有效改善了內(nèi)蒙古的植被恢復(fù),在15.38%的植被顯著增加區(qū)域中,氣候變化和生態(tài)工程建設(shè)兩種因素發(fā)揮的作用各占一半,而在1.64%的植被顯著退化區(qū)域中,極少部分由氣候變化引起,多數(shù)由人口增長(zhǎng)、城市擴(kuò)張等因素引起[33]；通過(guò)對(duì)近40年來(lái)中國(guó)林業(yè)生態(tài)工程對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)功能影響的分析表明,相對(duì)于其它工程,三北防護(hù)林工程實(shí)施歷史長(zhǎng),工程區(qū)內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)完整,對(duì)于凈化大氣環(huán)境、固碳釋氧、緩沖氣候變化影響等方面發(fā)揮了積極的作用[34]。氣候變化將導(dǎo)致工程區(qū)脈動(dòng)式降水的頻率和和強(qiáng)度發(fā)生變化,使得群落中各功能群達(dá)到生物量峰值的時(shí)間發(fā)生改變。氣候暖干化增加了河流、湖泊的水體蒸發(fā)量,降低了水源涵養(yǎng)量和河流徑流量,減少了水資源的有效性,進(jìn)而導(dǎo)致部分工程區(qū)極端氣候頻發(fā),樹(shù)木大面積死亡,對(duì)工程區(qū)植物群落和生態(tài)功能產(chǎn)生不利影響[35]。

受氣候變化導(dǎo)致的年均降水量降低,干旱影響可能增強(qiáng)[36],三北防護(hù)林部分區(qū)域出現(xiàn)廣分布、大面積、多樹(shù)種的明顯衰退跡象[37],地方大量開(kāi)采地下水造成水位下降也加劇了林分退化速度[38],甚至出現(xiàn)大面積枯死現(xiàn)象,還有些區(qū)域樹(shù)種長(zhǎng)成“小老頭樹(shù)”[39]。出現(xiàn)“小老頭樹(shù)”是因?yàn)槲鞅贝蟛糠值貐^(qū)適合草灌類植被生長(zhǎng),而三北防護(hù)林都是以喬木為主(例如楊樹(shù)和云杉),喬木的生長(zhǎng)需要大量的水分,造林會(huì)減少土壤含水量,地下水位降低,使局部地區(qū)荒漠化更加嚴(yán)重[40]。有些地區(qū)造林并未考慮地理地帶性差異,致使造林成本較高、成活率低和維護(hù)困難,許多地方造林不見(jiàn)林[41],這在一定程度上違背了生態(tài)適宜的原則；同時(shí)三北地區(qū)防護(hù)林建設(shè)存在樹(shù)種單一、造林密度偏大、多樣性較低的問(wèn)題,致使防護(hù)林受到病蟲(chóng)害感染的風(fēng)險(xiǎn)極高[42]。在氣候暖干化的背景下,這些不利影響可能會(huì)進(jìn)一步被放大,影響三北防護(hù)林生態(tài)效益的充分發(fā)揮。

總體上,三北防護(hù)林對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有積極的效果,該區(qū)氣候變化被認(rèn)為有暖干化與暖濕化兩種趨勢(shì),暖濕化對(duì)于三北工程部分地區(qū)植被覆蓋增加與固碳釋氧、防風(fēng)固沙、凈化大氣等生態(tài)功能具有正面效應(yīng)。氣候的暖干化則不利于三北防護(hù)林工程,水分的減少會(huì)造成林分退化、植被死亡,進(jìn)而影響植被群落、生態(tài)功能和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),而城市擴(kuò)張、地下水開(kāi)采和工程管理不善等人類因素又加劇了這一狀況。

2.3 風(fēng)沙治理重大生態(tài)工程

我國(guó)北方是重要的生態(tài)安全屏障,具有十分重要的戰(zhàn)略地位,但由于人為活動(dòng)導(dǎo)致的土壤風(fēng)蝕加劇,土地生產(chǎn)力下降,沙塵暴頻發(fā),嚴(yán)重威脅了當(dāng)?shù)丶爸苓吘用竦纳a(chǎn)和生活。為減少中國(guó)北方風(fēng)沙天氣,改善和優(yōu)化周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況,有效固土防沙,我國(guó)政府于2000年啟動(dòng)了京津風(fēng)沙源治理工程,這是中國(guó)抗擊風(fēng)沙的重要生態(tài)工程。

自工程實(shí)施已來(lái),京津風(fēng)沙源區(qū)的中部和西部縣、市(旗)的植被覆蓋度有不同程度的降低[43],該區(qū)東部、中部和南部地區(qū)植被蓋度變高、降水有所增加、風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)變小[44]。沙化土地動(dòng)態(tài)分析顯示,在2000—2010年,京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)沙化面積總體上先減少后增加,相比2000年,2015年京津風(fēng)沙源區(qū)有51%的區(qū)域植被覆蓋度增加,49%區(qū)域植被覆蓋度未變或降低。覆蓋度未變或降低區(qū)域主要集中在京津風(fēng)沙源區(qū)的中部和西部縣、市(旗),其中降水變化是決定京津風(fēng)沙源區(qū)植被生長(zhǎng)狀況重要因子[45]。渾善達(dá)克沙地在1994—2001年,沙地退化主要驅(qū)動(dòng)力為氣候變化和放牧強(qiáng)度,濕地萎縮主要受降雨變化的影響,2001—2014年,沙地植被逐漸恢復(fù),這一階段濕地的退化主要受風(fēng)速增加、溫度升高等自然因素和人為放牧等因素共同影響[46]。近50 年來(lái),京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)沙塵暴發(fā)生頻次呈顯著下降的趨勢(shì),風(fēng)速和相對(duì)濕度的變化是影響沙塵暴減少的最重要?dú)庀笠蜃?。?0 年來(lái),沙塵暴變化主要受到植被覆蓋與相對(duì)濕度的影響,貢獻(xiàn)率分別為32.7%和44.5%[10]。

在京津風(fēng)沙源區(qū),人工草地種植能最大程度的增加群落的地上生物量,快速恢復(fù)草地生產(chǎn)功能,但群落地下生物量大幅下降,降低了群落總生物量,造成草地生物質(zhì)碳庫(kù)流失,并顯著降低了植物群落的物種多樣性。長(zhǎng)期圍封禁牧措施對(duì)草地物種多樣性的抑制作用相對(duì)較小,但長(zhǎng)期的工程干預(yù)很有可能對(duì)工程區(qū)的植物群落物種多樣性造成負(fù)面影響[47],在氣候變化條件下,這種不利影響可能會(huì)被進(jìn)一步放大。自2000年以來(lái),京津風(fēng)沙源區(qū)內(nèi)NDVI呈增加趨勢(shì),NDVI下降區(qū)域主要集中在沙源區(qū)西南至東北條帶上,干旱是NDVI下降的主要原因。其中2007年和2009年的夏季干旱造成NDVI分別減少了約13.06%和23.55%,抵消了生態(tài)恢復(fù)措施的積極效應(yīng)。京津風(fēng)沙源治理工程一期(2001—2010年)凈固碳量為63.75—64.38 Tg C,年均凈固碳量為6.38—6.44 Tg C[48]。

總體來(lái)說(shuō),京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)整體生態(tài)狀況趨于好轉(zhuǎn),一系列生態(tài)工程的實(shí)施對(duì)于恢復(fù)自然植被和提升生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙服務(wù)起到了積極作用[44]。但也有研究表明,溫度的升高和降水的減少對(duì)工程區(qū)植被生長(zhǎng)有不同程度的負(fù)面影響,其中降水量起主導(dǎo)作用,氣溫為次要因素[9,45]。氣候的暖干化會(huì)導(dǎo)致地表水減少,人們開(kāi)采地下水又加劇地表水的萎縮[46],氣候變化與人類活動(dòng)共同對(duì)京津風(fēng)沙源治理工程的效果產(chǎn)生不利影響。未來(lái)需進(jìn)一步保護(hù)植被多樣性,避免種植需水量較多的高大喬木,以低矮植被為主,保護(hù)現(xiàn)有的林草植被,順應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蜻M(jìn)行生態(tài)改良。

3 主要問(wèn)題與未來(lái)發(fā)展方向

了解氣候變化對(duì)重大生態(tài)工程實(shí)施的影響及存在問(wèn)題,有助于科學(xué)優(yōu)化“山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程的實(shí)施方案、保障工程實(shí)施效果,確保后續(xù)生態(tài)工程部署更具科學(xué)性和針對(duì)性,這不僅是國(guó)家重大迫切的需求,也將促進(jìn)恢復(fù)生態(tài)學(xué)的科學(xué)實(shí)踐和理論創(chuàng)新。通過(guò)氣候變化對(duì)三江源生態(tài)保護(hù)、三北防護(hù)林、京津風(fēng)沙源治理等工程影響研究的梳理,發(fā)現(xiàn)目前各項(xiàng)重大生態(tài)工程存在以下幾方面的問(wèn)題。

3.1 主要問(wèn)題

(1)氣候變化對(duì)重大生態(tài)工程的影響研究不足

綜觀已有氣候變化與重大生態(tài)工程影響的研究發(fā)現(xiàn),大部分研究聚焦于重大生態(tài)工程地區(qū)的氣候因子變化趨勢(shì)[49]、工程的生態(tài)效益[50]、工程的氣候效應(yīng)等方向,小部分關(guān)注氣候變化對(duì)生態(tài)工程影響的研究集中于對(duì)區(qū)域植被覆蓋度[17]、植被生產(chǎn)力[23]、土壤侵蝕[24]、水體與徑流變化[51]方面,少有涉及對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、生物多樣性與脆弱性等方面的影響研究。此外,已有文獻(xiàn)中關(guān)于氣候變化對(duì)多個(gè)重大生態(tài)工程影響的研究有所偏倚,對(duì)三江源生態(tài)保護(hù)工程的研究數(shù)量相對(duì)較多,而對(duì)其他生態(tài)工程的研究則在數(shù)量與綜合性上有所欠缺。綜合來(lái)看,現(xiàn)有研究難以系統(tǒng)全面闡述氣候變化對(duì)重大生態(tài)工程的影響,無(wú)法滿足多系統(tǒng)、多工程、多時(shí)段的關(guān)注需求。

另外,由于缺乏針對(duì)重大生態(tài)工程理論的研究方法,已有研究中多使用常規(guī)生態(tài)研究方法對(duì)工程實(shí)施地區(qū)進(jìn)行分析,而忽略了重大生態(tài)工程中人類參與的因素,和部分植被具有人工屬性的特點(diǎn)。相對(duì)于自然生態(tài)系統(tǒng),重大生態(tài)工程對(duì)于氣候變化的響應(yīng)更為敏感,因此已有研究得出的結(jié)論有可能存在偏差,面向氣候變化下重大生態(tài)工程影響研究的科學(xué)理論與技術(shù)方法亟待完善。

(2)重大工程缺乏適應(yīng)氣候變化的理念

氣候暖干化對(duì)于生態(tài)工程區(qū)植被產(chǎn)生了負(fù)面影響,而暖濕化則對(duì)植被產(chǎn)生了正面影響。氣候變化下熱量資源增加、光能資源充分、山區(qū)降水資源充沛的特點(diǎn)對(duì)生態(tài)工程具正面影響,而干旱加劇、暴雨冰雹增多、霜凍危害加重、大風(fēng)增多則具負(fù)面影響[45]。研究認(rèn)為三北防護(hù)林工程中草場(chǎng)退化與樹(shù)木緩慢生長(zhǎng)甚至死亡是由于忽視了植被的氣候適應(yīng)性[52],所有重大生態(tài)工程都需開(kāi)展適應(yīng)氣候變化的科學(xué)研究,但我國(guó)在生態(tài)保護(hù)工程的氣候可行性論證、氣候變化和人為干預(yù)作用下區(qū)域生態(tài)響應(yīng)與應(yīng)對(duì)技術(shù)方面開(kāi)展的研究工作尚不多,這可能是由于生態(tài)工程實(shí)施時(shí)間早、時(shí)間跨度大所導(dǎo)致。以三北防護(hù)林工程為例,1978年以來(lái)三北防護(hù)林工程地區(qū)總體呈現(xiàn)暖干化趨勢(shì),其中防護(hù)林建設(shè)前(1960—1977)為偏冷干期,1978—1995年區(qū)域氣溫與降水逐步升高,1996年后表現(xiàn)為顯著暖干趨勢(shì)[8]。工程實(shí)施早期,氣候變化對(duì)生態(tài)工程影響不顯著,因此建設(shè)中忽視了適應(yīng)氣候變化的理念,導(dǎo)致了建設(shè)工程后期生態(tài)系統(tǒng)功能的退化。

(3)缺乏有效區(qū)分氣候變化和工程實(shí)施效果的評(píng)估方法

生態(tài)工程下生態(tài)系統(tǒng)的退化與恢復(fù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程是氣候變化與人為活動(dòng)共同作用的結(jié)果,目前能夠定量劃分生態(tài)工程地區(qū)各類植被生產(chǎn)力動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)因子的研究仍然比較少見(jiàn)。氣候變化與生態(tài)工程實(shí)施同時(shí)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生作用,主要表現(xiàn)為相互促進(jìn)、相互抵消或加速惡化。黃麟等[8]通過(guò)分析三北防護(hù)林工程區(qū)生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙服務(wù)量變化評(píng)價(jià)工程防風(fēng)固沙效應(yīng),認(rèn)為以風(fēng)場(chǎng)減弱為主的氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙服務(wù)變化起到了主要作用,氣候變化背景下生態(tài)工程的正面作用也十分明顯。張寶慶等[53]通過(guò)監(jiān)測(cè)黃土高原植被建設(shè)成效,認(rèn)為大規(guī)模植被建設(shè)措施的實(shí)施促進(jìn)了該地區(qū)植被恢復(fù),但也使研究區(qū)植被覆蓋對(duì)氣候等自然因子的變化敏感度降低。劉鳳和曾永年[54]利用CASA改進(jìn)模型估算青海高原植被NPP,并探討了不同區(qū)域生態(tài)保護(hù)工程建設(shè)的成效,結(jié)果表明,氣候與不同生態(tài)保護(hù)工程的實(shí)施對(duì)區(qū)域NPP時(shí)空格局及變化趨勢(shì)存在不同程度的影響。已有研究多利用遙感圖像提取植被覆蓋度數(shù)據(jù),評(píng)估的生態(tài)系統(tǒng)要素主要是植被面積與覆蓋度,利用生態(tài)模型或統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分離氣候與人類活動(dòng)的影響,這些方法缺乏基礎(chǔ)的理論指導(dǎo),實(shí)踐效果也可能存在較大的偏差,這是由于氣候變化的復(fù)雜性與生態(tài)系統(tǒng)功能的多樣性所共同決定的。而科學(xué)區(qū)分氣候變化和生態(tài)工程的影響,對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估生態(tài)工程的作用至關(guān)重要,因此亟待發(fā)展氣候變化和工程實(shí)施效果的評(píng)估理論與方法,以支持“山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程等重大生態(tài)工程建設(shè)實(shí)施。

(4)缺乏氣候變化未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估,無(wú)法進(jìn)行規(guī)劃適應(yīng)

三北防護(hù)林工程、京津風(fēng)沙源治理工程覆蓋的北方地區(qū),大部分屬于我國(guó)干旱半干旱區(qū),受氣候因子尤其是水分因子的影響大,生態(tài)環(huán)境脆弱,為氣候變化高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。針對(duì)各重大生態(tài)工程,已有一些研究對(duì)工程地區(qū)的未來(lái)氣候變化趨勢(shì)進(jìn)行了模擬和分析,但是對(duì)未來(lái)氣候變化下生態(tài)系統(tǒng)脆弱性與風(fēng)險(xiǎn)的研究依然比較少。而各類以適應(yīng)氣候變化為目的的管理行動(dòng),被認(rèn)為可以有效減少氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)造成的不利影響,降低氣候變化風(fēng)險(xiǎn),提高生態(tài)系統(tǒng)及其物種適應(yīng)氣候變化的能力[55]。由于缺乏對(duì)氣候變化未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)的分析,難以評(píng)價(jià)未來(lái)重大生態(tài)工程中生態(tài)系統(tǒng)面臨的風(fēng)險(xiǎn)與管理措施對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的績(jī)效,無(wú)法為決策者提供進(jìn)行規(guī)劃適應(yīng)的理論依據(jù)。

3.2 未來(lái)發(fā)展方向

中國(guó)自然條件復(fù)雜多樣,生態(tài)脆弱區(qū)(如農(nóng)牧交錯(cuò)帶、江河源區(qū)、石漠化山區(qū)等)面積較大,生態(tài)與環(huán)境的惡化成為一些地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的障礙,正在實(shí)施的“山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程主要位于我國(guó)的重要生態(tài)功能區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū),而這些地區(qū)多是氣候變化的敏感區(qū),氣候變化和極端事件可能會(huì)進(jìn)一步加劇生態(tài)環(huán)境的脆弱性,降低重大工程的實(shí)施效果。在這些地區(qū)實(shí)施重大生態(tài)建設(shè)工程,我國(guó)仍缺乏成熟的經(jīng)驗(yàn)可供遵循,氣候變化將使這一問(wèn)題更為復(fù)雜。針對(duì)“山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程實(shí)施過(guò)程中可能面臨的一些問(wèn)題,本文主要提出了以下幾點(diǎn)建議。

(1)充分考慮地理地帶性差異

有些地區(qū)的生態(tài)工程可能未考慮地理地帶性差異,將造成局部地區(qū)生態(tài)環(huán)境更為惡化。只有尊重地帶性差異,才能有效提高生態(tài)系統(tǒng)功能。在適合森林生長(zhǎng)區(qū)種植同時(shí)具有生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的混交林,加強(qiáng)已有的森林管護(hù),對(duì)密度過(guò)大的林分進(jìn)行撫育復(fù)壯,合理布局生態(tài)保護(hù)工程。在干旱半干旱區(qū)適宜灌木生長(zhǎng)地區(qū)種植灌木,采用斑塊狀的種植方式,有利于集結(jié)降水和提高降水捕獲率,并且優(yōu)勢(shì)灌木對(duì)深層土壤水或地下水有向上提升的作用,從而可以有效恢復(fù)土壤生境,實(shí)現(xiàn)其生態(tài)恢復(fù)[56]。另外,引水工程計(jì)劃需要十分謹(jǐn)慎,不適宜的調(diào)水將破壞天然植被,加重土壤次生鹽堿化。“山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程實(shí)施要符合自然植被的空間分布規(guī)律,充分尊重自然規(guī)律、尊重地理地帶性、尊重“山水林田湖草”生命共同體理念,堅(jiān)持宜林則林、宜灌則灌、宜草則草的近自然恢復(fù)原則,提高生態(tài)系統(tǒng)功能,實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益相統(tǒng)一。

(2)將氣候變化因素納入工程設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中

在“山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程實(shí)施過(guò)程中要充分考慮氣候變化風(fēng)險(xiǎn),特別是氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能,以及適宜分布區(qū)的影響,提前采取有效應(yīng)對(duì)措施。如,在三江源地區(qū),氣候變化以暖濕為主,降水量的增加在促進(jìn)植被生長(zhǎng)的同時(shí),也造成了降雨侵蝕力的明顯提高,而土壤侵蝕敏感性的提高,使得土壤水蝕量有所增加,所以在實(shí)施工程時(shí)應(yīng)該有科學(xué)的規(guī)劃部署[2]；在全球變暖背景下,氣溫升高從短期來(lái)看會(huì)顯著促進(jìn)部分地區(qū)有機(jī)碳的固定,而從長(zhǎng)期來(lái)看,氣溫的增加會(huì)增強(qiáng)土壤有機(jī)質(zhì)的分解,完全抵消掉植物生長(zhǎng)的固碳量。降水量的增加降低了土壤透氣性、減緩了土壤有機(jī)質(zhì)的分解,促進(jìn)了有機(jī)碳的截獲,但是過(guò)多的降水可能會(huì)引起土壤水蝕量的增加,從而減少有機(jī)碳的積累[57]。所以將氣候變化因素納入生態(tài)工程的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中,制定與氣候變化變化相適宜的實(shí)施辦法,在實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益最大化的同時(shí),也可以增加生態(tài)工程的固碳能力。

(3)建立穩(wěn)定的生態(tài)綜合監(jiān)測(cè)評(píng)估機(jī)制

“山水林田湖草”重大生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程應(yīng)大力加強(qiáng)生態(tài)工程監(jiān)測(cè)機(jī)制的建設(shè),特別是加強(qiáng)氣候變化影響的監(jiān)測(cè)。因?yàn)槟壳暗纳鷳B(tài)工程監(jiān)測(cè)尚未達(dá)到天、空、地一體化綜合實(shí)施,也沒(méi)能夠建立穩(wěn)定的運(yùn)行機(jī)制,針對(duì)氣候變化的影響未被囊括在監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中,導(dǎo)致生態(tài)工程的評(píng)價(jià)缺乏針對(duì)性和系統(tǒng)性,難以全面實(shí)現(xiàn)工程規(guī)劃之初設(shè)定的目標(biāo),難以從格局、質(zhì)量、服務(wù)等方面反映生態(tài)系統(tǒng)變化,難以區(qū)分氣候變化和生態(tài)建設(shè)工程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響,使得工程效果無(wú)法被合理評(píng)估。在“山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程的實(shí)施過(guò)程中,應(yīng)構(gòu)建全面、長(zhǎng)期、動(dòng)態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)體系,科學(xué)評(píng)估工程的效果和氣候變化的貢獻(xiàn),這對(duì)于工程規(guī)劃、調(diào)整和實(shí)施具有非常重要的意義。

(4)構(gòu)建基于氣候變化的科學(xué)工程評(píng)價(jià)體系

要積極探索“山水林田湖草”重大生態(tài)工程實(shí)施效果的綜合科學(xué)評(píng)價(jià)體系,把氣候因素納入到工程評(píng)價(jià)體系當(dāng)中,明確氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)工程的促進(jìn)或阻礙作用,從而更好地判斷工程和氣候變化在生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中的貢獻(xiàn)率。發(fā)展具有特色和針對(duì)性的生態(tài)保護(hù)和建設(shè)的評(píng)價(jià)方法,科學(xué)合理地部署生態(tài)建設(shè)工程,客觀地評(píng)估工程實(shí)施所產(chǎn)生的生態(tài)成效,以及氣候變化對(duì)生態(tài)保護(hù)工程效果的作用,為“山水林田湖草”生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程的有效實(shí)施提供保障。