荒漠化与气候变化间反馈机制研究进展

荒漠化和气候变化是全球关注的重大环境问题,两者间的反馈机制是目前科学研究的热点之一。从荒漠化与气候变化间的反馈机制和荒漠化及其防治对碳源／汇的影响两方面对其研究进展进行了评述。以往的研究表明,荒漠化对区域乃至全球气候变化的影响主要通过荒漠化过程中植被覆盖降低一地表反射率提高和(或)土壤含水量降低-降雨量降低-植被覆盖降低这样一个正反馈机制(荒漠化生物地球物理模型“Charney假说”及其衍生理论)来实现的,此外大气中悬浮的沙尘具有明显抑制降雨的作用,土地荒漠化所导致的沙尘暴频发及其影响范围之大也将对全球气候变化产生显著影响。气候变化对荒漠化的影响则表现在对荒漠化的范围、发展速度和强度以及潜在危险性及干旱生态系统的结构、功能及生产力的影响上。同时作为全球重要的碳贮存地,干旱区的变化从一定程度上影响到大气中CO2的收支．据估算全球荒漠化所导致的碳损失总量为18～28Pg C,其中中国近40a来因土地沙质荒漠化导致的CO2净释放量为91Mt C,如果UNEP建议的退化土地治理措施得以实施,每年可固定37Pg的碳,约占CO2年排放量的15％．其投入低于一些限制CO2排放的措施,因此具有很大的吸引力。从目前的研究进展来看,大多数研究尚处于定性描述阶段,虽然有一些量化的尝试,但多停留在低精度的外推或估算上,因此今后有关荒漠化与气候变化间反馈机制研究的重点应放在：(1)量化气候变化过程对干旱生态系统弹性、生物多样性、生物生产力和总体健康的影响。(2)模拟荒漠化发生发展对区域和全球的气候变化影响,(3)评价荒漠化防治对气候变化的可能影响及其程度,特别是一些大范围的生态建设工程在防治土地荒漠化方面的作用及其对气候变化的可能影响。简言之,从科学和政策的角度来看弄清荒漠化与气候变化间的反馈机制不仅有利于区域和全球尺度荒漠化防治的开展,而且也将为国际气候变化框架条约中相关部分的协商及谈判提供依据。     

荒漠化治理中生态系统、社会经济系统协调发展问题探析——以中国北方半干旱荒漠区沙漠化防治为例

全球变暖导致的区域干旱使得干旱区水资源日益匮乏,而迅速增长的人口和社会经济发展进一步加剧水资源危机,使得有限的水资源成为全球沙漠化防治瓶颈,严重制约了沙化土地治理进程,影响了联合国"土地退化总面积零增长"目标的实现,也影响了中国社会经济的可持续和协调发展。传统的沙化土地治理生物措施重视植被盖度增加,忽视生态系统其他要素,如土壤水分、养分等与植被的相互关系,导致一些治理措施相对简单,生态系统不能协调发展。而沙化土地治理的物理措施和化学措施由于忽视了沙区社会和经济效益,其可持续性也受到科学家质疑。近期获批的国家重点研发计划项目"中国北方半干旱荒漠区沙漠化防治关键技术与示范"(2016YFC0500900)拟针对此问题开展研究,以沙化土地稳定恢复为首要目标,在认识半干旱荒漠区沙化土地正/逆过程演变机制和荒漠生态系统稳定性的基础上,研究沙化土地稳定恢复的生态阈值;以毛乌素沙地、库布齐沙漠东部、科尔沁沙地西部和呼伦贝尔沙地为典型区,针对不同沙化土地特点,研发防沙治沙关键技术,开展模式优化和试验示范;在防沙治沙模式与工程效益评估基础上,集成产业化技术体系,为国家防沙治沙工程建设提供理论基础与技术支撑。     

干旱内陆沙区丘间地研究现状及存在问题

丘间地具有良好的生境条件,是沙丘生态系统中生物和非生物成分间动态作用的主要场所,是破碎化生境中的"生命岛",也是退化生境恢复的起点,在逆转生境退化和促进土壤发育等方面具有重要意义。从目前丘间地研究现状来看:(1)丘间地作为一种独立地貌类型,其概念不明晰、类型不清楚;(2)针对干旱区以风沙过程为主导的丘间地生态过程研究很少;(3)丘间地生态过程主导因子及其相互作用机制尚不清楚;(4)在沙漠化防治研究中,大多时候只注重沙丘的变化和沙丘区风沙活动,而忽略了丘间地对风沙活动的影响,很少将丘间地与沙丘联系起来作为沙丘系统进行整体研究。(5)人为干扰对丘间地生态系统演化过程的影响研究需要加强。(6)干旱内陆沙区的丘间地与海岸、湖岸区、半干旱区、湿润地区的丘间地差异明显,尤其是它作为干旱沙区人类生活的主要场所或农业生产的土地来源,但相关研究薄弱,亟待加强。加强干旱内陆沙区丘间地生态特征及其功能研究,对掌握干旱沙区生态系统演变过程和退化机制,保护沙区生物多样性、促进退化生态系统恢复和沙漠化防治意义重大。     

科尔沁沙地荒漠化及生态恢复研究展望

评述了科尔沁沙地荒漠化及其生态恢复的研究,从科学研究动态和生态环境退化以及恢复研究的现实需要两方面论述了科尔沁沙地荒漠化与生态恢复研究的若干核心问题;植被过程研究,生态水文过程研究,景观过程研究,科尔沁沙地区域环境评估和预测与生态恢复研究。     

三北防护林呼唤生态文明

以文献资料为基础,通过简要的生态风险分析和比较,对三北防护林体系建设工程(三北工程)、土地荒漠化态势以及三北工程在荒漠化防治战略中的地位作出如下基本估计:1)三北工程建设成绩巨大,其生态、社会与经济效益有待进一步科学准确评估;2)以"三滥"(滥垦、滥伐/滥樵、滥牧)为代表的不合理土地利用依然是三北地区荒漠化形势严峻的主要动因;3)三北工程以其对退化系统结构与功能的恢复和对脆弱系统抗干扰力的增加而成为防治荒漠化战略中有效的治理措施,由于不具有消减人为干扰发生的作用而不能代替积极的防御对策.三北地区的生态安全依赖于"以防为主,防治结合"的荒漠化防治方针的认真执行.从生态文明理念中找到了一条可以从源头遏制荒漠化的有效途径,借鉴"生态省"的建设思路,提出了建设"生态三北"的基本框架,包括生态经济体系、生态环境体系、生态道德体系和生态法制体系等4大体系建设.     

气候变化对三北防护林的影响与应对策略

以文献资料为基础,通过简要的生态风险分析和比较,对三北防护林体系建设工程(三北工程)、土地荒漠化态势以及三北工程在荒漠化防治战略中的地位作出如下基本估计:1)三北工程建设成绩巨大,其生态、社会与经济效益有待进一步科学准确评估;2)以"三滥"(滥垦、滥伐/滥樵、滥牧)为代表的不合理土地利用依然是三北地区荒漠化形势严峻的主要动因;3)三北工程以其对退化系统结构与功能的恢复和对脆弱系统抗干扰力的增加而成为防治荒漠化战略中有效的治理措施,由于不具有消减人为干扰发生的作用而不能代替积极的防御对策.三北地区的生态安全依赖于"以防为主,防治结合"的荒漠化防治方针的认真执行.从生态文明理念中找到了一条可以从源头遏制荒漠化的有效途径,借鉴"生态省"的建设思路,提出了建设"生态三北"的基本框架,包括生态经济体系、生态环境体系、生态道德体系和生态法制体系等4大体系建设.     

防治荒漠化的“三圈”生态-生产范式机理及其功能

防治荒漠化的“三圈”生态-生产范式,是干旱生态系统优化与重建的新结构。根据在鄂尔多斯和新疆等地的研究和实践,从干旱生态系统结构、过程和功能来讨论荒漠化防治的“三圈”范式。地理圈层结构（地理地带性）是“三圈”范式的自然地理背景。从宏观尺度和功能方面划分,“三圈”范式在空间尺度上有大“三圈”和小“三圈”之分,大“三圈”控制洲际范围的荒漠化扩展及沙尘暴蔓延,小“三圈”则以控制区域性风沙活动、沙尘暴和就地起沙的危害。防治荒漠化工程是复杂的多元组合和多功能的系统,我国西北地区受荒漠化影响严重,宏观的大“三圈”与多区域的小“三圈”有机结合,形成圈圈相护、层层设防的严密防护与生产系统,有效地控制大范围风沙危害、改善地方气候与小气候,并对发展经济,提高人民生活发挥重要作用。因此,“三圈”范式的概念与结构既是以自然地理地带性为基础,又是人类对自然、环境与生态系统格局的规律认识,更是科学的人类恢复、重建干旱区生态环境与可持续发展的生态设计范式。     

西北干旱荒漠区生态系统可持续管理理念与模式

结合对西北干旱区水资源短缺、资源开发中的生态与经济矛盾突出、气候变暖可能加剧干旱区荒漠化以及生态水权与长效保障机制缺失等问题的分析诊断,探讨了荒漠区生态系统可持续管理面临的问题与难点,分析提出了荒漠生态系统植被保育的生态水位与生态阈值,阐述了荒漠-绿洲过渡带生态融合以及绿洲生态系统安全的生态防护梯度等干旱区生态系统管理理念;结合干旱区极端环境自然条件,在多年现场试验基础上,研发集成了退化群落改造与生态多样性构建技术、植物群落结构优化配置、组装与生态融合技术、生态系统恢复水分利用与生态自维持技术以及胡杨萌蘖更新技术等多种适宜荒漠植被恢复与重建的技术模式,并进行了成功实践和试验示范,为干旱荒漠区生态系统可持续管理提供了重要科技支撑。     

干旱半干旱区地下水埋深对沙地植物土壤系统演变的驱动作用综述

在干旱半干旱生态脆弱区,地下水是限制植物种类组成、数量和生长发育的关键因素之一。近年来由于气候变化与土地利用强度的增加,我国北方普遍出现以极端气候变化、地表水体萎缩和地下水位下降为特征的生态过程,对区域生态系统安全和可持续发展构成严重威胁。而有关干旱半干旱区地下水埋深变化驱动退化植被恢复和稳定性维持方面的系统研究尚存不足。系统总结了地下水埋深变化分别对植物、土壤产生的影响及其三者间相互作用关系,比较分析了前人的研究成果,归纳总结了地下水埋深变化的驱动作用和影响因素,以及干旱半干旱区地下水埋深变化对植物土壤系统影响的预测模型研究,以期为今后应对地下水埋深变化制定生态保护策略提供理论指导依据。对本研究做了展望。     

不同荒漠化阶段植被生态特征对土壤环境因子的响应——以民勤荒漠绿洲过渡带为例

荒漠绿洲过渡带是荒漠化和绿洲化两种地理过程共同影响的生态交错区,是恢复生态学重点关注的区域。利用第五次全国荒漠化和沙化监测数据,采用方差分析和冗余分析,研究了民勤荒漠绿洲过渡带4种不同荒漠化发展阶段的植被生态特征和土壤环境因子的变化规律与相互关系。结果表明:(1)随着荒漠化的发展,土壤环境因子中,除有效土层厚度逐渐变浅外,风蚀痕迹占地率、表土砾石含量、盐碱斑占地率和坡度均呈现增加的动态趋势;植被因子中,除优势种盖度与植被总盖度的比值逐步增加,物种丰富度、优势种多度等其他指标均表现出明显的下降特征;(2)土壤环境因子中,有效土层厚度在4种荒漠化阶段对植被生态特征的影响程度达显著水平(P0.05),风蚀痕迹占地率在轻度、中度和重度阶段是植被生态特征变化的主导驱动因子。其他因子在多数荒漠化阶段与植被生态特征相关性不显著;(3)相比其他荒漠化阶段,中度阶段中植被生态特征对土壤环境因子的响应更加敏感,应是荒漠化防治重点关注的阶段。