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        森林也“斑禿”?那該怎么治?丨大氣悟理

        森林也“斑禿”?那該怎么治?丨大氣悟理

        編者按:看寒來暑往云卷云舒,思古往今來氣候變遷,中科院之聲與中國科學(xué)院大氣物理研究所聯(lián)合開設(shè)“大氣悟理”,為大家介紹大氣里發(fā)生的有趣故事,介紹一些與天氣、氣候和環(huán)境相關(guān)的知識。

        當(dāng)一個人壓力大,精神緊張,焦慮失眠的時候,有可能會發(fā)生局部的脫發(fā),這在醫(yī)學(xué)上被稱作斑禿。而對一個茂密的森林來說,會因為人類的亂砍亂伐和城市化進(jìn)程加劇,使其逐步變得破碎化,這時森林中的一片又一片荒地,就像是地球頭上一塊又一塊的“斑禿”(圖1)。而這樣的“斑禿”不僅僅會影響地球的“顏值”,更重要的是還會改變當(dāng)?shù)氐男夂?,?yán)重威脅區(qū)域的生物多樣性。

        圖1 森林景觀的破碎化(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

        景觀生態(tài)破碎化的危害不容小覷

        森林的這種“斑禿”現(xiàn)象,有一個專門的學(xué)術(shù)名詞來描述它:景觀連通性降低。它的降低是伴隨著人類大規(guī)模的遷徙、以及生產(chǎn)活動而開始的。最早追溯到刀耕火種的時期,人類還不懂得如何使用肥料,于是會在森林中放火,不但可以為耕作留出一片空地,而且燃燒過后的草木灰也是極好的養(yǎng)料。但后果就是每次開墾一片耕地就需要毀掉一小片森林。

        到了現(xiàn)代,人類的生產(chǎn)生活則需要消耗更多的木材,外賣中使用的一次性筷子,書本等都需要大量的木材來生產(chǎn)。工廠、房屋、道路都要擠占森林原有的空間,森林的破碎化問題就更加的嚴(yán)重了。根據(jù)最新的數(shù)據(jù)表明,地球75%以上的陸地表面已經(jīng)被人類改變。并且由于人口壓力,以及農(nóng)業(yè)的擴(kuò)張,約有40%的陸地生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)變成了農(nóng)業(yè)景觀。

        而連通性下降帶來的危害如同多米諾骨牌一般。要說清楚這件事情我們必須要搞懂邊緣林和核心林的概念。首先,我們將森林的邊緣與其他陸地景觀,諸如農(nóng)田,道路接觸的部分稱之為邊緣林,而與之相對的概念就是核心林,即四周完全被其他的邊緣林所包圍,且面積大于1平方公里的森林景觀。

        從緩沖氣候變化的角度來說,核心林比邊緣林氣候緩沖能力更強(qiáng),而且核心林的規(guī)模越大對氣候的緩沖能力越強(qiáng)。這表現(xiàn)在:核心林能夠有效地維持低緯度地區(qū)的日最高溫度和較高緯度地區(qū)的日最低溫度。同時,核心林能夠保持較低的溫度日較差和季節(jié)差異,而邊緣林顯然在這些方面的能力要弱于核心林。所以,森林景觀的破碎化會嚴(yán)重影響到局地的氣候。

        而從生物多樣性的角度不難想到,如果邊緣林過多,會嚴(yán)重地影響動物的遷徙和交配,如刺猬,松鼠等動物不會穿過公路,影響花的授粉,種子的傳播,使得動植物的多樣性減少,最終生態(tài)系統(tǒng)變得更加脆弱,難以適應(yīng)環(huán)境的變化。圖2中從上至下就描述了森林景觀在破碎化的演變過程:生物多樣性減少,邊緣林增多,核心林減少。

        圖2 陸地景觀破碎化及其相應(yīng)的生物多樣性等演變過程(圖片來源:《2018/19前沿報告-全球環(huán)境的新興問題》)

        當(dāng)然,也有不少創(chuàng)新的舉措能減少邊緣林帶來的危害,比如位于北京的奧林匹克森林公園,通過在園區(qū)的南北兩園中間建設(shè)了一條生態(tài)廊道橋,跨越了分割兩園的高速公路,為兩園的動物通行提供通道,這樣能很好地減緩由于景觀破碎化導(dǎo)致的物種滅絕(圖3)。不過,這種措施只是起到緩解作用,而接下來要介紹的國家生態(tài)工程,才是拯救森林的“斑禿”的唯一辦法。

        圖3 奧林匹克森林公園里跨越高速公路的生態(tài)廊道橋(圖片來源:淺探奧森生態(tài)工法,尋生態(tài)演變——THAD6清華大學(xué)建筑設(shè)計六分院)

        國家生態(tài)工程如何拯救森林的“斑禿”問題

        早在21世紀(jì)初,為了能夠讓破碎的森林景觀盡快恢復(fù),中國就啟動了兩大生態(tài)建設(shè)項目——天然林保護(hù)工程和退耕還林工程。根據(jù)中國第九次森林資源清查報告(2014–2018年),中國森林覆蓋率從1980年代初約12%增加到2018年的約23%,增幅為11%左右。

        然而,目前尚不清楚這兩項國家生態(tài)工程在多大程度上提高了景觀生態(tài)連通性,改變了森林棲息地的空間分布,從而調(diào)節(jié)了局地的氣候。最近,中國科學(xué)院大氣物理研究所的團(tuán)隊回答了這個問題,相關(guān)成果以Reforestation enhanced landscape connectivity for thermal buffering in China為題,發(fā)表在了Environmental Research Letters上。

        圖4 (a) 使用MSPA識別核心林和邊緣林。NF、MF 和 CF 分別表示非森林、邊緣林和核心林。(b) 2018年CF、MF 和農(nóng)田 (CRO) 的空間分布。(c) 2018與2003年森林的空間變化。(d) 2003-2018年CF面積變化。(e) 2003-2018年CF和MF面積變化。

        研究團(tuán)隊基于近20年的多種來源的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù),從衛(wèi)星圖像中識別出了造林后核心林和邊緣林分布的區(qū)域和范圍。研究發(fā)現(xiàn),中國啟動的大規(guī)模生態(tài)工程在2003–2018年間共增加了16.95萬km2,其主要的造林方式是填補(bǔ)孤立的森林之間的間隙,這樣的做法有效地提高了森林景觀的連通性,從而增加了核心林的面積(圖4)。而大面積的核心林(>100km2)的熱緩沖能力是小面積森林( 10km2)的兩倍以上。雖然邊緣林的對氣候的緩沖能力不如核心林,但近20年來,邊緣林對中國森林面積增加的貢獻(xiàn)率約為73%,它的存在也為核心林創(chuàng)造了緩沖帶,從而降低了其他景觀對森林景觀的干擾,有助于維持森林生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部穩(wěn)定。而且考慮到樹木的生長需要時間,這些邊緣林未來有很大的潛力成長為核心林,發(fā)揮更大的作用。

        研究最后也強(qiáng)調(diào),在當(dāng)前的生態(tài)工程下,通過提高森林景觀的完整性和連通性可以進(jìn)一步提高森林對氣候變化的緩沖潛力,從而為野生動植物在氣候變化下的生存提供更加適宜的棲息地。

        從上面的數(shù)據(jù)不難看出,中國近20年的造林政策能夠很有效地拯救森林的“斑禿”問題,這兩項工程具有減緩氣候變化和保護(hù)生物多樣性的雙重意義。

        參考文獻(xiàn):

        1. Venter, O., Sanderson, E.W., Magrach, A., Allan, J.R., Beher, J., Jones, K.R. et al. (2016). Sixteen years of change in the global terrestrial human footprint and implications for biopersity conservation. Nature Communications 7, 12558. https://doi.org/10.1038/ncomms12558

        2. Barnosky, A.D., Hadly, E.A., Bascompte, J., Berlow, E.L., Brown, J.H., Fortelius, M. et al. (2012). Approaching a state shift in Earth’s biosphere. Nature 486(7401), 52. https://doi.org/10.1038/nature11018

        3. http://www.clear.uconn.edu/projects/landscape/v2/forestfrag/measuring/core_explained.htm

        4. Huang, A., Shen, R., Jia, G., & Xu*, X. (2021). Reforestation enhanced landscape connectivity for thermal buffering in China. Environmental Research Letters, 17, 014056.

        來源:中國科學(xué)院大氣物理研究所

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