 编者按：虽然人类期许着，通过“种更多的树、吃更少的肉”来拯救地球。但是，森林增多，是否一定能够帮助发烧的地球“降温”，目前似乎还没有明确或统一的回答。近期Science的一篇特写文章（Features）对这一争议性问题进行了回顾和梳理，或许提供了一个较为全面的思考视角。 原文｜Fred Pearce 翻译｜Blue Jasmine 在西伯利亚北部，涅涅茨驯鹿人隐约感觉，近期的日子有些不同寻常。在他们位于北冰洋之滨的家园里，荒芜的苔原渐渐融化，灌木开始抽芽，一个世纪前还仅能及膝的柳树现在窜到了3米高，并遮住了柳丛间隐藏的驯鹿……调查显示，与20世纪80年代的官方记录相比，涅涅茨自治区（面积约与佛罗里达州相等）现在的树木总量增加了3倍。 Dmitry Schepaschenko是一名森林生态学家，工作单位是奥地利应用系统分析国际研究所（International Institute for Applied Systems Analysis in Austria）。Schepaschenko绘制了西伯利亚苔原的“变绿（greening）”地图。他发现，在有些地区，树木以宽阔的锋面向前推进；另外一些地区，森林增量则是稀稀落落在进行。这里或那里，会出现一些树木，一些灌木状的树也越长越高。 环绕北极圈，随着气候不断变暖，树木开始侵入。在挪威，桦树和松树正在向极地进军——苔原则逐渐萎缩。在阿拉斯加，云杉逐渐取代苔藓和地衣，成为新的主人。近期研究表明，在全球长达12000千米的北半球树线上，2/3的地方出现了森林扩张，而仅有不到1%的地方出现了森林后退的迹象。  图1. 北极圈的变绿趋势。 森林扩张也不仅局限在遥远的北方。在稍低纬度上，一些温暖干燥的区域也出现了树木增多的现象。部分原因是大气CO2（主要的温室气体之一）浓度增大提高了植物的水分利用效率，从而促进植物向更干旱的区域扩张。此外，CO2的增肥效果，使得原有的森林更加枝繁叶茂，从而增大了森林生物量。 然而，热带地区却呈现出与上述地区截然不同的景象。在热带，每年有成千上万公顷的森林毁于电锯和大火，余下的森林则承受着气候变化带来的威胁。根据一些研究的预测，热带地区森林的消失可以经由其他地区的森林增量而得到抵消，甚至可以盈余。基于此，未来数十年内，全球树木的总量将越来越多，树木生长速度越来越快。 这似乎是可以治疗全球变暖的出人意料的大好消息。森林通常具有冷却效应（cooling effect），其可以释放有机物与水蒸气从而加速云的形成。此外，长得快的树木或将吸收更多的CO2，并将其锁在木质部。 然而，考量/清算森林的气候效应，远非如此简单明了。新兴研究认为，森林增多未必能够冷却地球。例如，在某些地区，森林也可能通过降低反射作用而强化气候变暖。长此以往，这种强化作用将抵消森林增多带来的固碳作用。 弗吉尼亚大学（University of Virginia）的环境科学家Deborah Lawrence认为，森林并非仅仅是吸碳的海绵。然而现行的“以碳为核心”的度量方法/标准尚不足以完整捕获森林功效的复杂性。 若要厘清森林究竟会如何影响气候，研究人员不仅要做到把握当下（例如发展需要驱动的森林砍伐），更需要能够预测未来（例如火灾频发、温度变暖）将如何影响森林——这些作用力对于森林的固碳能力可能是把双刃剑）。 历史上，研究人员更关注“森林的消失”，例如，很多的研究都试图量化热带森林（地球最主要的碳汇之一）的逐步萎缩。在全球面积最大的热带雨林——亚马逊，情况尤为糟糕。据估计，自20世纪70年代以来，森林砍伐已经导致约18%的亚马逊热带雨林消失。 2007年，巴西INPE的气象学家Carlos Nobre曾提出警告，热带雨林面积继续缩减，将会把亚马逊从“碳汇”变为巨大的“碳源”。根据Nobre的研究，亚马逊水文循环的模拟结果表明，森林砍伐会导致热带雨林变干、减缓树木生长速度、加速树木的消失，最终使得亚马逊森林的碳排放量大于碳吸收量。（INPE：National Institute for Space Research） 另一位同样来自INPE的气象学家Luciana Gatti认为，Nobre等人的预测可能已成现实。Gatti等人对2010～2018年间亚马逊的大气碳含量进行测量，结果发现亚马逊的东南部已经由碳汇转为碳源。上述结果于2021年7月在Nature发表。东南部地区被称为亚马逊“森林砍伐的拱顶”（arc of deforestation），农业活动使得这里大面积的树木消失不再。东南部的状态转变也使得亚马逊整体由碳汇转为碳源。Gatti认为，我们已经抵达临界点。 Gatti还谈到，由于气温升高与森林砍伐的综合作用，自2008年以来，亚马逊的储碳能力变得更加糟糕。干季延长不仅威胁树木的生长，同时增大了火灾风险，从而加速了森林向开阔稀树草原的转变。来自UK Met Office的气象科学家Chris Jones及其同事发现，如果未来数十年内，亚马逊区域性温度升高4 °C，则亚马逊的整体碳储量将降低1/3。 但是，也有一些热带雨林会保有持续大量固碳的能力。例如，在Borneo岛低地森林进行的一项长期野外研究近期发现，1公顷完整样地现在的固碳量，比1958年平均增加了20吨——这主要是得益于CO2的增肥效果。 然而，持续的气候变暖对热带雨林是极为不利的——即使是还算完整的雨林。一项对500多个完整雨林样地中30万棵树长达30余年的国际追踪研究发现，即使没有砍伐作用，这些树木吸收CO2的能力在20世纪90年代就已达到峰值。而自那以后，它们的吸碳能力已经降低了1/3。来自伦敦大学学院（University College London）的植物生态学家Simon Lewis表示，固碳能力的衰减先是发生在亚马逊，自2010年以来，逐渐蔓延到热带非洲（Simon Lewis是上述追踪研究的共同作者）。基于遥感的估算结果也发现，许多热带雨林的碳吸收速率都在下降。 这一暗淡的图景在热带之外的地区似乎有所缓解。研究认为，在较为凉爽的地区，气候变化同时驱动了森林面积和生产力的提升，而这种提升可能会抵消热带森林的丧失，甚至产生盈余。Lawrence表示，（因为这个现象）或许世界可能实现森林的收支平衡。虽然目前，该图景尚不是非常清晰。 一些研究发现高浓度的CO2确实帮助增大了森林的生物量——这也是上文“乐观主义”的形成因素之一。例如，2016年，北京大学朱再春（朴世龙院士课题组）等人在NCC发表了一篇高被引论文。该文发现自1982年以来，全球1/4～1/2的植被呈现出叶面积增大的趋势，而仅有不到4%呈现出下降的趋势。朱再春等人的模拟结果认为，全球森林生物量增加的70%的解释度可归于CO2的增肥效应。 另外一些全球尺度的模拟研究认为，未来，更多CO2的排放也会驱动森林向新的区域扩展。这些数字模型使得研究人员可以探索森林将如何响应一系列因素，包括全球温度与大气碳浓度的变化。2021年12月，来自布朗大学（Brown University）的气象学家Jennifer Kowalczyk等人在JGR Atmospheres发表了一篇论文。该文发现，升温（只考虑这一个因素）会导致全球性的植被减少，表现为热带地区由于过热导致的植被减少量会超过非热带地区由于生长季节延长而导致的植被增加量。然而，当将CO2浓度升高带来的增肥效应纳入考虑之后，结论发生了反转。即，当CO2浓度升至560 ppm时（约为工业革命前CO2浓度的两倍），全球森林覆盖率会比工业革命前增加15%。 模拟研究中的森林增量主要出现在北方针叶林。在这些区域，生长季节的延长和永冻土的融化可以帮助树木开疆拓土。然而在一些亚热带地区的干旱内陆，森林的面积也有增加。Kowalczyk表示，这似乎有些出人意料——虽然干旱地区的降雨量并未显著增加，但是森林面积确实增大了。Kowalczyk认为，这可能是因为大气CO2浓度的升高降低了树木的水分消耗——因为CO2浓度较高，树木只需要小幅度地张开气孔即可摄入足量的CO2。这一过程使得幼苗可以扩散到更远的地方。 也有一些人研究人员对森林面积扩张的乐观预测持怀疑态度。他们认为，其他一些因素可能会干扰森林扩张。例如，为了满足全球对食品与资源日益增长的需求，森林砍伐可能会加速，从而使得森林增量化为乌有。来自英国生态与水文中心（UK Center for Ecology & Hydrology）的Chris Huntingford认为，土壤关键营养元素（如磷元素）的匮乏，可能也会中和CO2的增肥效果，尤其是在热带森林。例如，2019年，慕尼黑科技大学（The Technical University of Munich）Katrin Fleischer等人在Nature发表了一篇研究论文。他们发现，在亚马逊，磷素缺乏或将导致CO2增肥带来的森林增量减半。 另一个重要问题是，更加温暖干燥的气候将如何影响森林野火。长期以来，模型模拟研究一直在警告，气候变化可能会增大热带和温带森林的火灾风险。北方针叶林可能也会受到波及。根据全球森林瞭望（Global Forest Watch）的报告，2021年北方针叶林总面积减少了800万公顷——减少量是2020年的130%。森林面积减少最主要的因素是野火。 然而，植物生态学认为，野火也可以帮助北方针叶林储存更多的碳。因为火灾过后的再生林，可能会生长有密度更大、耐受火灾能力更强的物种。  图2. 野火可以摧毁森林，也可能催发新树种的繁荣。 北亚利桑那大学（Northern Arizona University）的森林生态学家Michelle Mack就曾见证过这种现象。2004年，大火摧毁了阿拉斯加的常绿云杉林。火灾过后，森林余烬被生长速度更快、耐燃性能更好的白杨和白桦所取代。这两个新生常绿树种的终极固碳量最多可达云杉的5倍。Mack说：“我本来以为没有办法可以恢复大火导致的碳损失……但是这些树（白杨和白桦）做到了，而且很快就做到了。” Mack还补充道，在北美西部和俄罗斯远东地区，上述现象很是常见。对此，Schepaschenko也表示赞同：“在西伯利亚，大火帮助森林向北拓展，并进入苔原。这是因为火移除了地表的藓类和地衣，使得树木的种子得以接触到矿质土壤。” 即使所有这些认为未来森林会更多的模型都是正确的，目前依然无法确定，这些树木/森林的增量对于缓解全球变暖究竟有多大帮助。 从正面来看，毫无疑问，森林应该会利于降低低层大气的温度。其中一个方式就是，森林可以从土壤中吸取大量的水分并释放到空气中。通常而言，一棵树平均每天可以呼出多达100 L水。全球共有3万多亿颗树，这些树加在一起，每年可以释放约6万立方千米的水，这个总量约等于美国全境铺满6米深的水。 液态水转化为气态水是吸热过程，因此上述蒸腾作用有利于大气降温。蒸腾的水气与树木产生的其他有机物一起，促进了云的形成，从而实现降温的效果。（CO2的增肥效果可能会通过提高树木的水分利用效率而降低蒸腾作用。但研究人员认为，尽管如此，净效益依然会以降温为主。） 森林冠层的相对粗糙度（roughness）也可以帮助降温。树木的枝叶交错导致了气流的旋转、混合，从而帮助热气逸散到大气中。 据此，Lawrence总结到，目前，上述两个过程使得地表温度降低了0.4-0.6 °C。两个过程的贡献约为半对半。 但是，森林也可能会使得地球更温暖，主要是通过改变地表的反射作用（反照率）而实现。光滑的地表，例如新雪，其反照率约为0.8-0.9（反照率赋值区间为0-1），即，大部分的太阳光都将被反射回到太空。与之相反，连续的阔叶林冠层，其反射率仅为0.15。这意味着，树木吸收了大量的太阳能，并会通过辐射将热量散发到周围。而针叶林冠层的反照率更低，约为0.08。 在雪量丰富的极北区和高纬度区域，森林扩张可能会严重影响这些地区的反照率，因为浓郁的森林冠层会取代积雪的覆盖。在干旱地区，反照率的变化可能也很明显，因为树木的出现遮盖了反射作用更强的沙石地表。然而，升温导致的反照率改变最终是否会削弱森林的降温作用，可能取决于多个因素，包括海拔、纬度、树木的生长快慢、森林的年龄等。 总的来说，在高纬度、高海拔地区，年轻森林的降温效果可能会更好。因为这些地区雪盖的面积非常辽阔，长期的低温也使得树木的生长速度比较慢，从而削弱了树木捕获碳的能力。例如，在美国，克拉克大学（Clark University）的地理学家Chris Williams发现，在长达100年的时间里，长在落基山脉的森林呈现的净效应是增温，而长在低海拔、雪量少的密西西比河东岸以及太平洋沿岸的森林，呈现的净效应是降温。 但是森林的增温/降温效果，也部分取决于测量/评估是在森林周期的哪个阶段开展的。例如，年轻的森林可能会因其反照率效应导致大气升温。然而随着树木的成长和固碳的增加，森林可能逐渐转为降温效果为主。 在以色列，威兹曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）的地球系统科学家Dan Yakir就曾在Yatir森林中观测到森林森林效果的升温-降温平衡行为。Yatir是人造森林。20世纪60年代，工人们在Mount Hebron山坡的Negev沙漠的黄色沙地上种下了约400万棵Aleppo松树，形成了人工的Yatir森林。今天，这片森林经常被赞为重要的碳汇。 然而，Yakir表示，实际上目前所有的气候收益都不是非常精确的（not clear-cut）。Yakir对森林生物量和反照率的度量结果显示，截止目前，这片松树林浓郁的冠层产生的增温效果强于其固碳作用带来的降温效果。不过，随着树木继续生长，Yakir预期，Yatir森林的降温效果可能会逐渐增强。但是净效应由升温转为降温最早可能要在21世纪40年代以后才会出现——如果现有的树木能够活到那个时候的话。 Yakir说，他们的发现是前人未能预见的。同时，他也提醒道，在某些意义上，Yatir森林是不同寻常的存在：“例如，整片森林几乎都是黑色的，而沙漠则几乎都是白色的。这使得Yatir森林成为一个比较极端的案例。” 萦绕在“新森林将如何影响气候”这一主题周围的不确定性不仅对科研是巨大的挑战，对政策亦是。例如，鲜有大规模的种树计划会从反照率改变的角度去评估种树计划对气候的潜在负面影响。导致的结果就是，类似的绿化行动都会宣称：只要把树种在不利于地球降温的地方，就可以实现帮助地球降温的目标。 继而产生的问题就是，政府部门应该怎样评估新森林的功与过，当他们需要结算自己履行全球气候变化协议（例如巴黎协定）的贡献时。通常而言，保护或扩大森林面积的国家会受到表扬与肯定。例如，俄罗斯的估算认为，该国约1/4的化石燃料排放可以由其辽阔的吸碳森林所抵消。Schepaschenko发现，俄罗斯的极北区森林面积在扩大，可以吸收更多的碳——这一结果暗示着，俄罗斯似乎还有更大的碳排放空间。俄罗斯远东与北极地区开发部部长Aleksey Chekunkov去年接受Bloomberg采访时表示：“我们有巨大的潜力将新森林转变为一个巨大的吸碳枢纽。” 然而，如果经过很长时间以后，这些新森林加速了而不是减缓了气候变暖，又该怎么办？这些国家还应该受到表扬吗？ 科学家认为，类似这样的问题凸显了“更加全面深入地理解森林-气候如何互作”的重要性。William表示：“如果缺乏这样清晰的认识，我将不得不担心，对于视森林为气候解决方案，我们可能看得太重了——当我们真正需要的是整个社会的深度脱碳时。”  图3. 森林面积增加可能产生多重影响。 |
|
|
