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氣候變化,正在壓低森林固碳的 “天花板”

2022/03/21
導(dǎo)讀
3.21
知識分子
The Intellectual


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森林與人類一樣脆弱、敏感,這反過來削弱了森林固碳的潛力 | 圖源:pixabay.com


導(dǎo)  讀

2022年3月21日是第十個 “國際森林日”。相比植樹造林,“國際森林日” 更關(guān)注森林與民生之間深層、復(fù)雜的互動關(guān)系,強(qiáng)調(diào)人類與森林的長久共存。

在氣候變化的背景下,眾多研究發(fā)現(xiàn),森林與人類一樣脆弱、敏感,這反過來削弱了森林固碳的潛力;若保護(hù)不當(dāng),森林甚至有可能從寶貴的 “碳匯” 淪為另一個溫室氣體排放源。


撰文 | 吳雨濃

責(zé)編 | 馮灝

 

●                   ●                    


在亞馬孫,森林會為自己下雨,河流會飛翔。

 

科學(xué)家發(fā)現(xiàn),亞馬孫地區(qū)云和雨的形成,與森林釋放的有機(jī)物質(zhì)有關(guān) [1]。樹木如同 “出汗” 一般,釋放出有機(jī)分子,如植物碎片、花粉、真菌孢子等,并與空氣中的化合物反應(yīng),產(chǎn)生直徑在20-200納米之間的顆粒,這些顆粒既是云的種子,也是降雨的關(guān)鍵因子。同時,樹木的根系從土地中吸取水分,通過樹葉的氣孔將水分蒸發(fā)到大氣中,也為云補(bǔ)充了水汽 [2]

 

來自亞馬孫的云,還會與赤道海面蒸發(fā)的水汽結(jié)合,撞上安第斯山脈,乘著信風(fēng)一路南下,形成一條 “飛翔的河流”。每天,亞馬孫雨林都會向這條 “天河” 輸入約200億升的水,這與亞馬孫河的流量幾乎相當(dāng) [3]。這條 “飛翔的河” 滋養(yǎng)了南美大陸腹地的冰川、草原和農(nóng)田,也讓這片南美經(jīng)濟(jì)發(fā)展的領(lǐng)先地區(qū),更加舒適和宜居 [4]

 

這就是自然森林的 “魔法”—— 它不單單是成千上萬的樹木,更是地球生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。樹木連同它們腳下的土壤和生物,承載了全球約80%的陸地生物多樣性,同時,是人類應(yīng)對氣候變化的重要幫手。

 

3月18日,北京大學(xué)保護(hù)生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上發(fā)表長文 [5] 稱,與結(jié)構(gòu)簡單的人工林相比,天然林可以更好地支持生物多樣性保護(hù),實(shí)現(xiàn)地表碳存儲、土壤保持、水源涵養(yǎng)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù) [6]。

 

而在氣候變化的背景下,森林與人類一樣脆弱、敏感,若保護(hù)不當(dāng),還可能加速氣候危機(jī)。以亞馬孫雨林為例,連年的火災(zāi)和樹木死亡,已使這片 “有魔法” 的森林,逐漸變成了凈排放二氧化碳的 “碳源”。

 

保護(hù)和恢復(fù)自然森林、減緩氣候變化,既是在拯救森林,也是在拯救我們自己。

 

1
森林界的 “參差”:天然林 VS 人工林

 

目前,“森林恢復(fù)” 作為一項(xiàng)重要的 “基于自然的解決方案” 被國際社會寄予厚望 ,即,增加森林面積以吸收和儲存二氧化碳,應(yīng)對全球氣候變化。

 

在這一背景下,大量造林運(yùn)動正如火如荼地展開。2020年1月,達(dá)沃斯世界經(jīng)濟(jì)論壇上,中國、美國等多國通過 “一萬億棵樹” 倡議;2011年,德國政府和國際自然保護(hù)聯(lián)盟(IUCN)發(fā)起 “波恩挑戰(zhàn)”,旨在到2030年恢復(fù)3.5億公頃的森林。

 

那么怎樣的森林恢復(fù)路徑,可以幫我們更高效地實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)呢?

 

大體而言,森林恢復(fù)的路徑可分為種植較為單一的人工林和恢復(fù)天然森林兩大類。2019年,發(fā)表在《自然》上的一項(xiàng)研究分析了選取不同的森林恢復(fù)路徑在固碳量上的區(qū)別。研究發(fā)現(xiàn),天然林的固碳能力比可持續(xù)管理的農(nóng)林復(fù)合用地高6倍,比人造林場高40倍 [7]。

 

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圖1 天然林,農(nóng)林復(fù)合用地和人工林場的固碳潛力對比 | 圖源[7]

 

這一點(diǎn)也與IPCC同年發(fā)布的《氣候變化與土地特別報告》觀點(diǎn)一致。該報告指出,與種植新樹相比,保護(hù)現(xiàn)有森林是穩(wěn)定全球氣候更快、更好,也更 “經(jīng)濟(jì)實(shí)惠” 的方法 [8]。

 

除此之外,已有大量研究指出,造林并不是降低大氣二氧化碳含量最有效的手段,甚至可能起到反作用,比如,在高緯度地區(qū)造林反而可能降低地表對太陽輻射的反射,造成升溫 [9];再生林達(dá)到原始森林固碳能力需要幾十、上百年,人工林樹種單一且往往在成熟前就再次被砍伐等等 [10]。

 

北京大學(xué)保護(hù)生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》上最新發(fā)表的這項(xiàng)研究,則進(jìn)一步剖析了天然林和人工林各自的 “優(yōu)劣”,為選擇森林恢復(fù)的科學(xué)路徑提供了依據(jù)。

 

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,當(dāng)前大量以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為目標(biāo)的森林恢復(fù)項(xiàng)目,抱有 “凡林皆可” 的假定,通過種植一種或少數(shù)樹種來構(gòu)建簡單的人工林,但 “人工林與天然林同等有效” 的假定目前還沒有得到嚴(yán)格的科學(xué)檢驗(yàn)。為填補(bǔ)這一空缺,該研究匯總分析了來自全球53個國家地區(qū)、264個野外研究的近2.6萬條數(shù)據(jù),對人工林與天然林在地表碳存儲、土壤保持、水源涵養(yǎng)、木材生產(chǎn)這四個關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和生物多樣性上的成效進(jìn)行了對比。

 

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圖2 人工林(與天然林相比)在生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各個維度的評估
A-數(shù)據(jù)來源分布及數(shù)據(jù)量;B-人工林與成熟天然林相比的相對成效(上圖),林齡較老或處于廢棄狀態(tài)的人工林與天然林相比的相對成效(下圖);C-人工林與恢復(fù)的天然林相比的相對成效,包括木材生產(chǎn) (下圖);D-恢復(fù)的天然林與全球主要單一樹種人工林在木材年均產(chǎn)量上的對比 | 圖源[11]

 

研究發(fā)現(xiàn),天然林在保護(hù)生物多樣性與地表碳存儲、土壤保持、水源涵養(yǎng)這三項(xiàng)生態(tài)目標(biāo)上的價值都比人工林要更高;但是,人工林在木材生產(chǎn)功能上的成效明顯優(yōu)于天然林。因此,可以通過高效利用人工林實(shí)現(xiàn)木材生產(chǎn)的目標(biāo),來減少有更高生態(tài)效益的天然森林被砍伐,從而間接地提供生態(tài)益處。

 

該研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn),世界各地有許多林齡較老或處于廢棄狀態(tài)、不再用于木材生產(chǎn)的人工林,將其恢復(fù)成天然林,可以更經(jīng)濟(jì)地帶來生態(tài)紅利。

 

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圖3 華方圓給出的對比照片,可以直觀看出自然森林與人工林景觀的巨大區(qū)別。A-四川省大相嶺省級自然保護(hù)區(qū)中的天然林;B-四川省洪雅縣境內(nèi)的柳杉人工林 | 圖源[11]

 

2
氣候變化,正在壓低森林固碳 “天花板”

 

某種意義上說,“森林恢復(fù)” 是人類的 “亡羊補(bǔ)牢”。

 

盡管為時未晚,但 “十年樹木,百年樹人”,現(xiàn)實(shí)中“樹木”的周期,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過十年。

 

研究發(fā)現(xiàn),即使在水熱條件優(yōu)越的熱帶和亞熱帶,再生森林也需要大約66年的時間,才能恢復(fù)到原始森林地表生物量平均水平的90% [12]。 而在新栽樹苗長成森林的過程中,樹木個體之間對陽光、水分和養(yǎng)料的競爭,也會進(jìn)一步限制森林固碳的能力 [13]。 

 

那么,當(dāng)前自然森林的固碳能力究竟是怎樣的呢?

 

森林的長期固碳能力取決于其能否將碳以生物質(zhì)的形式保存下來,在科學(xué)研究中,也通常使用地表生物量來衡量森林儲存碳的水平。而各種自然擾動,如颶風(fēng)、火災(zāi)和干旱,都可能降低森林的長期固碳能力。全球氣候變化,更加劇了這種自然擾動對森林的侵蝕。

 

IPCC《氣候變化與土地特別報告》指出,如果全球溫升1.5℃,野火風(fēng)險將持續(xù)升高;若溫升達(dá)到3℃,則植被破壞和野火損失的風(fēng)險將達(dá)到很危險的水平 [14]

 

氣候變化影響自然擾動,進(jìn)而干擾森林的過程異常復(fù)雜,《自然·氣候變化》2017年刊登的一項(xiàng)研究 [15] 建立了一套分析框架,綜合評估非生物性(火災(zāi)、干旱、風(fēng)、雪和冰)和生物性(昆蟲和病原體)兩大類共六種影響因子對森林的干擾效應(yīng)。

 

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圖4 氣候變化對森林干擾因素的直接效應(yīng)、間接效應(yīng)和交互效應(yīng)的分布。文獻(xiàn)中支持該影響因子的觀測結(jié)果的數(shù)量,反映為圖中箭頭的寬度和百分比,表示該影響因子的相對突出程度。中央顯示的是所有影響因子的總結(jié)果。直接效應(yīng)指氣候變化直接影響干擾過程,間接效應(yīng)描述了氣候變化通過對植被和其他生態(tài)系統(tǒng)過程的影響對干擾過程的影響,交互效應(yīng)指該影響因子受到其他影響因子變動的影響,繼而影響干擾過程 圖源[15]

 

研究發(fā)現(xiàn),隨著氣候變暖,除冰雪之外,全球范圍內(nèi)其他五種干擾的發(fā)生頻率都可能增加。更溫暖和干燥的氣候條件將助長火災(zāi)、干旱和蟲害,更溫暖和潮濕的氣候條件則增加了風(fēng)和病原體對森林的威脅。各種因素之間廣泛的相互作用可能會放大干擾、增加森林對氣候的敏感度,例如,干旱和風(fēng)的干擾明顯推動了昆蟲和火災(zāi)干擾的出現(xiàn)。

 

而令人擔(dān)憂的 “未來”,正從研究預(yù)測變成現(xiàn)實(shí)。

 

今年3月初, IPCC報告《氣候變化2022:影響、適應(yīng)與脆弱性》顯示,氣候變化引發(fā)的干旱、火災(zāi)、蟲害爆發(fā)和人類活動都在加劇樹木死亡 [16]。

 

報告提及,1945到2007年,在非洲和北美的三個區(qū)域,氣候變化造成的樹木死亡高達(dá)20%。1984到2017年,美國西部野火面積增加了900%,其中半數(shù)可歸因人類活動造成的氣候變化;北極、澳大利亞、非洲和亞洲部分地區(qū)的野火面積也在持續(xù)增加。全球火災(zāi)季節(jié)都在延長。

 

聯(lián)合國環(huán)境署2月也指出,氣候變化使得過去幾乎不會出現(xiàn)野火的潮濕熱帶森林也開始燃燒。2002到2016年間,每年平均有4.23億公頃土地被燒毀,面積大體相當(dāng)于整個歐盟 [17]。野火直接導(dǎo)致森林死亡,使得固定在樹木中的碳被釋放出來。

 

與此同時,森林的 “破碎化” 也造成了森林退化,進(jìn)一步降低了森林的固碳能力。

 

《自然·通訊》2015年發(fā)表的一項(xiàng)研究指出,距離森林邊緣1.5公里以內(nèi)的森林,儲存生物量平均比森林內(nèi)部低15%;若將范圍壓縮到距離森林邊緣500米,該范圍內(nèi)森林儲存的生物量比內(nèi)部要低25%?;诖?,研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,IPCC可能將熱帶森林的碳儲量高估了近10% [18]。

 

即使沒有自然干擾,氣候變化仍將削弱森林固碳的潛力。以北美地區(qū)的森林為例,通過研究在不同氣候狀況下地表生物量隨年限增長的變化,可以發(fā)現(xiàn),即使不考慮自然干擾對森林的影響,在高排放情景 [19] 下,到2080年,北美森林儲存地表生物量的平均水平僅為當(dāng)前的78%;而如果考慮自然干擾的破壞,實(shí)際情況可能更糟 [20]。

 

可以說,氣候變化正在 “想方設(shè)法” 壓低森林固碳的 “天花板”。

 

3
熱帶原始森林會是救命稻草嗎?

 

那么,就沒有自然森林可以幫我們了嗎?

 

作為全球碳循環(huán)和水循環(huán)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),熱帶森林理應(yīng)是地球的寶貴 “碳匯”。


當(dāng)前,全球陸地吸收了人類產(chǎn)生的二氧化碳排放量的30%左右 [21],而陸地植被固定的碳中約有40%-50%儲存在熱帶森林中 [22]。

 

早在2011年,《科學(xué)》雜志發(fā)表的一項(xiàng)里程碑式的研究就認(rèn)為,1990到2007年間,熱帶森林吸收了人類二氧化碳排放總量的15% [23]。

 

不過,隨著自然擾動的增加、樹木的死亡和退化,熱帶森林也正悄悄變成 “碳源”。

 

2020年3月,《自然》雜志發(fā)表的一項(xiàng)研究稱,熱帶森林吸收大氣中二氧化碳的能力,在20世紀(jì)90年代已經(jīng)達(dá)到頂峰,此后一直在下降[24]。 

 

今年2月發(fā)表的一項(xiàng)研究也指出,過去五年(2015-2019年),熱帶森林年平均碳損失是21世紀(jì)初(2001-2005年)的2.1倍 [25]

 

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圖5 四個分組的條形圖(從左到右)分別顯示了2001-2005年、2006-2010年、2011-2014年和2015-2019年四個時期的平均年度森林碳損失 圖源[25]

 

其中,森林破碎仍是碳損失的重要原因。一項(xiàng)使用高分辨率(30米)森林覆蓋衛(wèi)星地圖的研究發(fā)現(xiàn),熱帶森林中19%的區(qū)域處于距森林邊緣100米以內(nèi),整個熱帶地區(qū)有大約5000萬個森林碎片。這種邊緣效應(yīng)造成了總量約103億噸碳排放,相當(dāng)于每年排放3.4億噸,約為當(dāng)前每年熱帶森林砍伐造成碳排放的31% [26]。

 

熱帶森林的整體情況不容樂觀,科學(xué)家對不同森林區(qū)域的研究結(jié)論也 “喜憂參半”:

 

最受關(guān)注的亞馬孫雨林,近年來不斷傳來壞消息。越來越多的研究認(rèn)為,氣候變化和毀林導(dǎo)致亞馬孫雨林面臨連年火災(zāi)和樹木死亡,已使 “地球之肺” 從二氧化碳的清道工淪為排放器 [27-29]。  

 

更不容樂觀的是,森林的自然退化已經(jīng)取代人類活動造成的毀林,成亞馬孫雨林碳排放的最主要因素。研究發(fā)現(xiàn),2010-2019年期間,巴西亞馬孫地區(qū)累計(jì)釋放了4.45億噸碳,吸收3.78億噸碳,為二氧化碳凈排放。而由于森林退化的面積超過毀林面積,與森林退化(73%)相關(guān)的森林地表生物量減少,是毀林(27%)的三倍 [30]。 

 

不過,與亞馬孫雨林消逝的希望不同,非洲山地森林正帶來新的可能性。

 

2020年刊登在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究 [31] 發(fā)現(xiàn),非洲的山地?zé)釒в炅直葋嗰R孫雨林儲存了更高濃度的碳。

 

百余名科學(xué)家參與了這項(xiàng)研究,他們測量了7.2萬根樹,記錄樹干的直徑、樹種和樹高,獲取了跨越11個非洲國家的244個結(jié)構(gòu)完整的非洲熱帶森林?jǐn)?shù)據(jù),并與亞馬孫的321個森林地塊進(jìn)行比較。

 

他們發(fā)現(xiàn),截至2015年的30年間,非洲熱帶山地森林地上生物量的碳儲量一直很穩(wěn)定,約為每年每公頃0.66噸碳,與亞馬孫森林碳儲量的長期下降形成對比,亞馬孫地區(qū)森林的退化、死亡是造成這種差異的主要原因。研究還指出,盡管在2010年以后,非洲山地森林的碳匯也開始下降,但相比亞馬孫地區(qū)的森林來說有所延遲。

 

來自英國利茲大學(xué)和倫敦大學(xué)學(xué)院的論文共同作者西蒙·劉易斯接受采訪時稱,考慮到山地森林面臨包括高海拔、強(qiáng)風(fēng)、陡坡、低溫、長時間的云層浸泡和土壤漬水等通常被認(rèn)為會限制樹木生長的挑戰(zhàn),這一研究結(jié)果令人驚喜 [32]。

 

 “非洲的樹木壽命更長,因此有更多時間積累碳?!?劉易斯還提到,有研究 [33] 表明,非洲的低地森林也是一大重要森林碳匯,這可能意味著,面對近幾十年來的氣候變化,非洲森林整體都保持著很強(qiáng)的 “韌性”。

 

4
森林保護(hù),行則將至

 

呼吁保護(hù)非洲的原始森林、發(fā)起剛果盆地募捐倡議,是去年11月在英國格拉斯哥舉辦的COP26氣候大會的關(guān)鍵行動之一。

 

該倡議旨在籌集5億美元,在未來五年,用于保護(hù)約占全球熱帶森林面積10%的剛果盆地森林、泥炭地等重要碳匯 [34]。 作為回報,剛果民主共和國也承諾公布所有伐木合同的審計(jì)結(jié)果,加強(qiáng)對破環(huán)森林的非法合同的審查。不過今年2月,有媒體質(zhì)疑,相關(guān)承諾并未落實(shí) [35]。

 

也是在COP26期間,包括中國在內(nèi)、覆蓋全球森林面積90%的141個國家簽署了《關(guān)于森林和土地利用的格拉斯哥領(lǐng)導(dǎo)人宣言》,承諾共同努力到2030年阻止和扭轉(zhuǎn)森林減少與土地退化。

 

可以說,保護(hù)森林已是全球公認(rèn)的、應(yīng)對氣候變化的優(yōu)先事項(xiàng)。而政策干預(yù)的有效性也早已有所顯現(xiàn)。例如,保護(hù)現(xiàn)有森林方面,巴西通過立法、建立監(jiān)測體系等方式,成功在2004年到2012年間降低了亞馬孫的森林砍伐。而近幾年的政策松動,再次導(dǎo)致相關(guān)砍伐率的上升 [36]。 森林恢復(fù)方面,中國近幾十年來的退耕還林等政策也起到了明顯效果 [37],中國南方地區(qū)采取的,在農(nóng)業(yè)活動的邊緣地區(qū)精細(xì)化造林的措施,也產(chǎn)生了短期的碳儲存 [38]。

 

2021-2030年,是中國逐步轉(zhuǎn)型、完成 “碳達(dá)峰” 氣候承諾的十年,是全球應(yīng)對氣候變化、減緩溫室氣體排放的關(guān)鍵十年,同時也是聯(lián)合國 “生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的十年”。

 

如不采取減排措施、應(yīng)對氣候變化,森林與人類都將面對更多未知的風(fēng)險和傷害;而保護(hù)現(xiàn)有森林、選擇更科學(xué)高效的方式恢復(fù)森林,或許可以幫我們解鎖一個更樂觀的未來。讓森林肆意地為自己下雨,讓河流繼續(xù)飛。

 

致謝:感謝加利福尼亞大學(xué)伯克利分校博士生馮艷蕾本文的討論。


 作者簡介 

吳雨濃,中外對話氣候變化戰(zhàn)略傳播官。


參考文獻(xiàn):(上下滑動可瀏覽)
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19. 在2014年的第五次IPCC評估報告中,研究者提出四條典型溫室氣體濃度路徑(RCPs)作為對未來氣候的情景預(yù)估。其中RCP2.6路徑模擬的是到2100年全球溫度較工業(yè)化時代前上升2攝氏度以內(nèi)的情景,RCP8.5路徑模擬的是到2100年溫升5攝氏度的情景。
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制版編輯 | 姜絲鴨


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