TNC解读 | 基于自然的解决方案与气候变化适应

近几年来全球极端天气及气候事件频发,对人类社会及其赖以生存的生态环境影响深远。气候变化已成为最紧迫的全球危机之一,而随着全球变暖的加剧,气候变化造成的风险和不利影响将与日俱增。


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政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次气候变化评估报告的综合报告《气候变化2023》[1]指出,目前全球的平均升温幅度约为1.1℃,如果全球升温超过1.5°C将会带来不可逆转的危害,若沿用当前的气候政策,预计到2100年全球恐将升温3.2℃。近几年来全球极端天气及气候事件频发,对人类社会及其赖以生存的生态环境影响深远。气候变化已成为最紧迫的全球危机之一,而随着全球变暖的加剧,气候变化造成的风险和不利影响将与日俱增。


气候变化适应政策的发展历程


早在1990年IPCC第一次气候变化评估报告就已提出适应作为应对气候变化措施,与减缓并列,1992年世界环境与发展大会上通过的《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC,以下简称“公约”)也将适应作为总体目标纳入[2]。2000年后,随着国际社会对气候变化影响的认识不断加深,公约中也越来越多的涉及到适应计划、行动和资金[3],包括2001年公约第七次缔约方会议(COP7)决定在全球环境基金等资金支持下开展一系列气候变化适应行动,同时设立气候变化特别基金、适应基金等资金机制;2010年COP16通过了《坎昆适应框架》加强国际气候适应行动,并设立了绿色气候基金;2015年COP21达成的《巴黎协定》中设定了全球适应目标(Global Goal on Adaptation, GGA);2022年COP27设立了“损失与损害”基金等。


许多国家和地区也制定了适应气候变化的国家战略及行动计划,包括2021年欧盟发布的《欧盟气候变化适应战略》[4]、2022年中国出台《国家适应气候变化战略2035》、2023年英国制定的第三个国家适应计划(NAP3)[5]、2023年美国发布的《国家气候韧性框架》[6]等。截至2023年8月,全球共有85%的国家制定了至少一份国家级适应规划指导文件,67%的国家分配了国内资金用于实施适应的优先事项[7]。


基于自然的解决方案(NbS)作为气候适应的重要手段也被国际社会逐渐重视。COP27一致通过的《沙姆沙伊赫实施方案》中首次将NbS纳入COP决策文件中,鼓励NbS的实施,2023年COP28就《巴黎协定》首次全球盘点达成的“阿联酋共识”中也强调了采用NbS降低气候对生态系统和生物多样性的影响。多数国家出台更新的适应战略和国家适应计划(National Adaptation Plan, NAP)中也提到运用NbS或基于生态系统的适应(Ecosystem-based Adaptation, EbA)适应气候变化,包括中国、英国、荷兰、阿根廷、巴西、南非等。中国《国家适应气候变化战略2035》中鼓励通过NbS有效发挥生态系统服务功能,增强气候适应能力。


NbS作为伞形概念,囊括了利用自然应对气候变化的措施,如基于生态系统的减缓(Ecosystem-based Mitigation, EbM)和EbA,可支持这些子概念在国际或多边协议框架中的传播和主流化。EbA即是一种应对气候适应挑战的NbS,由世界自然保护联盟(IUCN)联合大自然保护协会(TNC)等非政府组织在2008年UNFCCC第14次缔约方大会上首次提出[8]。EbA利用生物多样性和生态系统服务来降低人类和社会经济系统对气候变化的脆弱性和暴露度,增强其韧性,帮助适应气候变化的不利影响,包括草原保护与恢复、红树林恢复、建立缓冲区、城市绿地等措施[9][10]。


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EbA措施应对气候变化不利影响及其多重效益示例 | 图源:TNC


“灰色”工程设施往往只针对单一的气候危害,没有考虑未来气候的不确定性或多种危害的相互作用,从长期来看“灰色”的工程解决方案缺乏灵活性和永久性,例如设计为30年一遇的防洪大坝在更长的时间尺度和气候不确定性下也可能会失效,同时建设和维护成本高昂。随着对生态系统的认识,人们才意识到健康的生态系统在适应气候变化方面能发挥重要作用。


与工程性或灰色适应措施相比,“绿色”措施——EbA的实施成本低、具有多重效益、更加灵活和可持续,可以协同减轻气候变化不利影响、提升环境与生物多样性效益并帮助社区适应气候变化、改善生计,从而提高社区的整体福祉[11],为社会和经济发展做出贡献。例如,打造城市人工湿地既可以帮助缓解城市内涝、减轻气候变化带来的极端降水和洪水风险,还能净化水质、调节微气候、增加生物多样性,在社会经济层面湿地的建设与维护还提供就业岗位、减少洪水损失,湿地景观也提供了休闲游憩的场所。此外,由于EbA既涉及生态系统又涉及生计[12],目前EbA是最不发达国家和发展中国家首选的气候变化适应方法[13]。


值得注意的是,EbA也不是灵丹妙药,在受气候变化影响较为严重的情况下,还需要采取工程措施或与工程措施结合实施,如建造或加固海堤、建设水利管道系统并利用湿地来预防洪涝风险等,EbA可作为其他适应措施的有效补充[14]。同时一些风险因素也会导致EbA措施失灵,例如恢复的湿地有可能因为上游取水过度水源缺乏而再次发生退化,在设计EbA时需充分考虑这些因素以有效实施和有效适应。


EbA措施如何应对气候变化不利影响?


现有证据已表明,EbA措施可有效减缓或减轻气候变化带来的不利影响,但EbA应对气候影响的成效和适用范围还需加强研究,气候变化典型影响及其EbA措施列举如下:


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© Marina Neyman/TNC Photo Contest 2023


1.淡水——内陆洪水


对于河流湖泊来说,应对洪水可通过恢复及增强河流连通性、减缓水流流速和增强河流湖泊及其周围空间的储水能力来实现。工程性的堤坝后移(levee setback)等措施可恢复河流自然流量增强连通性,而基于生态系统的方法采用恢复与连接河漫滩的方式增加河流的连通、提供更多的空间消纳洪水,从而降低洪水风险[15]。


湿地已被证明在减少地表径流量和流速、减弱洪峰方面发挥着重要作用,从而具有减轻洪水灾害的潜力[16],河流湿地的恢复与创建包括河岸带生态修复与缓冲带建设可有效降低重现期较短(五年一遇)的洪水风险,但对于10年、50年一遇的洪水作用则非常有限,无法减轻极端洪涝灾害(百年一遇及以上)[17],同时湿地的气候适应作用存在很大的不确定性,还受到地形、气候和人为干扰等多方面的影响[18]。


此外,树木强大的根系可以吸收土壤中的水量,因此流域内森林保护与恢复可增强水土保持和水源涵养能力,也能在一定程度上减少径流量,降低洪水风险[19];但造林措施需注意使用适宜本地气候和水文的树种,避免过度耗水造成干旱。


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© Aaran Peggs/TNC Photo Contest 2022


2.海洋——海洋气象灾害及海岸带侵蚀


红树林、贝类礁、珊瑚礁、盐沼和沙丘等海岸带栖息地的保护、恢复与建设可有效减少沿海地区的洪水灾害及海岸侵蚀[20][21]。


红树林是抵御沿海灾害的天然屏障,减弱风暴潮速度和高度并防止海岸侵蚀,保护海岸线,100米长的健康红树林生态系统可将风暴潮速度降低92%[22],几公里长的红树林即可有效减弱大型风暴潮[23]。


除红树林外,盐沼等滨海湿地可在水流速率高的情况下降低水流流速,从而减少沿海洪水的破坏或减轻洪水规模[24],还由于滨海湿地可以沉积泥沙和沉积物,随着海岸侵蚀的发生提高湿地地表高度,也可有效缓解海平面上升和海岸侵蚀造成的不利影响[25]。


珊瑚礁和贝类礁体通过减弱海浪能量和高度来大幅减少沿海洪水,同时能捕获悬浮沉积物、减少海岸侵蚀[26][27],因此人工建造珊瑚礁、牡蛎礁等也可有效帮助适应气候灾害;有研究证明,相比于硬质护岸、海堤等灰色基础设施,牡蛎礁在减缓侵蚀和风暴破坏方面取得的成本效益是其数倍[28]。


但这类EbA措施也存在局限性,在抵御大型风暴潮、飓风、海啸时作用相对有限[29][30]。


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© Michaela Vinterová/TNC Photo Contest 2023


3.森林——火灾


气候变化会导致森林火灾发生的
强度和频率增加,若不采取相应的适应措施,极易引发大规模山火,造成碳汇损失、经济损失及人员伤亡等。在森林中保留更多树木尽管能储存更多的碳,但过密的森林覆盖是不可持续的,面临着干旱缺水、火灾等威胁[31],也可能阻碍其他生态系统的发展,并降低生物多样性。


大量研究证实,森林抚育间伐能够改变森林结构,降低林火到达树冠的可能性,降低火焰高度和蔓延速度,同时林分密度的降低可以减少火灾对植被的破坏,降低树木死亡率[32],从而增强森林抵御火灾的能力。通过对中上层林冠进行疏伐处理可以在很长时间内(许多森林能达到20年及以上)减少林冠火风险[33]。然而如果是仅间伐而不对间伐产生的木质燃料进行处理,并不能降低火灾的严重程度,因为间伐在短期内会增加地表可燃物,并且间伐本身也会增加风速、加快火的蔓延速度[34],因此,需要在间伐后清除地表堆积的木材,或将间伐和计划烧除结合进行[35][36],来减轻火灾风险和火灾严重程度,同时还需要加强监测和对非气候干扰因素的管理[37]。


间伐除了提高森林对火险的抵御能力外,还会带来许多多重效益,包括增强生物多样性、增加产水能力、增加碳汇的可持续性、提高森林气候韧性和减少空气污染等[38],不过并非所有森林都适于这种方式。


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© Stojan Gorup/TNC Photo Contest 2022


4.草原——干旱及荒漠化


气候暖干化地区的草原干旱、火灾和荒漠化风险明显增加,尤其易对牧区和农牧交错区的生产造成极大的影响。通过控制牲畜数量、围栏轮牧、季节性抗旱饲料替代、营造防护林[39]等可增加植被覆盖率减少土壤侵蚀,从而减轻草原退化风险,同时涵养水源,防止荒漠化进一步蔓延,建设水库储水等可以改善当地水文条件以应对干旱事件发生并提高草原的恢复能力[40]。此外,在坡度较大的草原上,可以实行阶地草原(terraced grassland)缓解水土流失和土壤侵蚀[41];在农牧交错区采用耐旱草种或与豆类混合种植适应暖干化的气候条件,因为豆类可以减轻土壤湿度降低和气温升高对饲料产量的不利影响[42]。


肯尼亚农牧社区采用围栏轮牧和替代生计来恢复退化的半干旱牧场,发展了家禽、草籽、蜂蜜等产业,缓解社区受干旱等气候条件变化的影响[43],还实现了牲畜产量提升、生计来源多样化和生活水平提高。在乌干达的农牧交错区,农民采取了控制放牧、火灾预防、抗旱饲料品种替代放牧的方法应对干旱[44],还种植抗旱树种减缓地表水分蒸发、建设水库和水坝用于储水以及轮牧等[45]。为遏制气候暖干化导致的草原退化, 中国大力提倡季节性放牧,推行退牧还草和围栏轮牧措施, 在农牧交错带建设防护林、水源涵养林等[39],近年来草地植被明显恢复[46]。


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© Rahmad Himawan/TNC Photo Contest 2023


5.农业——农业气象灾害


农业系统适应气候变化的主要目的是减轻气候变化带来的极端高温和低温、洪水、干旱及病虫害对农业生产的影响和产量损失。农业系统中的EbA措施是指利用生物多样性或生态系统服务和过程,帮助提高农作物和牲畜适应气候变化能力的农业管理实践[47],借鉴生态农业原则的气候智慧型农业中,以气候适应能力为导向的措施和保护性农业也属于这一类[48]。


常见的农业EbA措施具体包括:利用农林/林牧复合系统,包括在农田中种植树木、在林地中间种作物等,可以减少蒸散效应、减轻降雨和强风对土壤的破坏程度,减少土壤退化和侵蚀,同时增强生态系统结构的复杂性,从而促进害虫防治,还能帮助涵养水源[49][50];使用覆盖物或覆盖作物来保护土壤结构、湿度和养分,在过量降雨下防止水土流失,并保持土壤肥力[51];作物多样化、间作和轮作确保多种作物的搭配,能适应更广泛变化幅度的气候条件,可以减少极端天气等对农业生产造成的影响,减少病虫害的发生[52];设置农田缓冲区建设防护林、缓坡地、人工湿地等减少水土流失、涵养水源、调节水文循环[49];采取旱作农业、水稻直播等节水措施以应对干旱事件;保护农场周围的湿地和河岸带植被减轻洪水影响并确保供水[53]。


农业EbA措施可以在提升气候适应能力的同时提高作物产量,还有助于确保提供授粉、自然害虫防治、水土保持等生态系统服务。但农业系统的气候韧性高度依赖于当地气候和社会经济条件,还需因地制宜。


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© John Gateru/TNC Photo Contest 2022


6.城市——内涝与热岛效应


在城市中,绿色基础设施包括人工湿地、雨水花园、绿色屋顶、城市森林、生物蓄滞池等,有助于改善城市硬化道路不透水下垫面,增强雨水下渗,从而减少暴雨径流[54]。有研究显示,积水深度15厘米的雨水花园可使径流减少96.8%[55],城市绿色屋顶可使年径流量减少29%-100%[56],城市绿化树木可拦截降雨、延迟暴雨期间的峰值流量、减少雨水径流[57]。实施这类EbA措施能有效减轻城市洪涝灾害的影响,还能提供休闲娱乐空间等多重效益。同样,绿色基础设施应对洪水的能力有限,在面对极端强降水时仅能减轻部分损失,无法完全抵御[58][59]。


气候变化会加剧城市热岛效应。不透水的混凝土和沥青等城市建设材料会快速吸收热量,并且极少有水分蒸发,吸收的热量难以散发,而植被的蒸散过程能起到降温的作用,树木还会遮挡阳光[60]。适应城市高温主要是通过增加植被的覆盖度和丰度来实现。研究发现,在城市街道或城市公园内的植被对缓解城市热量具有很大潜力[61],公园区域比非公园区域平均温度低1℃[60],因此增加城市的林木覆盖度、城市绿地和公园面积以及绿色基础设施可有效降低热岛效应[58]。


NbS适应气候变化案例


美国加州French Meadows森林恢复项目


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© 李柏毅/TNC Photo Contest 2022


位于美国加利福尼亚州美国河流域(American River Watershed)上游地区French Meadows水库附近的森林,面临着严重的退化问题,曾经适应火灾的树种如松树等在森林中占主导地位,但现在森林中冷杉的占比较高,且存在过多灌木和较小的树木,加上气候变化导致温度升高和降雨减少,该流域的森林面临着大规模火灾的威胁,影响到自然生态系统和人类社区的健康和安全。2014年加州特大森林火灾“国王火灾(King Fire)”烧毁了美国河流域超过9.7万英亩的土地,除严重影响森林健康和野生动物栖息地、经济损失惨重外,火灾还造成了严重的侵蚀,致使30万吨土壤与木材、淤泥流向下游,影响水质。


为了应对气候变化的影响,提高森林抵御气候风险的能力,降低火险并保障供水安全,TNC与美国林务局(US Forest Service)及其他研究机构和非政府组织共同发起成立了French Meadows伙伴关系和森林恢复项目。从2019年起,项目持续采取了一系列森林生态系统恢复的NbS措施,对超过2.8万英亩的森林通过生态疏伐、多余生物量清除、计划烧除、再造林和草甸恢复等方式进行管理。这些措施降低了该地区森林火险,保障森林水源涵养能力,还因为减少对水分的获取,降低了森林植被的干旱死亡率,提高干旱应对能力,保障供水系统和水力发电的稳定性。


相关资料:https://www.nature.org/content/dam/tnc/nature/en/documents/TNC-Accelerating-Adaptation_231207.pdf


美国阿拉巴马州牡蛎礁生态减灾修复项目


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© Erika Nortemann/TNC


位于美国墨西哥湾北部的阿拉巴马州,其沿海地区在历史上分布着超过3米高的潮下带牡蛎礁,防护着后方海岸线上的盐沼湿地不受海浪侵蚀,也为海草床的生长提供了清洁的水质和稳定的生长环境。然而,在连年干旱、牡蛎天敌爆发、飓风以及墨西哥湾漏油事件的影响下,墨西哥湾的牡蛎礁大量减少,并伴随着盐沼湿地、海草床以及滩涂的大面积退化——阿拉巴马州的部分海岸线因侵蚀而后退的速率最高可达每年1.86米,这意味着在五十年内该州将损失18000英亩土地。


对此,TNC与三家合作机构成立了海岸线修复联盟,在阿拉巴马州共同发起了“100-1000:修复阿拉巴马州海岸”项目,旨在修复100英里的牡蛎礁,促进1000英亩的盐沼湿地与海草床恢复,同时也为当地渔民社区带来可持续发展的机遇。项目运用“海岸带弹性工具(Coast Resilience)”叠加当地海湾受灾风险程度、适宜牡蛎礁栖息地修复的生态条件和社会经济条件进行情景模拟与分析,识别出生态减灾修复的最佳地点。自2011年起,项目团队在多个位点设计并投放了牡蛎礁“防波堤”,包括礁球(Reef Balls)、牡蛎礁堡(Oyster Castle)、牡蛎壳袋和牡蛎笼阵(Reefblk),总长度达到3600米。


后期持续的监测结果显示,阿拉巴马州的牡蛎礁生态减灾修复项目有效减缓了岸线侵蚀情况。在阿拉巴马港口处建造的牡蛎礁防波堤已经促进向陆侧海草床与盐沼湿地的面积扩张,在Swift Tract投放的防波堤状牡蛎礁,在生长4年后岸线侵蚀速度从每年0.35米降至每年0.02米。另外,项目在实施过程中促进了如水泥制造等产业,修复后的牡蛎礁还能为有经济价值的鱼、虾、蟹等生物提供栖息地,促进当地商业捕捞和休闲海钓等相关产业。


相关资料:https://www.tnc.org.cn/Upload/File/202207/20220706172048_0336.pdf


中国内蒙古旱作农业示范


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© 刘月胜


内蒙古地处干旱半干旱区,属温带大陆性季风气候,降水量少而不均,尤其是春季风大少雨。研究显示,近60年内蒙古农牧交错区呈现暖干化趋势,极端气候频发,增加干旱的发生概率及等级。在此趋势下,传统农业种植容易受水分限制,地温和气温的升高还可能带来农业气象灾害,对作物的生长发育、产量与品质等产生重大影响。


2016年起,TNC中国内蒙古项目在土地严重退化的传统农牧交错区——呼和浩特市和林格尔县开展了一系列旱作农业技术示范项目,探索生态友好、气候韧性强、经济效益高的农业发展之道。项目包括:


(1)高产旱作农业技术集成。采用全膜覆盖双垄沟播技术,示范种植玉米、马铃薯等作物,利用全覆盖降低土壤蒸发量,同时起垄沟播,将作物种到垄沟内,使降雨集中于垄沟从而得以利用。

(2)测土配方施肥技术试验。根据土壤理化性质、水分条件和种植品种,确定目标作物和目标产量,计算出作物全年在气候变化影响下的理论需肥量,制定配肥方案,提高肥料利用率,降低温室气体排放。


2016-2018年项目实施结果显示,生态旱作玉米平均亩产880公斤,较当地半覆膜种植增产20%,较露地玉米增产93%,示范和社区推广面积超过600亩,辐射带动全县推广至4万多亩。2016-2017年高产旱作农业较传统旱地种植方式每亩提高收入431.5元,较传统水浇地每亩提高收入111.5元,节约地下水约100吨/亩。


在和林格尔的成功经验基础上,TNC还在巴林左旗开展了气候智慧型农业(Climate Smart Agriculture, CSA)示范项目,以同样的水创造更多的财富(包括自然财富),将生态修复与农牧业生产有机结合。项目采取“水四步”措施:

(1)水源涵养。通过造林和草地恢复等提高植被覆盖度,截留雨水,补给地下水。

(2)集雨截流。将生物谷坊、水平沟、鱼鳞坑等沟头防护与沟道生物治理相结合,尽可能地汇集雨水。

(3)旱作节水。引入新技术,在不进行任何灌溉、只利用天然降水的情况下提高水的利用率,获得丰产稳产。

(4)提高水资源生产力。利用单位用水生产更多的食物,带来更高的收入及更大的生态效益。

此外,项目还创新激励机制,包括采取“六四制”、“活树奖”等机制,鼓励社区参与新技术推广,实现增收和农业可持续发展。至2023年,项目实现新造林2000余亩,草地恢复3万余亩,推广旱作农业超过10万亩,亩增收谷子100斤以上,节水农业每亩每年节水100吨,带动3000余户农牧户改变传统粗放经营模式,增收超过200万元,助力试点村稳步增收,有效增强当地气候适应能力。


参考文献

[1] IPCC. Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, H. Lee and J. Romero (eds.)]. IPCC, Geneva, 2023.

[2] 郑大玮, 潘志华. 怎样适应气候变化.气象出版社, 北京, 2022.

[3] 孙傅,何霄嘉.国际气候变化适应政策发展动态及其对中国的启示[J].中国人口·资源与环境,2014,24(05):1-9.

[4] https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=COM:2021:82:FIN

[5] https://www.gov.uk/government/publications/third-national-adaptation-programme-nap3/understanding-climate-adaptation-and-the-third-national-adaptation-programme-nap3

[6] https://www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2023/09/National-Climate-Resilience-Framework-FINAL.pdf

[7] UNEP. Adaptation Gap Report 2023. https://www.unep.org/resources/adaptation-gap-report-2023

[8] 王国勤, 付超, 徐湘博等. 气候变化南南合作视角下基于生态系统的适应的经验启示. 环境保护, 2020, 48(13):25-28.

  • 发表于 2024-07-04 20:22
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  • 分类:环保

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