荒漠化被描述为“我们这个时代最严峻的环境挑战”，而气候变化正在使其恶化。
虽然这一术语可能让人联想到撒哈拉风蚀的沙丘或卡拉哈里广阔的盐田，但这一问题远远超出了生活在世界沙漠及其周边地区的人群范围，威胁着二十多亿人的粮食安全和生计。
气候变化、土地管理不善以及不可持续的淡水利用共同作用，导致全球缺水地区的退化日益加剧。这使得其土壤越来越难以支持农作物、牲畜和野生动植物。
本周，政府间气候变化专门委员会（IPCC）将发布其关于气候变化与土地的特别报告。该报告，由全球数百名科学家和研究人员撰写，其七章中有一章专门论述荒漠化问题。
在报告发布前，Carbon Brief将探讨荒漠化的含义、气候变化所起的作用，以及其在全球范围内产生的影响。
荒漠化的定义
1994年，联合国设立了《联合国防治荒漠化公约》（UNCCD），将其界定为“将环境与发展同可持续土地管理相联系的唯一具有法律约束力的国际协定”。该公约本身是对一项呼吁的回应，该呼吁是在联合国地球峰会上提出的，该峰会于1992年在里约热内卢举行，旨在就荒漠化问题展开国际法律协定谈判。
该公约在一份已通过的条约（各缔约方于1994年通过）中对荒漠化作出了定义。其中指出，荒漠化是指“由包括气候变化和人类活动在内的多种因素导致的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化”。
因此，荒漠化并非指沙漠的字面扩张，而是对世界缺水地区土地退化的统称。这种退化包括例如土壤、植被、水资源或野生动物质量的暂时或永久性下降。它还包括土地经济生产力的下降，例如用于商业或维持生计耕作的能力下降。
干旱、半干旱和亚湿润干旱区统称为“旱地”。这些地区的降雨或降雪量相对较少，这一点不足为奇。从技术上讲，《联合国防治荒漠化公约》将其定义为“除极地和亚极地区域之外，年均降水量与潜在蒸散量之比处于0.05至0.65之间的区域”。
简单来说，这意味着该地区接收的降雨量为其地表和植被通过蒸发以及蒸腾作用分别损失水量的5%至65%。接收量超过此范围的任何地区均被称为“湿润区”。
下图可更清晰地展示这一点，图中以不同深浅的橙色和红色标示出全球旱地。旱地约占地球陆地面积的38%，主要分布于北非和南部非洲大部、北美西部、澳大利亚、中东和中亚。旱地约居住着27亿人（PDF）——其中90%生活在发展中国家。
旱地尤其容易受土地退化影响，原因在于降雨稀少且变化不定，以及土壤肥力低下。但这种退化究竟表现为何种形态？
土地退化的方式多种多样。主要过程之一是侵蚀，即岩石和土壤被逐步破碎和移除。这通常由风、雨和/或海浪等自然力引起，但耕作、放牧或森林砍伐等活动可能加剧这一过程。
土壤肥力丧失是另一种退化形式。这可能是由于氮、磷、钾等养分流失，或土壤有机质含量下降所致。例如，水力造成的土壤侵蚀每年在全球范围内导致的损失高达4200万吨氮和2600万吨磷每年。在耕地上，这些损失不可避免地需要通过化肥补充，代价高昂。土壤还可能遭受盐碱化（即盐分含量增加）以及因过量施用化肥导致的酸化。
此外还有许多其他过程也被归类为退化，包括植被类型和覆盖度的丧失或变化、土壤压实和板结、野火增加，以及因地下水过度开采导致的地下水位下降。
成因混合
根据一份近期报告，该报告来自生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台（IPBES），“土地退化几乎总是多种相互作用的成因共同造成的结果”。
荒漠化的直接成因大致可分为两类：一类与土地的管理方式（或管理缺失）有关，另一类与气候有关。前者包括森林砍伐、牲畜过度放牧、农作物过度耕种以及灌溉不当等因素；后者包括气候的自然波动，以及人类活动排放温室气体导致的全球变暖。
IPBES报告还指出，还存在根本性成因，包括“经济、人口、技术、制度和文化驱动因素”。
首先从气候的作用来看，一个重要因素是陆地表面的升温速度快于地球表面整体。（这是因为陆地的“热容量”低于海洋中的水，因此升温所需热量更少。）因此，虽然目前全球平均气温约升高1.1C，即比工业化前时期高出，而陆地表面已升温约1.7C。下图比较了自1970年以来四种不同记录中的陆地温度变化与全球平均气温（蓝线）。
CRUTEM4（紫色）、NASA（红色）、NOAA（黄色）和Berkeley（灰色）四个数据集的全球陆地平均气温，相对于1961–90年基线，时间跨度为1970年至今。图中还显示了HadCRUT4记录的全球气温（蓝色）。图表由Carbon Brief使用Highcharts制作。
虽然这种持续的人为变暖本身会加剧植被面临的热胁迫，但它也与极端天气事件加剧有关，解释者为Lindsay Stringer教授，她是利兹大学环境与发展专业教授，也是即将发布的IPCC土地报告中土地退化章节的主要作者。她对Carbon Brief表示：
气候变化影响极端事件的频率和强度，例如干旱和洪涝。例如在天然干燥的地区，干旱可能对植被覆盖度和生产力造成巨大影响，尤其是当这些土地被大量牲畜使用时。由于缺水导致植物死亡，土壤变得裸露，更容易受到风的侵蚀，而当雨水最终到来时，也更容易受到水的侵蚀。
（Stringer在此以其所在院校的身份发表评论，而非以IPCC作者的身份。本文所引用的所有科学家均属此种情况。）
气候的自然变率以及全球变暖也会影响世界各地的降雨模式，从而可能加剧荒漠化。降雨对陆地表面具有降温作用，因此降雨量减少可能使土壤在高温下变干，更易遭受侵蚀。另一方面，强降雨可能冲刷土壤本身，并造成内涝和地面沉降。
例如，大范围干旱——以及相关的荒漠化——在20世纪下半叶的非洲萨赫勒地区，被认为与大西洋、太平洋和印度洋的自然波动有关，同时研究还表明，降雨的部分恢复是由地中海海表温度上升所推动。
Katerina Michaelides博士，是旱地研究小组的高级讲师，任职于布里斯托大学，同时也是IPCC土地报告荒漠化章节的撰稿作者。她指出，向更干燥气候的转变是气候变暖对荒漠化的主要影响。她对Carbon Brief表示：
气候变化的主要影响是通过干旱化实现的，即气候逐渐向更加干旱的状态转变——降雨量相对于蒸发需求而言有所减少——因为这直接影响植被和土壤的水分供应。
气候变化也是野火的促成因素。它导致季节变得更温暖，有时也更干燥，从而为火灾蔓延提供理想条件。此外，气候变暖可能加速土壤中有机碳的分解，使土壤变得贫瘠，保水和保留养分的能力下降。
除了对地貌的物理影响外，气候变化还可能对人类产生影响，“因为它减少了适应和谋生的选择，并可能促使人们过度开发土地”，Stringer指出。
这种过度开发是指人类对土地管理不当，导致其退化。或许最明显的方式是森林砍伐。砍伐树木会破坏土壤中的养分平衡，并移除有助于将土壤固结在一起的根系，使土壤面临被侵蚀、冲刷或吹走的风险。
森林在水循环中也发挥着重要作用，尤其是在热带地区。例如，一项研究（发表于20世纪70年代）表明，亚马逊雨林约一半的降雨量由其自身生成。这意味着砍伐森林可能导致当地气候变干，从而增加荒漠化风险。
粮食生产也是荒漠化的主要驱动因素。对粮食需求的增长可能导致耕地扩张至森林和草地，以及采用集约化耕作方法以最大化产量。牲畜过度放牧可能使牧场失去植被和养分。
Stringer指出，这种需求往往还有更广泛的政治和社会经济驱动因素：
例如，欧洲对肉类的需求可能推动南美洲的森林土地被清除。因此，虽然荒漠化在特定地点出现，但其驱动因素是全球性的，且主要源自当前的全球政治和经济体系。
地方和全球影响
当然，这些驱动因素并非孤立作用。气候变化与其他人为退化驱动因素相互作用，例如“不可持续的土地管理和农业扩张在导致或加剧许多此类荒漠化进程中的作用”，Alisher Mirzabaev博士，是波恩大学的高级研究员，同时也是IPCC土地报告荒漠化章节的协调首席作者。他对Carbon Brief表示：
[结果为]作物和牲畜生产力下降、生物多样性丧失，以及某些地区野火风险增加。这些自然会对粮食安全和生计产生负面影响，尤其是在发展中国家。
Stringer表示，荒漠化常常带来“植被覆盖减少，因此裸露地面增多、缺水，以及灌溉地区的土壤盐碱化”。这还可能意味着生物多样性丧失，并在强降雨后因侵蚀和沟壑形成而使地貌留下明显伤痕。
“荒漠化已经导致全球生物多样性丧失”，补充道Joyce Kimutai，她来自肯尼亚气象部。Kimutai同时是IPCC土地报告荒漠化章节的主要作者，她对Carbon Brief表示：
野生动物，尤其是大型哺乳动物，对气候变化与荒漠化共同影响的及时适应能力有限。
例如，一项研究（PDF）发现，巴基斯坦的Cholistan沙漠地区“随着荒漠化严重程度的增加，动植物群正逐渐减少”。另一项研究发现，过去二十年间，由于放牧和气温上升，蒙古“所有物种丰富度和多样性指标均显著下降”。
退化还可能使土地易受入侵物种以及不适合放牧牲畜的植物侵袭，Michaelides表示：
在许多国家，荒漠化意味着土壤肥力下降、植被覆盖减少（尤其是草地覆盖）以及入侵灌木物种增多。实际上，这些后果包括可用于放牧的土地减少，以及土壤生产力降低。随着耐旱灌木侵入原本的草地，生态系统开始呈现不同的面貌，更多裸露土壤暴露出来。
她解释说，这对“粮食安全、生计和生物多样性造成了毁灭性后果”：
在粮食安全和生计与土地紧密相关的地区，荒漠化的后果尤为直接。例如，东非的许多国家（尤其是索马里、肯尼亚和埃塞俄比亚）中超过半数人口为牧民，依赖健康的牧场维持生计。仅在索马里，牲畜就占其国内生产总值（GDP）的约40%。
联合国防治荒漠化公约（UNCCD）估计，每年约有1200万公顷的生产性土地因荒漠化和干旱而丧失。这片土地原本可以年产2000万吨谷物。
这造成了相当大的经济影响。例如在尼日尔，因土地利用变化导致的退化成本达到约占其国内生产总值的11%。类似地，在阿根廷，“因土地利用/覆盖变化、湿地退化以及在牧场和部分耕地上采用导致土地退化的管理做法而造成的生态系统服务总损失”，相当于约占其国内生产总值的16%。
斯特林格表示，牲畜损失、作物产量下降和粮食安全状况恶化，是荒漠化最明显的人类影响：
人们应对这类挑战的方式多种多样：通过减少进餐来节省食物；购买力所能及的食物——对于生活在贫困中且几乎没有其他生计选择的人来说，这十分困难——采集野生食物；而在极端条件下，往往与其他驱动因素叠加，人们会迁离受影响地区，弃置土地。
斯特林格补充道，在“财产权不稳定、农民经济支持匮乏、贫困和不平等程度高、治理薄弱”的地区，人们尤其容易受到荒漠化的影响。
荒漠化的另一影响是沙尘暴增多。这些自然现象——在不同地区的称呼各异，包括“热风”（sirocco）、“哈布伊”（haboob）、“黄尘”、“白风暴”以及“哈马坦风”（harmattan）——当强风吹起裸露干燥土壤中的松散沙土和尘土时便会发生。研究表明，自19世纪末至今，全球每年的沙尘排放量已增加25%，其主要驱动因素是气候变化和土地利用变化。
例如，一项近期研究发现，中东地区的沙尘暴“近年来变得更加频繁、强烈”。近期研究这一趋势的成因是“长期降雨减少，导致土壤湿度和植被覆盖率降低”。不过，斯特林格补充道，“需要开展进一步研究，以明确气候变化、荒漠化与沙尘暴之间的确切联系”。
沙尘暴可能对人类健康产生巨大影响，可能引发哮喘、肺炎等呼吸系统疾病、心血管问题和皮肤刺激，还会污染露天水源。沙尘暴还会破坏基础设施：尘土覆盖太阳能板和风力涡轮机，降低其效率，并扰乱公路、铁路和机场的正常运行。
气候反馈
基穆泰表示，向大气中输送尘埃和沙粒，也是荒漠化本身影响气候的途径之一。她补充道，其他途径还包括“植被覆盖变化、地表反照率（地球表面的反射率）以及温室气体通量变化”。
大气中的尘埃颗粒可以散射入射的太阳辐射，使地表局部变暖减弱，但会使上空大气增温。尘埃还会影响云的形成和寿命，可能降低降雨的可能性，从而减少本已干旱地区的水汽。
土壤是非常重要的碳库。例如，全球旱地表层两米深的土壤据估计储存了6460亿吨碳，约占全球所有土壤碳储量的32%。
研究表明，土壤含水量是影响旱地土壤“矿化”碳能力的主要因素。所谓矿化，即又称“土壤呼吸”的过程：微生物分解土壤中的有机碳并将其转化为二氧化碳。该过程还使土壤中的养分可供植物在生长过程中吸收利用。
土壤呼吸反映了土壤维持植物生长的能力。通常情况下，随着土壤湿度降低，呼吸作用随之减弱，直至微生物活动实际停止。这虽然减少了微生物释放的二氧化碳，但也抑制了植物生长，意味着植被通过光合作用从大气中吸收的二氧化碳减少。总体而言，干燥土壤更可能成为二氧化碳的净排放源。
因此，随着土壤日益干旱，其固碳能力会趋于下降，从而加剧气候变化。其他形式的退化通常也会向大气中释放二氧化碳，例如森林砍伐、过度放牧（使土地失去植被覆盖）以及野火。
测绘难题
“全球大多数旱地环境都在不同程度上受到荒漠化的影响，”米哈伊利德斯表示。
基穆泰解释道，但要得出可靠的全球荒漠化估算值并非易事：
由于信息缺失和/或不可靠，目前对荒漠化范围和严重程度的估算差异很大。荒漠化过程的多样性和复杂性使其量化更加困难。各项研究基于不同的定义，采用了不同的方法。
米哈伊利德斯补充道，荒漠化通常发展相对缓慢，这使其更难被识别：
在荒漠化进程初期，它可能很难被察觉；由于发展缓慢，一个地方可能需要数十年才能意识到其正在发生变化。等到被发现时，可能已难以遏制或逆转。
地球陆地表面的荒漠化情况，最早是在1977年发表于期刊《经济地理》上的一项研究中绘制的。该研究指出：“就世界大部分地区而言，关于各国荒漠化程度的可靠信息很少。”该地图（如下所示）基于“已发表的信息、个人经验以及与同行的磋商”，将荒漠化区域分为“轻度”“中度”“严重”或“极严重”四个等级。
1992年，联合国环境规划署（UNEP）发布了其首部“《世界荒漠化地图集》”（WAD）。该地图集绘制了全球由人类活动导致的土地退化情况，并大量借鉴了由UNEP资助的“人为土壤退化全球评估”（GLASOD）的成果。GLASOD项目本身基于专家判断，有超过250名土壤与环境科学家参与了区域评估，这些评估为其1991年发布的全球地图提供了依据。
下方所示的GLASOD地图详细展示了全球土地退化的范围和程度。该地图将退化划分为化学（红色阴影）、风蚀（黄色）、物理（紫色）或水蚀（蓝色）四类。
尽管GLASOD也被用于1997年发布的第二版《世界荒漠化地图集》的编制，该地图受到了批评，原因是其缺乏一致性和可重复性。此后的数据集，例如“全球土地退化与改善评估”（GLADA），受益于卫星数据的加入。
然而，到欧盟委员会联合研究中心编制的第三版《世界荒漠化地图集》问世时，已相隔约二十年，作者“决定采取一条不同的路径”。正如报告所述：
土地退化无法通过单一指标，或任何算术或模型化的变量组合在全球范围内绘制。单一的全球土地退化地图无法满足所有观点或需求。
该地图集并未采用单一指标，而是考虑了一组“通常与土地退化相关的14个变量”，例如干旱度、牲畜密度、树木损失和土地生产力下降。
因此，下方取自该地图集的地图并不显示土地退化本身，而是显示这些变量重叠出现的“证据趋同”区域。全球潜在问题最突出的地区（以橙色和红色阴影表示），例如印度、巴基斯坦、津巴布韦和墨西哥，因此被确定为特别面临退化风险的地区。
未来
由于荒漠化无法用单一指标来描述，因此预测未来退化速度的变化也颇具难度。
此外，还有诸多社会经济驱动因素会产生影响。例如，仅因人口增长，直接受荒漠化影响的人口数量就可能增加。全球旱地人口预计将增长，到2050年将增长43%，达到40亿。
气候变化对干旱度的影响也较为复杂。气候变暖通常会使地表水分更易蒸发，在气温升高的共同作用下，可能加剧干燥程度。
然而，气候变化也会影响降雨模式，而温度更高的大气可容纳更多水汽，这可能使部分地区的平均降雨量和强降雨量均有所增加。
另外还存在一个概念性问题，即如何区分一个地区长期的干燥变化与干旱相对短暂的特性。
总体而言，预计随着气候变暖，全球旱地面积将扩大。根据RCP4.5和RCP8.5排放情景的预测，相较于1961至1990年，旱地面积将分别增加11%和23%。这意味着到本世纪末，旱地可能分别占地球陆地表面的50%或56%，而目前约为38%。
干旱地区的扩张将主要发生在“北美西南部、非洲北部边缘、南部非洲和澳大利亚”，另一项研究指出，同时，“半干旱地区的大幅扩张将发生在地中海北岸、南部非洲以及南北美洲”。
研究还表明，气候变化已在加剧全球各地干旱的发生可能性与严重程度。这一趋势很可能将持续。例如，一项研究采用中等排放情景“RCP4.5”预测，未来美洲大部分地区、欧洲、南部非洲和澳大利亚的中度及重度干旱频率将“大幅增加（相对而言最高可达50%至200%）”。
另一项研究指出，气候模型模拟“表明，在未来30至90年间，许多陆地区域可能因降水减少和/或蒸发增加而出现严重且广泛的干旱”。
然而，需要指出的是，并非所有旱地都会随着气候变化而变得更加干旱。例如，下图显示了在RCP8.5情景下，气候模型模拟的到2100年干旱度指数（定义为降雨量与潜在蒸散量（PET）之比）的预计变化。红色阴影区域预计将变得更加干燥，因为潜在蒸散量的增幅将超过降雨量；绿色区域则预计将变得更加湿润。后者包括撒哈拉以南非洲大部分地区和东非，以及印度和中国北部和西部的部分地区。
气候模型模拟还表明，降雨一旦发生，其强度将更大，几乎覆盖全球所有地区，这可能加剧土壤侵蚀风险。预测显示，到2100年，世界大部分地区的强降水强度将增加16%至24%。
解决方案
因此，遏制全球变暖是未来抑制荒漠化的关键途径之一，有助于遏制荒漠化的进一步发展。但还有哪些其他解决方案？
联合国已将2010年1月至2020年12月这十年定为“联合国荒漠和防治荒漠化十年”。该十年旨在成为“作出关键改变的契机，以确保旱地长期具备为人类福祉创造价值的能力”。
可以肯定的是，预防胜于治理，且成本低得多。米哈伊利德斯表示：“荒漠化一旦发生，就极难逆转。”这是因为，一旦“退化过程的连锁反应开始，就很难打断或遏制”。
要在荒漠化发生之前加以阻止，需要采取措施，她解释道，“防止土壤侵蚀、防止植被丧失、防止过度放牧或土地管理不善”：
所有这些都需要社区和政府齐心协力，并制定相关政策，以大规模管理土地和水资源。即使是小范围的土地管理不善，也可能在更大范围内导致退化，因此该问题相当复杂，难以管理。
在联合国可持续发展大会在2012年于里约热内卢举行的会议上，各方同意“在可持续发展的背景下努力实现一个土地退化中性的世界”。这一概念“土地退化零增长”（LDN）随后被《联合国防治荒漠化公约》采纳，并被该公约采纳，同时被正式通过，成为具体目标15.3，即可持续发展目标的一部分，由联合国大会于2015年通过。
LDN的理念将在下面的视频中详细解释，它是一个分层应对的体系：首先是避免土地退化，其次是在土地确实发生退化的地方将其降至最低，第三是通过在其他地方恢复和修复土地来抵消任何新的退化。其结果是整体退化达到平衡——任何新的退化都通过逆转此前的退化来予以补偿。
“可持续土地管理”（SLM）是实现LDN目标的关键，Mariam Akhtar-Schuster博士表示，她是《联合国防治荒漠化公约》科学—政策界面的联合主席，也是政府间气候变化专门委员会土地报告荒漠化章节的审阅编辑。她对《碳简报》（Carbon Brief）表示：
可持续土地管理做法以某一地区的当地社会经济和生态条件为基础，首先有助于避免荒漠化，同时也有助于减缓正在发生的退化过程。
SLM的本质是在最大化土地经济和社会效益的同时，维持并提升其生产力和环境功能。这可以包括一系列技术，例如牲畜轮牧、通过收获后将作物残茬留在土地上来提高土壤养分、截留原本会因侵蚀而流失的沉积物和养分，以及种植速生树木以挡风遮蔽。
Akhtar-Schuster指出，但这些措施不能随意套用：
由于SLM必须根据当地情况加以调整，因此不存在一套适用于所有情况的通用工具包来避免或减少荒漠化。然而，如果所有这些因地制宜的工具都纳入综合的国家土地利用规划体系，将产生最佳效果。
Stringer认同，防止和逆转荒漠化并不存在“灵丹妙药”。她解释说，投资SLM的人与从中受益的人并不总是同一群体：
例如，流域上游的土地使用者在某一区域进行植树造林，减少了流入水体的土壤侵蚀。对于居住在下游的人们而言，由于沉积物减少，这降低了洪水风险，还可能带来水质的改善。
然而，如果上游的土地使用者承担了新植树的费用，而下游的人们无偿获益，那么也会产生公平性问题，Stringer表示：
因此，解决方案需要确定谁“获益”、谁“受损”，并应纳入能够补偿或减少不公平的策略。
“大家总是忘记关于公平和公正的那一部分，”她补充道。Stringer还表示，历史上另一个同样被忽视的方面是，要获得社区对拟议解决方案的支持。
研究表明，利用传统知识对应对土地退化尤其有益。尤其是因为生活在干旱地区的社区，尽管环境条件艰苦，却已经世代成功地这样做。
Stringer表示，这一理念正日益被采纳，这是对“自上而下的干预”的一种回应，此类干预因缺乏社区参与而被证明“无效”。
