气候变化与湿地-《湿地科学》2003-01.doc

气候变化与湿地陈克林收稿日期： 修订日期：2003年4月23日作者简介：陈克林（1957-），男（汉族），甘肃兰州市人，研究员，主要研究方向：湿地管理 张小红 吕 咏（湿地国际-中国办事处， 北京市北三环中路甲3号， 100029）摘要：本文概括介绍了湿地的重要性，详细论述气候变化对不同类型湿地的影响，以及湿地作为温室气体的库、汇和源在缓解气候变化方面所起的作用，并从湿地保护和合理利用的角度，提出缓解气候变化影响的对策，包括：开展湿地资源清查，收集全球各种类型湿地的数据和信息，建立更加完善的气候变化模型，以便将气候变化纳入保护和管理活动；保护、维持或恢复湿地生态系统是减缓全球气候变化的重要措施。关键词：气候变化；湿地；温室气体；湿地保护；湿地资源清查中图分类号： 文献标识码：A1引言湿地是世界上最具生产力的生态系统之一。全球湿地面积约为5.7亿hm2，占地球陆地面积的6%。其中湖泊为2%，酸沼为30%，碱沼为26%，森林沼泽为20%，洪泛平原为15%。红树林覆盖了约2 400万hm2的沿海地区，估计全球还保存了6 000万hm2的珊瑚礁1。湿地具有重要的功能和价值，它能够为全球提供重要的社会、经济和生态效益。其主要功能有：涵养水源、防止暴风雨和减缓洪水；补充地下水；控制侵蚀；稳定海岸线；保持碳、营养物、沉淀物和污染物。湿地还提供具有重要经济价值的产品，如洁净水、鱼类、木材、泥炭、野生动物资源等。湿地的丧失和退化源于多种因素。因人口增长，经济发展而扩大对土地的需求仍是湿地丧失的主要原因。迄今，人们很少关注气候变化与湿地之间的关系，但预期的气候变化对湿地的面积、分布和功能造成重大影响。气温升高、降水变化、海平面上升，是影响湿地分布和功能的主要气候变化因素。同时，特别是泥炭地是重要的碳库，对全球碳循环具有重要作用。因此，有必要考虑气候变化如何影响湿地以及湿地在缓解全球气候变化方面的作用。2 气候变化对湿地的影响被广泛认同的是大气中二氧化碳和其它温室气体的数量不断增加，特别是二氧化碳在过去的200年里增加了30%。大气中二氧化碳、甲烷等温室气体积累会加强温室效应的影响而使地球表面温度逐年上升，引起全球气候变化。早在20世纪50年代就有科学家指出：如果大气中的二氧化碳浓度增加1倍，地球表面温度将增加22。自20世纪以来，地球平均温度比上世纪升高了0.40.8；海平面已上升1550cm。到2100年，地球的温度将上升15.8。到2050年，海平面也将明显上升，估计全球变化范围为229cm；2100年988cm3。虽然气候变化及其对全球带来的影响还不能全面准确的预测出来，但气候变化对湿地的影响主要包括：水循环变化对内陆湿地的影响；海水温度升高、海平面上升对沿海湿地和珊瑚礁的影响以及其它气候变化对与湿地相关的农业生产的影响，同时也包括由于气候变化影响人类活动进而间接影响湿地。2.1水文变化对河流和湖泊等内陆湿地的影响河流和湖泊湿地因温度、降雨量和蒸发量变化将受到影响。流量和水位的变化，对内陆湿地有着严重影响。干旱和半干旱地区对降水变化尤其敏感，因为降水减少可以大大改变湿地面积。例如，在20世纪70年代，由于降雨的减少，若尔盖泥炭地的尕海湖面积由2000hm2减少到400hm2，这反过来降低了上游泥炭地的水位，导致泥炭地退化。又如，由于喜马拉雅山脉冰川的融化，在亚洲半干旱地区，永久性的河流夏季将出现短期到中期的流量增加；因为冰川的消失，随后流量将会减少。另外，温度的升高也将可能导致湖泊水质下降，而它也能促进外来物种（如风信子，鼠尾草）的入侵和蔓延4。其它内陆湿地也将受到气候变化的影响。中高纬度大量冻土层的减少，会导致中高纬度地区泥炭地的减少，从而造成大量的CO2和CH4不断释放到大气中。同样，蒸发量的增加和降雨量的变化也对热带泥炭地产生不利影响。2.2海水温度升高、海平面上升对沿海湿地的影响海岸湿地将易受到海平面上升、海洋表面温度升高和更加频繁和强烈的风暴活动的影响。世界主要的三角洲可能发生水体变化，咸水侵入淡水和地下水，淤积和陆地丧失。在亚洲热带地区，恒河-雅鲁藏布江（孟加拉国）、湄公河和红河（越南）三角洲最易受到海平面上升的威胁。在亚洲的温带地区，长江和黄河三角洲也易受到海平面上升的威胁。预计地表径流增加和淤积物的减少将改变三角洲的形成，而海平面的上升和强烈的风暴活动能进一步侵蚀低洼的海岸线5。地表径流的增加，海平面的升高和风暴活动引发洪水淹没低洼的三角洲平原。例如，如果海平面上升48cm，中国黄河三角洲的大约40%将被淹没。世界许多三角洲是迁徙涉禽的重要停歇地，海平面上升和其它与气候相关因素引起湿地的变化会威胁水鸟和其它野生动物的存在。到21世纪80年代，仅海平面的上升，将使世界22%的盐沼和红树林丧失6。在亚洲热带地区，由于海平面的上升、降雨量和地表径流的变化，红树林的物种组成和分布带也将有很大的变化。这样的变化使其它海岸湿地（如盐沼、泻湖）更易受到海平面的上升、海浪和风暴的影响。由于气候变化和海平面上升，将导致海岸侵蚀和陆地的后移，使黄河三角洲的盐沼处于危险之中。许多的红树林和盐沼群落拥有着重要的野生动物，这些动物受到海平面上升的威胁。例如，孟加拉国的红树林为野生动物提供了一系列重要的栖息地，如果海平面上升1 m，其栖息地将会被淹没5。海水温度的升高和二氧化碳浓度的增加将威胁到珊瑚礁的存在。珊瑚礁对温度变化非常敏感，水温短期上升12，就可以使珊瑚礁“褪色”；当温度持续升高34，就可造成珊瑚大面积死亡。法国国家科学研究中心对法属新喀里多尼亚和玻利尼西亚等地的珊瑚礁进行研究后发现，由于气候变暖，各种细菌正在太平洋和加勒比海地区的珊瑚礁中迅速大量繁殖，目前这些微生物已成为珊瑚礁生存的新威胁。近期的研究还表明，大气中的二氧化碳的浓度日益增加，对珊瑚礁的生长产生不利影响，如珊瑚礁受到侵蚀，钙的沉积减弱。据估计全世界的珊瑚礁现在减少了27%。如果全球持续变暖，到2030年所有珊瑚礁的60%将消失5。2.3 气候变化对与湿地相关的农业生产的影响与湿地相关的农业生产也会受到气候变化的影响。到目前为止，水稻作为人类的主要食物，尤其，水稻是亚洲最重要的农作物。在亚洲的热带地区，微小的升温就会对水稻产生不利影响，例如在印度由于气候变化引起降水变化，其水稻产量受到了影响。在2000年，日本的南部，由于连续的降水，使其水稻产量下降。同时水稻面积的变化将相应地改变CH4的释放，这对水稻的生长具有重要影响。气象学者大卫-卡罗里指出，澳大利亚2002年的平均温度要比此前长时期内年平均温度高1.6。高温加剧了旱情。2002年，澳大利亚东部地区农产量锐减7。2.4 气候变化改变人类活动而间接影响湿地由于气候变化影响地区，特别是干旱和半干旱地区的水循环，降水减弱，干旱发生的频率与持续的时间增加，使人类对气候变化的反应进一步加大了对湿地的压力。例如，人类对气候变化的反应是加大对淡水的利用，以满足城市与农业用水。这可能导致河流流量的减少，湖泊的消失，以及水位更大幅度的波动，从而导致湿地功能的下降和退化。3 湿地在减缓气候变化方面的作用湿地占地球陆地面积的6%，却拥有陆地生物圈碳素的35%。湿地是全球最大的碳库，碳总量约770亿t，超过农业生态系统（150亿t）、温带森林（159亿t）和热带雨林（428亿t）。因此，湿地在全球碳循环中起着重要作用。湿地，尤其是温带和热带泥炭地，是温室气体（碳）储存库。湿地储存的碳总量约770亿t，其中泥炭地储存的碳量约为540亿t。例如，若尔盖泥炭地总面积49万hm2，泥炭深度为0.38.8米，泥炭总量估计在1040亿t之间。湿地也是温室气体的重要释放源。湿地中有机残体的分解过程产生大量的有机气体，其中最重要的是二氧化碳和甲烷。这些气体绝大多数直接进入大气中。全球天然湿地每年释放的甲烷约为1020亿t，全球水田每年甲烷的释放量约为215亿t，它们分别占全球总释放量的22%和11%。如果温度升高、降雨减少或土地管理措施引起湿地土壤变化，这些碳库就会源源不断的向大气层释放大量的二氧化碳和其它温室气体。例如，最近几十年，由于全球气候变化和人为活动等原因，若尔盖高原泥炭地出现退化，并造成了碳素的大量释放。从全球角度看，如果沼泽全部排干，则碳的释放量相当于目前森林砍伐和化石燃料燃烧排放量的35%50%8。同时，湿地是温室气体的“汇”。从气候变化来看，泥炭地，特别是北半球泥炭地，由于在盛行厌氧条件下，极大限制了营养物质的转化和有机物质的分解，所以，尽管初级净生产量很低，但碳的储量仍不断增长。沼泽湿地泥炭的积累是二氧化碳循环的一个重要环节。预计全球泥炭地碳沉积量为0.1亿t/a。除此之外，沿海湿地和红树林也被认为是碳吸收最重要海洋生态系统。据估计，酸沼是全球的温室气体重要吸收汇，吸纳量约为1亿t/a。最近，湿地国际进行的一项研究揭示，湿地吸收碳的能力要远远超过森林的能力。如下表1表明泥炭地，特别是热带泥炭地及生物量中储存着大量的碳；表2通过自然湿地和水稻种植释放的甲烷量对比，表明水稻种植是大气层甲烷的主要释放源；表3表明湿地被开垦为农田而释放大量的二氧化碳。2资料来源于German Advisory Council on Global Change (GACGC), 1998, Special Report. 表4 世界泥炭地泥炭积累速率和碳的贡献8。表1 泥炭地的碳储存和流动Table 1 Carbon stock and flow of peatlands碳储存（碳 t/hm2）土壤碳储存（碳 t/hm2）生物量碳吸收（碳 t/hm2a）全球1 1811 534无数据0.10.35热数据寒温带/温带131413151200.170.29表2 自然湿地和水稻种植释放的CH4，以CO2当量表示Table 2 Release of methane from natural wetlands and rice cultivation, expressed as carbon dioxide (CO2) equivalent甲烷排放（ t/hm2a）地区自然湿地的甲烷排放0.050.21全球0.260.28热带0.080.15寒温带/温带水稻种植的甲烷排放0.130.89全球表3 湿地开垦的CO2的排放（仅适用于沼泽和泥炭地）Table 3 CO2 emissions from the conversion of wetlands (swamps and bogs only)CO2排放排水（碳t/hm2 a）农业用途（碳t/hm2a）全球0.230.26110寒温带/温带0.10.32119 表4世界泥炭地泥炭积累速率和年碳贡献量Table 4 Accumulation rate of peat in the global and quantity of carbon contributed from peatlands each year 地区积累速率（mm/a）碳贡献(g/m2a)欧洲西北部0.220.87.128.6欧洲北部0.61.821.464.3美国0.4516.1加拿大0.6121.8北半球平均0.621.4 因此，湿地在减缓气候变化影响方面，至少起两个主要作用：一、在温室气体（尤其是碳化合物）管理方面的作用；二、在物理上缓冲气候变化影响方面的作用。从以上的论述可以看出，湿地作为温室气体的储存库、源和汇，在缓解气候变化方面，湿地发挥着重要作用。同时，气候变化对湿地的功能、面积和分布产生重要影响， 因此，湿地与气候变化之间的关系是相互影响、相互作用的(图1)。减少/增加温室气体的释放，缓解/加速气候变暖。温度升高，水文变化，海平面上升等湿地 气候变化影响湿地面积、功能和分布图1湿地与气候变化的关系Figure 1 Relation between the wetlands and climate change4 强化湿地保护，缓解气候变化的影响如上所述，气候变化对湿地有严重的影响，同时湿地在缓解气候变化方面起着重要的作用。我们认为在缓解气候变化对湿地的不利影响方面亟待采取的措施是开展湿地资源清查，提供全球湿地的详细数据和信息，建立更加完善的气候变化影响模型；保护、恢复和合理利用湿地，尤其是泥炭地。4.1开展湿地资源清查，提供湿地详细数据和信息，建立更加完善的气候变化影响模型。湿地资源清查可以为建立气候变化模型提供大量信息。某一湿地的位置、面积和生态特点等所有信息对建立气候变化影响模型都是非常有用的。例如，普查世界每一个重要的沼泽和泥炭地将有助于估计全球陆地上湿地的碳储量；湿地资源清查将有助于区别内陆和海岸湿地之间的不同作用，有助于阐明降雨变化形式、海平面上升、海水温度升高和风暴频繁增加的影响。没有世界各国政府间的协作，全球气候变化研究就不可能成功。为此，湿地资源清查被认为是一个理想的协作项目，不仅有助于实施跨国的科学领域合作，而且可以为制定国内外政策提供服务。从资源管理和土地利用规划的观点看，湿地资源清查可以提供当地需要确定减缓气候变化影响可行性的大量信息。在经济活动频繁或人口稠密的地区易受到洪水的威胁，例如，通过湿地资源清查，有助于当地土地利用决策者获取可靠的湿地信息，以便采取管理措施，阻止破坏和开垦湿地。同样，也可以帮助一些湿地的重建、恢复和保护。所以，湿地资源清查将有助于评价湿地生态系统对气候变化的可能影响程度，有助于评价不同类型湿地在全球碳循环中的作用。 4.2 保护和恢复湿地，减少温室气体的排放，增加湿地对温室气体的吸收和储存。湿地作为温室气体的储存库、源和汇，保护和恢复湿地，减少温室气体的排放，增加湿地对温室气体的吸收和储存，是减缓气候变化影响另一重要措施。 湿地储存有陆地上35%的碳，当湿地丧失或退化后，二氧化碳和其它温室气体便大量的释放到大气层。保护湿地是维持现有碳储存库、防止二氧化碳和其它温室气体排放的最可行办法。由于人口的快速增长，湿地被开垦为农田或作其它用途，同时湿地也不断受到退化的威胁。因此，采取合理的管理措施，保护湿地，防止这些生态系统的破坏、退化和丧失已成为防止温室气体排放增加的潜在重要战略。恢复退化的湿地和建造人工湿地系统是减少温室气体排放的重要措施。巨大的碳储量取决于湿地类型、面积、植被和湿地土壤的深度、地下水位、营养物质、PH 值和其它因素。这些恢复和建造活动，可以恢复湿地的各种功能，并为碳储存和吸收提供更多的机会。综上所述，湿地是极为重要的生态系统，保护与合理利用湿地的目标如不考虑气候变化，则不可能实现。在气候变化模型中如不考虑湿地的影响因素，则气候变化影响模型是不完善的。如果湿地不断退化和丧失，将加速全球气候变化。保护和恢复湿地生态系统是减缓全球气候变化的重要措施。参考文献1 国家林业局湿地公约履约办公室编译 湿地公约履约指南（A）. 北京：中国林业出版社, 2001, 2-3.2 绿色时报编辑部 森林与全球气候变化N 中国绿色时报，2002-12-26（3）3 McCarthy JJ, Canziani OF, Leary NA, Dokken DJ & White KS (eds). Climate Change 2001: Impacts, Adaptation and Vulnerability (R). UK: Cambridge University Press, 2001, 1032.4 Domoto, K Iwatsuki, T Kawamichi & J McNeely (eds)(A). Aquatic plants at risk. In A Threat to Life: The Impact of Climate Change on Japans Biodiversity, Japan: Tsukiji-Shokan Publishing Co., Ltd, 2000, 52-56.5 RA van Dam, CM Finlayson & D Watkins (eds). Vulnerability assessment of the Yellow River Delta to predicted climate change and sea level rise. In Vulnerability assessment of two major wetlands in the Asia-Pacific region to climate change and sea level rise, Supervising Scientist Report 149, Supervising Scientist, Darwin, Australia, 1999, 7-73.6 Nicholls RJ, Hoozemans FMJ & Marchand M. Increasing flood risk and wetland losses due to global sea-level rise: regional and global analyses. Global Environmental Change 9, 1999, S69-S87.7 中国环境报编辑部. 澳大利亚变暖(N)。 中国环境报编辑 2002-12-09 (5)8 吕宪国, 何 岩, 杨 青. 湿地碳循环及其在全球变化中的意义(A) 陈宜瑜 中国湿地研究, 长春：吉林科学技术出版社,1995, 68-72.9 Boorman, L.A. Impact of sea level changes on coastal areas (Z). In: Boer, M.M. and de Groot, R.S. (Eds), Landscape ecological impacts of climate change. Amsterdam: ISO Press, 1990, 379-391.ABSTRACT: Wetlands provide globally significant social, economic and environmental benefits. Important wetland functions include water storage, groundwater recharge, storm protection, flood mitigation, shoreline stabilization, erosion control, and retention of carbon, nutrients, sediments and pollutants. Wetlands also produce goods that have a significant economic value such as clean water, fisheries, timber, peat, wildlife resources and tourism opportunities. The loss and degradation of wetlands is driven by several factors. Increased demand for agricultural land associated with population growth continues to be a significant cause of wetland loss in some parts of the world. There has been little attention given so far by policy-makers to the relationship between the climate change and the conservation and wise use of wetlands. However, the projected changes in climate are likely to affect wetlands significantly, in their spatial extent, distribution and function.Increasing temperature, changes in precipitation, and sea level rise, are the main aspects of climate change that will affect wetland distribution and function.At the same time, wetlands and peatlands represent important carbon stores and contribute significantly to the global carbon cycle. It is necessary to consider how the twin forces of lands use change and climate change may affect the role of wetlands in the global carbon cycle.Wetland responds to climate change are still poorly understood and are often not included in global models of the affects of climate change. As a wide range of wetland type exist, it is difficult to accurately predict whether they will continue to function as hydrological buffers for ext