第二節??干旱影響及其脆弱性

一、干旱對自然和人類社會的影響

干旱通過改變區域環境的水文過程、地球化學過程、生理生態過程及生物關系等，對區域社會和生態系統產生了深遠影響，危及人類健康與生存、社會經濟發展、生態系統穩定，及自然資源存儲等。近幾十年，在全球氣候變化的大背景下，全球降水的不均一性增加，陸地生態系統遭受干旱事件的風險上升。同時由于人類社會的快速發展，社會水資源需求也發生增加，導致區域水資源問題及部門間水資源競爭問題惡化。干旱災害成為了對區域社會和生態系統的嚴重威脅，逐漸引發全球各界的關注。聯合國環境規劃署的危機預防與恢復局（United?Nations?Development?Programme/Burean?of?Crisis?Prevention?&?Recovery,?UNEP/BCPR）意識到全球許多地區尤其是非洲深受干旱的危害，因此若想實現針對人類發展脆弱性的全球應對策略，則一定不能忽略干旱事件的影響（UNEP/BCPR,?2003）。世界銀行（World?Bank,?WB）關注到氣候變化對極端事件產生了明顯影響，如近幾十年全球的干旱面積可能在逐漸增加，且未來氣候變化可能還會增加許多地區的干旱頻次和干旱程度，提倡積極主動進行氣候變化管理（WB,?2012）。距聯合國糧食及農業組織（Food?and?Agriculture?Organization?of?the?United?Nations,?FAO）統計，干旱對農業部門造成的危害明顯高于對其他部門。2006～2016年間干旱造成的破壞和損失中約有83%由農業承擔，其中作物和牲畜受到的影響最大，且隨干旱發生的增加而對發展中國家的糧食安全構成的威脅日益增大（FAO,?2018）。

（一）自然生態系統

干旱事件的增加和加劇，尤其是當發生在生長季期間，不僅可能直接對生態系統過程造成破壞，還可能影響生態系統的結構和功能，對區域生態系統產生長期且多樣化的影響，導致的后果包括但不限于生物量減少、碳匯下降、死亡率上升和多樣性喪失。這些干旱影響造成的后果往往隨干旱事件的頻次、持續時間和強度的增加而趨于嚴重。生態系統的凈初級生產力（Net?Primary?Productivity,?NPP）是單位時間內生態系統光合作用吸收的碳減去其呼吸作用所消耗的碳后的富余值，是衡量生態系統結構功能的重要指標，受氣候等環境因子變化的制約。在全球變化背景下，氣候變暖和大氣二氧化碳濃度上升有助于增加全球NPP。然而在21世紀初，南半球大規模的周期性區域干旱事件與總體的干旱化趨勢使當地的NPP減少。因此雖然南半球NPP僅占41%，但其下降趨勢（–18.3億噸碳/10年）抵消掉了北半球的NPP增加（12.8億噸碳/10年），使全球NPP下降，對全球糧食安全和未來生物燃料生產造成威脅（Zhao?and?Running,?2010）。位于半干旱地區的草地生態系統尤其容易受到干旱的影響，如中國內蒙古的草地生態系統NPP在干旱作用下顯著下降，而且草甸草原NPP減少得最多，典型草原次之，荒漠草原最少（Lei?et?al.,?2015）。值得注意的是，就算生態系統可以在干旱期間通過減少與生長無關的自養呼吸來使生長優先化，使總NPP維持穩定，但碳分配的不均衡化使植物在維護組織和防御組織方面的投入下降，可能轉而增加干旱過后的植物死亡率（Doughty?et?al.,?2015）。

生物多樣性是生態系統的組成豐富性和過程復雜性的基礎，是決定生態系統穩定性的重要特征之一。根據保險假說，生物多樣性更高的群落更可能包含某些在環境壓力下可存活以維持生態系統功能的物種（Yachi?and?Loreau,?1999）。因而高生物多樣性可有效抑制生態系統受到的環境擾動影響。在干旱影響下，部分地區的生態系統內壓力增加，死亡率上升。干旱致死的基本機制主要有兩種：一是當干旱發生時，碳儲量和光合作用下降，使呼吸作用和成長消耗的碳供應不足，引起碳饑餓；二是干旱發生時，蒸騰拉力超過木質部內部水柱的張力，形成氣穴現象，影響水分輸送（Mcdowell?et?al.,?2011）。最后植物因碳饑餓或缺水而死亡，且前者多發生在長持續時間的干旱下，后者多發生在高強度的干旱下。但干旱造成的植物死亡有滯后效應，加上植物自我適應和其他氣候要素的影響次序等，干旱致死機制難以評估。雖然森林生態系統的龐大根系可以通過吸收地下水和保持充足的水分來減輕生態系統對瞬時干旱的脆弱性（Teuling?et?al.,?2010），使其抗旱能力較草地生態系統高，但在大型干旱事件的壓力下，全球范圍內發生了許多樹木死亡率上升事件（Allen?et?al.,?2010;?Jordi?et?al.,?2012），尤其是淺根小樹、年齡太大的樹林、過于稠密的樹林或物種豐富度較低的樹林，對干旱響應的表現更為脆弱（Klos?et?al.,?2009;?Young?et?al.,?2017）。但是森林的干旱致死率是否普遍發生增加仍存在爭議（Steinkamp?and?Hickler,?2015）。隨著影響程度的增加或累積，干旱脅迫的相關后果可以在個體—物種—種群—生態系統等層面逐漸發生，帶來森林枯死（Sangüesa-?Barreda?et?al.,?2015）、樹冠坍塌（Matusick?et?al.,?2013）、草地退化等嚴重事件（Liu?et?al.,?2017），可能會在全球范圍內改變生態系統的結構和分布。同時生態系統的生物多樣性將受到威脅，特別是受水分條件制約的物種或生態型（Esquivel‐Muelbert?et?al.,?2017）。而如果生態系統生物多樣性下降到一定程度，則其抵抗干旱等災害的能力也可能下降（Wagg?et?al.,?2017），進而可能形成導致生態功能損失的惡性循環。另一方面，干旱事件對生態系統組成與結構起到洗牌的作用。物種間對干旱事件響應的差異將改變物種競爭的格局。

（二）農業

農業是人類社會產業中受干旱影響最為嚴重的部門之一。農業干旱影響全球的食物產量和質量，威脅糧食安全。糧食是人類社會生存的重要基礎。干旱可能難以直接對人造成傷亡，但可通過糧食不安全間接形成影響。因此對農業干旱的研究、檢查和管理也是對人類健康和生命的保障，有助于社會穩定。中國是具有悠久農耕文明歷史的農業大國，以世界7%的耕地供養世界20%的人口，同時也是世界上重要的農產品生產和消費大國。然而，中國氣候格局呈現出北方易遭旱災、南方旱澇并發的特征。大范圍的干旱災害連年頻發。干旱災害正嚴重威脅著中國糧食和生態安全，已成為制約中國社會經濟可持續發展的重要因素之一。中國西北地區位于北半球中緯度地帶，地處歐亞大陸腹地。該地區絕大部分面積處在干旱和半干旱氣候區，地表干燥。所以，西北地區空中云水資源相對稀缺，水分內外循環均不太活躍，不僅年平均降水少，而且降水的氣候波動很大，是中國最容易發生干旱災害的區域。每年干旱造成的經濟損失高達國內生產總值（Gross?Domestic?Product,?GDP）的4%～6%（張強等，2015）。東北和華北干旱化是當前所面臨最嚴重的環境問題。干旱導致可利用水資源的嚴重匱乏（馬柱國等，2003）。而上述地區多為中國主要農業生產區。因此，中國農業的氣象災害管理尤為重要（王丹丹等，2018）。

干旱災害對中國農業的糧食作物（水稻、小麥、玉米、薯類、雜糧）和經濟作物（棉花、油料作物、糖料作物、經濟林果與蔬菜）的產量與品質產生了不同程度的影響，其中對小麥和玉米的影響尤為嚴重。1978～2016年，中國農作物的年均旱災受災面積達2?267.56萬公頃，高于水災、風雹災和冷凍災的受災面積，占農作物總受災面積的52%。雖然近幾十年旱災的受災面積呈減少趨勢，但旱災的成災面積呈增加趨勢。旱災對農作物帶來的巨大消極影響不僅體現在影響面積上，還體現在造成的經濟損失量上。1978～2015年，中國各大糧食區的農作物經濟災損超萬億，其中旱災損失占比約51%，高于水災、風雹災和冷凍災造成的經濟損失。根據中華人民共和國水利部統計公布的《中國水旱災害公報（2018）》（http://www.?mwr.gov.cn/），2018年中國共有25省（自治區、直轄市）發生干旱災害，作物受災面積7?397.21千公頃，作物成災面積3?667.23千公頃，因旱糧食損失156.97億公斤，因旱直接經濟損失483.62億元。由此可見，干旱災害對中國農業影響廣泛且造成的損失巨大，對農業生產的健康發展形成阻礙。

基于農業干旱受災面積、成災面積和糧食損失的數據分析表明，中國農業旱災的空間分布還表現出地理聚集的局部空間自相關（Wang?et?al.,?2019）。北方（內蒙古自治區、吉林省、黑龍江省、遼寧省、山西省、河北省、山東省、陜西省、河南省）是主要的農業旱災聚集地，尤其是在黃河流域及其以北地區。此外，由于當地農業在過去的發展歷程中受限于水資源問題的壓力，對水資源的利用可能走過一些彎路。以黃淮海平原為例，當地的農業用水原先主要是粗放灌溉形式，而隨著水資源的日益緊張和人口增長帶來的糧食壓力（農業灌溉用水規模增加），轉而發展成地下水開采形式。但這種形式無異于飲鴆止渴。當地的地下水漏斗在遭受長期的地下水開采后嚴重擴大（Su?et?al.,?2020），使水資源壓力進一步增大。而今在宏觀規劃和科學指導下，當地農業用水發展為節水灌溉的形式，使水資源得以在可持續利用的前提下充分發揮其作用（于靜潔和吳凱，2009），同時國家的南水北調東線工程合理地緩解了受水沿線的水資源緊缺狀況（趙勇等，2002）。然而，黃淮海地區的農業用水的可持續發展仍不樂觀，旱災仍會帶來嚴重的作物損失（Wang?et?al.,?2019）。

（三）社會經濟的其他方面

干旱還影響社會經濟的其他方面，其中最直接的影響包括飲用水減少和質量下降。根據中華人民共和國水利部統計公布的《中國水旱災害公報（2018）》（http://www.mwr.gov.cn/），2018年中國因旱災導致的農村飲水困難人口達306.69萬人，多分布于西南地區、東南地區和內蒙古自治區。除了直接導致飲用水困難之外，干旱災害還間接通過降低牧場草地和飼料作物的產量對畜牧業和養殖業造成損失。干旱災害給旅游業方面帶來的影響主要有四個方面：一是影響游客旅游的體感舒適度；二是可能改變原本的自然物候規律，使與物候有關的自然文化節日提前、推遲或缺失；三是惡化與自然生態相關的旅游景觀，降低景觀價值；四是通過改變農產品產量、種類與質量安全等影響飲食文化。此外，干旱還會通過減少徑流量影響水上交通運輸和水力發電工程，通過影響水和食物來源影響人類的身體和心理健康，造成資源、經濟、人力、精神等多方面的損失。

二、干旱脆弱性及其影響因素

區域干旱脆弱性評估對當地水資源管理和抗旱防旱具有重要意義。脆弱性本質上難以定義和衡量，可理解為系統因承受災害而受到不利影響的傾向或易感性（IPCC,?2012），是對系統無法適應災害沖擊的負面影響程度的反映（Füssel?and?Klein,?2006;?Mohmmed?et?al.,?2018）。干旱脆弱性的差異可能使具有相同危險性特征的干旱事件對于不同的生態系統或群落意味著不同程度的風險（Vicente-Serrano?et?al.,?2012a）。同樣地，根據主要經濟活動和人口對長期缺水的脆弱性，干旱的影響特點在不同國家甚至在一個國家內部都有明顯的不同（Sivakumar?et?al.,?2014）。在涉及干旱脆弱性的相關研究領域，許多研究只關注脆弱性的經濟或農業因素，而忽略了健康和社會發展等其他方面。考慮到干旱對發展不均衡區域的破壞性影響，必須盡可能多地考慮各種因素。通過統計方法（如巴克邁爾等（Bachmair?et?al.,?2016））建立的干旱指數與干旱影響之間的關系可用于干旱風險評估和脆弱性評估，但在選擇相關因素時需要對研究區域有脆弱性方面的專家知識。由于干旱對不同區域自然和人力資源的影響是不同的，因此不可能確定一種適合所有區域的干旱脆弱性的衡量方法。

對于自然生態系統來說，區域的水資源狀況和植被結構類型很大程度上決定著對干旱的脆弱性。若生態系統可獲取的地表水和地下水等水資源豐富，則在同樣程度的干旱影響下可能比水資源稀缺地區的生態系統有較低的敏感性。生態系統的脆弱性可以通過其在災害和正常條件下的表現差異來表征（Van?Oijen?et?al.,?2013;?Van?Oijen?et?al.,?2014）。植被生態系統的干旱脆弱性差異具有多樣性，生態系統類型、群落、物種、密度、多樣性、樹齡，以及溫度條件和土壤條件等方面的差異均可能導致對干旱脅迫有不同的響應策略或忍耐程度，進而產生不同的干旱脆弱性表現（Choat?et?al.,?2012;?Allen?et?al.,?2015;?Gremer?et?al.,?2015;?Bottero?et?al.,?2017;?Yuan?et?al.,?2017）。植被在干旱期間的水資源獲取能力和對非干旱期間水資源的存儲能力在一定程度上影響著干旱脆弱性表現。例如，森林生態系統可以通過龐大而深的根系吸收地下水并保持充足的水分，因此對短期干旱事件的脆弱性較低（Teuling?et?al.,?2010）。而若是一個淺根系的草原生態系統，則可能對同樣的短期干旱事件有較高的脆弱性（Propastin?et?al.,?2008）。此外，同樣的承險對象面對不同危險性特征的干旱事件，如不同時間尺度、不同持續時間或不同強度的干旱，可能有不一樣的脆弱性（Deng?et?al.,?2020a）。把不同干旱特征下的脆弱性計算出來，則脆弱性隨干旱特征的變化曲線即為干旱脆弱性曲線，是進行干旱風險評估與管理等研究或工作的重要內容。

經濟社會在干旱影響下的脆弱性同樣涉及多方面要素，但由于研究領域或目的的差異，學者們對具有影響脆弱性的要素具體有哪些則存在分歧。雖然對脆弱性的具體影響要素可能有很多，但從框架體系上分析則基本是對暴露度、敏感性、應對能力或適應能力等方面的一些度量（Birkmann,?2007;?Glick?and?Stein,?2011）。需要注意區別的是，這里涉及到關于暴露度的度量，是指一些變量的暴露度特征會影響到脆弱性，而不是關于對應變量的暴露度計算，如人口增加不僅增加了暴露度，還可能會增加脆弱性。根據聯合國國際減災戰略署（United?Nations?Office?for?Disaster?Risk?Reduction,?UNISDR）提出的脆弱性框架，脆弱性的影響因子包含各種物理、社會、經濟和環境因素，而且具有個人、社區、資產和基礎設施等維度（UNISDR,?2004,?2009）。在類似框架下許多學者開展了干旱脆弱性評估研究，其脆弱性指標的選擇反映出對干旱脆弱性影響因子的理解，即影響干旱脆弱性的影響因素可主要歸類于經濟、社會、水資源管理、基礎設施等方面。有些研究還會把社會方面中與健康相關的指標單獨歸為健康一類，或把基礎設施和水資源管理方面的部分指標歸類為基礎設施與技術發展一類（Nauman?et?al.,?2014;?王鶯等，2014;?Carr?o?et?al.,?2016;?Tánago?et?al.,?2016;?Jorge?et?al.,?2017;?Naumann?et?al.,?2019）。

一般來說，經濟方面的人均GDP、人均國民總收入（Gross?National?Income,?GNI）、經濟儲備、能源使用、保險等用于反映區域的經濟能力，社會方面的人類發展指數、行政效率、機構能力、平均壽命、就業率、醫療衛生等反映區域的社會福利或保障等狀況；水資源管理方面的單位面積降水、水資源總量、灌溉面積占比、單位面積灌溉用水、灌溉設備配給、機電排灌面積等通常與較低的水資源管理壓力或較高的水資源管理效率相關。基礎設施與技術發展方面的供水基礎設施、水庫庫容、路網密度、移動手機用戶占比、互聯網服務器、單位耕地面積化肥消耗、節水灌溉設備、耐旱抗旱作物等反映與應對干旱相關的基礎設施狀況與技術能力等。這些指標的增加可降低干旱脆弱性。相反地，經濟方面的農業GDP占比、貧困率等則反映社會經濟發展或結構的相對弱點。社會方面的人口、人口密度、農業人口占比、失業率、文盲率、難民人口、孕婦死亡率、嬰幼兒死亡率等反映社會壓力狀況。水資源管理方面的總用水占水資源總量的比例、農業用水占總用水量的比例、耕地面積等通常與較高的水資源管理壓力相關。這些指標越高則干旱脆弱性可能越高。當然，這些指標中有部分對干旱脆弱性的影響還存在爭議，而且不同區域的干旱脆弱性評估可能有側重采用的指標組合。以上指標固然較為全面，但由于在開展評估工作時需要考慮指標的可獲取性和冗余性，所以用于干旱脆弱性評估工作的指標可能并沒有涵蓋影響干旱脆弱性的所有因素。