为什么树木不足以抵消社会的碳排放

为什么树木不足以抵消社会的碳排放
热带雨林在南美。
Shutterstock /婆罗洲

2009年的一个早晨,我坐在一辆破旧的公共汽车上,沿着哥斯达黎加中部的一个山腰蜿蜒而行,当我抓着我的许多行李箱时,头顶上冒着柴油烟雾。 他们装有成千上万的试管和样品瓶,牙刷,防水笔记本和两件更衣。

我在去的路上 拉塞尔瓦生物站在这儿,我要花几个月的时间研究潮湿的低地雨林对日益普遍的干旱的反应。 在狭窄的高速公路的两侧,树木像水彩纸上的纸一样渗入薄雾,给人以无限的原始森林被云朵浸没的印象。

当我凝视着窗外的壮丽景色时,我想知道我怎么能希望理解如此复杂的风景。 我知道世界各地成千上万的研究人员都在为同样的问题而苦苦挣扎,试图了解瞬息万变的世界中热带森林的命运。我们的社会对这些脆弱的生态系统提出了很高的要求,这些生态系统控制着数百万人的淡水供应,回家 三分之二 地球陆地生物多样性。 越来越多地,我们对这些森林提出了新的要求-使我们免受人为引起的气候变化的影响。

植物从大气中吸收二氧化碳,将其转化为叶子,木材和根。 这个每天的奇迹激发了 希望 这些植物-特别是快速生长的热带树木-可以作为应对气候变化的天然制动器,捕获化石燃料燃烧所排放的大部分CO XNUMX。 在世界各地,政府,公司和保护慈善组织已承诺保护或种植 大规模 树木数量

但事实是,没有足够的树木来抵消社会的碳排放-而且永远也不会。 我最近进行了 检讨 可用的科学文献中评估碳森林可以吸收多少碳。 如果我们绝对最大化地球上所有土地可以容纳的植被数量,那么我们将固存足够的碳,以目前的速度抵消大约十年的温室气体排放量。 在那之后,可能有 没有进一步的 增加碳捕获量。

然而,我们物种的命运与森林的生存和森林的生存密不可分。 生物多样性 他们包含。 通过急于种植数以百万计的树木来进行碳捕获,我们是否会无意中破坏使它们对我们的福祉至关重要的森林特质? 要回答这个问题,我们不仅需要考虑植物如何吸收CO XNUMX,还需要考虑它们如何为陆地生态系统提供坚固的绿色基础。

植物如何应对气候变化

植物通过称为“二氧化碳”的过程将二氧化碳转化为单糖 光合作用。 这些糖然后被用来建造植物的生物体。 如果捕获的碳最终变成木材,则可以将其锁定远离大气数十年。 当植物死亡时,它们的组织会腐烂并整合到土壤中。


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尽管此过程通过呼吸(或呼吸)分解死亡生物的微生物自然释放出CO XNUMX,但植物碳的一部分仍可在地下保留数十年,甚至什至 几个世纪以来。 陆地植物和土壤共同存在 2,500千兆吨 碳-大约是大气中碳的三倍。

因为植物(尤其是树木)是碳的极佳天然仓库,所以有意义的是,增加世界各地植物的丰富度可以降低大气中的CO XNUMX浓度。

植物需要四种基本成分才能生长:光,CO XNUMX,水和养分(例如氮和磷,与植物肥料中存在的元素相同)。 世界各地成千上万的科学家研究了植物生长与这四种成分之间的关​​系,从而预测了植被如何应对气候变化。

鉴于人类正在通过加热地球,改变降雨方式,将大片森林砍成微小碎片并将不属于他们的外来物种引入人类,从而同时改变自然环境的许多方面,这是一项令人惊讶的挑战性任务。 陆地上还有超过350,000万种开花植物,每一种都以独特的方式应对环境挑战。

由于人类的复杂方式 改变 这个星球上,有很多科学 辩论 关于植物可以从大气中吸收的精确碳量。 但是研究人员一致认为,土地生态系统具有有限的吸收碳的能力。

为什么树木不足以抵消社会的碳排放碳储存在英国典型的温带森林中。 英国森林研究, CC BY

如果我们确保树木有足够的水可饮用,那么森林将长高茂盛,形成遮荫的树冠,使较小的树无法忍受。 如果我们增加空气中的CO XNUMX浓度,植物将急切地吸收它-直到它们无法从土壤中提取足够的肥料来满足其需求为止。 就像面包师做蛋糕一样,植物按照特定的生活习惯需要特定比例的CO XNUMX,氮和磷。

认识到这些基本限制,科学家估计地球的陆地生态系统可以容纳足够的额外植被,以吸收 40 100和 大气中的十亿吨碳。 一旦实现了这种额外的增长(一个过程将需要数十年的时间),就没有能力在陆地上进行额外的碳存储了。

但是我们社会目前正在将二氧化碳排放到大气中 分期付款 每年十吉吨的碳。 自然过程将难以跟上全球经济产生的大量温室气体的步伐。 例如,我计算出,从墨尔本到纽约的往返航班上的一位乘客的排放量大约是原来的两倍 (1600 kg C) 橡木 直径为半米(750公斤C)的树。

危险与承诺

尽管所有这些公认的物理限制因素都对植物生长产生了限制,但仍在进行大量的大规模努力来增加植被覆盖,以缓解气候紧急情况-所谓的“基于自然的”气候解决方案。 这 广大 多数 这些 工作的影响。 重点在于保护或扩大森林,因为树木的生物量比灌木或草丛高出许多倍,因此具有更大的碳捕获潜力。

然而,关于陆地生态系统捕集碳的基本误解可能造成毁灭性后果,导致生物多样性丧失和二氧化碳浓度增加。 这似乎是一个悖论–如何种树 负面影响 环境?

答案在于自然生态系统中碳捕获的微妙复杂性。 为了避免环境破坏,我们必须避免建立自然不属于他们的森林,避免“有害动机”砍伐现有森林以种植新树木,并考虑今天种植的幼苗在未来几十年中将如何发展。

在扩大森林栖息地之前,我们必须确保在正确的地方种植树木,因为并非土地上的所有生态系统都可以或应该支持树木。 在通常以其他类型的植被为主的生态系统中植树 经常失败 导致长期的碳固存。

一个特别说明性的例子来自苏格兰 放量 –大片土地,低洼的植被(主要是苔藓和草)生长在不断潮湿的潮湿土地上。 由于在酸性和浸水的土壤中分解非常缓慢,因此死植物会在很长一段时间内积累,从而形成 泥炭。 不仅保留了植被:泥炭沼泽还使所谓的“沼泽体”-几千年前去世的男女几乎完整的遗体。 实际上,英国泥炭地包含 20倍 碳比国家森林中的碳还要多。

但是在20世纪后期,一些苏格兰沼泽被排干用于植树。 干燥土壤可使树苗生长,但也导致泥炭的腐烂加速。 生态学家 妮娜·弗里根斯(Nina Friggens) 和她在埃克塞特大学的同事 估计 干燥泥炭的分解释放出的碳比生长中的树木吸收的更多。 显然,将泥炭地放在自己的设备上可以最好地保护气候。

草原和大草原也是如此,那里的大火是自然的一部分,而且经常发生大火。 烧树 种植在不属于他们的地方。 这个原则也适用于 北极苔原整个冬季,当地的植被都被白雪覆盖,将光和热反射回太空。 在这些地区种上高大的黑叶树木可以增加对热能的吸收,并导致局部变暖。

但是,即使在森林栖息地上种树也会导致负面的环境后果。 从固碳和生物多样性的角度来看,所有森林都不平等–天然林比动植物林包含更多的动植物种类。 它们通常也含有更多的碳。 但是旨在促进植树的政策会无意间刺激完善的自然栖息地的毁林。

最近的一个引人注目的例子涉及墨西哥政府的 塞姆布兰多(Sembrando Vida) 计划,向种植土地的土地所有者直接付款。 问题? 许多农村土地所有者砍伐了根深蒂固的老林,种下了幼苗。 从经济的角度来看,这一决定虽然很明智,但却导致成千上万公顷的成熟森林遭受损失。

该示例说明了将树木狭窄地用作碳吸收机的风险。 许多善意组织寻求植树 增长最快的,因为从理论上讲这意味着更高的二氧化碳从大气中“排放”的速度。

但是,从气候角度来看,重要的不是树的生长速度,而是成熟时碳的含量以及碳在生态系统中的存留时间。 随着森林的老化,它达到了生态学家所说的“稳定状态” –这是每年树木吸收的碳量与通过树木释放的二氧化碳完美平衡的时候。 植物的呼吸 自身和地下的数万亿个分解器微生物。

这种现象导致了一种错误的认识,认为旧森林不再能迅速生长并隔离更多的CO XNUMX,因此对缓解气候不利。 该问题的误导性“解决方案”是在保护已经建立的森林之前优先考虑植树。 这类似于排干浴缸,以便可以完全打开水龙头:水龙头的水流量比以前大了-但是水浴的总容量没有改变。 成熟的森林就像充满碳的浴缸。 它们为可锁定在陆地上的大量但有限的碳做出了重要贡献,而干扰它们几乎无济于事。

如果快速生长的森林每隔几十年被砍伐并重新种植,而提取的木材用于其他气候变化用途,情况又如何呢? 如果将采伐的木材最终用于长寿命产品(例如房屋或其他建筑物),则可以很好地存储碳,但令人惊讶的是,木材很少 以这种方式使用.

同样,燃烧木材作为生物燃料的来源,如果能减少化石燃料的总消耗量,则可能对气候产生积极影响。 但是作为生物燃料种植园进行管理的森林几乎没有提供保护 生物多样性 和一些研究 问题 首先是生物燃料对气候的好处。

施肥整个森林

科学估算土地生态系统中的碳捕集取决于这些系统如何应对未来几十年内将面临的日益严峻的挑战。 地球上的所有森林,即使是最原始的森林,也容易受到变暖,降雨变化,日益严重的野火以及通过地球大气流漂移的污染物的影响。

但是,其中一些污染物含有大量的氮(植物肥料),这可能会给全球森林带来增长的动力。 通过生产大量的农药和燃烧化石燃料,人类已经 增加 可用于植物的“反应性”氮量。 这些氮中的一部分溶解在雨水中,并到达林地,在那里 刺激 一些地区的树木生长。

作为一名刚从研究生院毕业的年轻研究员,我想知道是否存在一种未被充分研究的生态系统,即 季节性干燥 热带森林,可能对此反应特别敏感。 只有一种方法可以找出:我需要给整个森林施肥。

与我的博士后顾问,生态学家一起工作 詹妮弗·鲍尔斯和专家植物学家丹尼尔·佩雷斯·阿维雷斯(DanielPérezAvilez)一起,我勾勒出森林面积,大约有两个足球场,并将其分成16个地块,并随机分配给不同的肥料处理。 在接下来的三年(2015-2017年)中,这些土地成为地球上研究最深入的森林碎片之一。 我们使用称为“测树仪”的专门手工制作的仪器来测量每个单独的树干的生长。

我们用篮子抓起从树上掉下来的枯叶,并在地面上安装了网眼袋,以追踪根系的生长,这些根系经过艰苦的冲洗而没有土壤并称重。 实验中最具挑战性的方面是肥料本身的施用,该肥料每年发生XNUMX次。 我们穿着雨衣和护目镜来保护我们的皮肤免受腐蚀性化学物质的侵害,我们将后置式喷雾器拖入茂密的森林中,以确保在我们在橡胶大衣下出汗时将化学药品均匀地涂抹在森林地面上。

不幸的是,我们的设备无法抵御愤怒的黄蜂,因为黄蜂的巢通常隐藏在悬垂的树枝中。 但是,我们的努力是值得的。 三年后,我们可以计算每个样地中产生的所有叶子,木材和根,并评估研究期内捕获的碳。 我们 发现 森林中的大多数树木都没有从肥料中受益-相反,生长与特定年份的降雨量密切相关。

这表明只要干旱持续,氮污染就不会促进这些森林的树木生长。 强化。 为了对其他森林类型(干燥或干燥,较年轻或较旧,较温暖或较冷)做出相同的预测,将需要重复进行此类研究,并将其添加到数十年来通过类似实验开发的知识库中。 然而,研究人员正在与时间赛跑。 像这样的实验是缓慢而艰苦的,有时是繁重的工作,人类正在改变地球的面貌,其速度超过了科学界的反应。

人类需要健康的森林

支持自然生态系统是应对气候变化所需战略的重要工具。 但是土地生态系统将永远无法吸收化石燃料燃烧释放的碳量。 而不是被迷恋于虚假的自满情绪 植树计划,我们需要从源头上减少排放,并寻求其他策略来消除已经累积在大气中的碳。

这是否意味着当前保护和扩大森林的运动不是一个好主意? 重点不是。 保护和扩大自然栖息地,特别是森林,对于确保我们星球的健康绝对至关重要。 温带和热带地区的森林含有 陆地上每十个物种中就有一个受到威胁,但它们正面临越来越多的威胁。 几乎 地球上可居住的土地专用于农业,而用于耕地或牧场的森林砍伐仍在继续。

同时,由气候变化引起的大气混乱正在加剧野火,加剧干旱,并有系统地加热地球,对森林及其所支持的野生动植物构成日益严重的威胁。 这对我们的物种意味着什么? 研究人员一次又一次地证明 牢固的联系 在生物多样性和所谓的“生态系统服务”之间-自然界为人类带来的众多利益。

碳捕集只是众多清单中的一项生态系统服务。 生物多样化的生态系统提供了令人眼花array乱的药物活性化合物, 启发 新药的创造。 它们以直接(例如,数以百万计的主要蛋白质来源为野生鱼类的人)和间接(例如,大部分农作物为 授粉的 野生动物)。

自然生态系统和居住在其中的数百万种物种仍在激发着革新人类社会的技术发展。 例如,进行聚合酶链反应(“PCR”),使犯罪实验室可以抓获罪犯,并让您的当地药房提供COVID测试。 仅由于生活在温泉中的谦卑细菌合成了特殊的蛋白质,PCR才可能进行。

作为一名生态学家,我担心对森林在减缓气候变化中作用的过于简单的看法会无意间导致森林的衰落。 许多植树工作着重于种植的树苗数量或其初始生长速率,这两者都是森林最终碳储存能力的较差指标,甚至是生物多样性指标均较差的指标。 更重要的是,将自然生态系统视为“气候解决方案”会给人以误导的印象,即森林可以起到无限吸水拖把的作用,以清除不断增加的人为导致的CO XNUMX排放。

幸运的是,许多致力于森林扩张的大型组织正在将生态系统健康和生物多样性纳入其成功指标。 一年多以前,我参观了墨西哥尤卡坦半岛(YucatánPeninsula)进行的一次大规模的造林实验, 工厂换的行星 –世界上最大的植树组织之一。 在认识到大规模生态系统恢复固有的挑战之后,“以植物造林”计划发起了一系列实验,以了解森林发育早期的不同干预措施如何提高树木的生存率。

但这还不是全部。 科学总监领导 利兰·沃登(Leland Werden),该站点的研究人员将研究这些相同的做法如何通过提供理想的种子萌发和森林生长环境来促进本地生物多样性的恢复。 这些实验还将帮助土地管理者确定何时何地种植树木有益于生态系统,以及何处自然发生森林再生。

将森林视为生物多样性的储存库,而不是简单的碳库,会使决策复杂化,并可能需要改变政策。 我非常意识到这些挑战。 我一整年的时间都在研究和思考碳循环,有时我也看不见森林。 几年前的一个早晨,我坐在哥斯达黎加的热带雨林地上,测量土壤中的CO XNUMX排放量-这是一个相对耗时且耗时的过程。

在等待测量结束时,我发现了一只草莓毒箭蛙(一种像我的拇指一样大小的宝石般明亮的小动物)在附近一棵树的树干上跳来跳去。 对此我很感兴趣,我看着她朝着尖尖的植物的叶子中的一小池水前进,其中有几只id懒洋洋地游着。 青蛙到达这个微型水族馆后,小t(原来是她的孩子们)兴奋地振动,而他们的母亲则将未受精的卵存下来供他们食用。 后来我了解到,这种青蛙臭豆)要非常小心地照顾自己的后代,每天都会重复母亲的漫长旅程,直到the变成青蛙。

当我收拾好设备返回实验室时,我想到了成千上万的此类小型戏剧在我周围并行播放。 森林不仅仅是碳储存库。 它们是令人难以置信的复杂的绿色网,将数百万种已知物种的命运结合在一起,还有数百万种仍在等待发现。 为了在急剧的全球变化的未来中生存和繁荣,我们将不得不尊重那些错综复杂的网络及其在网络中的地位。

关于作者

邦妮·沃林(Bonnie Waring),格兰瑟姆研究所-气候变化与环境高级讲师, 帝国理工学院

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