森林也“斑禿”？那該怎麼治？丨大氣悟理_風聞

編者按：看寒來暑往雲捲雲舒，思古往今來氣候變遷，中科院之聲與中國科學院大氣物理研究所聯合開設“大氣悟理”，為大家介紹大氣裏發生的有趣故事，介紹一些與天氣、氣候和環境相關的知識。

當一個人壓力大，精神緊張，焦慮失眠的時候，有可能會發生局部的脱髮，這在醫學上被稱作斑禿。而對一個茂密的森林來説，會因為人類的亂砍亂伐和城市化進程加劇，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地的小氣候，嚴重威脅區域的生物多樣性。

圖1 森林景觀的破碎化（圖片來自網絡）

景觀生態破碎化的危害不容小覷

森林的這種“斑禿”現象，有一個專門的學術名詞來描述它：景觀連通性降低。它的降低是伴隨着人類大規模的遷徙、以及生產活動而開始的。最早追溯到刀耕火種的時期，人類還不懂得如何使用肥料，於是會在森林中放火，不但可以為耕作留出一片空地，而且燃燒過後的草木灰也是極好的養料。但後果就是每次開墾一片耕地就需要毀掉一小片森林。

到了現代，人類的生產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。工廠、房屋、道路都要擠佔森林原有的空間，森林的破碎化問題就更加的嚴重了。根據最新的數據表明，地球75%以上的陸地表面已經被人類改變。並且由於人口壓力，以及農業的擴張，約有40%的陸地生態系統已經變成了農業景觀。

而連通性下降帶來的危害如同多米諾骨牌一般。要説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，且面積大於1平方公里的森林景觀。

從緩衝氣候變化的角度來説，核心林比邊緣林氣候緩衝能力更強，而且核心林的規模越大對氣候的緩衝能力越強。這表現在：核心林能夠有效地維持低緯度地區的日最高温度和較高緯度地區的日最低温度。同時，核心林能夠保持較低的温度日較差和季節差異，而邊緣林顯然在這些方面的能力要弱於核心林。所以，森林景觀的破碎化會嚴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，會嚴重地影響動物的遷徙和交配，如刺蝟，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，最終生態系統變得更加脆弱，難以適應環境的變化。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的生物多樣性等演變過程（圖片來源：《2018/19前沿報告-全球環境的新興問題》）

當然，也有不少創新的舉措能減少邊緣林帶來的危害，比如位於北京的奧林匹克森林公園，通過在園區的南北兩園中間建設了一條生態廊道橋，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於景觀破碎化導致的物種滅絕（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 奧林匹克森林公園裏跨越高速公路的生態廊道橋（圖片來源：淺探奧森生態工法，尋生態演變——THAD6清華大學建築設計六分院）

國家生態工程如何拯救森林的“斑禿”問題

早在21世紀初，為了能夠讓破碎的森林景觀儘快恢復，中國就啓動了兩大生態建設項目——天然林保護工程和退耕還林工程。根據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工程在多大程度上提高了景觀生態連通性，改變了森林棲息地的空間分佈，從而調節了局地的氣候。最近，中國科學院大氣物理研究所的團隊回答了這個問題，相關成果以Reforestation enhanced landscape connectivity for thermal buffering in China為題，發表在了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 和農田 (CRO) 的空間分佈。(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。

研究團隊基於近20年的多種來源的衞星觀測數據，從衞星圖像中識別出了造林後核心林和邊緣林分佈的區域和範圍。研究發現，中國啓動的大規模生態工程在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）的熱緩衝能力是小面積森林（≤10km2）的兩倍以上。雖然邊緣林的對氣候的緩衝能力不如核心林，但近20年來，邊緣林對中國森林面積增加的貢獻率約為73%，它的存在也為核心林創造了緩衝帶，從而降低了其他景觀對森林景觀的干擾，有助於維持森林生態系統的內部穩定。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，發揮更大的作用。

研究最後也強調，在當前的生態工程下，通過提高森林景觀的完整性和連通性可以進一步提高森林對氣候變化的緩衝潛力，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。

從上面的數據不難看出，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生物多樣性的雙重意義。

參考文獻：

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 biodiversity 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：中國科學院大氣物理研究所