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如何优化青藏高原生态安全屏障
发布时间： 2024-04-11
2023年9月1日，《中华人民共和国青藏高原生态保护法》正式施行。国家为什么要出台专门的法律来保护青藏高原的生态环境？

青藏高原位于我国西南部，包括西藏和青海两省区全部，以及四川、云南、甘肃和新疆四省区部分地区，总面积约260万平方公里，大部分地区海拔超过4000米。青藏高原被誉为“世界屋脊”、“亚洲水塔”，是我国乃至全球重要的生态安全屏障区。
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图1. 青藏高原冰川-湖泊-草地，图源：VCG

青藏高原生态屏障区是2011年发布的全国“两屏三带”生态安全战略布局的重要组成部分，同时作为“三区四带”之一纳入《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划（2021-2035年）》。

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图2. “两屏三带”。两屏三带是我国构筑的生态安全战略，指青藏高原生态屏障、黄土高原-川滇生态屏障、东北森林带、北方防沙带、南方丘陵山地带，图源：光明日报 
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图3. “三区四带”。三区四带指围绕青藏高原生态屏障区、黄河重点生态区、长江重点生态区、北方防沙带、东北森林带、南方丘陵山地带、海岸带进行重大工程布局，图源：冯起等2022

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 01 青藏高原生态安全屏障的主要功能是什么？

青藏高原生态安全屏障的主要功能包括水源涵养、固碳、气候调节、生物多样性保护等重要的生态功能。

水源涵养 青藏高原是世界上除了南北极以外淡水储存最多的区域，是全球40%人口的水源地。青藏高原是世界上河流发育最多的区域，是长江、黄河等10多条亚洲大江大河的发源地，被誉为“亚洲水塔”。

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图4. 通天河辫状水系，图源：VCG‍‍

青藏高原水资源量超过中国水资源总量的五分之一，其丰沛的水量构成了我国水资源安全重要的战略基地，同时，也对我国未来水资源安全和能源安全起着重要的保障作用。   

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图5. 亚洲水塔，图源：第二次青藏科考队

固碳 青藏高原的森林、湿地、草原等生态系统对全球碳循环具有重要作用。通过野外观测与研究发现，青藏高原主要生态系统在碳循环中均表现为碳固定大于碳释放，整个青藏高原碳积累总量中森林生态系统的贡献最大，其次是高寒草甸。

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图6. 藏区草原，图源：VCG

此外，青藏高原分布环北极地区以外最大范围的多年冻土，有地球“第三极”之称。多年冻土面积达140万平方公里，封存了大量温室气体。因此，青藏高原作为重要的碳汇，影响着区域和全球气候变化。

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图7. 青藏高原生态系统，图源：第二次青藏科考队

气候调节青藏高原地势高峻，东西横跨超过3000公里，南北纵长超过1500公里，面积广大，是大气环流、季风及近地面气流的巨大障碍，影响青藏高原及其周边区域的降水、温度等。

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图8. 念青唐古拉山的地球系统景观，图源：VCG
青藏高原上的积雪、冰川、冻土、植被、土地利用的变化也对气候产生重要影响。如大量的积雪覆盖表现出较高的反照率，春夏季冰雪消融吸热不但有降温的功能，而且调节区域尺度的大气环流变化。植被覆盖的变化能够改变地表能量和水分平衡过程。

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图9. 青藏高原对全球气候影响示意图，图源：第二次青藏科考队
生物多样性保护 青藏高原物种丰富、特有物种和珍稀濒危物种数量多，在世界生物多样性版图中占有重要地位，被称为“物种基因库”，是研究环境变迁与生命演化的“天然实验室”。

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图10. 可可西里野牦牛，图源：VCG

青藏高原分布有高等植物13000余种、陆栖脊椎动物1047种，其中包括藏羚羊、野牦牛等国家一级保护动物38种。青藏高原是全球生物多样性保护的25个热点地区之一，尤其是高寒特有生物多样性保护的重要区域。

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 02 青藏高原生态安全屏障面临的挑战有哪些？

过去 50年间，青藏高原气候变化的暖湿化特征明显，变暖超过全球同期平均升温率的 2 倍。此外，人口数量增长、放牧超载、道路建设等人类活动压力不断增加。

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图11. 密集的羊群在牧场，图源：VCG

气候变暖与人类活动双重胁迫下，青藏高原生态屏障强烈变化，影响域内域外生态安全。例如，随着气温升高、冰川融化，造成亚洲水塔失衡；随着人类活动的影响、环境的破坏，生物多样性的减少等。目前，青藏高原生态安全屏障面临着很多挑战。

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图12. 青藏高原生态安全屏障面临变化环境严峻挑战，图源：第二次青藏科考队

冰川退缩青藏高原是世界上山地冰川最多的地区，在气候变暖背景下，青藏高原冰川自20世纪90年代以来呈全面、加速退缩趋势。冰川消融引发了冰川退缩、湖泊扩张、径流增加等问题，易引发冰崩、冰湖溃决、冰川泥石流等灾害，导致水灾害，水资源、水安全面临前所未有的风险与挑战。

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图13. 强力融化的冰川，图源：VCG

冻土融化气候持续“暖湿化”加剧了冻土面积萎缩，在年均升温 0.052℃ 情景下，50 年后青藏高原冻土面积将缩小 13.5%，100 年后将缩小 46%。随着气温升高与冻土退化，原本冻结在多年冻土层中的土壤有机碳，通过微生物分解以二氧化碳、甲烷等形式释放到大气当中，这些温室气体反馈到大气进一步加剧气温升高与冻土退化，形成冻土-气候的正反馈效应。冻土的活动层加深，增加了其不稳定性，对生态系统特别是草甸、草原和多年冻土区的生态系统产生了重要的影响，也给工程建设带来了危害。

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图14. 那曲地区的冰缘地貌景观，图源：VCG

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图15. 不同排放情景下未来青藏高原融化冻土有机碳的变化预测，图源：第二次青藏科考队

土地退化青藏高原生态系统脆弱，高寒干旱荒漠与稀疏植被占 34.9%，土地沙化、水土流失、冻融侵蚀严重，冻融侵蚀极敏感区面积占全国总量 84.9%。风蚀、水蚀和石漠化极敏感区面积分别占全国 7.4%、18.7% 和 18.0%。

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图16. 河流侵蚀下的地貌景观，水体浑浊，图源：VCG

青藏高原中度以上水土流失面积 46万平方公里，其中极重度以上占中度以上水土流失面积占 19.2%，主要分布在青藏高原东南高山峡谷地区。青藏高原中度以上沙化土地面积 46.9万平方公里，主要分布青藏高原西北干旱地区，特别是羌塘高原和柴达木盆地周边地区。青藏高原中度以上石漠化面积 4267平方公里，主要发生在东南部喀斯特地区。 

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图17. 喜马拉雅山日喀则附近贫瘠的草地，图源：VCG

生物多样性受到威胁 不合理的放牧和全球变暖引起部分地区的植被退化趋势增强，青藏高原草地原生植物群落物种减少，出现大量杂类草植物和毒草类植物。由于过度捕捞使得青藏高原动物如青海湖裸鲤资源量大幅下降。道路、草原围栏、放牧和人类定居点等现代人类活动导致野生动物栖息地破碎化比较严重。受跨境口岸生物入侵、非理性放生、引种、物流等因素引入的外来物种影响，青藏高原本土生物多样性面临风险，全球重大外来入侵种，如草地贪夜蛾、福寿螺、红火蚁等已在青藏高原造成巨大危害；并且，青藏高原已检测到红耳龟、牛蛙等恶性外来种的分布。 

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图18. 青海湖大群的青海湖裸鲤，别名湟鱼，图源：VCG

自然灾害 青藏高原上自然环境复杂，气候差异显著，地貌类型多样，冰川过程，地壳隆升和河流下切作用强烈，自然灾害类型多样，如滑坡、泥石流、洪水、冰崩、雪崩、冰湖溃决等，且受灾区域范围广大、突发性强、破坏严重、链式效应明显，使青藏高原成为我国自然灾害类型最多的地区之一。   

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图19. 西藏林芝察隅县察瓦龙乡著名的G219国道丙察察路段大流沙塌方体，图源：VCG

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 03 青藏高原生态安全屏障体系如何优化？

生态安全屏障体系包括重要生态功能区、国家公园群、自然保护地、重大生态修复工程区和生态脆弱区。第二次青藏科考队在青藏高原生态安全屏障体系优化方面取得了系列科学认识，并实施了具体举措。

1.构建以国家公园为主体的自然保护地体系
以青藏高原国家公园和自然保护区为重点科考对象，分析了现有自然保护地管理存在的问题，识别了保护优先格局，评估了自然保护地建设成效。目前，青藏高原生物多样性丰富地区主要分布在东南部，但自然保护地主要分布在中西部，生物多样性保护存在较大空缺。此外，54% 的自然保护地存在部分空间重叠，因此，需要合理调整和优化自然保护地空间范围，实现对青藏高原生物多样性有效保护。   

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图20. 青藏高原重点保护物种丰富度空间分布与自然保护区分布，图源：第二次青藏科考队

第二次青藏科考队从保护需求和科学角度出发，制定自然保护地重要保护对象的筛选标准，提出青藏高原现有自然保护地体系优化和空间布局的原则，编制青藏高原自然保护地体系的优化方案。青藏高原自然保护地体系优化主要考虑了优先保护生态系统、重点保护野生动植物物种、重要生态系统服务、自然景观与自然遗迹等4大方面，并根据青藏高原生态保护的需求以及4大类型各自特点，构建了优先保护生态系统、重点保护野生动植物物种、重要生态系统服务、自然景观与自然遗迹等的筛选标准。通过筛选和现状分析，根据青藏高原生态保护的需求，提出了对青藏高原现有自然保护地体系优化和空间布局的原则。  

通过青藏高原自然保护地体系优化，形成以国家公园为主体的自然保护地体系，使青藏高原重要自然生态系统的原真性、完整性得到有效保护，促进生态环境治理体系和治理能力现代化，保障青藏高原及周边更大区域范围内的生态安全，实现人与自然和谐共生。到2035年，建立以国家公园为主体的自然保护地体系，自然保护地总面积占44%，其中国家公园建立13个左右，占青藏高原面积的24%；自然保护区建立200个左右，占青藏高原面积的16%；自然公园约250个，约占青藏高原面积的4%。

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图21. 青藏高原自然保护地空间布局，图源：第二次青藏科考队
第二次青藏科考队提出青藏高原国家公园群总体布局科学方案。青藏高原国家公园群由13个国家公园构成，土地面积57万平方公里，占自然保护地体系覆盖面积一半左右，囊括了青藏高原最重要的生态功能区。13个国家公园划分为跨国国家公园、一级国家公园与二级国家公园，具体可以划分为全面协调型、优势发展型、一般发展型和一般滞后型四种，空间上可以形成“两带、五圈、3+X主题线路”的空间组织模式。三江源、大熊猫、珠峰、帕米尔-昆仑山、雅鲁藏布大峡谷、羌塘、冈仁波齐、祁连山等国家公园备选地的综合价值指数相对较高，各备选区呈现出不同的价值特征，并在大尺度上呈现出典型的区域性特征。   
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图22. 青藏高原国家公园群总体布局科学方案，图源：第二次青藏科考队
2.青藏高原生态工程建设与修复体系
以五个地理单元重大生态工程为重点科考对象，建立对重大工程实施区域的生态格局-功能-驱动力变化规律的科学认识，追踪青藏高原全域重大生态工程的实施轨迹，阐明高寒生态系统自我维持机制与生态工程布局-规模-时限的关系等关键科学问题，科学认知青藏高原重大生态工程的建设成效，为形成筑牢青藏高原生态安全屏障的总体优化方案提供重要支撑。针对青藏高原典型生态工程面积分布不清、建设时间不详等问题，开展了林草生态工程时空格局信息提取研究，成功运用于雅江中游人工林建植时空信息探测、西藏草地围栏工程面积统计，典型林草生态工程边界提取结果精度高于82%。   

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图23. 纳木错草地，图源：VCG
第二次青藏科考队建立和开发了青藏高原重大生态工程评估综合数据库及监测平台，查明了近三十年来青藏高原重大生态工程实施的时空格局。目前，青藏高原重大生态工程的实施面积已经达到82.5万平方公里，是我国乃至全球实施生态保护规模最大的自然地域单元之一。主要实施工程有：1）草地生态保护与建设工程。截至 2018 年，退牧还草工程累计实施总面积达到 25.0万平方公里以上，鼠虫害治理工程实施总面积达到 20.1万平方公里。2）林地生态保护与建设工程。截至 2018年，人工造林工程实施总面积达到 1.85万平方公里，天然林保护工程实施总面积达到 1.13万平方公里。3）水土流失综合治理工程。近 30 年小流域水土流失综合治理工程实施总面积达到 7400平方公里。4）沙化土地治理工程。截至 2018 年，青藏高原沙化土地治理工程实施总面积达到 6400平方公里。

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图24. 青藏高原重点保护与建设工程实施分布图，图源：第二次青藏科考队
青藏高原重大生态工程建设正在有序开展，在优化生态系统格局、增强生态系统服务功能、提高生态系统质量和改善区域生态环境方面起到了重要的作用，综合的生态和环境效益正在逐步显现。近三十年来，草地退化的趋势总体得到初步遏制，工程实施对草地覆盖度的提高产生了直接的正面作用，但高寒草地的天然特性决定了群落覆盖度提高幅度有限，不同区域变化差异明显；区域水土保持能力增加，沙化面积也略有减少，林草复合措施固沙效果好，雅江河谷景观生态改善，黑土滩建植后草地生产力迅速增加，生态恢复效果明显；水源涵养、固碳能力逐步提升，保护区野生动植物种群呈现恢复性增长，珍稀野生动物种群增加显著。

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图25.桃花季的雅鲁藏布江‍‍，图源：VCG

评估结果表明工程措施对区域生态恢复产生了正面影响，生态系统退化态势得到了进一步遏制，生态安全屏障功能总体稳定向好。  

3.青藏高原生态安全屏障功能评估与优化
第二次青藏科考队以格局识别-功能评价-可持续管理为研究主线，开展青藏高原生态安全屏障体系优化研究。在生态安全屏障格局方面：青藏高原植被是高海拔地区快速气候变暖的指示器与记录载体，阐明青藏高原植被变化的动力机制，可以为青藏高原生态安全屏障优化提供明确的环境约束条件和空间位置指引。首次全景展现了绵延2400公里的喜马拉雅山脉高山树线分布图，揭示了人类活动是导致喜马拉雅中部树线分布偏离全球树线等温线的关键驱动力，而干旱和人类活动则是导致西部树线偏离的主要因素。

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图26. 喜马拉雅高山树线全景图，图源：第二次青藏科考队

系统总结了30余年以来青藏高原植被物候变化的空间格局，发现生长季开始日在1982-1999年间提前9.4±2.2天，在2000-2020间提前8.3±2.0天，生长季结束日在2000-2020间推后8.2±1.9天，这一速度明显高于其他北半球中高纬度地区，主要是由于青藏高原所经历了比同纬度低海拔地区更快的气候变暖和更高的气候敏感性所致。   

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图27. 青藏高原植物物候变化，图源：第二次青藏科考队

在碳汇功能方面，建立了覆盖青藏高原全域的植被和土壤碳储量数据库，采用深度学习方法评估表明，青藏高原植被碳储量为2.4Pg C，0-1m的土壤碳储量为32.0 Pg C；基于超高分辨率的模型，系统评估青藏高原近年新增的大气二氧化碳浓度观测站对反演估算中国陆地生态系统碳汇的贡献发现，由于青藏高原东南缘的香格里拉观测站所处地形复杂和季节性风向变化的原因，以往研究在全球反演模式中采用这一站点导致了年均2ppm的代表性偏差，进而导致严重高估我国陆地生态系统碳汇约0.5 PgC/yr。  

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图28. 青藏高原不同碳库空间分布及三种主要植被类型碳库，图源：第二次青藏科考队
在产水功能方面：评估青藏高原生态系统水源涵养量为99毫米/年或2560亿立方米/年，内流湖泊区、金沙江、外流河、祁连山等流域/区域水源涵养量全部升高，但怒江流域水源涵养量有所降低。

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图29.金沙江汹涌的水流，图源：VCG
预测城市人口变化发现，未来青藏高原周边及其中下游地区将有23个人口在一百万以上的大城市面临水资源短缺问题，占全球缺水大城市总数的7.9%；未来全球最可能面临水资源短缺的16个大城市中，有12个位于青藏高原周边及其中下游地区。这表明青藏高原在全球城市水资源安全和可持续发展中将扮演日益重要的角色。 
在高寒草地可持续管理方面，发现短期围栏有助于牧草的再生、防止草地进一步退化，长期围栏反而会使物种多样性、群落密度降低，不利于土壤养分的积累；围栏限制了野生动物的活动，导致野生动物活动范围逐渐缩小、栖息地碎片化和迁徙隔离，不利于基因交换和种群优化；提出高寒草地优化管理的分类-统筹-协作框架，从而促进SDG1(无贫穷)、SDG2(零饥饿)、SDG3(良好的健康与福祉)、SDG4(优质教育)、SDG13(应对气候变化)和SDG15(陆地生物)的实现。
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图30. 高寒草地可持续管理框架，图源：第二次青藏科考队

第二次青藏科考队系统阐述了青藏高原生态安全屏障状况，提出了其生态保护对策，为保护青藏高原生态安全屏障功能提供科学依据和政策建议。

参考文献：

Chen, H., Ju, P., Zhu, Q., Xu, X., Wu, N., Gao, Y., Feng, X., Tian, J., Niu, S., Zhang, Y. and Peng, C., 2022. Carbon and nitrogen cycling on the Qinghai–Tibetan Plateau. Nature Reviews Earth & Environment, 3(10), pp.701-716.

Feijó, A., Ge, D., Wen, Z., Cheng, J., Xia, L., Patterson, B.D. and Yang, Q., 2022. Mammalian diversification bursts and biotic turnovers are synchronous with Cenozoic geoclimatic events in Asia. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(49), p.e2207845119.

Feng, Y., Li, G., Li, J., Sun, X. and Wu, D., 2021. Community stewardship of China’s national parks. Science, 374(6565), pp.268-269.

He, C., Liu, Z., Wu, J., Pan, X., Fang, Z., Li, J. and Bryan, B.A., 2021. Future global urban water scarcity and potential solutions. Nature Communications, 12(1), p.4667.

Shen, M., Wang, S., Jiang, N., Sun, J., Cao, R., Ling, X., Fang, B., Zhang, L., Zhang, L., Xu, X. and Lv, W., 2022. Plant phenology changes and drivers on the Qinghai–Tibetan Plateau. Nature Reviews Earth & Environment, 3(10), pp.633-651.

Sun, J., Fu, B., Zhao, W., Liu, S., Liu, G., Zhou, H., Shao, X., Chen, Y., Zhang, Y. and Deng, Y., 2021. Optimizing grazing exclusion practices to achieve Goal 15 of the sustainable development goals in the Tibetan Plateau. Science Bulletin, 66(15), pp.1493-1496.

Sun, J., Liu, M., Fu, B., Kemp, D., Zhao, W., Liu, G., Han, G., Wilkes, A., Lu, X., Chen, Y. and Cheng, G., 2020. Reconsidering the efficiency of grazing exclusion using fences on the Tibetan Plateau. Science Bulletin, 65(16), pp.1405-1414.    

Sun, J., Liang, E., Barrio, I.C., Chen, J., Wang, J. and Fu, B., 2021. Fences undermine biodiversity targets. Science, 374(6565), pp.269-269.

Wang, T., Yang, D., Yang, Y., Piao, S., Li, X., Cheng, G. and Fu, B., 2020. Permafrost thawing puts the frozen carbon at risk over the Tibetan Plateau. Science Advances, 6(19), p.eaaz3513.

Wang, X., Wang, T., Xu, J., Shen, Z., Yang, Y., Chen, A., Wang, S., Liang, E. and Piao, S., 2022. Enhanced habitat loss of the Himalayan endemic flora driven by warming-forced upslope tree expansion. Nature Ecology & Evolution, 6(7), pp.890-899.

Wang, Y., Wang, X., Wang, K., Chevallier, F., Zhu, D., Lian, J., He, Y., Tian, H., Li, J., Zhu, J., Jeong, S. and Canadell, J., 2022. The size of the land carbon sink in China. Nature, 603 (7901): E7-E9.

Wei, D., Qi, Y., Ma, Y., Wang, X., Ma, W., Gao, T., Huang, L., Zhao, H., Zhang, J. and Wang, X., 2021. Plant uptake of CO2 outpaces losses from permafrost and plant respiration on the Tibetan Plateau. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(33), p.e2015283118.

Wei, D., Zhang, Y., Gao, T., Wang, L. and Wang, X., 2021. Reply to Song and Wang: Terrestrial CO2 sink dominates net ecosystem carbon balance of the Tibetan Plateau. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(46), p.e2116631118.

Wei, D., Zhao, H., Wang, X., Gao, Y. and Wang, X., 2022. Reply to Ma and Zuo: Ecological restoration on the Tibetan Plateau would benefit terrestrial CO 2 uptake. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(5), p.e2121009119.

Yao, T., Bolch, T., Chen, D., Gao, J., Immerzeel, W., Piao, S., Su, F., Thompson, L., Wada, Y., Wang, L. and Wang, T., 2022. The imbalance of the Asian water tower. Nature Reviews Earth & Environment, 3(10), pp.618-632.

傅伯杰,欧阳志云,施鹏等.青藏高原生态安全屏障状况与保护对策.中国科学院院刊,2021,36(11):1298-1306.

冯起, 白光祖, 李宗省, 王宝, 陈丽娟, 王鹏龙, 鱼腾飞, 孟鸿飞, 刘文, 陆志翔, 宁婷婷, 张成琦, 朱猛. 加快构建西北地区生态保护新格局. 中国科学院院刊, 2022, 37(10): 1457-1470

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如何优化青藏高原生态安全屏障
发布时间： 2024-04-11
2023年9月1日，《中华人民共和国青藏高原生态保护法》正式施行。国家为什么要出台专门的法律来保护青藏高原的生态环境？

青藏高原位于我国西南部，包括西藏和青海两省区全部，以及四川、云南、甘肃和新疆四省区部分地区，总面积约260万平方公里，大部分地区海拔超过4000米。青藏高原被誉为“世界屋脊”、“亚洲水塔”，是我国乃至全球重要的生态安全屏障区。
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图1. 青藏高原冰川-湖泊-草地，图源：VCG

青藏高原生态屏障区是2011年发布的全国“两屏三带”生态安全战略布局的重要组成部分，同时作为“三区四带”之一纳入《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划（2021-2035年）》。

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图2. “两屏三带”。两屏三带是我国构筑的生态安全战略，指青藏高原生态屏障、黄土高原-川滇生态屏障、东北森林带、北方防沙带、南方丘陵山地带，图源：光明日报 
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图3. “三区四带”。三区四带指围绕青藏高原生态屏障区、黄河重点生态区、长江重点生态区、北方防沙带、东北森林带、南方丘陵山地带、海岸带进行重大工程布局，图源：冯起等2022

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 01 青藏高原生态安全屏障的主要功能是什么？

青藏高原生态安全屏障的主要功能包括水源涵养、固碳、气候调节、生物多样性保护等重要的生态功能。

水源涵养 青藏高原是世界上除了南北极以外淡水储存最多的区域，是全球40%人口的水源地。青藏高原是世界上河流发育最多的区域，是长江、黄河等10多条亚洲大江大河的发源地，被誉为“亚洲水塔”。

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图4. 通天河辫状水系，图源：VCG‍‍

青藏高原水资源量超过中国水资源总量的五分之一，其丰沛的水量构成了我国水资源安全重要的战略基地，同时，也对我国未来水资源安全和能源安全起着重要的保障作用。   

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图5. 亚洲水塔，图源：第二次青藏科考队

固碳 青藏高原的森林、湿地、草原等生态系统对全球碳循环具有重要作用。通过野外观测与研究发现，青藏高原主要生态系统在碳循环中均表现为碳固定大于碳释放，整个青藏高原碳积累总量中森林生态系统的贡献最大，其次是高寒草甸。

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图6. 藏区草原，图源：VCG

此外，青藏高原分布环北极地区以外最大范围的多年冻土，有地球“第三极”之称。多年冻土面积达140万平方公里，封存了大量温室气体。因此，青藏高原作为重要的碳汇，影响着区域和全球气候变化。

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图7. 青藏高原生态系统，图源：第二次青藏科考队

气候调节青藏高原地势高峻，东西横跨超过3000公里，南北纵长超过1500公里，面积广大，是大气环流、季风及近地面气流的巨大障碍，影响青藏高原及其周边区域的降水、温度等。

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图8. 念青唐古拉山的地球系统景观，图源：VCG
青藏高原上的积雪、冰川、冻土、植被、土地利用的变化也对气候产生重要影响。如大量的积雪覆盖表现出较高的反照率，春夏季冰雪消融吸热不但有降温的功能，而且调节区域尺度的大气环流变化。植被覆盖的变化能够改变地表能量和水分平衡过程。

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图9. 青藏高原对全球气候影响示意图，图源：第二次青藏科考队
生物多样性保护 青藏高原物种丰富、特有物种和珍稀濒危物种数量多，在世界生物多样性版图中占有重要地位，被称为“物种基因库”，是研究环境变迁与生命演化的“天然实验室”。

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图10. 可可西里野牦牛，图源：VCG

青藏高原分布有高等植物13000余种、陆栖脊椎动物1047种，其中包括藏羚羊、野牦牛等国家一级保护动物38种。青藏高原是全球生物多样性保护的25个热点地区之一，尤其是高寒特有生物多样性保护的重要区域。

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 02 青藏高原生态安全屏障面临的挑战有哪些？

过去 50年间，青藏高原气候变化的暖湿化特征明显，变暖超过全球同期平均升温率的 2 倍。此外，人口数量增长、放牧超载、道路建设等人类活动压力不断增加。

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图11. 密集的羊群在牧场，图源：VCG

气候变暖与人类活动双重胁迫下，青藏高原生态屏障强烈变化，影响域内域外生态安全。例如，随着气温升高、冰川融化，造成亚洲水塔失衡；随着人类活动的影响、环境的破坏，生物多样性的减少等。目前，青藏高原生态安全屏障面临着很多挑战。

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图12. 青藏高原生态安全屏障面临变化环境严峻挑战，图源：第二次青藏科考队

冰川退缩青藏高原是世界上山地冰川最多的地区，在气候变暖背景下，青藏高原冰川自20世纪90年代以来呈全面、加速退缩趋势。冰川消融引发了冰川退缩、湖泊扩张、径流增加等问题，易引发冰崩、冰湖溃决、冰川泥石流等灾害，导致水灾害，水资源、水安全面临前所未有的风险与挑战。

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图13. 强力融化的冰川，图源：VCG

冻土融化气候持续“暖湿化”加剧了冻土面积萎缩，在年均升温 0.052℃ 情景下，50 年后青藏高原冻土面积将缩小 13.5%，100 年后将缩小 46%。随着气温升高与冻土退化，原本冻结在多年冻土层中的土壤有机碳，通过微生物分解以二氧化碳、甲烷等形式释放到大气当中，这些温室气体反馈到大气进一步加剧气温升高与冻土退化，形成冻土-气候的正反馈效应。冻土的活动层加深，增加了其不稳定性，对生态系统特别是草甸、草原和多年冻土区的生态系统产生了重要的影响，也给工程建设带来了危害。

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图14. 那曲地区的冰缘地貌景观，图源：VCG

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图15. 不同排放情景下未来青藏高原融化冻土有机碳的变化预测，图源：第二次青藏科考队

土地退化青藏高原生态系统脆弱，高寒干旱荒漠与稀疏植被占 34.9%，土地沙化、水土流失、冻融侵蚀严重，冻融侵蚀极敏感区面积占全国总量 84.9%。风蚀、水蚀和石漠化极敏感区面积分别占全国 7.4%、18.7% 和 18.0%。

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图16. 河流侵蚀下的地貌景观，水体浑浊，图源：VCG

青藏高原中度以上水土流失面积 46万平方公里，其中极重度以上占中度以上水土流失面积占 19.2%，主要分布在青藏高原东南高山峡谷地区。青藏高原中度以上沙化土地面积 46.9万平方公里，主要分布青藏高原西北干旱地区，特别是羌塘高原和柴达木盆地周边地区。青藏高原中度以上石漠化面积 4267平方公里，主要发生在东南部喀斯特地区。 

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图17. 喜马拉雅山日喀则附近贫瘠的草地，图源：VCG

生物多样性受到威胁 不合理的放牧和全球变暖引起部分地区的植被退化趋势增强，青藏高原草地原生植物群落物种减少，出现大量杂类草植物和毒草类植物。由于过度捕捞使得青藏高原动物如青海湖裸鲤资源量大幅下降。道路、草原围栏、放牧和人类定居点等现代人类活动导致野生动物栖息地破碎化比较严重。受跨境口岸生物入侵、非理性放生、引种、物流等因素引入的外来物种影响，青藏高原本土生物多样性面临风险，全球重大外来入侵种，如草地贪夜蛾、福寿螺、红火蚁等已在青藏高原造成巨大危害；并且，青藏高原已检测到红耳龟、牛蛙等恶性外来种的分布。 

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图18. 青海湖大群的青海湖裸鲤，别名湟鱼，图源：VCG

自然灾害 青藏高原上自然环境复杂，气候差异显著，地貌类型多样，冰川过程，地壳隆升和河流下切作用强烈，自然灾害类型多样，如滑坡、泥石流、洪水、冰崩、雪崩、冰湖溃决等，且受灾区域范围广大、突发性强、破坏严重、链式效应明显，使青藏高原成为我国自然灾害类型最多的地区之一。   

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图19. 西藏林芝察隅县察瓦龙乡著名的G219国道丙察察路段大流沙塌方体，图源：VCG

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 03 青藏高原生态安全屏障体系如何优化？

生态安全屏障体系包括重要生态功能区、国家公园群、自然保护地、重大生态修复工程区和生态脆弱区。第二次青藏科考队在青藏高原生态安全屏障体系优化方面取得了系列科学认识，并实施了具体举措。

1.构建以国家公园为主体的自然保护地体系
以青藏高原国家公园和自然保护区为重点科考对象，分析了现有自然保护地管理存在的问题，识别了保护优先格局，评估了自然保护地建设成效。目前，青藏高原生物多样性丰富地区主要分布在东南部，但自然保护地主要分布在中西部，生物多样性保护存在较大空缺。此外，54% 的自然保护地存在部分空间重叠，因此，需要合理调整和优化自然保护地空间范围，实现对青藏高原生物多样性有效保护。   

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图20. 青藏高原重点保护物种丰富度空间分布与自然保护区分布，图源：第二次青藏科考队

第二次青藏科考队从保护需求和科学角度出发，制定自然保护地重要保护对象的筛选标准，提出青藏高原现有自然保护地体系优化和空间布局的原则，编制青藏高原自然保护地体系的优化方案。青藏高原自然保护地体系优化主要考虑了优先保护生态系统、重点保护野生动植物物种、重要生态系统服务、自然景观与自然遗迹等4大方面，并根据青藏高原生态保护的需求以及4大类型各自特点，构建了优先保护生态系统、重点保护野生动植物物种、重要生态系统服务、自然景观与自然遗迹等的筛选标准。通过筛选和现状分析，根据青藏高原生态保护的需求，提出了对青藏高原现有自然保护地体系优化和空间布局的原则。  

通过青藏高原自然保护地体系优化，形成以国家公园为主体的自然保护地体系，使青藏高原重要自然生态系统的原真性、完整性得到有效保护，促进生态环境治理体系和治理能力现代化，保障青藏高原及周边更大区域范围内的生态安全，实现人与自然和谐共生。到2035年，建立以国家公园为主体的自然保护地体系，自然保护地总面积占44%，其中国家公园建立13个左右，占青藏高原面积的24%；自然保护区建立200个左右，占青藏高原面积的16%；自然公园约250个，约占青藏高原面积的4%。

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图21. 青藏高原自然保护地空间布局，图源：第二次青藏科考队
第二次青藏科考队提出青藏高原国家公园群总体布局科学方案。青藏高原国家公园群由13个国家公园构成，土地面积57万平方公里，占自然保护地体系覆盖面积一半左右，囊括了青藏高原最重要的生态功能区。13个国家公园划分为跨国国家公园、一级国家公园与二级国家公园，具体可以划分为全面协调型、优势发展型、一般发展型和一般滞后型四种，空间上可以形成“两带、五圈、3+X主题线路”的空间组织模式。三江源、大熊猫、珠峰、帕米尔-昆仑山、雅鲁藏布大峡谷、羌塘、冈仁波齐、祁连山等国家公园备选地的综合价值指数相对较高，各备选区呈现出不同的价值特征，并在大尺度上呈现出典型的区域性特征。   
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图22. 青藏高原国家公园群总体布局科学方案，图源：第二次青藏科考队
2.青藏高原生态工程建设与修复体系
以五个地理单元重大生态工程为重点科考对象，建立对重大工程实施区域的生态格局-功能-驱动力变化规律的科学认识，追踪青藏高原全域重大生态工程的实施轨迹，阐明高寒生态系统自我维持机制与生态工程布局-规模-时限的关系等关键科学问题，科学认知青藏高原重大生态工程的建设成效，为形成筑牢青藏高原生态安全屏障的总体优化方案提供重要支撑。针对青藏高原典型生态工程面积分布不清、建设时间不详等问题，开展了林草生态工程时空格局信息提取研究，成功运用于雅江中游人工林建植时空信息探测、西藏草地围栏工程面积统计，典型林草生态工程边界提取结果精度高于82%。   

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图23. 纳木错草地，图源：VCG
第二次青藏科考队建立和开发了青藏高原重大生态工程评估综合数据库及监测平台，查明了近三十年来青藏高原重大生态工程实施的时空格局。目前，青藏高原重大生态工程的实施面积已经达到82.5万平方公里，是我国乃至全球实施生态保护规模最大的自然地域单元之一。主要实施工程有：1）草地生态保护与建设工程。截至 2018 年，退牧还草工程累计实施总面积达到 25.0万平方公里以上，鼠虫害治理工程实施总面积达到 20.1万平方公里。2）林地生态保护与建设工程。截至 2018年，人工造林工程实施总面积达到 1.85万平方公里，天然林保护工程实施总面积达到 1.13万平方公里。3）水土流失综合治理工程。近 30 年小流域水土流失综合治理工程实施总面积达到 7400平方公里。4）沙化土地治理工程。截至 2018 年，青藏高原沙化土地治理工程实施总面积达到 6400平方公里。

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图24. 青藏高原重点保护与建设工程实施分布图，图源：第二次青藏科考队
青藏高原重大生态工程建设正在有序开展，在优化生态系统格局、增强生态系统服务功能、提高生态系统质量和改善区域生态环境方面起到了重要的作用，综合的生态和环境效益正在逐步显现。近三十年来，草地退化的趋势总体得到初步遏制，工程实施对草地覆盖度的提高产生了直接的正面作用，但高寒草地的天然特性决定了群落覆盖度提高幅度有限，不同区域变化差异明显；区域水土保持能力增加，沙化面积也略有减少，林草复合措施固沙效果好，雅江河谷景观生态改善，黑土滩建植后草地生产力迅速增加，生态恢复效果明显；水源涵养、固碳能力逐步提升，保护区野生动植物种群呈现恢复性增长，珍稀野生动物种群增加显著。

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图25.桃花季的雅鲁藏布江‍‍，图源：VCG

评估结果表明工程措施对区域生态恢复产生了正面影响，生态系统退化态势得到了进一步遏制，生态安全屏障功能总体稳定向好。  

3.青藏高原生态安全屏障功能评估与优化
第二次青藏科考队以格局识别-功能评价-可持续管理为研究主线，开展青藏高原生态安全屏障体系优化研究。在生态安全屏障格局方面：青藏高原植被是高海拔地区快速气候变暖的指示器与记录载体，阐明青藏高原植被变化的动力机制，可以为青藏高原生态安全屏障优化提供明确的环境约束条件和空间位置指引。首次全景展现了绵延2400公里的喜马拉雅山脉高山树线分布图，揭示了人类活动是导致喜马拉雅中部树线分布偏离全球树线等温线的关键驱动力，而干旱和人类活动则是导致西部树线偏离的主要因素。

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图26. 喜马拉雅高山树线全景图，图源：第二次青藏科考队

系统总结了30余年以来青藏高原植被物候变化的空间格局，发现生长季开始日在1982-1999年间提前9.4±2.2天，在2000-2020间提前8.3±2.0天，生长季结束日在2000-2020间推后8.2±1.9天，这一速度明显高于其他北半球中高纬度地区，主要是由于青藏高原所经历了比同纬度低海拔地区更快的气候变暖和更高的气候敏感性所致。   

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图27. 青藏高原植物物候变化，图源：第二次青藏科考队

在碳汇功能方面，建立了覆盖青藏高原全域的植被和土壤碳储量数据库，采用深度学习方法评估表明，青藏高原植被碳储量为2.4Pg C，0-1m的土壤碳储量为32.0 Pg C；基于超高分辨率的模型，系统评估青藏高原近年新增的大气二氧化碳浓度观测站对反演估算中国陆地生态系统碳汇的贡献发现，由于青藏高原东南缘的香格里拉观测站所处地形复杂和季节性风向变化的原因，以往研究在全球反演模式中采用这一站点导致了年均2ppm的代表性偏差，进而导致严重高估我国陆地生态系统碳汇约0.5 PgC/yr。  

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图28. 青藏高原不同碳库空间分布及三种主要植被类型碳库，图源：第二次青藏科考队
在产水功能方面：评估青藏高原生态系统水源涵养量为99毫米/年或2560亿立方米/年，内流湖泊区、金沙江、外流河、祁连山等流域/区域水源涵养量全部升高，但怒江流域水源涵养量有所降低。

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图29.金沙江汹涌的水流，图源：VCG
预测城市人口变化发现，未来青藏高原周边及其中下游地区将有23个人口在一百万以上的大城市面临水资源短缺问题，占全球缺水大城市总数的7.9%；未来全球最可能面临水资源短缺的16个大城市中，有12个位于青藏高原周边及其中下游地区。这表明青藏高原在全球城市水资源安全和可持续发展中将扮演日益重要的角色。 
在高寒草地可持续管理方面，发现短期围栏有助于牧草的再生、防止草地进一步退化，长期围栏反而会使物种多样性、群落密度降低，不利于土壤养分的积累；围栏限制了野生动物的活动，导致野生动物活动范围逐渐缩小、栖息地碎片化和迁徙隔离，不利于基因交换和种群优化；提出高寒草地优化管理的分类-统筹-协作框架，从而促进SDG1(无贫穷)、SDG2(零饥饿)、SDG3(良好的健康与福祉)、SDG4(优质教育)、SDG13(应对气候变化)和SDG15(陆地生物)的实现。
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图30. 高寒草地可持续管理框架，图源：第二次青藏科考队

第二次青藏科考队系统阐述了青藏高原生态安全屏障状况，提出了其生态保护对策，为保护青藏高原生态安全屏障功能提供科学依据和政策建议。

参考文献：

Chen, H., Ju, P., Zhu, Q., Xu, X., Wu, N., Gao, Y., Feng, X., Tian, J., Niu, S., Zhang, Y. and Peng, C., 2022. Carbon and nitrogen cycling on the Qinghai–Tibetan Plateau. Nature Reviews Earth & Environment, 3(10), pp.701-716.

Feijó, A., Ge, D., Wen, Z., Cheng, J., Xia, L., Patterson, B.D. and Yang, Q., 2022. Mammalian diversification bursts and biotic turnovers are synchronous with Cenozoic geoclimatic events in Asia. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(49), p.e2207845119.

Feng, Y., Li, G., Li, J., Sun, X. and Wu, D., 2021. Community stewardship of China’s national parks. Science, 374(6565), pp.268-269.

He, C., Liu, Z., Wu, J., Pan, X., Fang, Z., Li, J. and Bryan, B.A., 2021. Future global urban water scarcity and potential solutions. Nature Communications, 12(1), p.4667.

Shen, M., Wang, S., Jiang, N., Sun, J., Cao, R., Ling, X., Fang, B., Zhang, L., Zhang, L., Xu, X. and Lv, W., 2022. Plant phenology changes and drivers on the Qinghai–Tibetan Plateau. Nature Reviews Earth & Environment, 3(10), pp.633-651.

Sun, J., Fu, B., Zhao, W., Liu, S., Liu, G., Zhou, H., Shao, X., Chen, Y., Zhang, Y. and Deng, Y., 2021. Optimizing grazing exclusion practices to achieve Goal 15 of the sustainable development goals in the Tibetan Plateau. Science Bulletin, 66(15), pp.1493-1496.

Sun, J., Liu, M., Fu, B., Kemp, D., Zhao, W., Liu, G., Han, G., Wilkes, A., Lu, X., Chen, Y. and Cheng, G., 2020. Reconsidering the efficiency of grazing exclusion using fences on the Tibetan Plateau. Science Bulletin, 65(16), pp.1405-1414.    

Sun, J., Liang, E., Barrio, I.C., Chen, J., Wang, J. and Fu, B., 2021. Fences undermine biodiversity targets. Science, 374(6565), pp.269-269.

Wang, T., Yang, D., Yang, Y., Piao, S., Li, X., Cheng, G. and Fu, B., 2020. Permafrost thawing puts the frozen carbon at risk over the Tibetan Plateau. Science Advances, 6(19), p.eaaz3513.

Wang, X., Wang, T., Xu, J., Shen, Z., Yang, Y., Chen, A., Wang, S., Liang, E. and Piao, S., 2022. Enhanced habitat loss of the Himalayan endemic flora driven by warming-forced upslope tree expansion. Nature Ecology & Evolution, 6(7), pp.890-899.

Wang, Y., Wang, X., Wang, K., Chevallier, F., Zhu, D., Lian, J., He, Y., Tian, H., Li, J., Zhu, J., Jeong, S. and Canadell, J., 2022. The size of the land carbon sink in China. Nature, 603 (7901): E7-E9.

Wei, D., Qi, Y., Ma, Y., Wang, X., Ma, W., Gao, T., Huang, L., Zhao, H., Zhang, J. and Wang, X., 2021. Plant uptake of CO2 outpaces losses from permafrost and plant respiration on the Tibetan Plateau. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(33), p.e2015283118.

Wei, D., Zhang, Y., Gao, T., Wang, L. and Wang, X., 2021. Reply to Song and Wang: Terrestrial CO2 sink dominates net ecosystem carbon balance of the Tibetan Plateau. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(46), p.e2116631118.

Wei, D., Zhao, H., Wang, X., Gao, Y. and Wang, X., 2022. Reply to Ma and Zuo: Ecological restoration on the Tibetan Plateau would benefit terrestrial CO 2 uptake. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(5), p.e2121009119.

Yao, T., Bolch, T., Chen, D., Gao, J., Immerzeel, W., Piao, S., Su, F., Thompson, L., Wada, Y., Wang, L. and Wang, T., 2022. The imbalance of the Asian water tower. Nature Reviews Earth & Environment, 3(10), pp.618-632.

傅伯杰,欧阳志云,施鹏等.青藏高原生态安全屏障状况与保护对策.中国科学院院刊,2021,36(11):1298-1306.

冯起, 白光祖, 李宗省, 王宝, 陈丽娟, 王鹏龙, 鱼腾飞, 孟鸿飞, 刘文, 陆志翔, 宁婷婷, 张成琦, 朱猛. 加快构建西北地区生态保护新格局. 中国科学院院刊, 2022, 37(10): 1457-1470