旱地绿化：造林作为基于自然的解决方案在阿拉尔库姆沙漠的潜力与限制

《Land Use Policy》：Greening drylands: The potential and limits of afforestation as a nature-based solution in the Aralkum Desert

　　

旱地造林正越来越多地被部署为用于气候减缓与生态系统恢复的基于自然的解决方案（Nature-based Solution, NbS），但其长期有效性仍不确定，因为碳收益可能被生物物理权衡和水资源限制所抵消。现有评估很少整合碳封存、地表反照率和气候脆弱性，限制了对这些过程如何相互作用以决定恢复结果的理解。在此，研究人员首次对南咸海（South Aral Sea）地区的大规模造林进行综合评估——该地区几乎完全干涸，可能已从碳汇转变为碳源。研究人员评估了当前碳库、地表反照率效应和气候脆弱性，以评估旱地造林作为NbS的潜力与内在限制。通过结合梭梭（Haloxylon）灌木林的野外调查、土地覆盖变化分析及六十年区域气候数据，研究人员估算南咸海有植被覆盖的部分（约160万公顷）在土壤和植被中储存了2040万吨碳（7470万吨CO₂当量），平均碳密度为12.7 Mg C ha^?1。反照率分析揭示了高度依赖背景的气候权衡：植被建立提高了原水体的表面反射率，但降低了高反射盐滩的反射率。过去六十年间，区域温度以约每十年0.5°C的速率上升（超过全球平均水平的2倍），而干旱强度自1990年代以来显著增强。温度调整后的干旱指数（SPEI-12）显示显著更强的干旱化趋势（R2 = 0.55），而仅基于降水的指数（SPI-12；R2 = 0.03），表明升温使得水分胁迫超出降水变化本身可解释的范围，并可能限制能够长期维持的植被密度。研究人员的发现表明，造林在严重退化的旱地中可以切实贡献于碳储存和景观稳定化，但其作为NbS的长期可行性取决于适应性管理，即尊重水资源限制的承载力、纳入抗旱物种并优化种植密度。本研究提出的综合分析框架为全球旱地设计气候韧性NbS提供了经验指导——到本世纪末，地球上近五分之一的陆地表面正面临加速退化。

**论文解读：旱地绿化作为基于自然的解决方案的潜力与限制——以阿拉尔库姆沙漠为例**

**研究背景与问题**

全球变暖控制在1.5°C以内需要快速脱碳与大规模生态系统恢复并行。基于自然的解决方案（Nature-based Solution, NbS）因其在气候减缓、适应、生物多样性保护和人类福祉方面的多重潜力而受到关注。旱地在此中扮演关键角色，因其拥有大量碳储量且面临不断增加的退化风险。研究表明，旱地造林可提升约40%的碳储量、降低土壤盐度、增强侵蚀控制并降低地表温度。然而，旱地造林的生态价值存在争议：与恢复原生森林的再造林不同，造林在非森林自然区域种植木本植被，可能威胁生物多样性、改变生态系统功能并破坏当地生计。因此，评估造林是否构成合格的NbS需超越单纯的碳指标，须考虑生物物理反馈、生态适宜性、水资源可用性、长期恢复力及社会生态效益。特别是在旱地，水分限制可制约植被建立，而地表反照率变化可能抵消碳储存的部分冷却效益。

阿拉尔库姆沙漠（Aralkum Desert）由咸海干涸形成，为评估旱地造林的潜力与限制提供了独特案例。南咸海曾是区域热缓冲，如今干涸湖床暴露，导致沙尘释放、盐渍化及生态系统退化。乌兹别克斯坦自1980年代起在该区域开展造林，主要使用梭梭（Haloxylon spp.）等本地适生灌木。本研究旨在整合评估碳储存、地表反照率变化与气候脆弱性，以检验造林在这一转变后景观中作为NbS的可行条件。论文发表在《Land Use Policy》。

**主要关键技术方法**

本研究采用以下关键技术方法：(1) **野外调查与生物量估算**：2023年4–6月在南咸海干涸湖床的24个样方（20 m × 20 m）中测量梭梭灌木，分为稀疏（覆盖度10–30%）和密集（>30%）两类，利用异速生长方程计算地上生物量（Aboveground biomass, AGB）和地下生物量（Belowground biomass, BGB）；(2) **碳储量空间建模**：结合生物量碳含量百分比（Buras et al., 2012）、全球土壤有机碳（GSOC）v1.5数据库（30 cm深度）及InVEST碳储存与封存模型，生成30 m分辨率碳图；(3) **地表反照率评估**：基于Landsat 8 TOA反射率数据计算宽带反照率，比较2013与2023年，采用700个分层抽样点进行配对t检验分析不同土地覆盖转换的反照率变化；(4) **气候脆弱性分析**：利用乌兹别克斯坦水文气象局提供的穆伊纳克（Muynak）站1960–2023年月数据，通过线性回归、Mann-Kendall检验及Sen's斜率估算温度趋势，并分别计算12个月标准化降水指数（SPI-12）和标准化降水蒸散指数（SPEI-12）以区分降水驱动与温度放大的干旱趋势。样本来源包括梭梭灌木林样方（南咸海底）及穆伊纳克气象站长期记录。

**研究结果**

**3.1 阿拉尔库姆沙漠的碳储量**：通过整合AGB、BGB与土壤有机碳的InVEST模型估算，截至2023年，南咸海有植被覆盖区域（约160万公顷）的总碳储量约为2036.6万吨碳（相当于7474.2万吨CO₂当量），平均碳密度为12.7 Mg C ha^?1。密集植被类别的平均总碳储量（24.9 Mg C ha^?1）显著高于稀疏类别（10.2 Mg C ha^?1），且变异性更大，反映了林龄、大小分布及微环境条件的差异。土壤有机碳在两类别中均表现出较高变异性，表明干涸湖床土壤条件的异质性。

**3.2 造林对南咸海反照率的影响**：基于Landsat 8数据的反照率分析表明，2013至2023年间区域平均反照率从0.25微升至0.27。不同土地覆盖转换的反照率变化方向与幅度显著依赖于基底表面类型：水体转为植被导致反照率显著增加（+0.165，p < 0.001）；湿地转为植被增加0.017–0.024（p < 0.001）；盐滩转为植被反而使反照率显著降低（-0.028至-0.029，p < 0.001），因高反射盐壳被较暗的灌木替代；稳定密集植被类别的反照率显著下降（-0.013，p < 0.001），而稀疏植被变化不显著。这些结果说明造林并非产生统一的反照率效应，其气候影响取决于被替换的基底表面特征。

**3.3 造林区域的气候脆弱性**：基于穆伊纳克站63年气象数据的分析显示，区域温度以约0.5°C/十年的速率显著上升（β=0.05，R2=0.51，p<0.001），超过全球平均升温速率的两倍。SPI-12（仅降水）显示出微弱且解释率低的干化趋势（R2=0.03），而SPEI-12（纳入温度与潜在蒸散）揭示出更强且更一致的干化趋势（R2=0.55），表明升温通过增加蒸发需求放大了水分胁迫。自1990年代以来干旱频率显著增加，2011年出现极端干旱事件。这些趋势表明，造林正面临日益加剧的气候压力，植被长期存续受限于水热条件的协同变化。

**讨论与结论**

讨论部分指出，碳储量结果支持造林可在适宜生态水文条件下贡献于气候减缓与景观稳定，但碳库的持久性取决于林分发育、土壤及地下水条件、种植密度及是否维持在水资源承载限度内。反照率效应的空间异质性表明，全球粗分辨率评估可能遗漏局部生物物理响应，需结合碳核算、沙尘抑制、蒸散及能量平衡建模才能全面估算净气候效应。气候脆弱性分析强调，升温加剧的水分胁迫可能限制可持续维持的植被密度，建议以植被承载力而非固定种植配额指导造林目标，并采用混合树种、适应性管理及长期监测。

研究结论部分原文翻译如下：阿拉尔库姆沙漠的造林可贡献于气候减缓与景观稳定，但仅在明确界定的生态与气候条件下成立。其作为基于自然解决方案的价值并非简单取决于植被是否建立，而取决于造林地点、所用物种、种植密度以及新建灌木林能否在增加的水分胁迫下存续。因此，阿拉尔库姆案例挑战了以面积为基准的恢复逻辑，支持对旱地造林采取更条件性的解读：基于生态适宜性、水文现实性、生物多样性保障和长期恢复力，而非仅考虑种植面积。这直接影响旱地恢复政策的设计——应摒弃统一种植目标，转向空间差异化规划，优先考虑能增强碳储存、减少沙尘释放并稳定松散沉积物、同时最小化反照率或水分胁迫权衡的区域。碳核算与恢复报告框架需反映旱地造林的特定风险，将碳收益与生物物理反馈（尤其是反照率变化）及植被在变暖与干旱下的持久性一并评估。最后，该研究提供了一项基线评估，关键不确定性仍存在，未来需量化净辐射强迫、扩大野外采样并发展旱地特定碳核算方法，以在加速变暖与干旱背景下持续监测植被-气候相互作用。