氣候變化，正在壓低森林固碳的 “天花板”
2022年3月21日是第十個(gè) “國(guó)際森林日”。相比植樹造林，“國(guó)際森林日” 更關(guān)注森林與民生之間深層、復(fù)雜的互動(dòng)關(guān)系，強(qiáng)調(diào)人類與森林的長(zhǎng)久共存。
撰文 | 吳雨濃
責(zé)編 | 馮灝
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在亞馬孫，森林會(huì)為自己下雨，河流會(huì)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(shí)，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(huì)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(huì)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(wàn)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(shí)，是人類應(yīng)對(duì)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(zhǎng)文 [5] 稱，與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǔ)、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。
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(guó)際社會(huì)寄予厚望 ，即，增加森林面積以吸收和儲(chǔ)存二氧化碳，應(yīng)對(duì)全球氣候變化。
在這一背景下，大量造林運(yùn)動(dòng)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(guó)、美國(guó)等多國(guó)通過 “一萬(wàn)億棵樹” 倡議；2011年，德國(guó)政府和國(guó)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(chǎng)高40倍 [7]。
圖1 天然林，農(nóng)林復(fù)合用地和人工林場(chǎng)的固碳潛力對(duì)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(bào)告》觀點(diǎn)一致。該報(bào)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(duì)太陽(yáng)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(jiǎn)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(gè)國(guó)家地區(qū)、264個(gè)野外研究的近2.6萬(wàn)條數(shù)據(jù)，對(duì)人工林與天然林在地表碳存儲(chǔ)、土壤保持、水源涵養(yǎng)、木材生產(chǎn)這四個(gè)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(duì)比。
研究發(fā)現(xiàn)，天然林在保護(hù)生物多樣性與地表碳存儲(chǔ)、土壤保持、水源涵養(yǎng)這三項(xiàng)生態(tài)目標(biāo)上的價(jià)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。
某種意義上說，“森林恢復(fù)” 是人類的 “亡羊補(bǔ)牢”。
盡管為時(shí)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(shí)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(zhǎng)成森林的過程中，樹木個(gè)體之間對(duì)陽(yáng)光、水分和養(yǎng)料的競(jìng)爭(zhēng)，也會(huì)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(zhǎng)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(chǔ)存碳的水平。而各種自然擾動(dòng)，如颶風(fēng)、火災(zāi)和干旱，都可能降低森林的長(zhǎng)期固碳能力。全球氣候變化，更加劇了這種自然擾動(dòng)對(duì)森林的侵蝕。
IPCC《氣候變化與土地特別報(bào)告》指出，如果全球溫升1.5℃，野火風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)將達(dá)到很危險(xiǎn)的水平 [14]。
氣候變化影響自然擾動(dòng)，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(píng)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(duì)森林的干擾效應(yīng)。
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(zhǎng)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(duì)森林的威脅。各種因素之間廣泛的相互作用可能會(huì)放大干擾、增加森林對(duì)氣候的敏感度，例如，干旱和風(fēng)的干擾明顯推動(dòng)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(cè)變成現(xiàn)實(shí)。
今年3月初， IPCC報(bào)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(dòng)都在加劇樹木死亡 [16]。
報(bào)告提及，1945到2007年，在非洲和北美的三個(gè)區(qū)域，氣候變化造成的樹木死亡高達(dá)20%。1984到2017年，美國(guó)西部野火面積增加了900%，其中半數(shù)可歸因人類活動(dòng)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(zhǎng)。
聯(lián)合國(guó)環(huán)境署2月也指出，氣候變化使得過去幾乎不會(huì)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(gè)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(shí)，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(chǔ)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(chǔ)存的生物量比內(nèi)部要低25%。基于此，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，IPCC可能將熱帶森林的碳儲(chǔ)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(zhǎng)的變化，可以發(fā)現(xiàn)，即使不考慮自然干擾對(duì)森林的影響，在高排放情景 [19] 下，到2080年，北美森林儲(chǔ)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”。
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(chǔ)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(dòng)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]。
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(gè)熱帶地區(qū)有大約5000萬(wàn)個(gè)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(duì)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(dòng)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(chǔ)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(cè)量了7.2萬(wàn)根樹，記錄樹干的直徑、樹種和樹高，獲取了跨越11個(gè)非洲國(guó)家的244個(gè)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(gè)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(chǔ)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(chǔ)量的長(zhǎng)期下降形成對(duì)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(guó)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(shí)稱，考慮到山地森林面臨包括高海拔、強(qiáng)風(fēng)、陡坡、低溫、長(zhǎng)時(shí)間的云層浸泡和土壤漬水等通常被認(rèn)為會(huì)限制樹木生長(zhǎng)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(zhǎng)，因此有更多時(shí)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(duì)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”。
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(guó)格拉斯哥舉辦的COP26氣候大會(huì)的關(guān)鍵行動(dòng)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(bào)，剛果民主共和國(guó)也承諾公布所有伐木合同的審計(jì)結(jié)果，加強(qiáng)對(duì)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(guó)在內(nèi)、覆蓋全球森林面積90%的141個(gè)國(guó)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(duì)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(cè)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(dòng)，再次導(dǎo)致相關(guān)砍伐率的上升 [36]。 森林恢復(fù)方面，中國(guó)近幾十年來的退耕還林等政策也起到了明顯效果 [37]，中國(guó)南方地區(qū)采取的，在農(nóng)業(yè)活動(dòng)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(chǔ)存 [38]。
2021-2030年，是中國(guó)逐步轉(zhuǎn)型、完成 “碳達(dá)峰” 氣候承諾的十年，是全球應(yīng)對(duì)氣候變化、減緩溫室氣體排放的關(guān)鍵十年，同時(shí)也是聯(lián)合國(guó) “生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的十年”。
如不采取減排措施、應(yīng)對(duì)氣候變化，森林與人類都將面對(duì)更多未知的風(fēng)險(xiǎn)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(gè)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對(duì)本文的討論。
吳雨濃，中外對(duì)話氣候變化戰(zhàn)略傳播官。
