荒漠化国外研究综述论文

21世纪人类正面临着全球环境和社会可持续发展的巨大挑战。一方面人类受到不断变化的地球系统的严峻挑战；另一方面人类活动正以前所未有的幅度和速度影响着地球系统。现在人类活动正从各种尺度（局部的、区域的、全球的）改变和开发利用地球的物理、化学、生物环境。要了解人类是怎样与地球相互作用，以及人类是如何影响地球环境，就需要对地球系统有全面的了解。详细掌握地球各种作用相互影响的过程的知识，对于实现国家未来繁荣和人类发展也是必不可少的。因此，目前世界地球科学研究正从传统的地学向建立地球系统科学新的知识体系转变，地球系统已成为地球科学解决全球环境和资源问题的科学基础。研究地球系统的过程、相互作用及其动力学逐步成为地球科学研究的核心领域。当今资源和生态方面的问题已危及到了国家的安全和经济社会的可持续发展。探索利用地球系统科学的生态系统的原理和方法来管理自然环境和资源，已成为时代的需要。这就要求国土资源工作要加强地球系统科学研究，建立新的资源管理知识体系，我们在这方面的差距还相当大，加大这方面的基础性、前沿性研究，势在必行。 重大环境问题促进地球系统科学发展 地球系统是指由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈（包括人类本身）组成的一个地球整体。它包括了自地心到地球外层空间的十分广阔的范围，是一个复杂的非线性系统，其间存在着地球系统各组成部分之间的相互作用，主要是物理、化学和生物三大基本过程之间的相互作用以及人与地球系统之间的相互作用。地球系统科学的观点认为，全球变化是地球的各个组成部分——地核、地幔、岩石圈、水圈、大气圈、生物圈（包括人类社会）——之间相互作用与反馈的结果，对这些相互作用和反馈过程的科学认识需要将地球作为一个统一的动力学系统来研究。因此，要解决当代资源环境重大科学问题就需要把地球作为一个相互作用的各个组成部分或子系统组成的连续的、统一的有机整体——地球系统，并运用一般系统论的原理研究地球系统的整体行为。 从1983年美国宇航局首次提出“地球系统科学”概念到现在短短的20年中，地球系统科学已成为国际地学界和各国地学发展的主要科学目标。美国国家科学基金会地学部最近一份战略报告中明确指出：“地学的科学挑战在于了解和预测地球系统内物理子系统、生物子系统和人类子系统的基本过程及其相互作用”。日本最近拟实施的“预测地球变化”计划强调要对地球系统各种过程进行研究、观测和模拟。英国在“1994-2000年地球科学战略”中也提出它的战略目标是要了解关于地球系统过程的知识和认识。 今天，人类面临的环境问题的严重性在于它们所涉及的是人类与人类本身生命支撑系统之间的关系等一系列重大问题。越来越多的证据表明，这种关系正日趋紧张。人类自身的活动正在威胁着我们所赖以生存的环境系统。它不再只是局部的或区域的问题，而是跨越国界的全球性问题。这也是一个历史性的问题，虽然它产生于工业革命，但是，它真正引起世人的关注仅仅是最近几十年的事情。这些重大的环境问题就科学内容而言已远远超过了单一学科的范围，往往涉及大气、海洋、土壤、生物等各类环境因子，又与物理、化学和生物过程密切关联。只有从地球系统的整体研究才有可能弄清这些问题产生的原因，寻求解决的办法。理解地球系统及其子系统的变化规律，预测其未来变化趋势，才能减轻地球系统变化所产生的不利影响，减轻自然灾害及其造成的损失，提高人类对地球系统变化的适应能力，达到地球科学研究的最终目标。当前，地球系统研究更具有针对性，更加强调解决人类社会经济可持续发展面临的主要挑战，以服务于社会发展。 当代重大环境问题主要是人类不合理开发利用地球资源所造成的，其影响程度已接近自然变化，并正在继续加剧，从而可能对未来人类的生存环境产生长远的不可逆转的后果。近百年来，以全球变暖为主要特征，全球的气候与环境发生了重大的变化：水资源短缺，生态系统退化，土壤侵蚀加剧，生物多样性锐减，臭氧层耗损、大气化学成份改变，渔业产量下降等，而这些变化主要是由人类活动所造成。由于全球变化的幅度已超出了地球本身自然变化的范围，对人类的生存和社会经济的发展构成了严重的威胁。根据政府间气候变化委员会第三次评估报告的预测，未来全球将以更快的速度持续变暖。未来100年全球还将升温1．4-5．8℃，将给全球环境带来更严重的影响。假如这种态势不能得到有效遏制，地球最终将成为一个不适合人类和其它生命生存的星球。2004年美国五角大楼给美国总统布什提供了一份秘密报告，题目是《全球变化将会毁掉美国》，其核心内容是，在未来的20年里，气候变化将导致全球性的灾难，引发全球性的骚乱和核战争，会有数百万人死于全球变暖引起的战争和自然灾害中，到2020年，欧洲的主要城市将被海水淹没，英国将变成“西伯利亚”气候。因而气候变暖对世界的威胁超过了目前令美国不安的恐怖活动。气候变化不再是科学争论，而是关系到美国的国家安全。现在，连美国军方都在研究地球系统变化对国家安全的威胁，足见研究全球系统变化的意义。 地球系统科学已经解答和需要解答的问题 地球系统科学是研究地球系统在复杂的相互作用中运转的机制，地球系统变化的规律和控制这些变化的机理，从而建立全球环境变化预测的科学基础，并为对地球系统的科学管理提供依据。因此，地球系统科学是为迎接人类面临的基本生存环境问题，即全球变化挑战而兴起的基础科学，也是当今人们利用、保护环境和资源的理论基础，或知识体系。 在过去的10年，对地球系统的研究取得了重大突破，其中最为重要的成果之一，就是我们认识到地球系统已超越了至少过去50万年的自然变化范围。目前，全球环境系统正在同时发生的这些变化，其变化的幅度和速率在我们人类的历史上，甚至可能对整个地球的历史来说，都是前所未有的。目前正在发生的这些变化，实际上是人与自然之间关系的变化。它们虽然发生的时间不长，但是其影响却很深远。而且，有很多变化正在加速进行。这些变化对全球环境产生关联效应，它们还难以被发觉，通常无法预测，很多时候会突然发生。由于是人类活动造成了这些全球环境变化，因此，我们人类社会最起码要有所反应，要有针对性和有创造性地采取响应和适应策略。虽然，目前已经对有些变化采取了应对措施，但是对于绝大部分变化来说还没有这样做。如果这种状况持续下去，我们的地球最终将会变为一个不适合人类和其他生命生存的星球。 对地球系统的研究还取得了另一个重大的突破，测示出了一个甚至在20年前几乎没有预测到的、影响深远的一系列发现：地球内部的缓慢作用与海洋和大气系统的较快运动之间，存在令人惊奇的耦合关系。另外，有一些标志表明，大洋盆地外形的微细变化深深地影响着大洋的环流；构造作用的波动会造成二氧化碳循环混乱；火山爆发的频度和地震机制与地幔流体的动力学相关联；海洋和地幔间的流体循环肯定影响着火山活动的特性，甚至可能是板块构造活动的媒体。因此，搞不清这些复杂的相互作用，对全球性的各种现象就不可能实现高准确度的预测。近年来，由于人们揭示和掌握了厄尔尼诺与异常气候之间关系等各种现象之间的部分相互作用，使人们对厄尔尼诺现象的预测获得了成功。 过去10年间全球变化领域所取得的研究成果，越来越深刻地揭示了地球系统的复杂性和相互作用的本质，以及人类活动影响该系统的方式。虽然全球变化研究已经开展了大量的令人感到振奋的科学研究工作，并且取得了丰硕成果。但是，至今我们还不能确定临界阈值在哪里，我们不了解日益加剧的人类活动将是否、何时和如何推动地球系统走向并跨越临界阈值，进入地球的另一种环境状态中。我们也不知道，地球系统应该具有什么样的特征和运行模式才是一个强健的系统，能够使我们安全地实现地球的可持续发展。 目前，全球变化领域的科学研究工作已经为我们提高对地球系统的认识做出很多贡献，但是，仍然还有大量的工作要做。能否保证我们未来的可持续发展，这是一个迫在眉睫的挑战。我们有能力迎接这个挑战，但是，我们必须采取一种新的、更具活力的、综合的地球系统科学研究方法。人们希望科学研究能够提供必要的知识基础，使人类社会有能力对全球变化的问题进行充分的讨论和思考，并最终拿出解决的办法。 人类社会如何应对全球环境变化的挑战，如何适应未来可能出现的环境变化以及如何有效地利用这种变化的环境，即人类如何合理地管理“地球生命支撑系统”，以满足人类对可持续发展的追求，是21世纪初地球系统研究必须回答的问题。为此，2003年，IGBP计划正式进入第2个发展阶段。在这个阶段，全球变化科学研究在方法上强调综合与集成，在研究内容上强调跨学科以及全球可持续性，在能力建设上强调知识储备，基础建设和公众宣传。此外，该计划还强调有关全球变化研究共识，认识到全球变化必须围绕社会可持续发展中重大的环境问题，开展对地球系统的进一步研究。这对减少未来环境预测的不确定性，促进未来社会可持续发展具有不可估量的价值。 中国亟须加强全球环境变化研究 全球环境变化对我国社会经济发展的影响及对我国生态与环境的影响是显著的，多方面的和深刻的。在全球变化的影响下，我国的自然生态系统正在改变。如气候不断变暖，冰川退化、森林减少、草原退化、荒漠化面积不断增加，生物多样性减少，北方干旱化趋势增加等。中国的气候、生态、环境已发生了显著、深刻的变化。近百年来我国平均地面温度上升了0．6-0．7℃，海平面平均上升了10-20厘米，冰川面积减少了约25％，过去50年北方年降雨量减少10％，干旱化加剧，极端的天气气候事件如旱涝灾害发生的风险近20年来呈上升趋势，近50年山地灾害发生频率增加，由此造成的气象灾害损失目前达到了GDP的3-6％，是世界上经济损失最严重的国家。例如中科院植物研究所植被数量生态学开放研究实验室，对我国的气候与植被的关系进行了综合研究，使用了年均温度增加4℃，年降水量增、减少10％或所有参数不变三个可能的变化方案，模拟结果显示，我国森林植被各地带由南向北推移3至5个纬度，森林面积南增北减，但总面积减少。温带草原对全球变化反应敏感，面积有所增加，大部分由森林演变而来。温带荒漠化扩大三分之一，荒漠化进程显著。青藏高原与我国西部高山的高寒植被将大部分消失。我国面临全球气候变化的压力不断增大。国内相关研究表明，按目前的全球变暖趋势持续下去，30年后我国主要农作物（稻米、小麦、玉米）将减产5-10％，病虫害发生频率和危害程度将明显增加；水资源的短缺有加剧趋势，预计本世纪30年代，即使采取严格的节水措施，黄河流域仍将缺水200亿吨；传染病的种类和影响范围将明显扩大，一些已经绝迹的传染病又有死灰复燃的可能；我国未来海平面还将继续上升，到2030年中国沿海海平面上升幅度为1-16厘米，预计到21世纪末将达到30-70厘米。这将使许多海岸区遭受洪水泛滥的机会增大、遭受风暴影响的程度和严重性加剧，气候突变事件发生概率增加，并可能在大范围地区造成灾难性的后果。总之，全球变化对国民经济有重大影响，特别是对水资源、农业、能源、交通、人体健康等，极端天气－气候事件加剧等都与全球变化有密切的关系，了解和正确认识这些变化及未来的趋势涉及到许多重要科学问题的研究。 另一方面，在履行有关全球环境条约和外交谈判中，全球变化研究的成果可以提供科学支撑和对策，以减轻国际上日益增加的对我国的压力，维护我国的根本利益。因而全球变化的研究不但具有重大的科学意义，而且具有重大的实际应用意义。目前，我国大部分污染排放名列世界前茅且居高不下。除二氧化碳位居第二外，其他各类温室气体和气溶胶的排放均位列首位，占全球排放量的很大份额。这种状况一方面给我国生态环境带来严重影响，同时也面临着巨大的国际公约履约的压力。 今后，国际上要求发展中国家特别是像我国这样的发展中大国采取保护气候措施的压力将显著增加，我国将面临越来越多的国际履约问题。中国作为世界上第二大二氧化碳排放国和一个负责任的大国，以及从自身可持续发展的目标着眼都应做出理智的选择，采取综合的对策和积极的行动，充分利用国际上应对全球变化的机遇，在全球环境保护的进程中争取主动，实现生产和消费模式的全方位变革，以保证可持续发展目标的实现。 鉴于全球变化对人类生存和社会发展的影响深刻，这就要求人们通过改变其价值、信念、行为来对日益加强的全球环境变化的认识作出响应。为迎接上述全球性环境变化问题的挑战，国际科学界确立了全球变化研究计划。该计划旨在描述和了解控制地球系统及其演化的相互作用的物理、化学和生物过程，以及人类活动在其中所起的作用，定量估计整个地球的生物地球化学循环，为预报全球环境变化建立科学基础，增强人类对未来几十年至几百年重大全球变化的预测能力。其总的目标，就是逐步提高对包括气候在内的地球环境演变规律的认识，对未来环境发展趋势提出预测意见，为全球环境问题的宏观决策提供科学依据，为各国政府资源开发利用、环境保护和治理等方面政策的制定提供科学技术支撑，最终为世界和国家一级的环境与发展问题的决策服务。 中国地球系统科学与世界先进水平存在较大差距 过去10年，我国实施了一批全球变化研究项目，取得了大量具有国际影响的研究成果，尤其是在东亚季风环境系统的领域，已经走到了世界先进行列，提高了我国在国际全球变化研究领域的“显示度”，为国际全球变化研究做出了重要贡献，然而，整体水平与国际相比，仍然存在着一定的差距。表现在尚未形成适合国情的完善的生态与环境科技体系，未能满足国家需求，和国际先进水平相比还存在相当的差距。20年来，我国生态与环境科研基本处于被动跟踪状态，缺乏基于国情的重大生态、环境问题的基础、应用研究和关键技术开发，科研与发展相脱离，研究赶不上问题的发展速度，对新的环境问题缺少应对理论和技术储备，生态与环境科研不能有效地渗透到社会经济的各个环节，使环境保护战略缺少强有力的科学指导，技术方向难以进一步明确。这与我国的生态与环境问题的严重性以及国际大国的地位极不相符。主要问题表现在：（1）缺乏系统的基础观测数据资料，这既包括现代过程的观测资料，还包括过去气候和环境变化过程的记录数据；对于季风环境系统中大气、海洋、陆地以及人类活动的相互作用研究和综合集成研究不够深入。缺乏较完善的气候预测系统和气候系统模式。（2）生态与环境重大科学问题缺少原创性的研究。（3）缺少大跨度学科交叉系统综合研究和全球视野。（4）长期、连续、动态的基础数据积累不够。 （5）缺少具有自主知识产权的技术集成和环保成套装备。（6）对国家决策的科技支撑薄弱。 基于被动跟踪状态，缺乏较完善的生态与环境科技体系?熏我国地球系统科学研究与国际先进发达国家的差距正在处于拉大的趋势，主要表现在： 1． 许多有关地球系统研究国际前沿和热点问题在中国尚未提到日程上。 当前国际地球系统科学进入新阶段，瞄准新的高点，但国际上正在讨论和将要研究的重大前沿问题，国内很少研究。例如2003年4月，欧、美地球物理学会在法国尼斯（Nice）联合举行万人大会，讨论的热点如“显生宙的大气历史”，“地球与类地行星的岩浆发生与演化”，“大气圈与生物圈的交换：从源到汇的全面探讨”，“地幔构造与成分：地球物理与地球化学模型的协调”等，均属地球系统科学的范畴，却都是我国未进行研究的题目。 2． 重大国际计划的学术总结，往往不见我国参与。 一些有关地球系统研究国际合作计划，在实际观测和数据采集中我国曾积极参加，大力投入。但到进行学术总结时，我国学者的参与却大幅度下降。我们可以在研究计划的外圈为产生数据出力，却进入不了核心，在材料“组装”和理论探讨中却发挥不了作用。出现这些差距的原因是我国地球科学家视野狭窄，立足本国、面向全球研究的论文不多见；许多研究论文仍然停留在描述性为主的传统阶段；对地球系统科学中关键问题的理论探讨基本上仍未提到日程上来，因此使我们的研究只满足于向国际学术界输出“原料”。 3． 国土资源科学和技术发展水平与世界先进水平相比正在形成“时代”差距。 纵观世界发达国家在国土资源领域开展的研究工作，很大的一个特点是以高新技术为先导部署重大科技工作，而且已完成技术装备的现代化。根据《中国现代化报告2004》，与发达国家相比，我国现代化水平与国外的差距虽然在缩小，但仍排列在世界第60位。据此，估计我国国土资源工作现代化水平也不会高于此数。 我国国土资源科学研究处在一个非常特殊的历史阶段，在技术装备现代化还未完成的条件下，现在又面临着信息化的挑战，与发达国家在技术上正在形成“时代差”。这种差距不是战术性的，而是战略性的。根据美国地球科学发展战略部署，到2020年前后美国将在新的地学知识体系指导下，构建出真正能够反映时代特色，与高新技术发展和资源需求相适应的新的资源科技体系。 面对这种形势，必须增强忧患意识，要求我们不能再按一般发展的时序关系去思考，不能再重复发达国家走过的道路，必须走跨越式发展的道路。要充分利用当代信息技术所具有的广泛扩散性、渗透性与共享性，充分利用国家信息化建设初步形成的技术物质基础，以信息化迅速改造传统工作，大力发展具有自主知识产权和具有战略地位的关键性技术装备，构建国土资源现代化探测调查技术支撑体系。 过去10年国际地学、环境／生态学领域的著名研究机构，成果产出及其影响反映了该领域过去的发展状况和未来研究的竞争态势。在该领域的研究中，中国在拥有著名科学家的数量、著名科学机构的数量、著名机构的科学产出以及成果方面，与美国等先进国家有着较大的差距。过去20年国际地学领域有重要影响的246名著名科学家主要分布在以美国为主的10个西方发达国家，其中美国占70％，环境／生态学领域有重要影响的246名著名科学家主要分布在以美国为主的19个国家中，其中美国占67％。我国没一位科学家进入地球科学领域、环境生态领域中的前250名位置。美国科学信息研究所（ISI）（2001）根据全球近500万名科学家所发表文章在1981-1999年近20年中被同行引用的次数，按21个领域筛选出各领域前250名科学家，地学（Geosciences）领域共有248名科学家，其中2名科学家的工作单位及其国别不表，其它246名科学家分布在10个国家109个机构中，其中，美国机构65个，英国13个，法国12个，瑞士4个，加拿大4个，澳大利亚4个，荷兰2个，日本2个，德国2个，比利时1个，我国一个也没有。 抓住机遇，推动地球系统科学发展 党的“十六大”提出了2020年前全面建设小康社会的奋斗目标，把“可持续发展能力不断增强，生态与环境得到改善，资源利用率显著提高，促进人与自然的和谐，推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展之路”列为全面建设小康社会的四大目标之一。未来15年，是我国社会经济发展的重要战略机遇期，这对我国生态与环境保护和建设提出了严峻挑战。为了实现可持续发展这一基本战略和全面建设小康社会的宏伟目标，必须通过科学技术的进步，从根本上转变生产模式和消费模式，使社会、经济和环境相互协调。 生态与环境科技的发展应以可持续发展理论为指导，以解决我国生态与环境中的重大问题和改善生态与环境质量为基本出发点，以转变不可持续的发展方式为主线，把生态与环境保护融入社会经济发展的各个环节。通过自主创新与综合集成研究，建立与全面建设小康社会和适合我国国情的生态与环境科学理论和技术体系，为提高资源利用率和利用效益，降低污染物排放量，减少环境健康风险，提高生态与环境宏观决策水平，增强可持续发展能力，实现生态系统良性循环，适应全球变化的趋势，逐步建立循环经济导向的可持续发展模式提供科技支撑，并造就一批具有国际影响的生态与环境领域的科研队伍。 未来10年，我国可持续发展将面临一系列严峻挑战，既要处理好人口、资源、环境等领域长期积累的问题，又要解决在发展过程中出现的新问题。其中国家发展的需求和地球科学研究重大跨越的时代背景，为响应国际全球变化研究科学管理和维护地球生命支撑系统的研究目标，满足人类社会对可持续发展的追求，我国理当顺应国际全球变化科学和可持续发展科学的最新研究方向，在中国积极开展全球变化和可持续发展研究。特别是地球系统研究对中国未来发展具有现实意义，对地球系统的未来恐怕会产生独特的影响。这是一片承受着巨大压力，但又充满无限希望的土地。它人口众多，经济持续快速发展，而这些正是引起全球变化的其中两个因素。这片土地的历史是那么辉煌，文化是那么灿烂，人民又是那么生气勃勃。中国自古以来就被视为一个富于进取心和改革意识的国家，它已经成为亚洲发展的动力源泉，而亚洲地区在确定人类与环境之间关系的问题上，最终很可能要起决定性的作用。相信在地球系统科学的征途上，中国的学术界将在国内迎来新的春天，为国际地球系统科学发展做出新的贡献。因此，我国应当不失时机、及早部署，为此建议： 1． 加强地球系统科学的核心理论研究，但不能只是追随国外走向，我国的地球科学长期以现象和记录为对象，难以进入国际地球系统合作研究的核心。只有在取得高质量记录的同时，有目的地开展现代过程观测与试验，积极推进理论模型的数值模拟工作，才能从现象描述推进到机理探索，切实开展核心理论研究。另外，必须分析我国独特的自然条件，根据实际的研究力量和科学积累，选择有突破前景的重大课题，通过记录、模型与观测三结合，实现既有本国特色又与国际接轨的全国和长期性的大型研究计划。建议实施“中国宏观自然环境格局及其演变趋势”项目，把青藏高原、季风气候、边缘海盆等一系列既具中国特点，又是全球重大环境特色的内在联系、形成机理与演变方向，进行系统研究，而不只是分别参与国际合作；这一操作一旦实现，必将在基础理论和实际应用两方面取得突破性成果。此外前新生代的全球变化，国外主要依靠稳定同位素分析推测大气与海水的演化，而我国具有澄江、热河等化石群特殊保存条件的优势，应当通过古生物宝库与地层的地球化学分析相结合，探索古代“冰室期”与“暖室期”转换以及生命演化等重大问题，力争有重大突破。 2．要瞄准地球系统科学的核心问题，开展追踪过程、探索机理的研究。 我国应采取强有力的措施，组织微生物学、有机地球化学等方面的力量，在地球微生物学、演化基因组学等方面参加国际新前沿的研究。鉴于目前该交叉领域在国际尚属起步阶段，我国应一方面促进两大学科的联合交流、讨论，另一方面建立相应的新型实验室和研究机构，并及早招募力量，着手筹建。 3．组织中国的“地球系统科学”系列，出版反映科学前沿的综述文集或专辑，举办地球系统科学讲座，推动国内的学科交叉。 4． 集中财力大力建设国家地球系统科学科技基础条件平台，为地球系统科学科技人员提供完全或部分共享的地球系统科学科技信息。