郭曉娜,陳睿山,*,李 強,蘇維詞,劉 敏,潘真真
1 華東師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,地理信息科學(xué)教育部重點實驗室,上海 200241 2 河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院,開封 475001 3 重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院,重慶 400047 4 貴州科學(xué)院山地資源研究所,貴陽 550001 5 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,武漢 430079
生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)政府間科學(xué)政策平臺(IPBES)土地退化和恢復(fù)專題評估指出,人類活動造成的土地退化影響到32億人的福祉,使地球出現(xiàn)第六次物種大滅絕,每年因土地退化造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)損失高達全球總產(chǎn)值的10%以上[1- 2]。退化正發(fā)生在所有國家、土地覆蓋/利用及景觀類型,當前全球多達15億人居住并依賴于退化的土地[3],全球80%農(nóng)業(yè)用地、10%—20%牧場、87%濕地正遭受嚴重退化[4-6]。盡管土地退化總的人類成本難以估計,但每年因土地退化造成的經(jīng)濟損失最少約400億美元[7]。土地退化對生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及人類福祉產(chǎn)生不可逆的影響,已造成全球34%生物多樣性喪失(2010年)。預(yù)計到2050年,這一比例將高達38%—46%[8]。
遏制土地退化和恢復(fù)已退化土地對保障人類必需的生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及人類福祉至關(guān)重要,國際上大多可持續(xù)性目標的實現(xiàn)也多以解決土地退化為前提:2012年,聯(lián)合國防治荒漠化公約(UNCCD)提出到2030年實現(xiàn)土地退化零增長目標(Zero Net Land Degradation),并于2017年發(fā)布了土地退化平衡框架(Land Degradation Neutrality)。聯(lián)合國“可持續(xù)發(fā)展目標(2015—2030年)”將遏制、扭轉(zhuǎn)及恢復(fù)土地退化,減緩以環(huán)境退化為代價的經(jīng)濟增長作為其第15大目標;“愛知生物多樣性目標(2010—2020)”將土地退化作為生物多樣性減少的主要威脅予以應(yīng)對;《波恩挑戰(zhàn)》提出到2020年恢復(fù)1.5億公頃退化土地和森林[9]。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)也于2017年啟動了關(guān)于氣候變化與土地退化評估的特別報告撰寫工作,主要關(guān)注氣候變化、沙漠化、土地退化、可持續(xù)土地管理、糧食安全和陸地生態(tài)系統(tǒng)的溫室氣體通量。IPBES在2015—2018年開展了全球第一次土地退化與恢復(fù)評估,并于2018年3月26日正式得到IPBES的129個成員國批準;據(jù)IPBES估計,到2050年,土地退化和氣候變化將使全球作物平均減產(chǎn)13%—45%[10],使5000 萬至7 億人被迫遷移[11],嚴重威脅糧食安全及世界穩(wěn)定。
中國各地土地退化形勢比較嚴重,類型多樣,其中分布最廣、影響最大的是土地沙漠化和土壤侵蝕,已引起諸多學(xué)者的關(guān)注,國家也高度重視退化土地的恢復(fù)和生態(tài)重建[12- 15]。然而,關(guān)于土地退化定義、機制、過程及影響,學(xué)術(shù)界尚無統(tǒng)一定論?;诖?本文以IPBES “土地退化與恢復(fù)” 專題評估報告為基礎(chǔ),考察了IPBES關(guān)于全球土地退化狀態(tài)、過程、機制及對人類福祉、生態(tài)系統(tǒng)和氣候變化影響的報告,以期為進一步開展土地退化研究提供概念框架,為我國土地資源保護和退化土地的恢復(fù)、生態(tài)文明建設(shè)和“山水林田湖草”系統(tǒng)治理提供理論支持。IPBES“土地退化與恢復(fù)”專題報告是全球第一份關(guān)于土地退化和恢復(fù)的綜合實證評估報告,由來自45個國家的100多名專家歷時3年共同完成,該科學(xué)報告尺度覆蓋全球,成果惠及經(jīng)濟發(fā)展、生計、糧食安全、自然貢獻和人類福祉等領(lǐng)域。土地退化過程、機制和影響的全面闡述為深入了解土地退化及生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)功能的變化創(chuàng)造了條件,為監(jiān)測、遏制、扭轉(zhuǎn)土地退化提供了理論基礎(chǔ),對可持續(xù)管理土地,保護生物多樣性、生態(tài)服務(wù)功能及自然對人類饋贈有重大意義。
圖1 土地退化與土地轉(zhuǎn)變Fig.1 Land degradation and land transformation
1971年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(Food and Agriculture Organization, FAO)提出了“土地退化”的概念,并區(qū)分了侵蝕、鹽堿化、土壤污染等多種土地退化類型[16];然而,土地退化的定義卻存在諸多爭議,在一些情況下將土地退化和土壤退化等同,甚至關(guān)于土地退化前的狀態(tài),或土地退化基準的確定也十分困難[17- 18]。IPBES提出,土地退化是引起生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)功能及服務(wù)減少或損失的多種過程,包括所有陸地生態(tài)系統(tǒng)的退化,也包括相關(guān)水生態(tài)系統(tǒng)的退化[2]。
目前,全球僅有少量陸地未受人類影響,不同類型、程度的土地轉(zhuǎn)變和退化對生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能產(chǎn)生了不利影響[19]。土地退化可在兩種情況下發(fā)生,一是在土地覆蓋種類或用途未改變的情況下,因生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)功能或服務(wù)喪失而發(fā)生;二是通過轉(zhuǎn)變成衍生類生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生,例如把天然土地覆蓋變成建設(shè)用地以獲得經(jīng)濟和社會效益,但通常會喪失生物多樣性和某些次要的生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)。土地轉(zhuǎn)變屬于后者,即人類有意把天然覆蓋轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)性用地(如牧場、耕地)而造成的生境喪失和剩余生境可持續(xù)性的降低,從而對生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生不利影響。土地退化與土地轉(zhuǎn)變既有區(qū)別又有聯(lián)系(圖1),表面上二者都是土地退化,土地退化可能是自然退化也可能是人為退化,土地轉(zhuǎn)變是人為土地退化。實質(zhì)上,土地退化是土地生產(chǎn)力的喪失,土地轉(zhuǎn)變僅是土地種類和用途發(fā)生了變化,生產(chǎn)力并未完全喪失。轉(zhuǎn)變后的土地也可能出現(xiàn)退化,已退化的土地也可以轉(zhuǎn)變成另一種功能用地,兩者都可通過部分或完全恢復(fù)回到自然土地狀態(tài)。
圖2 退化過程與人類活動、自然環(huán)境壓力的潛在貢獻[2] Fig.2 Process of degradation and the potential contributions of anthropogenic and natural environmental stresses [2]
土地退化是自然環(huán)境壓力和人類活動壓力相互作用的結(jié)果,兩大壓力相互驅(qū)動造成不同的土地退化過程(圖2)。土地退化機制的理解得益于生態(tài)系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)型[20]和地球系統(tǒng)安全運行邊界[21- 22]的研究。圖2中垂直維度表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的水平,垂直維度上的值越高,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的層次和等級就越高。頂部兩邊表示自然環(huán)境壓力和人類活動壓力。從過程1到2表示人類活動壓力逐漸增加,從過程3到4表示自然環(huán)境壓力的增加。兩大壓力的變化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(土地退化)的動態(tài)變化,在臨界閾值內(nèi)的變化范圍稱為彈性區(qū),也是土地未永久退化前的可恢復(fù)區(qū)。當自然環(huán)境壓力可忽略不計(原始環(huán)境狀態(tài))時,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(土地退化)在大多人類活動壓力強度下可表現(xiàn)出一定的彈性。隨著自然環(huán)境壓力的增加,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)降低,土地退化加劇。如果不采取強有力的補救措施,退化一旦超越彈性臨界值(亦即安全運行邊界,數(shù)字5),就會處于永久退化狀態(tài)(數(shù)字6)。數(shù)字7表示提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)較低,具有上表面的所有特征,包括彈性退化和永久退化的可能性。無論是單一的人類活動壓力還是自然環(huán)境壓力都不會造成土地永久退化,但是兩者相互作用時會產(chǎn)生強大合力,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(土地退化)造成不可挽回的災(zāi)難性損失。
土地退化過程有6種退化狀態(tài):疑似退化、歷史退化、敏感退化、彈性退化、持續(xù)退化、永久退化[23](表1)。疑似退化與敏感退化表面上看似退化,但實質(zhì)上仍處于未退化狀態(tài),二者的差異在制定恢復(fù)計劃時很難分清。退化實際上是計算土地提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)潛力的差異,而不是退化的潛力[24]。歷史退化是可能已持續(xù)了較長時間,然而卻被誤認為尚未發(fā)生退化。持續(xù)退化和永久退化是唯一完全符合IPBES定義的退化狀態(tài)[25],即使壓力源消除,若無人類恢復(fù)措施兩者皆不能恢復(fù)到最初未退化狀態(tài)。未達到閾值的退化通常不是靜態(tài)的,而是隨著壓力的改變而動態(tài)變化的,且不會超過臨界閾值。完全的靜態(tài)退化,即永久退化,在一定程度上也會發(fā)生,如嚴重鹽堿化的農(nóng)田。彈性退化引起諸多研究者的關(guān)注,因為當外界壓力減小時,它有可能自然恢復(fù)。持續(xù)退化和永久退化也存在恢復(fù)的可能性,但若恢復(fù)到最初狀態(tài)則需要投入巨大的人力和資金。例如,20世紀30年代初,美國南部的大平原上約有2000萬公頃的土地被沙塵吞沒[26- 28],美國政府投資大約170億美元并成立自然保護協(xié)會(Nature Conservancy)以恢復(fù)退化土地。但永久退化恢復(fù)率很低,且容易再次退化[29],甚至可能在長達一個世紀的尺度上仍呈退化狀態(tài)。
表1 土地退化過程中的6種狀態(tài)[23]
土地退化類型可根據(jù)土地利用類型分為城市土地退化、農(nóng)田退化、森林與草地退化、濕地退化等, 不同類型對應(yīng)的過程及響應(yīng)不同(表2)。城市土地退化是由資源的開采及商品化,廢物的產(chǎn)生及不合理處置,土地分配中的沖突引起的城市土地廢棄[40]。科學(xué)的城市土地利用分類,合理的空間規(guī)劃可減緩城市土地退化。農(nóng)田退化則是人類不合理耕種,包括粗放經(jīng)營、大肆使用農(nóng)藥化肥等造成的土地生產(chǎn)力下降,休耕輪作、精耕細作、發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)等是農(nóng)田可持續(xù)利用的有效途徑。森林退化是森林砍伐造成的森林覆蓋率降低,由于森林生態(tài)環(huán)境價值高且分布面廣,需通過國家政策和項目進行森林保護,如森林編碼、退耕還林、減少毀林和森林退化及其引起的碳排放等(簡稱REDD+)。草地退化則是載畜量超出草地承載力而引起的草地覆蓋率下降,可通過退耕還草、降低載畜率和劃區(qū)輪牧等遏制其退化。圍墾濕地、填海造陸等造成濕地減少進而導(dǎo)致濕地退化,需綜合海岸帶及流域管理才能實現(xiàn)濕地保護。
糧食、能源、水和各種謀生手段,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及生物多樣性全部或部分源于自然,并受到土地退化的影響,土地退化影響全球40%的人口福祉、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、生物多樣性及氣候變化(圖3)。
表2 全球土地退化類型、過程及響應(yīng)
圖3 土地退化的影響Fig.3 The impacts of land degradation
3.1.1貧困和生計
貧困人口不同程度地依賴農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)維持生計,而土地退化限制了這些生存方式。2003年,世界1/4的貧困人口生活在敏感退化土地上[41],土地退化限制了農(nóng)業(yè)潛力,進而限制了生活在退化土地上的人口生計能力。2006—2015年加納因土地退化造成的農(nóng)業(yè)損失高達42億美元,國家貧困率提高了5.4%[42]。世界上約10億最貧困人口主要依賴畜牧業(yè)生存[43],土地退化通過降低畜牧業(yè)生產(chǎn)力加劇了貧困。此外,土地退化對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響,從而限制了非耕種產(chǎn)品的提取,即所謂的環(huán)境收入。環(huán)境收入受限,低收入人群等脆弱群體的生計受到威脅,貧困程度加深[44-48]。
3.1.2食物安全
零饑餓是聯(lián)合國第二大可持續(xù)發(fā)展目標,即2030年結(jié)束所有形式的饑餓[49]。然而,目前全球仍有7.95億人缺乏足夠食物,土地退化更加劇了糧食危機。土地退化通過直接影響糧食安全和人體健康進而威脅農(nóng)村人口、兒童和婦女的福祉[50-53]。土地退化以水土流失、土地肥力下降、鹽堿化和其他嚴重影響糧食生產(chǎn)和分配的形式起作用,威脅世界糧食安全[54-61]。目前全球40%的農(nóng)業(yè)土地退化致使作物產(chǎn)量大幅下降,其中9%土地不能再困難用于作物生產(chǎn)[55]。在氣候或市場等相關(guān)要素發(fā)生變化的情況下(如作物歉收)森林可以在一定程度上幫助家庭填補季節(jié)性和其他周期性的糧食缺口[62]。但森林砍伐、原生植被破壞、動植物棲息地喪失以及不可持續(xù)的農(nóng)田與牧場管理,特別是集約化農(nóng)業(yè)模式,造成了水、土資源退化,成為威脅糧食安全的重要因素[56,58,63]。
3.1.3人類健康
土地退化過程與疾病傳播過程、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能喪失過程相互作用影響人類健康。傳染病傳播既是一種生態(tài)過程,也是一種社會過程。病原體可從野生動物保蟲宿主直接傳播給人類,也可從野生動物經(jīng)家畜或馴養(yǎng)動物間接傳播[64]。新出現(xiàn)的病原體以各種方式,如土地利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人與動物接觸等對人類健康產(chǎn)生難以預(yù)測的影響[65]。土地退化往往通過擾亂環(huán)境和釋放病原體,從而影響人類健康。自然土地變成耕地和居民點,使人類接觸到新的病原體,從而增加患新疾病的風險。在發(fā)展中國家,由于貧困和社會不平等使疾病控制更加困難,并常與土地利用變化和環(huán)境退化相互作用[66]。土地退化使人類接觸被污染的空氣、水和土地的幾率增加,嚴重威脅人類健康,而發(fā)展中國家死于污染的人數(shù)是發(fā)達國家的 20多倍[67]。此外,土地退化通過降低人類的心理平衡、注意力等損害心理健康。
3.1.4人類安全(沖突和遷徙)
土地退化導(dǎo)致土地生產(chǎn)力下降或原定居點不再適宜居住,迫使人類遷移或引發(fā)社會動亂。氣候變化可導(dǎo)致大規(guī)模人口遷移,其中大部分遷移是由氣候引發(fā)的土地退化造成的[68]。如,有學(xué)者預(yù)言因海岸侵蝕孟加拉國可能會遷移3萬—10萬人[69]。土地退化是國內(nèi)生產(chǎn)總值減少的重要原因,而國內(nèi)生產(chǎn)總值每減少 5%,暴力沖突發(fā)生的可能性就增加 12%[70]。移徙者可能會與遷入地區(qū)的居民發(fā)生沖突,特別是遷入地資源已全部消耗或退化時。及時采取行動遏制和扭轉(zhuǎn)土地退化以保障糧食供應(yīng),降低沖突和人口移徙的可能性,對生活在干旱地區(qū)的 40億人(2050年預(yù)測)尤其重要。
3.1.5水安全
淡水生態(tài)系統(tǒng)(如河流、湖泊)可提供優(yōu)質(zhì)水源,是人類生存和福祉的核心[71-72]。自然植被覆蓋與植被多樣性的減少,影響水循環(huán)的各環(huán)節(jié)從而改變水資源分配。土地退化和水循環(huán)之間的緊密聯(lián)系,農(nóng)田和城市土地退化與氣候變化、人口增長、鹽堿化、化學(xué)污染等因素相互作用影響水量和水質(zhì)。目前,全球約80%人口生活在水安全和生物多樣性易受威脅的地區(qū)[73]。聯(lián)合國水資源和世界衛(wèi)生組織報告指出,全球有7.83億人使用未經(jīng)改良的水源[74-75],18億人接觸到被糞便污染的飲用水。水土固有聯(lián)系緊密,減緩并遏制土地退化以保障水安全刻不容緩。
3.1.6文化可持續(xù)性
文化與其所依賴的自然環(huán)境關(guān)系密切,在某些情況下,土地退化可能導(dǎo)致傳統(tǒng)文化的重大損失。文化多樣性和生物多樣性之間存在強烈的共生關(guān)系[76],土地退化通過改變生物多樣性進而影響文化多樣性。如,2000—2009年玻利維亞某地生態(tài)環(huán)境退化導(dǎo)致當?shù)靥赜猩镂锓N的消失,降低了當?shù)鼐用駥鹘y(tǒng)植物的認知水平[77]。土地退化還可導(dǎo)致當?shù)厝藛适У胤礁屑芭c土地的精神聯(lián)系,如圣地的遺棄和禮儀的淡化。
土地退化通過各種方式造成生態(tài)系統(tǒng)退化,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)或功能的喪失。密集生產(chǎn)產(chǎn)生的各種廢棄物可造成空氣污染和水污染,進一步導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)退化。土地退化和由此導(dǎo)致的淡水質(zhì)量下降阻礙了人類社會的發(fā)展,并威脅到淡水生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[71,73,78- 79]。在全球許多地方,土地退化造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)缺失已達到危急程度,人類現(xiàn)有的文明與技術(shù)可能無法應(yīng)對由土地退化帶來的災(zāi)難。
土地退化導(dǎo)致生境破碎或減少,從而造成生物多樣性的減少或喪失。迄今為止,造成生物多樣性喪失的最主要因素是農(nóng)業(yè)(作物、肉類和奶制品生產(chǎn)),其次是林業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市擴張和氣候變化。預(yù)計2010—2050年,氣候變化、農(nóng)作物耕種和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將成為生物多樣性喪失的主要因素,且增幅最大[8]。全球許多牧場牲畜放養(yǎng)數(shù)量已經(jīng)達到或超過土地最大載畜能力,加之土地退化和牧場減少,造成動植物數(shù)量不斷減少。
土地退化也會影響氣候變化。不同的土地退化類型和過程導(dǎo)致區(qū)域性溫度和降水的變化,或引發(fā)極端氣候事件,甚至可通過影響全球溫室氣體的排放和吸收進而影響全球氣候變化。
森林和草地退化減弱了綠色植被的光合作用,減少了綠色植被對大氣中CO2和CH4的吸收,致使溫室氣體增加,加快了全球變暖的步伐。據(jù)全球碳項目(Global Carbon Project, GCP)估計,全球陸地植被在2005—2015年期間形成凈碳匯(即由土地利用變化引起的CO2凈排放量低于自然植被吸收的CO2量)[80];由土地退化引起的地表植被覆蓋的減少還會影響自然界的水循環(huán),引發(fā)極端氣象災(zāi)害。如在中國西北荒漠化地區(qū),由于人類不合理的生產(chǎn)和生活活動導(dǎo)致地表裸露,植被的蒸騰作用減弱,輸送到大氣中的水汽減少,降水減弱,加劇了干旱。湖泊濕地的減少一方面使得徑流減少,濕地涵養(yǎng)水源能力下降,另一方面,減少了對溫室氣體的吸收,削弱了濕地碳匯功能。城市地區(qū)對土地的高強度開發(fā)利用,改變了城市下墊面狀況,形成了局地小氣候,如“熱島效應(yīng)”和“雨島效應(yīng)”等。
土地退化過程是自然環(huán)境和人類活動兩大壓力驅(qū)動的過程,其最終狀態(tài)取決于二者大小。土地退化過程存在彈性閾值,在閾值范圍內(nèi)的土地退化可恢復(fù),大于閾值可能永久退化,需要極高的人類投入才能恢復(fù)。土地退化過程存在六大狀態(tài):疑似退化、歷史退化、敏感退化、彈性退化、持續(xù)退化、永久退化。土地退化是動態(tài)變化的,某地土地退化可能只屬于其中一個狀態(tài),但隨著人類活動加劇及自然環(huán)境惡化,可能連續(xù)經(jīng)歷好幾個狀態(tài)。土地退化類型可分為城市土地退化、農(nóng)田退化、森林與草地退化、濕地退化等,不同退化類型對應(yīng)的退化過程及響應(yīng)不同。土地退化是全球性生態(tài)環(huán)境問題,對人類福祉、生態(tài)系統(tǒng)、生物多樣性及氣候變化產(chǎn)生不可逆的影響。
土地退化的含義一直存在爭議,所有陸生和水生生態(tài)系統(tǒng)平衡遭到破壞且短時間內(nèi)難以恢復(fù)都可稱為土地退化。但土地轉(zhuǎn)變,如由林地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田,是以另一種方式向人類提供產(chǎn)品和服務(wù),歸于土地退化存在爭議。如何統(tǒng)一定義對土地退化相關(guān)研究的開展尤其是恢復(fù)退化土地至關(guān)重要。退化土地的恢復(fù)與土地退化前基準狀態(tài)的確定關(guān)系非常密切。土地退化過程存在閾值,閾值具有不確定性和情景依賴性,即閾值取決于退化類型,不同退化類型的閾值不同,如森林和牧場退化閾值不同,如何確定閾值且發(fā)現(xiàn)其早期預(yù)警信號是難點。土地退化影響全球各地(除南極洲外),是世界性重大生態(tài)環(huán)境問題。如何減緩、遏制土地退化的不利影響,將其控制在可持續(xù)發(fā)展范圍內(nèi),并找出高效恢復(fù)對策十分重要。土地退化過程復(fù)雜,影響廣泛,需要深化和擴大跨學(xué)科研究,同時加強國際合作。地球水陸系統(tǒng)、氣候和人類社會之間的固有相互關(guān)系意味著解決土地退化和恢復(fù)退化土地的益處會成倍增加,有利于全球可持續(xù)發(fā)展。
當前全球人口仍然在持續(xù)增加,發(fā)展中國家城市化仍在加快推進,對土地系統(tǒng)構(gòu)成重要威脅,而氣候變化則加劇了土地退化的風險。實現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的目標,需要在各個尺度上分析土地退化的狀態(tài)及未來多種驅(qū)動力情景下的退化或恢復(fù)過程,進而在政策層面進行長遠期規(guī)劃,提出相應(yīng)的對策。