气候变化背景下生态工程对生态系统服务的影响研究进展

　　中国科学院生态环境中心城市和区域生态国家重点实验室欧阳志云研究组在气候变化背景下生态工程对生态系统服务的影响研究方面取得重要进展。相关研究成果在线发表在《全球变化生物学》（Global Change Biology）和《环境研究快报》（Environmental Research Letters）上。

　　20世纪，由于不适当的人类活动，自然生态系统发生了严重退化。为扭转这一趋势，以联合国REDD+（The United Nations Collaborative Programme on Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation in Developing Countries plus）计划为代表的旨在恢复退化生态系统的生态恢复项目在世界范围内广泛开展。先前研究发现，这些生态工程在恢复退化的生态系统和增强生态系统服务供给方面具有显著成效。同时，由于CO2排放持续增加导致的全球气候变暖使得地球的气候系统越来越不稳定。这种变化导致大气CO2浓度不断升高，并导致干旱事件的发生频度、广度和持续时间不断增加。已有研究表明气候变化对生态系统服务的影响不容忽视。然而，目前尚不清楚气候变化如何影响生态工程在增强区域生态系统服务供给方面的作用。

　　针对上述问题，该团队以京津风沙源区治理工程区为案例，结合基于遥感的长时间序列土地利用数据集、机器学习模型、生态系统过程模型和生态系统服务评估方法，通过构建多种模拟情景开展分析研究。研究显示，生态工程和大气CO2浓度升高是当地碳汇提升的主要原因，并抵消气候变化导致碳汇减少的不利影响。生态工程的实施促使固碳、水源涵养、土壤保持和防风固沙服务分别增加22.21%、2.87%、2.35%和28.77%。其中，植树造林对生态系统服务提升的贡献高于草地恢复，超过91.41%、 98.13%和64.51%新增加的固碳、土壤保持和防风固沙服务由植树造林所贡献。尽管植树造林导致水源涵养服务有所下降，但这种下降却被草地恢复增加的水源涵养服务所抵消。此外，生态工程对生态系统服务的影响沿着降水梯度呈现出明显差异。

　　大气CO2浓度升高进一步放大生态工程在增加生态系统服务供给方面的贡献，但这种增强作用几乎完全被干旱带来的负面影响所抵消。在干旱和大气CO2浓度升高的联合作用下，生态工程对固碳、水源涵养、土壤保持和防风固沙服务提升的贡献分别减少了5.74%, 32.62%, 11.74%和14.86%。此外，干旱和大气CO2浓度升高的联合作用对不同生态系统服务在不同的降水梯度上也呈现明显差异。总体上，干旱和大气CO2浓度升高的联合作用对固碳、土壤保持和防风固沙服务的负面影响沿着降水梯度逐渐加剧，但对水源涵养服务的负面影响沿降水梯度先加剧后又逐渐减小。

　　本研究进一步证实了生态工程在增强区域生态系统服务供给以及抵御气候变化对碳汇负面影响方面的重要性。同时，大气CO2浓度升高对生态工程在增加生态系统服务供给方面的促进作用被干旱的负面影响几乎完全抵消这一事实提示我们气候变化的负面影响总体上大于其正面影响。该研究表明在评估生态工程对生态系统服务供给的影响时，有必要考虑大气CO2浓度升高和干旱等气候变化因素的扰动，并尽可能通过优化生态恢复策略提高生态系统的恢复力从而减少气候变化带来的负面影响。这一研究为科学认识气候变化背景下生态工程对生态系统服务的影响提供了新的视角和系统的评估方法。

　　研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、中科院青年创新促进会、生态中心碳达峰碳中和生态环境技术专项和河北省等的支持。

图1.（左）气候变化、大气CO2浓度升高和生态工程对碳汇的影响；（右）气候变化、大气CO2浓度升高和生态工程对不同土地利用类型固碳速率的影响。

图2.（左）生态工程对生态系统服务影响的空间分布；（右）生态工程对生态系统服务的影响在不同降水梯度差异。

图3.（左) 干旱和大气CO2浓度升高对生态工程作用下生态系统服务变化的增强/减弱效应空间分布；（右）干旱和大气CO2浓度升高对生态工程作用下生态系统服务变化的增强/减弱效应在不同降水梯度差异。