永远不会有足够的树木抵消碳排放——森林固碳的悖论

植物从大气中吸收二氧化碳，将其转化为树叶、木材和根。这个奇迹每天都在发生，人们由此希望，植物，特别是生长迅速的热带树木，可以作为气候变化的自然“刹车”，吸收化石燃料燃烧所排放的大量二氧化碳。世界各地的政府、公司和环保慈善机构也因此都承诺要保护或种植大量的树木。

表面上看，植树造林的措施将切实降低大气中的二氧化碳含量。但与直观感受相反，不适当的植树造林不仅不会降低二氧化碳含量，还将破坏当地生态系统。为解释这一问题，作者进行了大量实验，并向读者分别介绍了植物缓解气候变化的原理、人为和自然方法固碳的优劣，并带领读者正确认识植树造林的意义。

2011年，Bonnie Waring在哥斯达黎加的La Selva生物站进行研究。 照片由作者提供照片

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植物如何对抗气候变化？

植物对抗气候变化的过程归功于一些奇妙的化学过程。植物将CO?气体转化为单糖的过程称为光合作用。然后这些糖被用来构建植物的生命体。如果捕获的碳最终变成了木头，它就可以与大气隔绝数十年。植物死后，它们的组织会腐烂并被吸收到土壤中。

虽然在微生物分解死亡有机体的过程中会自然地释放二氧化碳，但一些植物碳可以在地下保存几十年甚至几个世纪，其固存的碳将远大于由于微生物的呼吸作用而产生的碳。陆地植物和土壤总共含有大约25000亿吨碳——大约是大气中碳含量的三倍。读到这里，你会发现植物(尤其是树木)是如此优秀的天然碳库，因此增加世界各地植物的丰度可以降低大气CO?浓度是有道理的。

显微镜下的叶片:可以看到调节氧气和二氧化碳的气孔。Shutterstock/Barbo

然而自然并不允许我们无限扩大植物的丰度，陆地上的碳存储能力是有限的。在植物的生长过程中需要四种基本成分生长:光、CO?、水和营养(如氮和磷，存在于植物肥料中的相同元素)。如果我们保证树木有足够的水喝，森林就会长得高大茂盛，形成荫凉的树冠，使较小的树木得不到阳光。如果我们增加空气中CO?的浓度，植物将急切地吸收它——直到他们不能再从土壤中提取足够的肥料来满足他们的需要。就像面包师制作蛋糕一样，植物需要CO?、氮和磷的特殊比例，遵循特定的生命配方。当氮和磷耗尽，再多的二氧化碳也无法被吸收。

认识到这些基本限制，科学家们估计，地球的陆地生态系统可以容纳足够多的额外植被，从大气中吸收400到1000亿吨的碳。一旦这种额外的增长实现了(这一过程将需要几十年)，陆地上就没有额外的碳储存能力了。

但我们的社会目前正以每年100亿吨碳的速度向大气中排放二氧化碳。自然过程将难以跟上全球经济产生的温室气体泛滥的步伐。例如，一个乘客在从墨尔本到纽约的往返航班上所排放的碳(1600千克碳)大约是一棵直径半米的橡树能固碳总量(750千克碳)的两倍。

碳被储存在英国一个典型的温带森林里。UK Forest Research, CC BY

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人为植树所带来的负面影响

尽管植物生长存在所有这些公认的物质限制，但为了缓解气候紧急状况，大量增加植被覆盖的大规模努力正在不断增加。这些努力的绝大多数集中在保护或扩大森林，因为树木的生物量（某一时刻调查时单位面积上积存的有机物质以鲜重或干重）是灌木或草的许多倍，因此代表着更大的碳捕获潜力。

然而，对陆地生态系统捕集碳的根本误解可能产生毁灭性的后果，导致生物多样性的损失和二氧化碳浓度的增加。这似乎是一个悖论——植树怎么会对环境产生负面影响?答案在于自然生态系统中碳捕获的微妙复杂性。

在进行任何森林栖息地的扩张之前，我们必须确保在正确的地方种植树木，因为不是所有陆地上的生态系统都能够或应该支持树木。在通常由其他类型植被主导的生态系统中种植树木往往不能产生长期的碳固存。

比如在草原上经常发生火灾，经常烧毁种植在不属于它们的地方的树木。这一原理也适用于北极苔原，那里的原生植被整个冬天都被雪覆盖，将光和热反射回太空。在这些地区种植高大、深色叶的树木可以增加热能的吸收，并导致局部变暖。

即使是在森林栖息地植树也会对环境造成负面影响。从碳固存和生物多样性的角度来看，所有森林都是不平等的——自然建立的森林比人工林包含更多的动植物物种。它们通常也含有更多的碳。但旨在促进植树的政策可能会无意中刺激对已建立良好的自然栖息地的砍伐。

最近一个引人注目的例子涉及墨西哥政府的Sembrando Vida计划，该计划直接向种植树木的土地所有者支付款项。许多农村土地所有者砍伐建立良好的老森林来种植幼苗。这一决定虽然从经济角度来看是十分明智的，但却导致了数万公顷成熟森林的损失。

作为墨西哥和中美洲2019年“Sembrando Vida”项目的一部分，萨尔瓦多总统Nayib Bukele和墨西哥外交部长Marcelo Ebrard正在植树。 REUTERS/Jose Cabezas

许多人有种错误看法，即古老的森林不再快速生长，不再吸收额外的二氧化碳，因此对减缓气候变化没有用处。于是他们执着于砍掉老森林，种植新树苗。然而这就好比把浴缸里的水放干，然后把水龙头开到最大:从水龙头流出的水比以前更大了——但浴缸的总容量没有改变。事实上，成熟的森林就像充满碳的浴缸。它们正在对封存在陆地上的大量但有限的碳做出重要贡献，干扰它们也不会有什么好处。

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自然的环保卫士——泥炭沼泽

相比于众所周知的森林，低调的泥炭沼泽具有更强大的固碳能力。一个典型的例子来自苏格兰的泥炭地——大片的土地上低洼的植被(主要是苔藓和草)生长在持续潮湿的土地上。因为在酸性和浸水的土壤中，分解非常缓慢，死亡的植物会在很长一段时间内积累，形成泥炭。被保存下来的不仅仅是植被:泥炭沼泽还将所谓的“沼泽尸体”变成了木乃伊——那些死于几千年前的几乎完整的男性和女性遗体。事实上，英国泥炭地的碳含量是该国森林的20倍。

但在20世纪末，苏格兰的一些沼泽被抽干用于植树。土壤干燥可以让树苗生长，但也会加速泥炭的腐烂。埃克塞特大学的生态学家Nina Friggens和她的同事估计，干燥的泥炭分解释放的碳比生长中的树木能够吸收的还要多。显然，当让泥炭地顺其自然发展时，它们能最好地保护气候。

在不同气候区和生态系统中大规模植树的不同影响. Stacey McCormack/K?ppen 作者提供气候分类

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探索提升森林固碳能力的方法

地球上所有的森林——即使是最原始的森林——都很容易受到气候变暖、降雨变化、日益严重的野火和通过地球大气流漂移的污染物的影响。但这些看似负面的影响有时却会带来积极的效果。比如，一些污染物含有大量的氮(植物肥料)，这可能会促进全球森林的生长。通过生产大量的农药和燃烧化石燃料，人类大大增加了植物可利用的“活性”氮的数量。其中一些氮溶解在雨水中，到达森林地面，在那里它可以刺激一些地区的树木生长。但作用机制是什么？作者进行了实验研究。

作者的团队勾勒出了森林的一块面积，大约有两个足球场那么大，并把它分成16块地，随机分配给它们施用不同的化肥。在接下来的三年(2015- 2017年)，这些地块成为地球上研究最深入的森林碎片之一。他们用一种专门的手工制作的仪器，叫做树状计，来测量每一根树干的生长情况。

树木生长计装置缠绕在树干上测量生长。作者提供照片

艰苦工作三年后，他们可以计算出每个地块产生的所有叶子、木材和根系，并评估研究期间捕获的碳。最终发现，森林里的大多数树木并没有从化肥中受益——相反，它们的生长与特定年份的降雨量密切相关。

这表明，只要干旱持续加剧，氮污染就不会促进这些森林的树木生长。为了对其他森林类型(湿润或干燥，年轻或年老，温暖或凉爽)做出同样的预测，这些研究需要重复进行，增加过去几十年通过类似实验发展出来的知识宝库。然而，这样的实验是缓慢的，艰苦的，研究人员正在与时间赛跑。

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人类需要健康的森林

支持自然生态系统是我们应对气候变化所需战略武器库中的一个重要工具。但是，陆地生态系统永远无法吸收化石燃料燃烧所释放的碳。我们需要从源头上削减排放，并寻找其他策略来消除已经在大气中积累的碳，而不是被植树计划误导而自满。

这是否意味着目前保护和扩大森林的运动是一个糟糕的主意? 不，保护和扩大自然栖息地，特别是森林，对确保我们星球的健康绝对至关重要。在温带和热带地区的森林中，生物们正受到越来越大的威胁。地球上近一半的可居住土地用于农业，为开垦农田或牧场而进行的森林清理仍在迅速进行。

哥斯达黎加，一只草莓毒箭蛙栖息在树枝上。All Canada Photos / Alamy Stock Photo

与此同时，气候变化造成的大气破坏正在加剧森林火灾、干旱加剧和地球系统性升温，对森林及其所支持的野生动物构成日益严重的威胁。

把森林看作生物多样性的水库，而不仅仅是碳的仓库！

名词解释：森林碳汇/固碳（ForestCarbonSinks）是指森林植物吸收大气中的二氧化碳并将其固定在植被或土壤中，从而减少该气体在大气中的浓度。森林是陆地生态系统中最大的碳库，在降低大气中温室气体浓度、减缓全球气候变暖中，具有十分重要的独特作用。扩大森林覆盖面积是未来30—50年经济可行、成本较低的重要减缓措施。许多国家和国际组织都在积极利用森林碳汇应对气候变化。

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