徐玖平 何 源

(四川大學低碳技術(shù)與經(jīng)濟工程研究中心,四川成都 610064)

四川地震災后生態(tài)低碳均衡的統(tǒng)籌重建模式＊

徐玖平 何 源

(四川大學低碳技術(shù)與經(jīng)濟工程研究中心,四川成都 610064)

5.12汶川大地震破壞了四川的森林、草地、農(nóng)田和濕地等生態(tài)要素,災區(qū)的氣候、山體、水體、森林等環(huán)境參量受地震影響發(fā)生了變化,生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出高碳不均衡特征。為了解決生態(tài)系統(tǒng)高碳化,本文采用系統(tǒng)均衡理論,從災區(qū)生態(tài)實際狀況出發(fā),歸納出災后生態(tài)系統(tǒng)整體特征——熵值增大化、結(jié)構(gòu)高碳化、生態(tài)復雜化、系統(tǒng)巨量化;針對震后生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的高碳化,通過對生態(tài)碳循環(huán)規(guī)律的深入研究,提出生態(tài)碳循環(huán)均衡概念,構(gòu)建出災后生態(tài)低碳均衡結(jié)構(gòu);運用統(tǒng)籌思想,兼顧自然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的不同特點,以自然生態(tài)的增匯和人工生態(tài)的減源作為實踐方向,建立災后生態(tài)重建的運行模式;從生態(tài)城市、生態(tài)工業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)三個維度實施災后低碳重建工程,并提出在災區(qū)實施低碳政策、實現(xiàn)低碳生產(chǎn)、構(gòu)建碳匯基地、建立碳匯市場等相關(guān)建議,保障災后生態(tài)恢復與人類社會重建的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

地震災害;生態(tài)系統(tǒng);低碳均衡;重建模式;統(tǒng)籌

5.12汶川大地震給四川生態(tài)系統(tǒng)造成了巨大破壞。大面積的崩塌、滑坡和泥石流,形成堰塞湖,大面積地表覆蓋被摧毀,動植物生存環(huán)境被破壞。地震間接影響氣候環(huán)境。地震及由其造成的次生災害毀壞作為碳循環(huán)中重要組成部分的植被,造成災區(qū)CO2吸收能力下降,碳循環(huán)失衡。地震中死亡的大量動植物殘體在腐敗過程中,滋生大量生態(tài)流行病蟲害,比如炭疽、瘧疾、鼠疫等等,排放出大量CO2,生態(tài)均衡被打破。地震成為自然災害中對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能破壞最強烈的災害類型之一。在全球氣候劇烈變化的大背景下,加上頻繁的地震災害,生態(tài)的健康發(fā)展成為了全球越來越關(guān)注的問題。特別是汶川大地震,對長江中上游地區(qū)生態(tài)造成了巨大破壞。本文將針對汶川地震生態(tài)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的高碳化問題,運用生態(tài)碳循環(huán)理論,采用統(tǒng)籌方法,構(gòu)建災后生態(tài)低碳均衡模式,通過實施生態(tài)重建工程,實現(xiàn)災區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的低碳化目標。

1 災區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征

1.1 生態(tài)要素系統(tǒng)

中國環(huán)境科學研究院對汶川、安縣、綿竹、彭州、什邡、北川、都江堰、茂縣、平武、青川、文縣、理縣、江油、崇慶等14個重災縣的遙感數(shù)據(jù)顯示了汶川地震對森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和其他生態(tài)系統(tǒng)造成了大面積的破壞[1](見表1)。

1.1.1 森林生態(tài)系統(tǒng)

汶川災區(qū)森林資源豐富,植被種類多樣:該地震帶南端的云南省有“植物王國”和“植物區(qū)系的搖籃”之稱;四川的被子植物、蕨類植物種類數(shù)量居全國第二,裸子植物數(shù)量居全國第一。與其他植被組成相比,由于樹木生活周期較長,形體更大,在時間和空間上均占有較大的生態(tài)位置,具有較高的碳貯存密度,能夠長期和大量地影響大氣碳庫,因此森林生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)與碳蓄積過程中起著不可替代的重要調(diào)控作用。汶川大地震使四川林業(yè)受損嚴重(見表2),全省林地損毀493萬畝,受損林木蓄積1 947萬m3,森林覆蓋率下降0.5%。

表1 汶川地震造成的重災縣生態(tài)系統(tǒng)受損面積Tab.1 Ecosystem damage area in hardest-hit counties post-Wenchuan earthquake

表2 四川受災縣域森林總面積、總碳儲量和碳密度Tab.2 Forest area otal carbon storagecarbon density in affected counties in Sichuan

1.1.2 草地生態(tài)系統(tǒng)

四川草地面積約為0.2億hm2,占全省幅員面積的42.0%,是四川省綠色植被生態(tài)環(huán)境中面積最大的生態(tài)系統(tǒng)。四川草地主要分布在西部少數(shù)民族地區(qū)和盆地四周邊遠山區(qū),其中80%以上分布在甘孜、阿壩、涼山三州。四川草地分布區(qū)正是汶川大地震主要區(qū)域。草地植被固定了大氣中相當大一部分CO2,對調(diào)節(jié)全球氣候發(fā)揮重大作用。草地生態(tài)系統(tǒng)地上碳庫不明顯,其碳儲量絕大部分集中在土壤中。地表土層的破壞將會摧毀草地的根系系統(tǒng),會導致土壤中有機碳的大量釋放。地震是影響內(nèi)陸草原土壤碳儲量最為劇烈的自然活動因素。汶川地震造成的滑坡分布區(qū)域面積約48 678 km2,滑坡總面積711.8 km2[2]。大面積滑坡破壞草地的根系系統(tǒng),使原來固定在草被中的碳素全部釋放到大氣中;滑坡破壞了原來的土壤結(jié)構(gòu),使土壤中的有機質(zhì)充分暴露在空氣中,促進了土壤呼吸作用,加速了土壤有機質(zhì)的分解。

1.1.3 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)

受災地區(qū)共有農(nóng)田20 504 km2,其中旱地11 018 km2,水田9 486 km2。由于災區(qū)農(nóng)田總面積70.23%分布于東南部的平原區(qū),因此本次地震對農(nóng)田的破壞不大。直接損毀農(nóng)田33.59 km2,其中旱地損毀28.94 km2,占損毀農(nóng)田面積的86.16%,水田損毀4.65 km2,占損毀農(nóng)田面積的13.84%。受損農(nóng)田主要分布于西部山區(qū),其中北川縣和平武縣農(nóng)田損毀比較嚴重,農(nóng)田損毀面積占了災區(qū)損毀農(nóng)田的70%[3]。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的碳庫是全球碳庫中最活躍的部分,是在人類活動干擾下的生態(tài)系統(tǒng)碳流動過程。農(nóng)作物通過光合作用固定大氣中的CO2,一部分合成有機質(zhì),以食物、飼料等形式存在于植物體內(nèi),然后通過人和動物的消耗排放到大氣中;一部分成為工業(yè)原料儲存起來;還有一部分直接用于植物的呼吸消耗、殘體腐爛分解釋放CO2到大氣中,形成農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)過程。

1.1.4 濕地生態(tài)系統(tǒng)

四川濕地總面積42 089.57 km2,占全省土地面積的8.7%。四川省大于1 km2自然濕地主要分布在四川西部,面積20 518.22 km2,占全省濕地總面積48.78%,是本次地震的主災區(qū)。四川濕地植物主要以草本植物為主,兼有灌木和喬木,共有68科150屬299種;濕地動物主要包括122種鳥類,224種魚類,12種獸類,36種兩棲類,15種爬行類。濕地是地球上生物產(chǎn)量最高、生物多樣性最為豐富的自然生態(tài)系統(tǒng)之一,是生物多樣性的特殊棲息地,是重要的碳匯,被破壞的濕地會釋放大量的CO2等溫室氣體。濕地生態(tài)是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,也是自然碳循環(huán)中的重要組成部分。

1.2 生態(tài)環(huán)境參量

災區(qū)地形地貌復雜,山高谷深,是眾多河流的發(fā)源地或上游區(qū)。地震引起地質(zhì)滑坡、泥石流增加,泥沙與礫石滑入河流,淤塞河道水庫,抬高河床,破壞水體與水庫容量,削弱區(qū)域防洪能力。災區(qū)氣候環(huán)境復雜、山體滑坡規(guī)模大、水體存在隱患、森林破壞嚴重,對生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響。

1.2.1 氣候參量

在全球的陸地氣候環(huán)境中,除典型的赤道雨林氣候和極地冰蓋氣候外,受緯度帶譜和垂直帶譜影響,該地震帶上涵蓋了多種氣候類型:暖溫帶季風森林草原氣候,暖溫帶季風半旱生落葉闊葉林氣候,北亞熱帶季風落葉常綠闊葉林氣候,高原高山寒溫帶氣候,中亞熱帶季風常綠闊葉林氣候,高原高山亞熱帶季風氣候等等,構(gòu)成了復雜多變的獨特氣候環(huán)境。

1.2.2 山體參量

汶川大地震誘發(fā)的大規(guī)?；率艿卣鹆叶?、地形結(jié)構(gòu)、土質(zhì)及構(gòu)造運動等多方面因素的影響,使得四川、陜西和甘肅山區(qū)發(fā)生大面積山體滑坡。表3顯示,地震烈度越高,造成滑坡體面積越大,但滑坡個數(shù)卻不是最多;地震烈度在9度時,造成的崩塌滑坡個數(shù)最多,占整個滑坡總數(shù)的三分之一以上。地震重災區(qū)汶川縣境內(nèi)產(chǎn)生滑坡體206.5 km2,151.08 km2林地、16.13 km2草地、5.11 km2耕地遭破壞,崩塌的滑坡體填充的河流面積3.45 km2,各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值損失22 646萬元[4]。

表3 不同地震烈度區(qū)崩塌滑坡泥石流分布數(shù)量表[5]Tab.3 Distribution of collapse,landslide and debrisflow in different seismic intensity area

1.2.3 水體參量

汶川大地震產(chǎn)生近200個堰塞湖,較大的有35個,其中33個在四川。從短期來看,3-5年的時間里,這些堰塞湖不穩(wěn)定,余震、雨季都有可能造成潰堤,對生態(tài)帶來次生災害。地震造成398座水庫出現(xiàn)險情,庫堤開裂受損,附屬設(shè)施受到破壞,水庫排水不暢;山崩和大量泥石傾瀉到低洼地區(qū)的水庫中,抬高水庫的水位,考驗堤壩承受能力。地震引發(fā)放射性元素活躍性增強、重金屬分布被打破以及化工原料泄露等事件,徑流、湖泊水體質(zhì)量受影響。

1.2.4 森林參量

森林具有二重性:當森林發(fā)揮穩(wěn)固水土資源、調(diào)節(jié)氣候的功能時,森林屬于環(huán)境系統(tǒng)要素之一;當森林特指林木,作為食物鏈上的生產(chǎn)者時,森林屬于生態(tài)系統(tǒng)要素之一。5.12地震使受災區(qū)森林植被毀損嚴重,不少地方昔日青山如今滿目瘡痍。據(jù)四川省林業(yè)廳統(tǒng)計,地震造成四川地區(qū)泥石流堆積災害跡地達343萬畝,堆積量達42.96億m3,森林水源涵養(yǎng)功能降低30.24億t,水土流失潛在條件將使進入長江的泥沙達到10.74億m3;森林碳匯儲備能力每年損失78.1萬t,損失價值2.5億元,森林釋放氧氣能力降低67.38萬t,損失價值2.7億元。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)整體特征

災區(qū)生態(tài)系統(tǒng)要素和生態(tài)環(huán)境遭到巨大的破壞,在災區(qū)開展生態(tài)系統(tǒng)恢復重建,需要結(jié)合國際生態(tài)發(fā)展趨勢和國內(nèi)生態(tài)發(fā)展戰(zhàn)略。這是一項規(guī)模宏大的生態(tài)重建工程,涉及到自然生態(tài)和人工生態(tài),包括災后恢復的保障系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)等各個子系統(tǒng)。因此,災區(qū)生態(tài)系統(tǒng)是與國內(nèi)外發(fā)展環(huán)境息息相關(guān)的開放復雜巨系統(tǒng)[6],其主要特征表現(xiàn)為涌現(xiàn)性、開放性、復雜性、巨量性,如圖1所示。

1.3.1 余震不斷,熵值增大化

圖1 生態(tài)均衡重建低碳耦合結(jié)構(gòu)Fig.1 The ecological balance reconstruction of a low-carbon coupling structure

汶川大地震受災面積大,受災情況嚴重,受災地區(qū)地形復雜、山體植被損毀嚴重、水資源受污染、農(nóng)耕田大面積破壞等復雜的情況,導致生態(tài)恢復過程中不斷涌現(xiàn)新的問題。余震不斷,土壤中存貯的CO2被釋放出來;山體、植被、水資源被反復破壞,泥石流掩埋了大量生命體,這些生命體在分解過程中向大氣釋放出大量溫室氣體。自然生態(tài)的碳平衡在余震中不斷被破壞,新的平衡重建過程必然伴隨人類使用大量石化能源,對災區(qū)進行能量的輸入,造成碳排放增加。這些不斷涌現(xiàn)的新問題,打破了生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的有序性,系統(tǒng)內(nèi)混亂程度加大,熵值增大。要克服熵值增大,就要以生態(tài)低碳為目標重建災區(qū)碳循環(huán)模式,減少系統(tǒng)熵值,實現(xiàn)整個生態(tài)系統(tǒng)有序化。

1.3.2 環(huán)境開放,結(jié)構(gòu)高碳化

生態(tài)系統(tǒng)不斷地與其所處環(huán)境發(fā)生物質(zhì)-能量-信息交換,體現(xiàn)了系統(tǒng)的開放性。地震釋放出地質(zhì)深處大量有害氣體,增加了大氣中高碳氣體總量[7];地震損毀大片地表植被,削弱了災區(qū)植被固碳能力;重建資金主要投向城鄉(xiāng)住房、公共設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施和重大產(chǎn)業(yè)重建,對林木、草地等植被的重建資金投入不足。災后人類生產(chǎn)和生活快速恢復,但自然生態(tài)系統(tǒng)恢復緩慢,災區(qū)人工生態(tài)系統(tǒng)和自然生態(tài)系統(tǒng)失衡,生態(tài)結(jié)構(gòu)高碳化。災后生態(tài)恢復,應(yīng)該以人工生態(tài)高碳結(jié)構(gòu)調(diào)整為主,發(fā)展高技術(shù)、低能耗的產(chǎn)業(yè),使用可再生能源及太陽能、風能、核能等新能源,宣傳低碳生活,鼓勵低碳消費,構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的低碳結(jié)構(gòu)。1.3.3 物種多樣,生態(tài)復雜化

災區(qū)地勢上屬青藏高原邊緣昆侖山-祁連山-龍門山-大涼山向海拔1 000-2 000的中級臺階四川盆地的垂直過渡區(qū),其物種多樣,生態(tài)豐富:植物種類占全國的85%,滇北、川西有大量原始森林;動物種類多達1 000種以上,其中獸類近200種,占全國的1/2,鳥類776種,占全國的66%,爬行類和兩棲類有600多種,魚類200余種。地震后,動物行為方式是否發(fā)生轉(zhuǎn)變,物種基因是否發(fā)生突變,食物鏈是否發(fā)生改變,物種生存環(huán)境是否發(fā)生變化等等不確定性,使災區(qū)生態(tài)變得更加復雜化。因此,生態(tài)重建要對災后生態(tài)具體情況展開調(diào)查,并進行定性定量分析,如受災地區(qū)的巖石、土壤、空氣質(zhì)量、水質(zhì)等多方相互作用的自然環(huán)境分析,植物群落、動物群落以及人類社會震后的相互關(guān)系分析等等。這些錯綜復雜的關(guān)系需要在災后恢復中妥善處理,重新確立生態(tài)均衡關(guān)系,避免災后生態(tài)系統(tǒng)失衡。

1.3.4 對象太多,系統(tǒng)巨量化

災后生態(tài)重建的低碳統(tǒng)籌復雜巨系統(tǒng)包括自然環(huán)境、生物群落和人類社會三個子系統(tǒng),而各子系統(tǒng)又包括其各自的子系統(tǒng)。其中,自然環(huán)境子系統(tǒng)包括水、空氣、巖石、無機鹽和有機質(zhì);生物群落子系統(tǒng)涉及植物群落和動物群落;人類社會子系統(tǒng)包括低碳農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、低碳經(jīng)濟系統(tǒng)、低碳制度系統(tǒng)、低碳文化系統(tǒng)等等?？梢?這一系統(tǒng)是一個具有很高維度的復雜巨系統(tǒng)。面對這樣的復雜巨系統(tǒng),應(yīng)該按照統(tǒng)籌方法,對災后生態(tài)系統(tǒng)的巨量性化繁為簡,以簡馭繁,實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)發(fā)展。

2 災區(qū)生態(tài)重建的模式框架

災后生態(tài)重建,是面對結(jié)構(gòu)遭到重創(chuàng)的生態(tài)系統(tǒng),按照生態(tài)碳循環(huán)理論實施的一項以建設(shè)低碳均衡結(jié)構(gòu)為目標的生態(tài)重建工程。在災區(qū)開展生態(tài)重建低碳工程,比在其他地區(qū)打破原有生態(tài)系統(tǒng)再重建低碳生態(tài)更節(jié)約成本。這項系統(tǒng)工程涉及到災區(qū)生態(tài)的各個層次,需要按照統(tǒng)一的指導思想,遵循生態(tài)碳循環(huán)的規(guī)律,在多方協(xié)調(diào)與合作的基礎(chǔ)上建立生態(tài)低碳均衡結(jié)構(gòu)[8]。如圖2所示。

圖2 生態(tài)工程的低碳均衡重建模式框架Fig.2 Low-carbon equilibrium reconstruction framework of ecological engineering

2.1 統(tǒng)籌思想

低碳重建作為一種新型的、特殊的恢復方式,就是在災后重建的實踐中運用低碳均衡理論組織生態(tài)重建,實現(xiàn)生態(tài)恢復的低碳發(fā)展模式。這一創(chuàng)造性的重建模式,必須基于綜合集成與統(tǒng)籌優(yōu)選的思想,對災后生態(tài)系統(tǒng)進行統(tǒng)籌恢復重建,尋找新均衡,實現(xiàn)災區(qū)生態(tài)從簡單恢復提升為科學發(fā)展式修復重建。災后生態(tài)重建,是以科學發(fā)展觀為指導思想,以人為本,尊重自然為原則,全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展為目的,統(tǒng)籌兼顧為方法,對災區(qū)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)重塑均衡,建設(shè)和諧生態(tài)。低碳統(tǒng)籌模式從自然生態(tài)和人工生態(tài)兩個維度展開,針對自然生態(tài)和人工生態(tài)碳循環(huán)的不同特點,以自然生態(tài)的增匯和人工生態(tài)的減源作為實踐方向,以尊重自然、保護生態(tài)為前提,在災區(qū)發(fā)展典型的生態(tài)統(tǒng)籌重建模式。基于生態(tài)碳循環(huán)的觀點,從碳源和碳匯兩個角度入手,通過自然生態(tài)和人工生態(tài)的碳中和,實現(xiàn)低碳均衡。碳中和的實現(xiàn)有兩個基本途徑,一是在源上的替代、減少、提高效率,二是在匯處的吸納、中和、末端處理。碳源處理,一般是通過能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)創(chuàng)新來實現(xiàn)的,而碳匯則更多依靠制度手段,如制訂優(yōu)惠政策,鼓勵植樹造林和退耕還林,是生物固碳、擴大碳匯、減緩溫室效應(yīng),減少CO2排放最經(jīng)濟和最有效的途徑之一。

2.2 生態(tài)循環(huán)

生態(tài)碳循環(huán)是生物地球化學循環(huán)中重要的組成部分,認清楚這種循環(huán)規(guī)律,并改善生態(tài)碳循環(huán),將有利于解決生態(tài)高碳化問題,建立生態(tài)均衡結(jié)構(gòu)。生態(tài)碳循環(huán)過程中形成了許多CO2、CH4和NxO構(gòu)成的碳源和碳匯。碳源對應(yīng)碳排放過程,碳匯對應(yīng)碳存儲過程。碳存儲和碳排放是兩個具有相反運動方向的過程,構(gòu)成封閉的碳循環(huán)。如圖3所示。通過對碳存儲和碳排放過程的人工干預,可以改變碳存儲和碳排放的速度,從而影響作為環(huán)境參量的大氣CO2混合比例。

圖3 碳循環(huán)示意圖Fig.3 Carbon cycle diagram

從地球空間角度來看,不妨將存在大氣中的碳統(tǒng)稱為碳氣圈,存在于地表土壤和巖石中的碳統(tǒng)稱為碳殼圈,存在于地表以下的碳(比如煤炭、石油等石化資源)統(tǒng)稱為碳核圈。那么,碳從碳氣圈→碳殼圈→碳核圈的過程,即為碳存儲;反方向的運動過程即為碳排放。這樣就構(gòu)成了碳在生態(tài)地球空間的循環(huán),如圖4所示。地球生態(tài)碳循環(huán)可以分為自然生態(tài)碳循環(huán)和人工生態(tài)碳循環(huán)兩個部分。

圖4 生態(tài)地球空間的碳循環(huán)模式平面圖Fig.4 Carbon cycle model in eco-earth space

自然生態(tài)碳循環(huán)過程中,綠色植被在光合作用下從碳氣圈吸收CO2,將空氣中的碳固定在碳殼圈,碳殼圈的碳經(jīng)過地質(zhì)運動,被深埋入碳核圈,經(jīng)過生物地球化學反應(yīng),形成石化資源。這樣完成了自然生態(tài)的碳存儲過程。煤層自燃、天然氣溢出等自然作用,將會把碳從碳核圈釋放到碳氣圈;林木燃燒、腐爛等自然作用,將把碳從碳殼圈釋放到碳氣圈:這些都是自然生態(tài)的碳排放過程。在當前自然生態(tài)碳循環(huán)中,碳存儲速度快于碳排放速度,碳存儲規(guī)模大于碳排放規(guī)模。

人工生態(tài)碳循環(huán)過程中,人類大量開采碳核圈的石化資源,并燃燒石化資源向碳氣圈排出大量CO2;人類劈山開路、開墾荒地,破壞了碳殼圈,釋放出CO2。這就是人工生態(tài)碳排放過程。人類通過CCUS(CO2Capture and Using/Storage)技術(shù),將生產(chǎn)、生活、運輸?shù)冗^程產(chǎn)生的碳捕獲下來,進行二次循環(huán)利用或封存到碳核圈,這就是人工生態(tài)碳存儲過程。當前人類對石化能源依賴很強,消費很大,而碳處理技術(shù)尚不成熟,碳排放速度遠遠快于碳存儲速度,碳排放規(guī)模遠遠大于碳存儲規(guī)模。

由此可見,自然生態(tài)和人工生態(tài)兩個子系統(tǒng)內(nèi)碳循環(huán)不協(xié)調(diào),子系統(tǒng)間不均衡。因此,有必要綜合統(tǒng)籌自然生態(tài)和人工生態(tài)兩個子系統(tǒng),構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)均衡結(jié)構(gòu)。

2.3 均衡結(jié)構(gòu)

生態(tài)碳均衡就是人工生態(tài)系統(tǒng)和自然生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)間達到一種相對穩(wěn)定狀態(tài),在這種狀態(tài)下,人工生態(tài)系統(tǒng)和自然生態(tài)系統(tǒng)都能夠健康發(fā)展,任何一個系統(tǒng)的碳循環(huán)發(fā)生改變都會威脅到整個生態(tài)系統(tǒng)。因此,生態(tài)碳均衡可以從人工生態(tài)子系統(tǒng)和自然生態(tài)子系統(tǒng)兩個方面來闡述,如圖5所示。在人工生態(tài)子系統(tǒng)內(nèi),社會、經(jīng)濟、文化和制度相互作用,相互制衡,并決定人類的能源消費模式和人類向大氣的碳排放量。人工子系統(tǒng)碳循環(huán)以廢物、廢氣、廢水的形式向外排放出大量碳,通過垃圾站、污水站以及碳捕獲站等方式將碳收集起來,集中排放到自然生態(tài)子系統(tǒng)。自然生態(tài)子系統(tǒng)通過無機環(huán)境和生物群落的物理-化學作用,構(gòu)成子系統(tǒng)內(nèi)碳循環(huán),同時降解和吸收人工生態(tài)子系統(tǒng)排出的廢物、廢氣、廢水,尤其是植物通過光合作用固定大氣中的CO2,減少溫室氣體。排出人工生態(tài)子系統(tǒng)循環(huán)外多余的碳排放和自然生態(tài)子系統(tǒng)循環(huán)富余的碳存儲合在一起,就是碳中和。碳中和的結(jié)果有三種:一是碳排放量多于碳存儲量,碳中和后仍有多余的碳排放量;二是碳排放量少于碳存儲量,碳中和后仍有多余的碳存儲量;三是碳排放量與碳存儲量相當,人工生態(tài)子系統(tǒng)和自然生態(tài)子系統(tǒng)形成完全碳中和。如果生態(tài)系統(tǒng)碳中和的結(jié)果長期處于第一種情況,那么多余的碳排放量將隨時間累積起來,發(fā)揮累積效果,形成溫室效應(yīng);如果生態(tài)系統(tǒng)碳中和的結(jié)果長期處于第二種情況,那么多余的碳存儲能力將吸收以前排放的溫室氣體;如果生態(tài)系統(tǒng)碳中和的結(jié)果是第三種情況,那么生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)碳循環(huán)平衡。

圖5 自然生態(tài)和人工生態(tài)低碳均衡結(jié)構(gòu)Fig.5 Natural and artificial ecosystem carbon balance structure

在低碳均衡結(jié)構(gòu)中,人工生態(tài)子系統(tǒng)通過低碳社會、低碳經(jīng)濟、低碳文化和低碳制度改變?nèi)祟惖奈镔|(zhì)和能源消費方式,減少子系統(tǒng)的碳消耗,減少排放到自然生態(tài)系統(tǒng)中的高碳廢物、廢氣、廢水;運用CCUS技術(shù),增強子系統(tǒng)內(nèi)的碳存儲能力。自然生態(tài)子系統(tǒng)通過增加生物群落中的綠色生產(chǎn)者,增強碳吸收能力;加強環(huán)境保護和建設(shè),減少子系統(tǒng)內(nèi)的碳排放。通過對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的合理調(diào)節(jié),可以實現(xiàn)整個生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)碳均衡。

3 生態(tài)重建工程的運行模式

生態(tài)系統(tǒng)作為典型的開放系統(tǒng),在受到地震破壞后,可以通過自身動態(tài)調(diào)節(jié)達到平衡,但時間非常漫長。低碳生態(tài)重建是以低碳方式定向加速生態(tài)系統(tǒng)改善并達到生物群落和諧共存的演替過程。這種演替過程是不可逆的,但可以在關(guān)鍵環(huán)節(jié)實現(xiàn)突破性的進展,加快演替速度,縮短演替進程。

3.1 運行演化

地震打破了原有生態(tài)系統(tǒng)碳均衡結(jié)構(gòu),土壤、動植物殘骸、人類社會等排放出大量CO2,生態(tài)系統(tǒng)瞬間躍遷高碳區(qū)間振蕩。如圖6所示。在3-5年內(nèi),生態(tài)將處在高碳區(qū)間振蕩。生態(tài)系統(tǒng)與外部環(huán)境進行能量、物質(zhì)和信息的交換,系統(tǒng)內(nèi)各要素相互作用,將形成新的生態(tài)有序結(jié)構(gòu)。通過低碳技術(shù)對生態(tài)進行重構(gòu),將引導生態(tài)系統(tǒng)朝著低碳均衡方向演化,逐步形成低碳均衡生態(tài)新結(jié)構(gòu)。因此地震災后的生態(tài)恢復,是一個生態(tài)混亂程度不斷降低,系統(tǒng)熵值不斷減小的過程,需要一段較長的時間。樹木尚需十年,動物的回歸、食物鏈的修復、生態(tài)系統(tǒng)的恢復、低碳生態(tài)均衡的建立,則是一個更長久過程。發(fā)揮人類主觀能動性,開展生態(tài)低碳重建工程,將會大大縮短生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整時間,加速實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)低碳均衡結(jié)構(gòu)。

3.2 重建工程

生態(tài)重建系統(tǒng)工程就是基于現(xiàn)有的社會經(jīng)濟基礎(chǔ)及背景,充分發(fā)揮已經(jīng)確立的或潛在的社會經(jīng)濟優(yōu)勢,對災后重建過程中的社會物質(zhì)和能量投入進行統(tǒng)籌優(yōu)化,達到災區(qū)生態(tài)系統(tǒng)效果最優(yōu)化。它是以災區(qū)人類生態(tài)系統(tǒng)整體優(yōu)化為目的,通過在關(guān)鍵環(huán)節(jié)投入物資和能量,對災區(qū)

圖6 災區(qū)碳均衡時間演化圖Fig.6 The time evolution of the carbon balance in disaster area

生態(tài)系統(tǒng)和人類社會經(jīng)濟系統(tǒng)進行整理和重組,形成一種有利于人類的、良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)的過程。如圖7所示:災區(qū)的植被、動物活動、人類生產(chǎn)生活規(guī)律被地震打破,生態(tài)系統(tǒng)的CO2等溫室氣體排放量遠遠大于CO2吸收量;通過植被恢復工程、節(jié)能減排工程、城市改造工程,建設(shè)低碳生態(tài)工業(yè)、低碳生態(tài)農(nóng)業(yè)、低碳生態(tài)城市,實現(xiàn)災區(qū)生態(tài)環(huán)境、生態(tài)社會、生態(tài)制度和生態(tài)文化的重建,最終達到災區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的低碳均衡。

3.2.1 生態(tài)城市低碳化

生態(tài)城市是建立在對人與自然關(guān)系更深刻認識基礎(chǔ)上的新文化觀,是按照生態(tài)學原理建立起來的社會、經(jīng)濟、自然協(xié)調(diào)發(fā)展的新型城市關(guān)系。生態(tài)城市低碳化是市民以低碳生活為理念和行為特征、經(jīng)濟以低碳經(jīng)濟為發(fā)展模式及方向、政府公務(wù)管理以低碳社會為建設(shè)標本和藍圖的城市化進程。地震給四川帶來了巨大的破壞,災區(qū)的重建又是一次工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的過程,參與重建的政府、企業(yè)等各方單位都需要更加重視經(jīng)濟發(fā)展與資源和環(huán)境的平衡,使得新建的城鎮(zhèn)更加能夠適應(yīng)全球氣候變化的挑戰(zhàn)。

圖7 生態(tài)低碳均衡的運行模式Fig.7 Eco-low-carbon balanced mode of operation

四川廣元位于川陜甘三省交匯處,是5.12大地震的重災區(qū)之一,是明確提出低碳重建的城市。依靠豐富的天然氣資源,廣元提出了能源轉(zhuǎn)化行動,35家大中型企業(yè)的能源供應(yīng)將逐漸從煤轉(zhuǎn)化為天然氣,預計每年可減少CO2排放123萬t。到2015年,廣元九成的出租車和公交車動力能源也將采用天然氣。為增加碳匯,廣元市計劃到2015年,全市森林覆蓋率從2009年的48%增加到53%,未來的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也將向旅游業(yè)、茶產(chǎn)業(yè)、電子業(yè)等低碳產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。廣元市對污水處理重建采用了蚯蚓生物濾池,數(shù)百條經(jīng)過特殊培育的蚯蚓“清潔工”對進入濾池的污水和污泥進行生物凈化,凈化后的清水排入江河,處理后的污泥則變成了無害的蚯蚓糞,用作農(nóng)田肥料。

3.2.2 生態(tài)工業(yè)低碳化

生態(tài)工業(yè)是模擬生態(tài)系統(tǒng)的功能,建立起相當于生態(tài)系統(tǒng)的“生產(chǎn)者、消費者、還原者”的工業(yè)生態(tài)鏈,是以工業(yè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)為目標的工業(yè)模式。生態(tài)工業(yè)低碳化是在生態(tài)工業(yè)的基礎(chǔ)上,以低能耗、低污染、低排放為目標的工業(yè)生產(chǎn)模式升級,是人類社會繼農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明之后的又一次重大進步。低碳生態(tài)工業(yè)實質(zhì)是能源高效利用、清潔能源開發(fā)、追求綠色G DP的問題,核心是能源技術(shù)和減排技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和制度創(chuàng)新以及人類生存發(fā)展觀念的根本性轉(zhuǎn)變。

災區(qū)工業(yè)百廢待興,其建設(shè)成本遠低于工業(yè)發(fā)達地區(qū)。在重建過程中,應(yīng)該順應(yīng)國際產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢,大力發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)、大力發(fā)展綠色制造、大力發(fā)展低碳工業(yè),建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型工業(yè);大力發(fā)展低碳經(jīng)濟、節(jié)能與新能源產(chǎn)業(yè),加快自主創(chuàng)新步伐,推進產(chǎn)業(yè)升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整。災區(qū)政府應(yīng)該采取有力措施,積極引導災區(qū)工業(yè)走綠色發(fā)展的道路,抓好節(jié)能減排技術(shù)、綠色和氣候友好技術(shù),尤其是低碳技術(shù)的研發(fā),加快節(jié)能環(huán)保和裝備的推廣應(yīng)用。

3.2.3 生態(tài)農(nóng)業(yè)低碳化

生態(tài)農(nóng)業(yè)是指在保護、改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的前提下,遵循生態(tài)學、生態(tài)經(jīng)濟學規(guī)律,運用系統(tǒng)工程方法和現(xiàn)代科學技術(shù),集約化經(jīng)營的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式,按照生態(tài)學原理和經(jīng)濟學原理,運用現(xiàn)代科學技術(shù)成果和現(xiàn)代管理手段,以及傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的有效經(jīng)驗建立起來的,能獲得較高的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。生態(tài)農(nóng)業(yè)低碳化是在生態(tài)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)上,以低碳理念為指導思想,以低碳能源為建設(shè)動力,將傳統(tǒng)生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式提升到以低碳技術(shù)為核心的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。

在災區(qū)發(fā)展低碳生態(tài)農(nóng)業(yè),應(yīng)該開發(fā)安全優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品,并注重生態(tài)環(huán)境經(jīng)營,同時積極對農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行低碳化調(diào)整、優(yōu)化和升級。安全優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品應(yīng)該滿足國家綠色農(nóng)產(chǎn)品和有機農(nóng)產(chǎn)品的標準。有機農(nóng)產(chǎn)品不施用任何化學合成物質(zhì),綠色農(nóng)產(chǎn)品嚴禁施用高毒高殘留化肥農(nóng)藥,少用化學合成物,多用有機肥。這是從根本上解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中大量消耗化石燃料、大量排放溫室氣體的問題,是應(yīng)對氣候變化的重要途徑,對災區(qū)發(fā)展低碳生態(tài)農(nóng)業(yè)十分有利。

3.3 政策保障

生態(tài)低碳均衡模式的著眼點是人類與自然環(huán)境的和諧相處,核心是人類的可持續(xù)發(fā)展,目標是低碳均衡,本質(zhì)是應(yīng)對全球氣候變暖。在災區(qū)開展低碳均衡模式實踐,應(yīng)該結(jié)合災區(qū)生態(tài)的實際情況,長遠規(guī)劃,統(tǒng)籌安排,在尊重自然規(guī)律的前提下,堅持以自然恢復為主,人工重建為輔的原則,制定相關(guān)政策制度,保障低碳生態(tài)的實現(xiàn)。

(1)總體規(guī)劃,綜合恢復,實施低碳政策。以可持續(xù)發(fā)展思想為指導,把災區(qū)江河作為一個整體的大系統(tǒng),從自然、社會、經(jīng)濟綜合考慮低碳化進程,統(tǒng)籌安排、綜合治理、宏觀調(diào)控;建立相應(yīng)的碳匯管理和經(jīng)營體制,引導災區(qū)群眾在尊重自然的基礎(chǔ)上過低碳生活。

(2)退耕修養(yǎng),還林還草,實現(xiàn)低碳生產(chǎn)。阿壩州、山州、甘孜州、雅安、廣元等災區(qū)山多坡陡,在坡度大于25度的陡坡和水土流失嚴重的地段,應(yīng)堅決杜絕開荒,已開墾的地段應(yīng)盡快退耕還林;在綿陽、德陽、都江堰等成都平原西北部地區(qū),土壤和水利條件較好、坡度較緩、水土流失潛在威脅較小,應(yīng)實行林業(yè)和農(nóng)業(yè)綜合規(guī)劃,推行農(nóng)林復合經(jīng)營體系,實行低碳生產(chǎn)。

(3)發(fā)展林木,建管結(jié)合,構(gòu)建碳匯基地。大力發(fā)展災區(qū)林木業(yè),林木建設(shè)和管理相結(jié)合。對災區(qū),主要是盡可能多地保護現(xiàn)存森林碳庫,改變天然林的采伐機制;在無林地上營造人工林;促進次生林的天然或人工更新,并加以保護;在農(nóng)田和牧場上增種樹木,發(fā)展農(nóng)林綜合經(jīng)營系統(tǒng);擴大人工植樹造林,提高森林碳匯功能;發(fā)展速生豐產(chǎn)林,加強人工林的集約經(jīng)營、提高生產(chǎn)力、增加碳匯,增加耐久木材產(chǎn)品;開展群眾性的造林綠化,加快防護林和公益林建設(shè)。

(4)生態(tài)核算,效益補償,建立碳匯市場。盡快建立經(jīng)濟生態(tài)核算和生態(tài)效益補償制度,建立國內(nèi)碳交易市場。鑒于災區(qū)生態(tài)工程建設(shè)的長期性和全局性,通過政策、立法,在財政、稅收信貸等方面進行扶持。參與碳市場交易,按照森林生態(tài)效益的高低對經(jīng)營者實行補償,這不僅對提高經(jīng)營者經(jīng)營的積極性是有益的,同時對提高災區(qū)的生態(tài)意識,以全新的碳交易觀念評價森林都是必需的,應(yīng)盡快加以實施。

4 結(jié) 語

汶川特大地震造成災區(qū)脆弱生態(tài)系統(tǒng)的進一步破壞,通過對災區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析,發(fā)現(xiàn)災區(qū)人工生態(tài)碳循環(huán)和自然生態(tài)碳循環(huán)之間結(jié)構(gòu)失衡,表現(xiàn)出高碳化趨勢,地震加速了這種趨勢。為減緩這種趨勢,在遵循生態(tài)地球碳循環(huán)規(guī)律的基礎(chǔ)上,構(gòu)建出災后生態(tài)低碳均衡結(jié)構(gòu),并提出以自然生態(tài)的增匯和人工生態(tài)的減源作為實踐方向,從生態(tài)城市、生態(tài)工業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)三個維度實施低碳重建工程,以災區(qū)為示范,在災區(qū)實施低碳政策、開展低碳生產(chǎn)、構(gòu)建碳匯基地、建立碳匯市場,用低碳方式調(diào)節(jié)人類社會和自然的關(guān)系,促進災區(qū)生態(tài)恢復。災區(qū)生態(tài)建設(shè)的低碳均衡統(tǒng)籌模式是在災區(qū)生態(tài)重建這一特定環(huán)境下的實際應(yīng)用,對災區(qū)生態(tài)恢復重建具有指導意義,同時對全國低碳生態(tài)建設(shè)具有啟示作用。

(編輯:李 琪)

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AbstractWenchuan Earthquake destroyed the forest,grassland,farmland and wetlands and other ecological factors,and the climate,mountains,water,forests and other environmental parameters affected by the earthquake have changed in the Sichuan disaster area.The ecosystem presents the high-carbon imbalance feature.From the actual situation of the ecology in the disaster area,this paper summarizes four overall characteristics of the ecosystem-increasingof entropy,high carbonation of structure,complexityof ecology,and huge amount of system,then builds a new structure of the ecological low-carbon balance through analyzing the law of the ecological carbon cycle,establishes the postdisaster operation mode of ecological reconstruction by coordinating different traitsof the carbon cycle of the natural ecosystems and the artificial ecosystems,and puts forward low carbon policy recommendations from three aspects of the eco-city,the eco-industry and the eco-agriculture.Key words earthquake disaster;ecosystem;carbon balance;reconstruction model;overall planning

The Overall Planning Reconstruction Model of Low Carbon Ecosystem Balance in Post Sichuan Earthquake

XU Jiu-ping HE Yuan
(Research Center of Low Carbon Technology and Economy,Sichuan University,Chengdu Sichuan 610064,China)

F062.2

A

1002-2104(2010)07-0012-08

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.07.002

2010-03-06

徐玖平,博士,教授,博導,主要研究方向為系統(tǒng)工程,低碳技術(shù)。

＊國家社會科學基金重大招標課題(No.08&ZD009);教育部哲學社會科學研究重大項目(No.08JHQ0002)“;211工程”三期重點學科建設(shè)項目。