Science | 大规模旱地地区造林缓解气候变化的潜力有限

以下文章来源于地学新文献 ，作者Gui Xu

Limited climate change mitigation potential through forestation of the vast dryland regions

Shani Rohatyn, Dan Yakir, Eyal Rotenberg, Yohay Carmel, 2022 in Science

森林的固碳作用是缓解全球气候变化的有效途径，已有研究支持通过植树造林减缓全球变暖。植树造林可以降低大气中的CO2浓度，产生冷却效应，但同时造林也降低了地表反照率，增加地面净辐射和感热通量，产生局部和潜在的变暖效应。特别是在一些干旱地区，由沙漠转变为森林过程中反照率变化引起的变暖效应可能远超过森林碳固存的冷却效应。

旱区（即干旱指数——年降水量和潜在蒸发量的比值小于0.65）占全球土地面积的40%，被认为是个潜在碳汇。旱区的植树造林也在世界各地逐步开展。但由于上文提到的变暖效应，旱区造林可能会产生气候变暖后果，且大规模的植树造林还可能会影响依赖无林旱地的稀有物种，对生物多样性产生严重后果。因此，本文旨在通过高分辨率的空间分析来确定具有造林潜力的旱地，并评估在这些地区采取造林行动的实际气候效益。

研究基于土地覆盖和生物标准的适宜性分析来确定可用于造林的潜在旱地，即将低矮的植被转化为密集的森林覆盖。作者通过中心像元移动窗口方法，结合遥感数据分别计算造林产生的净碳固存潜力（ΔSP）、反照率变化引起的短波强迫 (EESF) 排放当量，以及两者综合后的净碳储量变化 (NESC=ΔSP-EESF)，以此评估旱区植树造林对气候减缓的潜在贡献。分析中使用了两套全球森林恢复的数据集，分别估算了森林恢复的碳固存和反照率效应，以预测全球旱地造林所能达到的最大气候变化减缓潜力。

图1 在合适的非森林旱地造林中可获得的净当量碳储量变化

分析结果表明，全球4.48亿公顷的旱地上可造林，约占全球旱地面积的6%（图1A）。在此基础上估算2020-2100年这80年内造林的气候效应，得出净累积碳封存潜力为32.3Gt C，由于反照率降低所产生的CO2排放当量为22.6Gt C，净气候变化潜力（表示净当量碳储量变化NESC）仅相当于2100年前的9.7Gt C碳固存（表1）。从空间分布上来看，植树造林在高纬度地区有明显的变暖效应，低纬度地区则是冷却效应，这表明，南非和澳大利亚等国家旱区的造林将导致气候冷却结果（图1，F和G），而哈萨克斯坦和蒙古的造林则可能导致大规模气候变暖效应（图1，B和C），中国和美国的植树造林则体现出中间结果（图1，D和E）。

表1 三种旱地造林情景的潜在气候影响及其组合应用

对比以往研究中两种森林恢复（Potapov et al.,2011,World Resources Institute和Bastin et al.,2019,nature），其森林恢复面积比本研究增加3倍和4倍（分别占总旱地的15%和25%）。如将气候变化减缓效率表征为每单位森林面积的净当量碳储量变化值时，前者气候变化减缓效率最高（40.2t C ha-1），后者最低（16t C ha-1），而本文所采用的造林方案则体现出中间结果（21.6t C ha-1）。当排除模拟结果中净变暖效应的地区（表1，NESF<0）时，形成智慧造林情景，则三种造林方案的气候变化减缓效率均有不同幅度的增加。提取合并三种方案中最大的净当量碳储量，净当量碳储量变化达到最高值（113.6Gt C）。

表2 旱地造林在2100年前对缓解全球CO2当量的温室气体排放的潜在贡献

作者将造林减排潜力与排放情景进行对比。通过与一切照旧（BAU）高排放情景、中等排放情景以及低排放情景（全球升温限制在比工业化前平均高2℃以内（2C））中的CO2当量排放对比，可得到旱地造林到2100年抵消CO2温室气体排放的潜在贡献（表2）。结果显示，在高排放情景下，造林的最大缓解潜力只能抵消未来80年累积排放量的5%，即使是在低排放情景下，该比例也仅为19%。

最后作者进行了一些讨论。与已有研究中对大规模森林恢复的缓解气候潜力对比，本研究预测的缓解潜力小得多，这由于本研究考虑了植被在造林前的潜在固存量及其反照率降低所产生的变暖效应。值得注意的是，本文所考虑造林的气候效应较为粗略，并未考虑到如大气温度、云层或辐射冷却程度等过程的影响。

总的来说，本文证明了对植树造林的缓解气候变暖的潜力评估的重要性，指出造林工作的重点是选择有可能实现净气候冷却效应的有限区域。同时强调，从旱地造林中获得的抵消CO2排放的总贡献是有限的，人们仍需通过迅速减少排放以达到气候目标。

转自：“生态遥感前沿”微信公众号

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