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修复气候生态,植树真的“多多益善”吗?没那么简单

媒体:中国气象报  作者:中国气象报
专业号:碳汇资讯 2020/3/25 8:38:55

今天是3月12日

中国第42个植树节

问大家一个问题

树种得越多就越好吗?

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一般来说,如果某个地方树很多,人们就会觉得那里环境很好。毕竟,森林可以提供大量好处,且地球陆上生物的多样性主要存在于森林中。

如果回望植树造林的历史,我们会发现,早期人们希望通过这种方式来保持水土、阻挡风沙侵袭,以解决土地荒漠化问题。随着气候变化日益加剧,气候问题备受关注,近些年来森林被赋予更多吸收二氧化碳、缓解气候变化的使命。

但是中国科学院院士符淙斌、南京大学郭维栋教授、南京大学大气科学学院葛骏博士根据最新研究成果给出了答案:

植树造林并非“多多益善”

种树数十载 气候和生态效应如何打分?

自改革开放以来,我国陆续建设了多个大型生态工程,如三北防护林、退耕还林等,取得了惊人的成就。国家林草局公布的数据显示,1973—1976年,我国森林面积和覆盖率分别为12200万公顷和12.7%;2014—2019年,我国的森林面积和覆盖率分别为22044万公顷和22.96%。在过去40年里,我国森林面积和覆盖率几乎翻了一番。如此大规模的森林变化被“天眼”监测清晰记录下来。NASA(美国国家航空航天局)卫星观测数据显示,2000年中国叶面积位居世界第六,但2000年以后中国叶面积净增长位居世界第一,其中森林贡献了42%。

再放眼国际社会,由于植树造林可以通过光合作用减少大气中的二氧化碳,一直以来被认为是减缓全球变暖的有效途径之一。但也有研究成果表明,植树造林可以降低地表反照率,增加地表吸收的太阳辐射,产生增温效应,反而不利于减缓气候变暖。

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大规模的森林变化对局地和区域气候、水循环会产生哪些影响?植树造林到底是否有利于减缓气候变暖?符淙斌、郭维栋团队希望能用自己的专业知识回答这些问题。一方面,综合评估生态工程的气候和生态效应,可以为我国未来生态工程建设提供科学依据和支撑。另一方面,通过研究植树造林对温度的影响,全面评估植树造林减缓气候变暖的潜力,有可能在未来将植树造林作为减少碳排放之外的另一条途径来减缓增暖,为应对气候变化的国际博弈增添科学证据。

从21世纪初开始,该团队便开始关注我国土地利用、土地覆盖变化对东亚气候的影响,而生态工程正是土地利用和土地覆盖变化的一种形式。在此前研究的基础上,2011—2015年,该团队主持了“全球变化”重大科学研究计划项目“大尺度土地利用/覆盖变化对区域气候影响的研究”,取得丰硕成果。

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焦点一:气温调节

部分类型森林可能会加剧增温

需要说明的是,这项研究并非针对我国某些地区实际情况设计的试验,只是通过模型计算得到的结果,也可以理解为是一种敏感性试验的结果。

为了将植树造林对局地温度的影响进行归因,研究团队采用了耶鲁大学李旭辉教授提出的“生物物理机制”方法。“生物物理机制”需要的输入变量较多,此前该方法通常是和站点观测数据结合使用,但站点观测在空间上存在很大的地域局限性。为了克服这种局限性,研究团队将“生物物理机制”和卫星资料结合起来,但又面临着一个新的问题:卫星资料不能提供该方法所需要的所有输入变量。通过查阅文献,研究团队注意到一篇最新文献中提出了一种半经验半机理模型,经过尝试最终解决了这一问题。在利用气候模型进行数值试验时,研究团队通过与澳大利亚新南威尔士大学教授Andy Pitman课题组的合作,不断优化试验方案,解决了计算时间长、数据量大等问题。

克服重重困难之后,研究团队有了重要发现:将草地或者雨养农田变成常绿型森林可以产生较大降温效应,而将灌溉农田变成落叶阔叶林反而会产生增温效应。所谓雨养农田,就是指仅靠自然降水作为水分来源的农业生产。相对应的,灌溉农田就是指靠灌溉作为水分来源的农业生产。

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与草地或者农田相比,森林的冠层结构较高大,叶面积较大,根的分布较深,这些特征决定了森林的蒸散发要大于草地或者农田。蒸散发本质上是水由液态变成气态的相变过程,蒸散发会带走地表热量,从而降低地表温度。例如,当我们走进深山老林,给人的一个直观感觉就是空气偏湿,温度偏低。不同类型的森林在结构上存在很大差别,所以对蒸散发和地表温度的影响不同。例如,落叶型森林的叶子会在冬季凋零,这时候森林的蒸散发会减少,对局地的降温作用会减弱。但是,常绿型森林的叶子常年存在,可以始终保持较大的蒸散发和对局地的降温作用。所以,将草地或者雨养农田变成常绿型森林可以产生较大的降温效应。由于采取了灌溉手段,灌溉农田的土壤水分充足,很大程度上增加了蒸散发,使得灌溉农田的蒸散发通常比森林的蒸散发还大。所以,将灌溉农田变成落叶阔叶林会降低蒸散发,反而会产生增温效应。

我国华北地区、黄河流域以及东北部分地区的农田采用的是灌溉方式,所以未来在这些地区进行退耕还林等生态工程建设的时候,应尽量避免将灌溉农田恢复成森林。在其他地区植树造林时,尽量考虑常绿型森林类型。

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当然,植树造林是一门涉及多学科、多领域的问题,该团队作为大气科学方向的研究者,仅仅是从对局地温度影响这一角度来讨论植树造林,这也就意味着此项研究并没有充分考虑其他问题。例如,人造林对当地气候的适应性需要慎重考虑。虽然研究发现种植常绿阔叶林可以产生很大降温效应,但是常绿阔叶林对能量和水分需求较高,因此并不适合种植在北方温度较低、气候较干燥的地区。这些问题需要各个学科和领域的科研工作者一起来解决。

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焦点二:水源涵养

水资源匮乏区过多植树造林已对水资源造成沉重负担

尽量避免将灌溉农田恢复成森林并不意味着否定退耕还林等生态工程的水土保持、水源涵养作用。以黄土高原为例,在退耕还林之前,黄土高原植被稀疏,裸露的黄土直接暴露在外,容易被风雨侵蚀,造成水土流失。森林高大的冠层可以降低近地面的风速,并且冠层对雨水有截留作用,能减小雨水对地面的冲击力。另外,森林的枯枝枯叶掉落在地面,会形成腐殖层,具有很强的吸水、延缓径流、削弱洪峰的功能。从这些角度来说,植树造林确实有利于水土保持和水源涵养。

但是,正如前文所述,植树造林还会增加地表的蒸散发。森林虽然将水“保持”住了,但这些水渗入土壤中后,会被植物根系吸收,通过蒸腾作用返回到大气中。森林蒸腾所需要的水分远远大于草地和农田。所以,森林就像是一台“水泵”,源源不断地抽取和消耗土壤中的水分。此外,森林较大的冠层还会截留雨水,这些雨水并不会落到地面,而是停留在叶片上通过蒸发作用返回到大气。森林也可以通过陆-气相互作用影响降水,例如在亚马孙地区,雨林的砍伐通常伴随着降水的减少。换句话说,如果造林可以增加降水,并且增加的降水足以补偿蒸散发的消耗,那么造林对当地水资源的影响较少;反之,如果造林不能增加降水,或者增加的降水不足以补偿蒸散发的消耗,那么就会对当地水资源造成负担。对于我国南方地区来说,由于雨水较多,土壤湿润,可以提供足够多的水分供森林消耗。但是对于黄土高原来说,该地区位于我国的季风边缘带上,是典型的半湿润半干旱过渡区。研究团队通过数值试验发现,该地区造林对降水的影响很小,不足以补偿蒸散发对水资源的消耗,因此植树造林对该地区水资源造成了较大压力。

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这又涉及植树造林的两个关键问题——栽种树种和植树规模。在退耕还林早期,人们并没有意识到树木品种的问题,所以很多人工种植的树木需水量特别大。这些新种植的树木不能适应当地干燥的气候,种下几年后就枯死了。有些存活下来的树木由于长时间缺少水分长不大,被当地人称为“小老头树”。人造林对水分的过度依赖导致土壤湿度下降,还会影响当地其他原生物种,例如草地和灌木。草地和灌木的根系分布较浅,一旦表层土壤变干,这些植被就无法获得水源。但是树木相反,它们的根系较深,反而可以汲取深层土壤的水分,所以和其他物种形成了不良的竞争关系。

至于植树规模,在实施退耕还林时很少考虑到规模问题,人们的潜意识里总是认为植树造林多多益善。但是,对于像黄土高原这样水资源较匮乏的地区来说,过多地植树造林已经对水资源造成了沉重负担。已有研究表明,黄土高原目前的植被量已经逼近甚至超过了该地区可利用水能够承载的数量。如果继续在黄土高原退耕还林,可能会威胁植被生长,影响农业和生活用水的安全。所以,是否需要在黄土高原继续实施退耕还林值得深思熟虑。

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因地制宜,宜树则树,宜草则草。例如在黄土高原地区,考虑到当地的水资源问题,我们可以种植耗水量较低的树木、灌木或草地。另外,首先应该尽量恢复植被,而不是扩张植被。所谓恢复植被就是将人为破坏的植被恢复到自然状态。在原本就没有植被的地区盲目种树种草,这显然是违背自然规律的。

生态工程建设是一个循序渐进的过程,不能急功近利。植树造林也不是“多多益善”,需要尊重自然规律,在合理的范围内建设生态工程。在这方面林业科学家已经并正在进行大量的研究和试验。我们相信,我国的生态工程建设必将得到健康发展,为美丽中国建设做出贡献。

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由此,符淙斌、郭维栋、葛骏得出了三个结论:

■从局地效应来说,将草地或者雨养农田变成常绿型森林可以产生较大降温效应,而将灌溉农田变成落叶阔叶林反而会产生增温效应。

■对于黄土高原等水资源较匮乏地区来说,过多的植树造林已经对水资源造成了沉重负担,可以改为种植耗水量较低的树木、灌木或草地。

■生态工程建设是一个循序渐进的过程,不能急功近利。植树造林也不是“多多益善”,需要尊重自然规律,在合理的范围内建设生态工程。

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