氣候變化背景下生態工程對生態系統服務的影響研究進展

　　中國科學院生態環境中心城市和區域生態國家重點實驗室歐陽志云研究組在氣候變化背景下生態工程對生態系統服務的影響研究方面取得重要進展。相關研究成果在線發表在《全球變化生物學》（Global Change Biology）和《環境研究快報》（Environmental Research Letters）上。

　　20世紀，由于不適當的人類活動，自然生態系統發生了嚴重退化。為扭轉這一趨勢，以聯合國REDD+（The United Nations Collaborative Programme on Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation in Developing Countries plus）計劃為代表的旨在恢復退化生態系統的生態恢復項目在世界范圍內廣泛開展。先前研究發現，這些生態工程在恢復退化的生態系統和增強生態系統服務供給方面具有顯著成效。同時，由于CO2排放持續增加導致的全球氣候變暖使得地球的氣候系統越來越不穩定。這種變化導致大氣CO2濃度不斷升高，并導致干旱事件的發生頻度、廣度和持續時間不斷增加。已有研究表明氣候變化對生態系統服務的影響不容忽視。然而，目前尚不清楚氣候變化如何影響生態工程在增強區域生態系統服務供給方面的作用。

　　針對上述問題，該團隊以京津風沙源區治理工程區為案例，結合基于遙感的長時間序列土地利用數據集、機器學習模型、生態系統過程模型和生態系統服務評估方法，通過構建多種模擬情景開展分析研究。研究顯示，生態工程和大氣CO2濃度升高是當地碳匯提升的主要原因，并抵消氣候變化導致碳匯減少的不利影響。生態工程的實施促使固碳、水源涵養、土壤保持和防風固沙服務分別增加22.21%、2.87%、2.35%和28.77%。其中，植樹造林對生態系統服務提升的貢獻高于草地恢復，超過91.41%、 98.13%和64.51%新增加的固碳、土壤保持和防風固沙服務由植樹造林所貢獻。盡管植樹造林導致水源涵養服務有所下降，但這種下降卻被草地恢復增加的水源涵養服務所抵消。此外，生態工程對生態系統服務的影響沿著降水梯度呈現出明顯差異。

　　大氣CO2濃度升高進一步放大生態工程在增加生態系統服務供給方面的貢獻，但這種增強作用幾乎完全被干旱帶來的負面影響所抵消。在干旱和大氣CO2濃度升高的聯合作用下，生態工程對固碳、水源涵養、土壤保持和防風固沙服務提升的貢獻分別減少了5.74%, 32.62%, 11.74%和14.86%。此外，干旱和大氣CO2濃度升高的聯合作用對不同生態系統服務在不同的降水梯度上也呈現明顯差異。總體上，干旱和大氣CO2濃度升高的聯合作用對固碳、土壤保持和防風固沙服務的負面影響沿著降水梯度逐漸加劇，但對水源涵養服務的負面影響沿降水梯度先加劇后又逐漸減小。

　　本研究進一步證實了生態工程在增強區域生態系統服務供給以及抵御氣候變化對碳匯負面影響方面的重要性。同時，大氣CO2濃度升高對生態工程在增加生態系統服務供給方面的促進作用被干旱的負面影響幾乎完全抵消這一事實提示我們氣候變化的負面影響總體上大于其正面影響。該研究表明在評估生態工程對生態系統服務供給的影響時，有必要考慮大氣CO2濃度升高和干旱等氣候變化因素的擾動，并盡可能通過優化生態恢復策略提高生態系統的恢復力從而減少氣候變化帶來的負面影響。這一研究為科學認識氣候變化背景下生態工程對生態系統服務的影響提供了新的視角和系統的評估方法。

　　研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院戰略性先導科技專項、中科院青年創新促進會、生態中心碳達峰碳中和生態環境技術專項和河北省等的支持。

圖1.（左）氣候變化、大氣CO2濃度升高和生態工程對碳匯的影響；（右）氣候變化、大氣CO2濃度升高和生態工程對不同土地利用類型固碳速率的影響。

圖2.（左）生態工程對生態系統服務影響的空間分布；（右）生態工程對生態系統服務的影響在不同降水梯度差異。

圖3.（左) 干旱和大氣CO2濃度升高對生態工程作用下生態系統服務變化的增強/減弱效應空間分布；（右）干旱和大氣CO2濃度升高對生態工程作用下生態系統服務變化的增強/減弱效應在不同降水梯度差異。