氣候變化、土地退化和糧食安全問(wèn)題:關(guān)聯(lián)機(jī)制與解決途徑

陳睿山,郭曉娜,熊 波,王 堯,陳 瓊

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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200241

2 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心, 北京 100037

3 青海省高原科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究院, 西寧 810008

氣候變化與土地退化可影響全球糧食與水資源安全,增加災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),對(duì)全球資源環(huán)境產(chǎn)生系統(tǒng)性影響,對(duì)實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)至關(guān)重要[1],兩者均位列世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)布的2019年全球可能面對(duì)的10大風(fēng)險(xiǎn)[2],也被列入可能導(dǎo)致地球系統(tǒng)發(fā)生臨界轉(zhuǎn)型的九大行星邊界[3]。土地是人類生活的地方,也是一種關(guān)鍵的資源,我們依靠其獲得食物、水、健康和其他福利,使其承受著越來(lái)越多來(lái)自人類的壓力,然而,土地也是解決諸多環(huán)境問(wèn)題的途徑之一,但僅靠土地?zé)o法滿足一切目標(biāo)。全球氣候變化是當(dāng)前世界關(guān)注的熱點(diǎn),關(guān)注焦點(diǎn)涉及從短期極端災(zāi)害性天氣的歸因到長(zhǎng)期氣候變化的趨勢(shì)分析等多個(gè)方面。同時(shí),近年來(lái)發(fā)布的若干國(guó)際評(píng)估報(bào)告也十分重視土地退化問(wèn)題,如IPBES全球土地退化與恢復(fù)評(píng)估報(bào)告[4],UNCCD的全球土地展望及其區(qū)域報(bào)告等[5]。土地退化表現(xiàn)形式多樣,從地域分有沙漠化、石漠化、森林退化、濕地退化等,氣候變化會(huì)對(duì)各類土地退化均造成重要影響,但大部分研究主要關(guān)注氣候變化對(duì)沙漠化、耕地生產(chǎn)力及糧食安全的影響,對(duì)其他類型土地退化的影響缺乏系統(tǒng)的分析。同時(shí),長(zhǎng)期以來(lái)學(xué)界認(rèn)為土地變化是與化石燃料燃燒一樣導(dǎo)致全球溫室氣體排放的關(guān)鍵因素之一,然而,對(duì)土地系統(tǒng)變化如何影響氣候變化缺乏定量分析和系統(tǒng)評(píng)價(jià)。因此,氣候變化和土地退化之間存在哪些廣泛的關(guān)聯(lián)與反饋？在未來(lái)氣候變化的情景下,2030年全球?qū)⒂薪话氲娜松钤谟盟畨毫Ω叩牡貐^(qū)[1],全球溫度增加1.5℃對(duì)這些地區(qū)的土地退化有哪些影響、其趨勢(shì)如何及該如何應(yīng)對(duì)等都需要進(jìn)行系統(tǒng)分析。

《IPCC氣候變化與土地》特別報(bào)告是與《全球升溫1.5℃》[6]、《氣候變化中的海洋和冰凍圈》[7]并列的特別報(bào)告之一,是IPCC第一次系統(tǒng)地評(píng)估土地退化與氣候變化之間的關(guān)聯(lián),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)溫室氣體排放等。該報(bào)告由全球來(lái)自52個(gè)國(guó)家的107位專家撰寫,共審閱7000余篇公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn),在28275條修改意見(jiàn)的基礎(chǔ)上完善而成。報(bào)告自2017年10月16日在奧斯陸舉行的第一次主要作者會(huì)議開(kāi)始,至2019 年 8 月 8 日在日內(nèi)瓦發(fā)布《氣候變化與土地》特別報(bào)告,歷時(shí)近2年。本文以《IPCC氣候變化與土地評(píng)估報(bào)告》為基礎(chǔ),主要考察氣候變化與土地退化的關(guān)聯(lián)機(jī)制、未來(lái)動(dòng)態(tài)格局與趨勢(shì)、糧食安全與氣候變化的關(guān)聯(lián)、以及減緩氣候變化與土地退化的響應(yīng)對(duì)策等方面的進(jìn)展,以期為我國(guó)增強(qiáng)土地系統(tǒng)的可持續(xù)性,應(yīng)對(duì)氣候變化和土地退化,實(shí)現(xiàn)糧食安全和可持續(xù)發(fā)展,開(kāi)展“山水林田湖草”系統(tǒng)治理和生態(tài)文明建設(shè)提供理論支持。

1 氣候變化和土地退化的關(guān)聯(lián)機(jī)制

1.1 氣候變化對(duì)土地退化的作用

《IPCC氣候變化與土地》特別報(bào)告中,土地退化被定義為土地狀態(tài)因直接或間接的人為過(guò)程影響而呈現(xiàn)負(fù)面趨勢(shì),表現(xiàn)為生物生產(chǎn)力、生態(tài)完整性或?qū)θ祟惱脙r(jià)值的長(zhǎng)期減少或損失。氣候變化包括氣溫升高干旱加劇,極地范圍縮小,極端天氣(干旱、熱浪、特大降雨、強(qiáng)風(fēng))頻發(fā)等,在不同時(shí)空尺度上影響土地的功能和狀態(tài)進(jìn)而導(dǎo)致土地退化[8-10]。一般來(lái)說(shuō),氣溫每增加1℃,空氣濕度可增加約7%。因此,氣候變暖可能會(huì)導(dǎo)致某些區(qū)域強(qiáng)降水頻率、強(qiáng)度和數(shù)量增加,進(jìn)而增加土壤侵蝕的速率。以印度中部為例, 1950—2015年極端降雨事件增加了3倍[1]。降水增加和土壤侵蝕可能會(huì)帶來(lái)次生災(zāi)害,如滑坡、泥石流發(fā)生概率增加[6]。強(qiáng)降水和洪水還可造成土壤壓實(shí)(含水量越高土壤越易壓實(shí)),影響植物生長(zhǎng)和動(dòng)物生存。極端強(qiáng)降水通過(guò)重新分配流域地表水和地下水,改變土壤飽和度,造成土壤養(yǎng)分流失、植物生產(chǎn)力下降,增加土壤溫室氣體排放,影響微生物生長(zhǎng)和微生物群落組成等,對(duì)土壤氧化還原產(chǎn)生負(fù)面影響,導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降[11-14]。

全球變暖會(huì)改變地表過(guò)程和陸地生態(tài)系統(tǒng)及其組成、結(jié)構(gòu)和功能[15-16],進(jìn)而導(dǎo)致土地退化。氣候變暖有利于喜熱物種生長(zhǎng),但會(huì)造成耐寒生態(tài)系統(tǒng)退化[17]。極端高溫和干旱頻率及強(qiáng)度的變化將導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳吸收能力降低、生態(tài)系統(tǒng)退化和恢復(fù)力喪失[18]。氣候變化尤其是地表溫度升高和蒸散增加將加劇旱地土地退化和沙漠化進(jìn)程,這一過(guò)程難以扭轉(zhuǎn)。氣候變化可能提高植物呼吸速率,降低土壤有機(jī)碳庫(kù)的輸入,并加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解,進(jìn)而降低土壤有機(jī)碳含量,增加局部地區(qū)鹽堿化風(fēng)險(xiǎn)。極端高溫天氣事件的次數(shù)和強(qiáng)度增加,特別是頻繁且長(zhǎng)時(shí)間的干旱,極易引發(fā)森林火災(zāi)進(jìn)而造成森林退化。2001—2015年,全球森林退化主要?dú)w因于商品驅(qū)動(dòng)的森林砍伐((27±5)%),林業(yè)發(fā)展((26±4)%),農(nóng)田開(kāi)墾((24±3)%),野火((23±4)%),城市擴(kuò)張((0.6±0.3)%)[19]。極端高溫通過(guò)減少樹(shù)木光合作用,限制葉片生長(zhǎng)速度,進(jìn)而影響森林生長(zhǎng)。極端干旱和高溫事件頻發(fā),降低了森林抵抗未來(lái)熱壓力的能力,可能直接引發(fā)局部大量樹(shù)木死亡。氣候變化使森林面積在熱帶呈凈減少趨勢(shì),在溫帶和寒帶地區(qū)呈凈增加趨勢(shì)[20-21]。氣候變化還會(huì)增加極端復(fù)合事件的發(fā)生概率,包括同時(shí)發(fā)生的多種災(zāi)害事件或有因果關(guān)聯(lián)的災(zāi)害鏈?zhǔn)录22-24]。隨著全球氣溫上升,多重風(fēng)險(xiǎn)相互疊加和耦合作用會(huì)增加極端復(fù)合事件的風(fēng)險(xiǎn)。如,降水增加導(dǎo)致滑坡泥石流頻發(fā),進(jìn)而破壞耕地、減少作物產(chǎn)量。臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度增加毀壞森林,風(fēng)暴潮導(dǎo)致海水倒灌增加農(nóng)田鹽堿化程度,臺(tái)風(fēng)風(fēng)浪侵蝕海岸線導(dǎo)致土地面積減少等。氣溫升高可能會(huì)對(duì)植被覆蓋產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。若氣溫比工業(yè)化前(1850—1900年平均值)升高2℃,將只有2/3的關(guān)鍵生物多樣性區(qū)域保持完整,若升高4.5℃,則只剩1/3[1]。缺少植被防止地表侵蝕將加劇土地退化。

總之,氣候變化通過(guò)影響土地結(jié)構(gòu)、功能、過(guò)程造成土地退化,增加土地應(yīng)對(duì)氣候壓力的敏感性,降低農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和收入。為滿足生存需求,人類開(kāi)墾更多的土地,這進(jìn)一步加劇了土地的退化及氣候敏感性。土地變化通過(guò)改變大氣生物物理、生物地球化學(xué)過(guò)程,影響氣候變化(圖1)。氣候變化加速了許多土退化過(guò)程,除非土地管理得到改善,否則氣候變化將加劇土地退化。然而,土地退化是受多種因素影響的復(fù)雜現(xiàn)象,與氣候、生態(tài)、土地類型和管理有關(guān)。將土地退化歸因于氣候變化或要證明氣候變化確實(shí)影響土地退化還面臨諸多挑戰(zhàn)。盡管部分研究表明氣候變化會(huì)增加土地退化的風(fēng)險(xiǎn),但將土地退化明確歸因于氣候變化的研究并不多見(jiàn)。

圖1 土地退化與氣候變化的相互作用[1]

1.2 土地退化對(duì)氣候變化的影響

土地在氣候系統(tǒng)中起著重要作用。土地退化通過(guò)改變地表特征、大氣成分、地表溫度來(lái)減緩(負(fù)反饋)或加劇(正反饋)氣候變化。當(dāng)前全球77%的土地已被人類利用,由此引起的土地利用變化對(duì)氣候變化有重要影響[25]。土地退化通過(guò)不同時(shí)空尺度脅迫的多種生物物理和生物地球化學(xué)過(guò)程對(duì)氣候變化產(chǎn)生影響。陸地與大氣之間的水和能量交換稱作生物物理相互作用,與大氣之間的溫室氣體交換稱為生物地球化學(xué)相互作用。陸地生物圈通過(guò)淡水、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、碳和顆粒物的流入與海洋相互作用,影響降雨的時(shí)間、地點(diǎn)、頻率和強(qiáng)度,并受到全球和區(qū)域氣候變化的影響。生物地球化學(xué)作用主要促進(jìn)植物光合作用和呼吸作用之間的平衡,以及微生物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的分解。土地光合作用通過(guò)影響二氧化碳吸收和水分蒸散發(fā)導(dǎo)致全球溫差及降水變化,并通過(guò)不斷與大氣交換溫室氣體而改變大氣組成。

陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能變化影響地方、區(qū)域和全球氣候(圖2)。土地是溫室氣體的源和匯,土地退化將改變二氧化碳、甲烷和二氧化氮等的吸收和排放量,引起大氣組成變化,進(jìn)而影響氣候變化。2008—2017年,土地利用變化產(chǎn)生的碳排放總量約為15×1012kg/a。甲烷在過(guò)去百年時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的溫室效應(yīng)比二氧化碳強(qiáng)32倍,自1961年以來(lái)增加了1.7倍,其中水稻田是甲烷排放的主要來(lái)源。大部分二氧化氮來(lái)自氮肥使用,自1961年以來(lái),全球化肥使用量增加了9倍[1]。合理利用土地和使用化肥在一定程度上可以減輕土地退化對(duì)氣候變化的影響。盡管土地利用變化的排放量較高,但目前土地碳吸收量仍高于排放量,2007—2016年,土地的碳凈吸收量約為60×1012kg/a。

圖2 氣候與土地相互作用機(jī)制[1]

地表反射率決定了被陸地吸收并反射到大氣中的太陽(yáng)輻射量。地表特征受自然過(guò)程和土地管理的雙重影響[26]。陸地生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)排放和吸收溫室氣體和陸地短期氣候前兆因子來(lái)調(diào)節(jié)大氣成分。由這些前兆因子形成的大氣氣溶膠通過(guò)影響云的形成和發(fā)展影響降水量,改變到達(dá)陸地表面的輻射量,進(jìn)而影響區(qū)域氣候[27]。此外,氣溶膠特別是炭黑在冰雪表面的沉積會(huì)降低反照率,增加地表溫度。土地退化還會(huì)通過(guò)改變地表物理特征影響大氣的狀態(tài)(如空氣質(zhì)量、化學(xué)成分、溫度和濕度)和動(dòng)力(如水平和垂直風(fēng)力)進(jìn)而影響氣候變化。例如,巴西砍伐熱帶雨林降低了森林的固碳能力,釋放大量溫室氣體導(dǎo)致全球變暖,同時(shí)增強(qiáng)對(duì)流與海陸間的相對(duì)溫差,促進(jìn)海洋上的水分水平流動(dòng),從而使降雨進(jìn)一步向內(nèi)陸地區(qū)移動(dòng)[1]。

恩格斯說(shuō)過(guò)， “每一個(gè)時(shí)代的理論思維，包括我們這個(gè)時(shí)代的理論思維，都是一種歷史的產(chǎn)物，它在不同的時(shí)代具有完全不同的形式，同時(shí)具有完全不同的內(nèi)容?！盵4]可見(jiàn)，意識(shí)形態(tài)建設(shè)具有時(shí)代性和運(yùn)動(dòng)性，是與時(shí)俱進(jìn)、不斷發(fā)展的。改革開(kāi)放以來(lái)，以鄧小平、江澤民、胡錦濤為主要代表的歷代中國(guó)共產(chǎn)黨人在繼承前人思想、總結(jié)歷史經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上深入探索意識(shí)形態(tài)建設(shè)，推動(dòng)意識(shí)形態(tài)工作不斷豐富、不斷充實(shí)、不斷發(fā)展，進(jìn)一步拓展了黨領(lǐng)導(dǎo)意識(shí)形態(tài)工作的實(shí)踐理論，從而為中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)的蓬勃發(fā)展筑建了安定有序的社會(huì)文化環(huán)境。

荒漠化將通過(guò)改變植被覆蓋、氣溶膠和溫室氣體通量等多種機(jī)制而加劇氣候變化。干旱會(huì)使大氣中的二氧化碳含量急劇升高,1948—2012年干旱導(dǎo)致相關(guān)區(qū)域二氧化碳增加了6%,預(yù)計(jì)到2050年至少還會(huì)增加8%,使得這些地區(qū)凈碳吸收比其他地區(qū)低27%?；哪ㄟ^(guò)改變相關(guān)溫室氣體的吸收和排放,增加反照率,降低地表溫度,減少地表的可用能源,對(duì)氣候變化產(chǎn)生負(fù)反饋。此外,荒漠化將減少土壤有機(jī)質(zhì),增加地表裸露程度,減少地表植被覆蓋,增加地表干燥程度,加劇沙塵暴發(fā)生的頻率和強(qiáng)度[1]。

總之,土地退化通過(guò)改變地表覆蓋、地表粗糙度、地表溫度、大氣成分和溫室氣體通量等改變地表和大氣之間的生物物理和生物地球化學(xué)過(guò)程,從而影響氣候變化。盡管土地變化是氣候變化的主要驅(qū)動(dòng)因素之一,但是目前土地仍是重要的碳匯。

1.3 氣候變化與土地退化的未來(lái)情景

《IPCC升溫1.5℃》特別報(bào)告稱,相比工業(yè)化前(1850—1900)平均值,2006—2015年全球平均氣溫升高了0.86℃,2009—2018年升高了約0.93℃,而2014—2018年的平均氣溫則升高了1.04℃,表明近年來(lái)全球變暖趨勢(shì)逐漸加劇。若全球升溫1.5℃,旱地缺水、火災(zāi)頻發(fā)、多年凍土退化和糧食系統(tǒng)不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)將均會(huì)增加[6]。

由于氣候變化,預(yù)計(jì)未來(lái)人類遭遇土地退化的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加。IPCC先后發(fā)布排放情景特別報(bào)告(The Special Report on Emissions Scenarios, SRES)(2000年),典型濃度路徑(Representative Concentration Pathways, RCPs)(2010年),共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)途徑(The Shared Socio-Economic Pathways, SSPs)(2014年)等不同情景來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化,這些情景為未來(lái)土地退化趨勢(shì)分析提供了重要的工具(圖3)。在所有典型濃度路徑(RCPs)下,由于地表溫度升高和地表水汽虧缺,潛在蒸散量(PET)將在全球范圍內(nèi)增加,從而進(jìn)一步增加干旱地區(qū)荒漠化風(fēng)險(xiǎn)[28]。在全球范圍內(nèi),氣候變化將加劇干旱發(fā)生的頻率和嚴(yán)重程度[29-36]?！禝PCC第五次評(píng)估報(bào)告》指出,相對(duì)于1850—1900年,在所有情景下(RCP2.6情景除外),21世紀(jì)末全球地表溫度變化可能超過(guò)1.5℃,且2100年之后變暖還會(huì)持續(xù)[37]。在RCP8.5情景下,中亞中部和北部以及中國(guó)西北地區(qū)荒漠化呈加速趨勢(shì)[37-38]。有學(xué)者運(yùn)用修正的通用土壤流失方程(Revised Universal Soil Loss Equation, RUSLE)模型計(jì)算土壤侵蝕變化,發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)土壤侵蝕潛力增加了約17%,未來(lái)氣候變化還將進(jìn)一步加劇土壤侵蝕[39]。根據(jù)《IPCC氣候變化與土地》特別報(bào)告,在中間路徑(SSP2)及1.5℃,2℃和3℃的全球變暖情景下,預(yù)計(jì)2050年干旱區(qū)受水分脅迫,干旱強(qiáng)度增加,棲息地退化的暴露人口和脆弱人口將分別達(dá)到9.51億(1.78億), 11.52億(2.2億)和12.85億(2.77億)。即使在可持續(xù)路徑(SSP1)下,全球升溫2℃時(shí)分布在干旱(脆弱)地區(qū)的暴露人口和脆弱人口也將達(dá)9.74億和3500萬(wàn),而在區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)路徑(SSP3)下,則可達(dá)12.67億(522萬(wàn))。大約一半的弱勢(shì)群體分布在南亞,其次是中亞,西非和東亞[1,40]。

圖3 典型濃度路徑、共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑與土地退化類型的組合

根據(jù)《聯(lián)合國(guó)全球土地展望》報(bào)告,在所有共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑下,撒哈拉以南非洲、中東和北非、南亞以及東南亞地區(qū),未來(lái)土地退化風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)增加。預(yù)計(jì)至2050年,生物多樣性將喪失(4—12)%,并持續(xù)至21世紀(jì)下半葉。土地覆被和土壤質(zhì)量下降將使洪澇和干旱的發(fā)生頻率增加,這種現(xiàn)象在旱地將更加明顯,而旱地還面臨高于全球平均水平的人口增長(zhǎng)。在氣候變化影響下,撒哈拉以南非洲近20%的土地面積已出現(xiàn)生產(chǎn)力下降,全球其他大多數(shù)地區(qū)則為5%至10%[41]。預(yù)計(jì)到2050年,全球農(nóng)田面積需要再增加5%,才能彌補(bǔ)生產(chǎn)力的損失[5]。

總之,根據(jù)IPCC典型濃度路徑,未來(lái)全球溫度將進(jìn)一步升高,在所有共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑下,土地退化的風(fēng)險(xiǎn)將進(jìn)一步加劇,影響土地生產(chǎn)力。即使在可持續(xù)路徑(SSP1)下,2050年全球升溫2℃時(shí)分布在干旱地區(qū)的暴露人口和脆弱人口也將達(dá)到9.74億和3500萬(wàn),這將嚴(yán)重影響全球?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的程度。

2 糧食消費(fèi)與氣候、土地變化的互饋機(jī)制

2.1 糧食消費(fèi)對(duì)土地退化和氣候變化的影響

糧食安全與土地退化、氣候變化密切相關(guān)。當(dāng)前,占地球77%以上的土地(不包括南極洲)和87%的海洋已受人類活動(dòng)直接影響而改變[25]。糧食系統(tǒng)貢獻(xiàn)了全球30%的碳排放,80%的全球森林退化,使用了全球70%的可用淡水資源[1]。隨著人口增長(zhǎng)、城市化發(fā)展和飲食結(jié)構(gòu)的變化,人類消費(fèi)的糧食數(shù)量在增加,其中肉類的消費(fèi)量對(duì)土地的需求量更大,而其產(chǎn)生的碳排放量也較大。2019年IPBES發(fā)布的全球評(píng)估報(bào)告指出消費(fèi)是生態(tài)系統(tǒng)退化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力之一。在過(guò)去30年間,全球貿(mào)易量增長(zhǎng)8倍,全球經(jīng)濟(jì)量增加6倍,致使人們對(duì)自然資源的需求提高了1倍[42]。估計(jì)到2050年,人口增加、城市化導(dǎo)致的食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化會(huì)導(dǎo)致糧食需求比2010年增加56%[43],從而需要更多的土地來(lái)滿足人類的需求,這將進(jìn)一步加劇對(duì)土地系統(tǒng)將的壓力。

每年被浪費(fèi)的糧食大約占全球產(chǎn)量的1/3[44]。糧食損失和浪費(fèi)的原因在發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家之間以及各區(qū)域之間差別很大。減少糧食損失和浪費(fèi)可減少溫室氣體排放并改善糧食安全現(xiàn)狀。當(dāng)前,保證長(zhǎng)期糧食安全所需的許多農(nóng)作物的野生近緣種都缺乏有效保護(hù),馴養(yǎng)哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類的野生近緣種的狀況也正在惡化。栽培作物種類、作物野生近緣種和馴養(yǎng)品種多樣性的減少將降低農(nóng)業(yè)對(duì)未來(lái)氣候變化、害蟲(chóng)和病原體的抵抗力。雖然現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都有更多的食物、能源和原材料供給大多數(shù)地區(qū)的人們,但未來(lái)大自然提供這些貢獻(xiàn)的能力在削弱。

至2050年,動(dòng)物產(chǎn)品消費(fèi)的增加可能會(huì)突破氣候安全、生物地球化學(xué)循環(huán)和土地系統(tǒng)三個(gè)行星邊界[45]。因此,減少動(dòng)物產(chǎn)品消費(fèi),轉(zhuǎn)向以植物為基礎(chǔ)的飲食,改變飲食習(xí)慣可以限制氣候變化和生物多樣性損失[46]。減少農(nóng)業(yè)向生物多樣性豐富地區(qū)的擴(kuò)張和集約化[47],避免大片土地因農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)擴(kuò)張而退化,可以降低氣候變化的幅度。

2.2 氣候變化對(duì)糧食安全的影響

氣候變化正在影響糧食安全的四大支柱：可用性(產(chǎn)量和生產(chǎn))、可獲取性(價(jià)格和獲取食物的能力)、可利用性(營(yíng)養(yǎng)和烹飪)和穩(wěn)定性(供應(yīng)鏈中斷)。未來(lái)氣候變化將日益影響糧食安全,體現(xiàn)在產(chǎn)量下降(特別在熱帶地區(qū))、價(jià)格上漲、營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量下降和供應(yīng)鏈中斷(圖4)。

圖4 氣候、土地與食物系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)[1]

氣候變化會(huì)改變糧食適宜種植區(qū)域,而干旱、極端氣象災(zāi)害會(huì)減少糧食產(chǎn)量[48]。氣候變暖和降雨模式變化可改變作物生長(zhǎng)季的開(kāi)始和結(jié)束日期、以及作物種類和品種,使區(qū)域淡水供應(yīng)減少,作物減產(chǎn),樹(shù)木死亡率增加,降低生物多樣性。近幾十年來(lái),由于極端天氣事件,全球谷物產(chǎn)量平均減產(chǎn)約10%。氣溫升高提高了高緯度地區(qū)部分作物(玉米、棉花、小麥、甜菜)的產(chǎn)量,卻降低了低緯度地區(qū)部分作物(玉米、小麥、大麥)的產(chǎn)量。在亞洲,氣候變暖使中國(guó)東北地區(qū)水稻產(chǎn)量增加,卻使印度小麥產(chǎn)量在1981—2009年減少了5.2%,而整個(gè)非洲大陸的主要作物如玉米、小麥、高粱和水果的產(chǎn)量近年都有所下降。氣候變化還可能增加病蟲(chóng)害發(fā)生率,加劇土壤侵蝕,降低土壤質(zhì)量,影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。同時(shí),氣候變化也可能影響畜牧業(yè)生產(chǎn),如熱浪的增加可能導(dǎo)致動(dòng)物的發(fā)病率和死亡率上升[1]。

氣候變化還可降低糧食質(zhì)量。大氣中二氧化碳濃度升高會(huì)降低作物的營(yíng)養(yǎng)成分,如蛋白質(zhì)和鋅等。極端干旱使喀麥隆的撒哈拉地區(qū)農(nóng)業(yè)減產(chǎn)、營(yíng)養(yǎng)元素?cái)z入量減少,營(yíng)養(yǎng)不良現(xiàn)象日益嚴(yán)重[1]。由于氣候變化,2050年谷物價(jià)格可能會(huì)上漲1%—29%,導(dǎo)致糧食危機(jī)和饑餓風(fēng)險(xiǎn)增加。氣候變化對(duì)低收入國(guó)家和低收入人群構(gòu)成更直接威脅。氣候變化通過(guò)減產(chǎn)或減少高營(yíng)養(yǎng)作物的供應(yīng),降低低收入人口的營(yíng)養(yǎng)攝取,低收入人口也可能通過(guò)改吃韌性較強(qiáng)但營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低的糧食來(lái)適應(yīng)氣候變化,進(jìn)而影響其營(yíng)養(yǎng)狀況。在發(fā)達(dá)國(guó)家,貧窮通常意味著消費(fèi)高熱量但低營(yíng)養(yǎng)的食品,引起飲食不良、肥胖和其他相關(guān)疾病。氣候變化還會(huì)改變?nèi)祟愊M(fèi)模式,增加對(duì)糧食、飼料和水以及資源密集型產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費(fèi)需求,導(dǎo)致旱地水資源短缺、土地退化和糧食不安全的風(fēng)險(xiǎn)增加。減少不平等、提高收入和確保公平獲取糧食可使一些地區(qū)(土地?zé)o法提供足夠的糧食)擺脫不利地位,適應(yīng)氣候變化的不利影響。

氣候變暖會(huì)影響糧食供應(yīng)。IPBES估計(jì)到2050年,氣候變化和土地退化將減少全球10%的糧食生產(chǎn),而在一些區(qū)域可以達(dá)到50%。土地生產(chǎn)力的下降將會(huì)影響一些區(qū)域特別是干旱區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性。連續(xù)多年的干旱少雨將使干旱區(qū)暴力沖突增加45%。土地退化導(dǎo)致全球每年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)損失5%,暴力沖突發(fā)生的可能性增加12%。土地退化和氣候變化可能迫使全球5000萬(wàn)至7億人口遷移[4]。厄爾尼諾等氣候自然變化也可能對(duì)糧食供應(yīng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[49]。發(fā)生在2015年末至2016年初的強(qiáng)厄爾尼諾現(xiàn)象,導(dǎo)致埃塞俄比亞嚴(yán)重干旱,大面積作物歉收,超過(guò)1000萬(wàn)人需要糧食援助。糧食產(chǎn)量減少會(huì)使糧食價(jià)格上升,減少低收入群體的糧食供給,引發(fā)社會(huì)沖突。如2010年中國(guó)和俄羅斯干旱導(dǎo)致了全球糧食價(jià)格上升和阿拉伯之春的爆發(fā)[50]。同時(shí),氣候變化還會(huì)加劇病蟲(chóng)害和流行病爆發(fā),從而影響糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定。中國(guó)歷史上多次干旱導(dǎo)致了蝗蟲(chóng)爆發(fā),影響了糧食安全和朝代的更替[51]。而近年多發(fā)的各類傳染性疾病也影響了食物的價(jià)格和供給,如2018年開(kāi)始在中國(guó)、越南等國(guó)爆發(fā)的非洲豬瘟,導(dǎo)致500多萬(wàn)只亞洲生豬死亡,從而影響了豬肉的供給和價(jià)格[52]。

2.3 食物消費(fèi)轉(zhuǎn)型的潛在貢獻(xiàn)

采用應(yīng)對(duì)氣候變化的協(xié)調(diào)行動(dòng)可同時(shí)改善土地狀況、糧食安全和營(yíng)養(yǎng)健康,并有助于消除饑餓。轉(zhuǎn)向以植物為主的飲食可以解決氣候變化問(wèn)題。一些飲食選擇,相比其他的選擇會(huì)消耗更多的土地和水,并排放更多的溫室氣體(圖5)。要實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的氣候變化目標(biāo)需要食物系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型[46]。以植物性食物(如粗糧、豆類、水果和蔬菜)和低碳的動(dòng)物性食品為特色的平衡飲食,可適應(yīng)和限制氣候變化。2019年發(fā)布的《柳葉刀》報(bào)告對(duì)糧食安全、營(yíng)養(yǎng)及全球變化之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行了系統(tǒng)分析,推薦了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高但環(huán)境影響小的食物搭配,從餐桌上開(kāi)始改善環(huán)境[53]。通過(guò)飲食變化或通過(guò)災(zāi)害的早期預(yù)警確保各種作物可持續(xù)生產(chǎn),可以防止土地進(jìn)一步退化,并增加應(yīng)對(duì)極端或不斷變化的天氣的抵御能力[1]。

圖5 食物消費(fèi)的環(huán)境效應(yīng)[53]

3 氣候變化與土地退化應(yīng)對(duì)措施的權(quán)衡與協(xié)同

3.1 協(xié)調(diào)政策措施間的沖突與權(quán)衡

土地退化會(huì)加劇氣候變化,進(jìn)而增加自然災(zāi)害的頻率與強(qiáng)度,降低糧食安全程度。但土地也為諸多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題提供解決方案,從土地及其提供的產(chǎn)品和服務(wù)入手可減輕氣候變化和土地退化。主要的途徑包括(可持續(xù))土地管理,價(jià)值鏈管理和風(fēng)險(xiǎn)管理(圖6)。

圖6 應(yīng)對(duì)土地退化和氣候變化的策略[1]

可持續(xù)土地管理可以幫助減緩和適應(yīng)氣候變化,保護(hù)土地免受土壤侵蝕和山體滑坡等影響。價(jià)值鏈管理強(qiáng)調(diào)從需求和供應(yīng)角度改變管理方式,將系統(tǒng)調(diào)整到高效狀態(tài)。風(fēng)險(xiǎn)管理通過(guò)損失的轉(zhuǎn)移、分散與分擔(dān)來(lái)增強(qiáng)人類對(duì)極端事件的抵御和恢復(fù)能力,如早期預(yù)警系統(tǒng)和保險(xiǎn)可以保障作物產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)收入,并降低土地和糧食系統(tǒng)的脆弱性。三大管理模式下有不同的措施可供選擇,部分措施在應(yīng)對(duì)氣候變化和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)方面可能存在權(quán)衡機(jī)制。如,使用生物能源替代化石燃料可以減少溫室氣體排放,但生物能源的大規(guī)模擴(kuò)張也可能造成森林退化、減少糧食生產(chǎn)[54-56]。

通過(guò)增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和多年生植被,增加地上和地下的碳儲(chǔ)量,可緩解氣候變化,這與實(shí)現(xiàn)糧食安全和土地恢復(fù)之間存在權(quán)衡關(guān)系。相關(guān)的措施包括：如減少糧食種植面積或土地休耕來(lái)減輕土地壓力,通過(guò)造林、農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)來(lái)增加地上和地下碳儲(chǔ)存,以及通過(guò)牲畜或氮肥管理減少溫室氣體排放源。適應(yīng)氣候變化的土地措施有系統(tǒng)性的(如灌溉和排水系統(tǒng),洪水和滑坡控制)、技術(shù)性的(如作物改良,天氣預(yù)報(bào))和體制的(如管理土地利用和農(nóng)民之間的關(guān)系)。一些適應(yīng)性選擇(如灌溉,生物燃料)可能對(duì)水資源和生物多樣性產(chǎn)生負(fù)面影響,需要結(jié)合自上而下的規(guī)劃方案和自下而上的適應(yīng)方案(如地方的技術(shù)和知識(shí))。

3.2 促進(jìn)改善氣候和土地的協(xié)同行動(dòng)

一些應(yīng)對(duì)土地退化和氣候變化的行動(dòng)與措施往往具有協(xié)同效應(yīng)。多種政策組合可以節(jié)約資源,增強(qiáng)社會(huì)韌性,促進(jìn)生態(tài)恢復(fù),從而更好地減緩、適應(yīng)氣候變化,減輕土地退化。另外,多個(gè)政策有效組合共同作用于同一土地的減緩潛力,一般會(huì)大于單個(gè)政策減緩潛力之和。許多土地管理措施有助于氣候變化的適應(yīng)和減緩,防治沙漠化和土地退化,并加強(qiáng)糧食安全,解決其他環(huán)境挑戰(zhàn)。大面積種植單一生物能源作物會(huì)加劇土地競(jìng)爭(zhēng),而融入可持續(xù)管理的農(nóng)業(yè)景觀可以改善這種狀況。減少干擾(如火災(zāi)管理)與植樹(shù)造林結(jié)合可以增加陸地碳匯,從而增強(qiáng)緩解氣候變化與土地退化的潛力,降低減緩成本[57]。減少糧食浪費(fèi)和肉食性飲食將減少碳排放,實(shí)現(xiàn)土地利用的可持續(xù)管理、糧食安全和低碳排放。禁止毀林和過(guò)度采伐與改善農(nóng)村能源環(huán)境也可以同時(shí)降低土壤侵蝕、減緩氣候變化。在解決土地退化和氣候變化問(wèn)題上沒(méi)有完美的政策組合,只有不斷尋求最大協(xié)同效益。

成功的土地、農(nóng)業(yè)和環(huán)境政策,需要多利益相關(guān)者共同參與,尤其是容易受到忽視的當(dāng)?shù)鼐用窈蜕鐓^(qū)等當(dāng)?shù)乩嫦嚓P(guān)者。應(yīng)對(duì)方案在實(shí)施過(guò)程中會(huì)面臨各種障礙,需要多個(gè)參與者采取一致行動(dòng)才能克服。此外,促進(jìn)社會(huì)學(xué)習(xí)、保障婦女權(quán)利對(duì)方案的實(shí)施也很重要,可以調(diào)動(dòng)農(nóng)村居民參與氣候變化和土地退化的積極性,通過(guò)社會(huì)學(xué)習(xí)可以增強(qiáng)其應(yīng)對(duì)氣候變化和土地退化的能力。城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施也是一種緩解氣候變化的解決方案[58-59],通過(guò)垂直綠化、屋頂花園、郊區(qū)農(nóng)業(yè)、垂直農(nóng)業(yè)等[60],既可滿足城市的部分糧食需求,又可減輕農(nóng)村土地退化壓力[61]。此外,通過(guò)改善市場(chǎng)進(jìn)入,確保土地所有權(quán),將環(huán)境成本納入糧食安全、生態(tài)補(bǔ)償有助于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)土地管理和消除貧困,是適應(yīng)氣候變化的重要方式。另外,交通方式的改變也可減緩氣候變化。

3.3 科學(xué)應(yīng)用負(fù)排放與碳固存技術(shù)

《 IPCC升溫1.5℃》特別報(bào)告指出,要將全球變暖控制在安全限度內(nèi),需要一定程度的負(fù)排放。負(fù)排放泛指從大氣中捕獲二氧化碳并儲(chǔ)存在陸地或海洋中的辦法,包括植樹(shù)造林等自然方法和人工固碳等技術(shù)。許多將全球變暖限制在1.5℃的途徑依賴生物能源碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)(Biomass Energy Carbon Capture and Storage, BECCS),《IPCC第四次評(píng)估報(bào)告》中認(rèn)為BECCS是降低大氣二氧化碳濃度的關(guān)鍵技術(shù)。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)估計(jì)BECCS可使全球大氣二氧化碳濃度降低0.005%至0.015%[62]。Bastin等研究發(fā)現(xiàn),如果在全球增加近10億hm2森林,就能吸收2/3的大氣二氧化碳[63]。然而,如果大規(guī)模應(yīng)用碳吸收技術(shù),以每年幾十億t的規(guī)模去除大氣二氧化碳,將不可避免變更土地用途,擠占野生動(dòng)植物棲息地和耕地,影響可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論與討論

本文以IPCC氣候變化與土地特別評(píng)估為基礎(chǔ),分析了氣候變化與土地退化的關(guān)聯(lián)機(jī)制、氣候變化對(duì)糧食安全的響應(yīng)及氣候變化與土地退化的應(yīng)對(duì)策略等,指出土地退化受氣候變化影響,同時(shí)土地退化也是驅(qū)動(dòng)氣候變化的關(guān)鍵因素。土地利用所排放的溫室氣體,占人類排放溫室氣體總量的23%,而土地自然吸收二氧化碳的數(shù)量約相當(dāng)于人類燃燒化石燃料和工業(yè)排放二氧化碳總量的1/3[1]。但是濫伐森林、過(guò)度放牧等導(dǎo)致的森林退化和土地荒漠化影響了土地碳儲(chǔ)存能力,從而加劇氣候變化。氣候變化也改變了陸地生態(tài)系統(tǒng),通過(guò)極端事件等加劇了土地退化的過(guò)程。

食物與氣候變化密切相關(guān)。糧食系統(tǒng)貢獻(xiàn)了全球30%的碳排放,80%的全球森林退化,使用了全球70%的可利用淡水資源[1]。隨著人口的增長(zhǎng)、城市化的發(fā)展和飲食結(jié)構(gòu)的變化,保障未來(lái)糧食安全將對(duì)氣候變化構(gòu)成更大的影響。因此食物系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型對(duì)氣候變化減緩具有重要作用,包括減少肉類消費(fèi)、轉(zhuǎn)向以植物類產(chǎn)品為主的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。

將全球氣候變化控制在1.5℃以內(nèi)的窗口期正在迅速縮短[64],相關(guān)的措施需要綜合考量其權(quán)衡與協(xié)同效果。加強(qiáng)糧食安全和減少營(yíng)養(yǎng)不良,抑制和扭轉(zhuǎn)沙漠化和土地退化,在不犧牲土地的非物質(zhì)利益前提下適應(yīng)和減緩氣候變化影響,是重大的社會(huì)挑戰(zhàn)。隨著氣候變化加劇,一些土地管理方案的潛力會(huì)降低,例如,氣候變化可能會(huì)改變土壤和植被固碳的能力,減少土壤有機(jī)碳增加的機(jī)會(huì)。土地具有糧食生產(chǎn)、提供生物多樣性和淡水、為數(shù)十億人提供工作,并吸收數(shù)十億t碳等多功能性,是解決諸多可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題的方案,但還需要在政策、社會(huì)和技術(shù)等角度綜合應(yīng)對(duì)。