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种树是不是缓解气候变暖最有效的方法?——Science上的“神仙打架”

俗话说:鼓不敲不响,理不辩不明。尤其是在关乎人类生存和发展的重大科学问题上,科学家们往往会基于各自的研究材料和文献,各抒己见,为做出重大科学决策提供真正有说服力的依据。这不,围绕着“在全球合适区域种树储碳,进而缓解气候变暖”的焦点问题上,各路“神仙”们在Science 上登载文章,你来我往,产生了激烈的争论。


接下来,我们就看看这场非常有趣的“神仙打架”吧。


首先出场的是正方代表:瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zürich)的Jean-Francois Bastin和Thomas W. Crowther等人。他们的观点是:在全球适当区域恢复森林覆盖,可以有效缓解全球气候变暖。

图1. Thomas W. Crowther教授。图片来源:ETH Zürich


争论的“导火索”源于他们2019年6月发表在Science 上的一篇文章 [1]。政府间气候变化专门委员会(IPCC)的最新报告建议,造林10亿公顷能够到2050年使全球气候变暖缓解1.5℃。所以在Thomas W. Crowther文章中,他们想阐明这样的目标是否能够达到,以及在当前和未来气候条件下,需要恢复多少森林,以及这些森林安置在哪里?


为此,他们选择了受人为干扰最少,最接近自然森林覆盖率的保护区进行研究,解读来自世界范围内各地保护区的78774张卫星照片(图2),分析其森林覆盖率。检验了气候、土壤和地形变量推动全球自然森林覆盖率的变化。随后,他们使用10个土壤和气候变量,构建统计模型预测现有环境条件下全球潜在森林覆盖率。

图2. 卫星观察到全球保护区森林覆盖情况。图片来源:Science [1]


根据联合国粮农组织(FAO)对森林的最新定义,森林是指面积至少为0.5公顷,树木覆盖率至少为10%,且没有人类居住和农业活动干扰的一块土地。按照这一定义,他们的研究显示,三分之二的陆地面积(87亿公顷)能造林,比现有的森林面积多32亿公顷。这些潜在的造林地有14亿属于农业和城市用地,另有约17-18亿公顷潜在林地属于稀疏植被、草地和退化裸土区域。


为避免在森林的定义分类中遇到问题,他们还使用了树冠覆盖面积(tree canopy cover)这一概念。树冠覆盖面积是指树冠垂直投影到地面的面积。他们研究发现,在现有气候条件下,44亿公顷树冠覆盖面积能造林,扣除林地的28亿公顷,再排除农业和城市用地,还有9亿公顷的树冠覆盖面积可以用于造林(图3)。他们估算若这些地区用于森林恢复,将会额外储存2050亿吨碳。考虑到目前为止的全球人为碳负荷为3000亿吨,这将是一个了不起的成就。他们还推算出到2050年气候变化将导致4.5亿公顷的现存热带雨林消失。

图3. 当前全球森林恢复潜能示意图。图片来源:Science [1]


因此,Jean-Francois Bastin和Thomas W. Crowther团队基于他们的研究认为,在全球合适的区域造林进行生态系统恢复是目前缓解气候变暖最有效的办法(“This places ecosystem restoration as the most effective solution at our disposal to mitigate climate change”)。[1]


这篇文章发表后,多名学者在Science 上发表评论展开激烈讨论(图4)。

图4. 多位学者在Science上对Bastin等人的研究发表评论(图右红色方框内)。图片来源:Science 网站


这其中就包括英国埃克塞特大学的Pierre Friedlingstein团队、英国伦敦大学学院的Simon L. Lewis团队和美国德州农工大学的Joseph W. Veldman团队。


接下来,一场学术圈大牛思想碰撞的好戏开始上演。咱们依次看下反方代表的观点陈述。

图片来源于网络


Friedlingstein(图5)等人质疑全球造林进行生态系统恢复是目前缓解气候变暖“最有效的办法”这一观点,并认为2050亿吨的潜在碳储存量估值有误。他们认为Bastin等人错误地理解了碳储存潜能应对人为碳排放的全球碳循环这两个概念 [2]。他们列举自己的观点如下:


1. Bastin等人估算碳负荷时,忽略了只有45%的排放碳留在大气层中,其余的被海洋和陆地生态系统吸收。所以,在评估森林碳储存潜力时应该减去大气中的碳储存量。


2. Bastin等人在估算潜在碳储存量时同样有误,正确的碳储存量估算应该是森林潜在储碳量减去当前生态系统储碳量。这样计算得出的潜在储碳量大大低于Bastin等人的报道。


3. 森林的生物物理反馈(例如反照率和蒸发散热量的变化,可以抵消碳储存的降温效果)在Bastin等人的文章中没有讨论到,却能在文中涉及的某些区域大幅降低恢复森林的碳储存潜能。


4. 通过造林储碳应对气候变暖,效果是暂时和有限的。长期和更有效的办法是减少人为二氧化碳排放(降低化石燃料的碳排放)。


所以,Pierre Friedlingstein等人认为,Bastin等人的观点证据不足。相反,提高能源利用效率和发展非化石燃料,大规模降低二氧化碳排放,才是缓解气候变暖的必由之路。

图5. Pierre Friedlingstein教授。图片来源:University of Exeter


下一位是Simon L. Lewis(图6),他的团队认为,Bastin等人的文章有3处是不正确的 [3]


1. Bastin等人推算在全球合适区域造林9亿公顷,可以储存碳2050亿吨。然而,Simon L. Lewis 等人用4种替代方法进行推算,得出造林9亿公顷平均储碳量为1030亿吨,只有Bastin等人计算量的一半。Bastin等人忽略了造林地区恢复之前的土壤、生物群落、环境变化对储碳的影响。


2. Bastin等人混淆了“大气二氧化碳浓度”(约3000吨)和“人为碳排放总量”(6400亿吨)概念,造林9亿公顷储碳约1000亿吨,只是减少了人为碳负荷的15%(1000亿吨/ 6400亿吨)。且Bastin等人忽略了北部地区和冻土地带地表反照率下降抵消森林降温作用的影响。


3. Bastin等人推算到2050年气候变化会导致4.5亿公顷热带雨林消失也是不正确的。原因是他们在空间上将过去的环境—森林覆盖相关性参数化,并随时间推移应用到未来,得到了错误结果。

图6. Simon L. Lewis教授。图片来源:University College London


第三位上场的是Joseph W. Veldman(图7)。该团队认为Bastin等人的植树造林计划预期2050亿吨储碳量比实际值高出5倍多[4]。Bastin等人的分析存在以下问题:


1. 高估了树木覆盖面积增加时,土壤有机碳的增益。


2. Bastin等人未考虑高海拔和高纬度地区树林反照率降低、吸收热量进而释放导致的暖化效应。


3. Bastin等人错误评估自然存在的稀树草原和草场属于“退化”状态,需要造林修复。这些区域因为野火和大型食草动物的作用,几百万年来一直保持稀树状态。


4. Bastin等人关于保护区的研究模型,在极端干旱和潮湿区域也许是合理的。但是在中等降水(年均500-2000mm)区域,需要考虑火灾、放牧和动物食草等因素影响。所以此时,他们的分析具有不确定性。


把以上因素考虑进去再进行估算,Veldman等人认为这一计划能够储存420亿吨碳。生态修复计划如果得到细致实施,的确能够缓解气候变化,但是该计划不能取代化石燃料减排计划,也不能优于后者。

图7. Joseph W. Veldman副教授。图片来源:Texas A&M University


至此,反方代表一一提出了自己的质疑与观点。Bastin等人随后也在Science上进行了回复 [5]。他们首先声明,全球造林计划在延缓气候变化,减少碳排放上非常有效,但是并非唯一的解决气候变化方案。尽管和“反方辩友”在森林的储碳潜力上存在争议,但是对于全球造林修复可作为一项有重要价值的碳减排措施的观点他们是一致的。且都认可要与节能减排措施一起实行。


随后,针对上述“反方辩友”代表性问题,Bastin等人一一作答如下:


1. 针对Friedlingstein等人的质疑,Bastin等人强调他们认可只有45%的排放碳留存于大气。他们根据政府间气候专门委员会的报告:全球大气中总的过量碳有3000亿吨(接近全球人为碳负荷)。所以2050亿吨的目标能够有效削减大气中的碳。


2. 针对Friedlingstein、Lewis、Veldman等人认为Bastin文章中高估了造林计划的储碳潜力。Bastin则认为彼此分歧源于误解和混淆了森林覆盖和碳储存池的定义,以及评估全球恢复潜能时,潜在造林区现有碳如何排除,这缺乏一手的详细资料。Lewis等人的“森林”定义更接近“林地面积”而非“森林覆盖面积”。Bastin认为造林计划所需“林地面积”是16.57亿公顷,其中的“森林覆盖面积”才是9亿公顷,使用前者进行计算,Lewis自然会得出储碳量减少。Bastin等人运用“森林覆盖-碳当量”(tree cover – carbon equivalent)计算法,再次做详细推算,扣除土壤中存留的碳,得出潜在造林区的碳储量中值为2047亿吨。


3. 针对Friedlingstein、Veldman等人提到森林反照率和蒸发散热量对气候变化的影响。Bastin完全认可此观点,但是认为计算此类影响已经超出了当前研究范围。


4. 针对Veldman等人质疑将自然干旱区域纳入造林修复计划的合理性。Bastin认为,Veldman忽略了大片干旱草原区域被联合国环境规划署定义为正在沙漠化的区域。


5. 针对Veldman等质疑计算模型未考虑野火和大规模食草动物等因素影响。Bastin辩解称前者未理解他们模型的不确定性,这些因素在计算模型中已经直接考虑到了。


6. 针对Lewis等质疑气候变化未来影响生态系统的风险推算。Bastin强调他们的风险评估是一种外推法,确实存在不确定性,但这是对未来潜在森林覆盖差异的预测而非推断。


最后, Bastin等高度评价了各路“反方辩友”提出的问题,认为其具有相关性,值得思考。由于各种方法和评估的差异性导致不确定性依然存在,这表明需要更多定量和数据驱动的方法加入进来。但是他们再次强调生态修复是应对气候变化和生物多样性消失最有效的方法之一。


到此,争论似乎告一段落,笔者作为围观群众,仍然有意犹未尽之感。如何减缓全球变暖这绝对是个值得辩论的话题。近期澳洲的森林大火,可以看作是气候危机给人类带来的系列打击之一。无论是造林储碳,还是节能减排,能够应对气候危机的举措都是靠谱的行动。当然,最重要的还是立刻行动起来,节能减排,从小事做起!


PS:总有些宣传语说保护生态系统是在拯救地球,其实历经过多次生物大灭绝的地球根本不在乎也不需要人类来拯救,需要拯救的只有我们自己!


参考文献:

1. The global tree restoration potential, Science, 2019, 365, 76-79, DOI: 10.1126/science.aax0848

https://science.sciencemag.org/content/365/6448/76

2. Comment on “The global tree restoration potential”, Science, 2019, 366, eaay8060, DOI: 10.1126/science.aay8060

https://science.sciencemag.org/content/366/6463/eaay8060    

3. Comment on “The global tree restoration potential”, Science, 2019, 366, eaaz0388, DOI: 10.1126/science.aaz0388

https://science.sciencemag.org/content/366/6463/eaaz0388  

4. Comment on “The global tree restoration potential”, Science, 2019, 366, eaay7976, DOI: 10.1126/science.aay7976

https://science.sciencemag.org/content/366/6463/eaay7976  

5. Response to Comments on “The global tree restoration potential”, Science, 2019, 366, eaay8108, DOI: 10.1126/science.aay8108

https://science.sciencemag.org/content/366/6463/eaay8108


(本文由水村山郭供稿)


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