時(shí)明芝
(山東財(cái)政學(xué)院,山東濟(jì)南250014)
全球氣候在變化已是不爭(zhēng)的事實(shí),并且已經(jīng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然生態(tài)系統(tǒng)造成了重大影響,更將威脅到人類的生存,是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的長期、嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,森林生態(tài)系統(tǒng)及其所提供的產(chǎn)品和生態(tài)服務(wù)也受到氣候變化的重要影響。國際林業(yè)研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合會(huì)(IUFRO,簡(jiǎn)稱國際林聯(lián))在2009年得出一個(gè)基本結(jié)論:氣候變化將顯著地改變森林生態(tài)服務(wù)的供給水平和質(zhì)量[1]。在我國,雖然從20世紀(jì)90年代中期就開始研究全球氣候變化下中國森林的脆弱性問題,但到目前為止,氣候變化對(duì)森林影響的科學(xué)研究主要集中在氣象部門,林業(yè)部門對(duì)相關(guān)的基礎(chǔ)性科學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響及應(yīng)對(duì)策略研究相對(duì)滯后,有可能延誤相關(guān)的重要決策和行動(dòng),所以應(yīng)加速推進(jìn)。
結(jié)束于1.1萬-1.5萬年前的上個(gè)冰期,世界曾非常干燥,熱帶雨林變干并碎化,一些森林變?yōu)槭枇?,目前屬于北溫帶森林的地區(qū)在那一時(shí)期不是被冰雪覆蓋就是凍土地帶或寒帶草原。當(dāng)冰期結(jié)束時(shí),氣候開始變得濕潤,森林在地球所有適合樹木生長的區(qū)域都快速擴(kuò)展。
在目前的間冰期,自然氣候變化從各個(gè)方面對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成巨大影響。在過去的6 000年,非洲的干旱,使樹木稀少的大草原在長期氣候變化的影響下變成了撒哈拉大沙漠,氣候變化在加速中亞咸海干旱中起了主要作用。即長期持續(xù)的降水減少造成了大面積的荒漠化;而在長期氣候變化不劇烈的地區(qū),許多樹種具有的長生命周期和高的生態(tài)耐受性,使它們對(duì)氣候變化的響應(yīng)相對(duì)遲緩。
物種向更高緯度和海拔分布的變化與氣候變暖相關(guān)。一些研究發(fā)現(xiàn),全球多個(gè)系統(tǒng)和地區(qū)80%的物種變化(增加、減少或遷移)與氣候變化預(yù)測(cè)的結(jié)果一致[3];在氣候變化加劇的情況下,2020年興安落葉松適宜分布區(qū)域?qū)p少58.1% ,2050年將減少99.7%,即至2100年興安落葉松適宜分布區(qū)將從我國消失。全球氣候變化將造成東北地區(qū)濕潤森林界線北移,面積明顯縮小,寒溫帶濕潤森林將北移出我國東北地區(qū)[4];未來氣候若呈“暖干化”(氣溫升高5℃,降水減少30%)趨勢(shì),興安落葉松將向西北方退縮100 km左右,長白落葉松將向西北方擴(kuò)展100 km左右,華北落葉松將向東北方擴(kuò)展800 km左右;若呈“暖濕化”趨勢(shì)(氣溫升高5℃,降水增加30%),興安落葉松將向西北退縮400 km左右,長白落葉松將向西北方擴(kuò)展550 km左右,華北落葉松將向東北方擴(kuò)展320 km左右[5]。
陸地表面的植被類型、分布格局是長期適應(yīng)氣候的結(jié)果。氣候變化與高二氧化碳水平的相互作用,將改變物種集合和生態(tài)系統(tǒng)演替[6]。在暖干化氣候變化條件下,植被將遵循逆行演替的規(guī)律,從高級(jí)類型向低級(jí)類型退化。據(jù)預(yù)測(cè),到2050年中國干旱區(qū)面積將增加84萬km2,荒漠化面積增加 70 萬 km2[7]。
森林群落對(duì)氣候變化的響應(yīng)十分敏感,新的氣候條件下,氣候因素、土壤過程、樹木個(gè)體的響應(yīng)等諸多因素的結(jié)合,可以導(dǎo)致森林演替過程偏離目前的軌道。大興安嶺地區(qū)森林結(jié)構(gòu)將發(fā)生很大變化,該地區(qū)的優(yōu)勢(shì)種興安落葉松生物量下降,蒙古櫟、樺樹、椴樹等闊葉樹在森林中占的比重將加大;如果考慮降水增加的作用,群落中將出現(xiàn)紅松樹種;從森林群落對(duì)這些可能氣候變化的響應(yīng)來推測(cè),東北森林分布帶將有北移的趨勢(shì),大興安嶺將可能以溫帶針闊混交林為主[8]。
氣候變化對(duì)森林生產(chǎn)力的影響由于其他同時(shí)影響的因素而變得復(fù)雜。這些因素主要是指氮沉積和大氣CO2濃度變化。一些研究證實(shí),CO2濃度倍增后,中國森林生產(chǎn)力將增加12% -35%,增加的幅度因地區(qū)不同而異[9];氣候變化將使興安落葉松的生長加快8% -10%,大興安嶺地區(qū)森林生產(chǎn)力將增加10%[10]。但是,另一些研究結(jié)果也證實(shí),氣候變暖與干旱、火災(zāi)和生物干擾相互作用,造成了森林生產(chǎn)力的下降[11]。
氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)演進(jìn)的非線性可以對(duì)森林物種的組成產(chǎn)生不可預(yù)期的結(jié)果,并最終對(duì)森林產(chǎn)品和服務(wù)產(chǎn)生影響。氣候惡化會(huì)使地表穩(wěn)定性變差、風(fēng)蝕現(xiàn)象顯著而促進(jìn)土地的沙漠化進(jìn)程,并導(dǎo)致新的沙漠化發(fā)生,造成沙漠化土地面積不斷擴(kuò)展,從而使物種的有效生境及其種群數(shù)量減少,甚至造成熱點(diǎn)地區(qū)的物種滅絕,溫帶的高緯度和北溫帶森林受影響最大。氣候的有些變化是預(yù)期不到的,對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生較大影響。甄江紅等[12]系統(tǒng)分析了四合木分布區(qū)35年來的氣候變化特點(diǎn)及其對(duì)四合木生境與其種群動(dòng)態(tài)的影響,指出氣候因素是導(dǎo)致起源古老、抗逆性強(qiáng)、并為生物多樣性起源和環(huán)境演變研究的理想對(duì)象——四合木種群變化的最重要的因素和動(dòng)力之一。
氣候變化可以造成熱點(diǎn)地區(qū)的物種滅絕。溫帶的高緯度和北溫帶森林受影響最大,許多物種60%以上的棲息地將受到影響,據(jù)估計(jì),森林系統(tǒng)物種滅絕比例的范圍從北方地區(qū)的小于1%到一些溫帶地區(qū)的超過24%[13]。
當(dāng)前的氣候變化主要特征是變暖。氣候變暖不僅導(dǎo)致火險(xiǎn)期提前到來,還使火險(xiǎn)期推遲結(jié)束,最終是延長整個(gè)火險(xiǎn)期。氣候變暖使很多區(qū)域呈現(xiàn)暖干化趨勢(shì),導(dǎo)致林火頻率、林火強(qiáng)度和過火面積增加。氣候變暖使極端氣候事件(強(qiáng)降水、颶風(fēng)、干旱和冰凍災(zāi)害等)發(fā)生頻率增大、強(qiáng)度增加,會(huì)導(dǎo)致大量植被受損和死亡,地表易燃可燃物猛增,林火發(fā)生的危險(xiǎn)性增大。如,2008年初發(fā)生在我國長江流域至江南地區(qū)百年一遇的低溫雨雪冰凍災(zāi)害,導(dǎo)致林木大批折斷,地表可燃物猛增2-10倍,平均地表可燃物載量超過50 t/hm2,部分嚴(yán)重地段達(dá)到100 t/hm2以上,已超過可發(fā)生高強(qiáng)度林火和大火的標(biāo)準(zhǔn)(30 t/hm2)[14]。預(yù)期氣候變暖情景下的模擬結(jié)果顯示,未來全球大部分區(qū)域的林火天氣狀況會(huì)更加嚴(yán)峻,林火數(shù)量將比當(dāng)前狀況更多,林火強(qiáng)度更大[15]。
氣候變化將影響陸地淡水系統(tǒng)的有用水量,加大不同土地利用之間的用水矛盾,影響森林的水文調(diào)節(jié)作用。極端干旱和極端濕潤條件下的有用水量對(duì)人類福利和土地利用變化都有重要影響(如農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)活動(dòng)、廢水排放等),這些影響又會(huì)通過毀林開荒、林地退化等,對(duì)森林產(chǎn)生更大的壓力,從而對(duì)森林的調(diào)節(jié)功能產(chǎn)生負(fù)面影響[16]。
在發(fā)展中國家占主導(dǎo)地位的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)下,干旱地區(qū)水量的減少會(huì)進(jìn)一步降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力,引起土地利用變化(如農(nóng)地?cái)U(kuò)張和毀林開荒)[17]。
從全球看,森林生態(tài)系統(tǒng)具有足夠的恢復(fù)力,能適應(yīng)一定限度的氣候變化,特別是在半濕潤或濕潤氣候區(qū)。但在發(fā)生劇烈氣候變化的情況下,森林生態(tài)系統(tǒng)將難以適應(yīng),特別是在干旱和半干旱地區(qū)。據(jù)預(yù)測(cè),在北方森林區(qū),氣候變化將使森林生產(chǎn)力增加,但同時(shí),這些地方的森林將受到日益增加的火災(zāi)和病蟲害的影響;在氣候穩(wěn)定的情景下,溫帶森林的生產(chǎn)力在向南北兩極的區(qū)域增長,而在赤道地區(qū)則將下降;各種氣候變化模擬的結(jié)果都顯示,絕大多數(shù)亞熱帶地區(qū)的森林生產(chǎn)力趨于下降;只要水資源充足,熱帶森林的生產(chǎn)力將趨于增加。但是,在干季或更干旱的氣候下,熱帶森林的生產(chǎn)力就會(huì)下降。
森林支持了地球最大的生物多樣性,約3/4的陸地生物在森林中。許多研究表明,在生態(tài)系統(tǒng)、物種和基因水平都存在顯著的生物多樣性的損失,其中物種消失率由劇烈的氣候變化所引起,因?yàn)闅夂蜃兓绊懳锓N的分布與組成。許多森林在氣候變化面前是高度脆弱的,而且如果受氣候變化壓力或其它影響,森林還會(huì)釋放大量的二氧化碳,加劇氣候變化,除非這種反饋?zhàn)兟?。氣候變化將加劇我國森林的脆弱性,改變森林結(jié)構(gòu)與分布[16-17]。
森林不僅為人類社會(huì)的生產(chǎn)活動(dòng)以及人類的生活提供豐富的資源;還在維護(hù)區(qū)域性氣候和保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境(如防止水土流失)等方面做出很大的貢獻(xiàn),所以,森林在維系地球生命系統(tǒng)的平衡中具有不可替代的作用。
森林生態(tài)系統(tǒng)不僅提供給社會(huì)廣泛的支持、供給、調(diào)節(jié)和文化服務(wù)功能,同時(shí),一些重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)過程:毀林、森林碎化、棲息地喪失、人口增長、收入增加以及城市化等,也伴隨著對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的利用、保護(hù)或破壞,其中氣候變化將會(huì)顯著地改變森林生態(tài)服務(wù)的供給。在人類的漫長歷史中,全球森林分布的區(qū)域及狀況主要由毀林開荒和毀林進(jìn)行其他建設(shè)的狀況來決定。
掌握近期氣候變化與森林生態(tài)系統(tǒng)的相互作用規(guī)律是一項(xiàng)艱巨而復(fù)雜的任務(wù)。盡管非常復(fù)雜,但氣候變化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)影響的機(jī)理研究已經(jīng)取得大量進(jìn)展??傮w來講,氣候變化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響取決于具體生態(tài)因子及其相互作用,一個(gè)或多個(gè)尺度的氣候變化(如溫度和降水)將影響生態(tài)系統(tǒng)過程(如光合作用等);生態(tài)系統(tǒng)過程的改變將影響生物多樣性和服務(wù)功能的發(fā)揮[18]。森林受氣候變化影響的程度不僅取決于受氣候變化及其他生態(tài)系統(tǒng)因子影響的森林面積,而且與適應(yīng)力相關(guān)。森林適應(yīng)氣候變化的能力是動(dòng)態(tài)的,受多種因素的影響[13]。
目前大多數(shù)有關(guān)氣候變化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)潛在影響的預(yù)測(cè)都是根據(jù)一個(gè)假設(shè),即氣候(溫度和水分)對(duì)樹木物種的分布、森林類型以及生物群區(qū)和森林生態(tài)系統(tǒng)過程發(fā)揮最主要的限制作用,是控制樹木物種和森林類型分布的惟一因素。基于這一假設(shè)的預(yù)測(cè)是:樹木物種及森林的分布將發(fā)生很大的變化。然而,制約樹木和森林分布的氣候因子間的相關(guān)性及其它環(huán)境因子都可能隨氣候變化而改變。所以,盡管這些模型對(duì)當(dāng)前氣候-植被間關(guān)系的模擬與實(shí)際相當(dāng)吻合,但對(duì)未來氣候變化情形下物種與森林的預(yù)測(cè)則不一定適用,即僅僅從氣候因素的變化來預(yù)測(cè)未來樹木和森林的分布有其局限性和主觀性。
自然界不同的物種都是互相影響互相依存的,每一個(gè)物種通過對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)占據(jù)著生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)的時(shí)間和空間位置。當(dāng)一個(gè)物種暴露在新的氣候條件下,往往可能改變其原有的競(jìng)爭(zhēng)組合,而與其他物種形成新的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。因此隨著氣候的變化,實(shí)際生態(tài)位也將隨著不同物種競(jìng)爭(zhēng)組合的變化而發(fā)生改變。而生態(tài)系統(tǒng)的演替和發(fā)展正是這種不同物種間相互競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。由此可見,物種間的競(jìng)爭(zhēng)在生態(tài)過程中起著重要的作用。但是現(xiàn)有氣候變化模擬的預(yù)測(cè)缺乏對(duì)物種競(jìng)爭(zhēng)的了解,很難真實(shí)地反映未來樹木和森林的分布狀況。
目前所采用的氣候指標(biāo)都是年平均變化,而很少或沒有考慮其季節(jié)變化和極端氣候事件。但是,未來全球氣候變暖卻可能會(huì)使極端高溫和寒冷的頻度和強(qiáng)度加大以及氣候的季節(jié)波動(dòng)更為明顯,而極端高溫或低溫對(duì)很多物種來說可能是致命的。火災(zāi)和蟲災(zāi)的頻繁發(fā)生將對(duì)溫帶森林景觀的演替和發(fā)展造成嚴(yán)重的干擾和破壞,導(dǎo)致出現(xiàn)一些偏途演替群落,甚至造成森林景觀的消失;而颶風(fēng)和熱帶風(fēng)暴對(duì)于熱帶雨林來說其破壞力是巨大的,它們對(duì)雨林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變往往起著決定性作用。然而,現(xiàn)在模型預(yù)測(cè)的研究卻很難對(duì)這些極端氣候事件作出評(píng)估。
森林與氣候之間通過陸地表面與大氣間的物質(zhì)、能量和水分的相互交換而互為影響。森林的變化可能對(duì)氣候產(chǎn)生反饋:首先,森林碳循環(huán)的改變,可能使森林成為大氣中CO2的源或匯,造成大氣中CO2濃度升高或降低,從而進(jìn)一步加強(qiáng)或削弱全球變暖趨勢(shì);其次,森林結(jié)構(gòu)和分布的變化將改變地表原有的反射率和全球的水循環(huán)模式。因此,森林的變化將對(duì)氣候的變化產(chǎn)生一定的影響,而氣候的變化又進(jìn)一步影響到森林的結(jié)構(gòu)和功能,這種相互作用非常復(fù)雜。
溫度對(duì)光合和呼吸的即時(shí)、短期和直接的影響已被相對(duì)深入的了解,并被大部分所謂的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)模型所采用。但越來越多的實(shí)驗(yàn)表明,不同植物種、功能群和同一植物在不同生源環(huán)境下對(duì)溫度升高表現(xiàn)出不同的適應(yīng)模式。在生態(tài)系統(tǒng)中光合和呼吸兩個(gè)組分均涉及一系列化學(xué)、生理和物理過程,并通過系統(tǒng)的物流、能流和信息流耦合在一起。由于生態(tài)系統(tǒng)組分過程各自的特點(diǎn)以及過程之間復(fù)雜的相互作用和反饋,導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變暖響應(yīng)的時(shí)空變異和在估價(jià)碳平衡上的不確定性。
對(duì)未來的預(yù)測(cè),多是在模擬狀況下進(jìn)行的,因?yàn)槟P褪亲匀坏慕疲谝欢ǔ潭壬暇筒荒芎軠?zhǔn)確地表達(dá)生態(tài)系統(tǒng)的真實(shí)變化過程,所以模型模擬的結(jié)果也就不可能完全與實(shí)際狀況相符合,總有一定的誤差。同時(shí),在調(diào)查氣象數(shù)據(jù)的差值過程中,沒有考慮或很少考慮觀察臺(tái)的空間分布不均及海拔高度對(duì)數(shù)據(jù)的影響等問題,也會(huì)使模擬結(jié)果有失客觀。此外,生態(tài)系統(tǒng)本身也存在一些不確定性:研究CO2濃度升高對(duì)森林系統(tǒng)的影響中,還很難區(qū)分氣候變暖的影響到底占多大比重,不同群落、樹種對(duì)溫度變化反饋的差異還不能定量的區(qū)別,當(dāng)前的預(yù)測(cè)模擬很少或者很難界定物種的耐性、遷移能力、遷移速率以及遷移障礙等因素對(duì)物種的影響等。
(1)利用森林資源清查系統(tǒng)、重點(diǎn)工程社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等監(jiān)測(cè)平臺(tái),開展森林氣候影響綜合監(jiān)測(cè),為制定森林適應(yīng)氣候變化相關(guān)政策提供堅(jiān)實(shí)的信息基礎(chǔ)。我國已有的森林資源清查系統(tǒng)可以成為很好的觀測(cè)氣候變化對(duì)森林影響的重要平臺(tái),林班和林分水平的監(jiān)測(cè)可以確定一項(xiàng)具體的經(jīng)營措施是否有效,國家層面的監(jiān)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)許多目標(biāo),如碳核算;重點(diǎn)工程社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益監(jiān)測(cè)則可以通過分布在不同重點(diǎn)工程的企業(yè)、職工和農(nóng)戶監(jiān)測(cè)點(diǎn),觀測(cè)森林和林區(qū)人口適應(yīng)氣候變化的過程及需要的政策支持等。
(2)增加基礎(chǔ)設(shè)施投資,提高森林抵御暴風(fēng)雨、火災(zāi)、病蟲害的能力。根據(jù)目前的氣候模擬,全球范圍內(nèi)所有氣候帶、所有地區(qū)遭受暴風(fēng)雨、火災(zāi)和病蟲害襲擊的頻率和強(qiáng)度都會(huì)增強(qiáng)。要防范這些災(zāi)害,就需要在地區(qū)和國家層面上建立廣泛的通訊和監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),在地方層面上加強(qiáng)具體的管理措施(如控制性林火燃燒、衛(wèi)生伐等),加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施(通訊網(wǎng)絡(luò)、瞭望塔、道路網(wǎng))培訓(xùn)和設(shè)備方面的投資。
(3)加強(qiáng)森林適應(yīng)氣候變化的自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、人文科學(xué)綜合研究,較好地把握氣候變化的規(guī)律,更好地為決策服務(wù)。氣候與森林的作用是雙向的,氣候變化影響著森林,森林對(duì)氣候也產(chǎn)生一定的反饋?zhàn)饔?,所以要做好雙向研究。在社會(huì)科學(xué)方面,重點(diǎn)研究領(lǐng)域包括氣候變化敏感地區(qū)森林資源與生態(tài)服務(wù)變化及其對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的影響,森林生產(chǎn)力變化對(duì)農(nóng)戶生計(jì)的影響,氣候變化對(duì)林業(yè)重點(diǎn)生態(tài)工程的綜合影響,氣候變化對(duì)木材及林產(chǎn)品供給的市場(chǎng)影響等。
(4)加強(qiáng)森林經(jīng)營水平,提升應(yīng)對(duì)氣候變化的能力。首先是保持森林面積。即呼吁減少毀林和森林退化,大力植樹造林,減少生物多樣性長期持續(xù)的損失;其次是促進(jìn)生物多樣性的自然適應(yīng)。通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)纳纸?jīng)營方案支持生物多樣性適應(yīng)氣候變化,可以采取景觀層面的森林經(jīng)營措施使物種自然遷移到更適合的氣候中,建立自然保護(hù)區(qū),使森林生態(tài)系統(tǒng)在沒有人為管理和增加景觀連接的情況下,自然地適應(yīng)氣候變化;第三是保持森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力。要加強(qiáng)森林基因研究,加快研究人工林適應(yīng)氣候變化的能力,科學(xué)制定森林采伐限額等;第四,發(fā)展碳匯造林項(xiàng)目。減少森林排放和森林碳匯都可以降低大氣CO2增長的速度。建議在亞熱帶和熱帶地區(qū)集中進(jìn)行碳匯造林,而在北溫帶由于造林和再造林將減少光的反照率進(jìn)而造成大氣變暖使得碳匯效果降低,需要慎重。
(5)組織力量總結(jié)研究我國林業(yè)重點(diǎn)工程建設(shè)對(duì)應(yīng)對(duì)氣候變化的定量貢獻(xiàn),并向國際宣傳,進(jìn)一步增強(qiáng)我國氣候談判的林業(yè)影響力。
(編輯:溫武軍)
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