原文信息

題  目：Warming exacerbates global inequality in forest carbon and nitrogen cycles.

作     者：Jinglan Cui et al.

期     刊：Nature Communications

時(shí)     間：2024.10.24

一作單位：College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou, China.

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53518-5

研究背景

森林是寶貴的自然資源，為人類提供基本服務(wù)。然而，全球變暖對(duì)森林碳氮循環(huán)的影響仍不確定。此外，氣候變暖導(dǎo)致的森林碳和氮循環(huán)的不平等可能會(huì)擴(kuò)大全球南北之間的經(jīng)濟(jì)差距。據(jù)估計(jì)，在氣候變暖的情況下，高收入國(guó)家將從森林資產(chǎn)中獲得1790億美元的收益，而其他地區(qū)可能面臨310億美元的凈損失。面對(duì)未來(lái)的氣候變化，實(shí)施氣候智能型森林管理，如全面恢復(fù)和優(yōu)化樹種組成，勢(shì)在必行。

研究結(jié)果

（1）森林碳氮循環(huán)對(duì)變暖的響應(yīng)

在21世紀(jì)的前20年（2001-2020年），全球地表溫度沿緯度梯度發(fā)生了顯著變化，與1961-1980年相比平均升高1.3°C，在特定陸地區(qū)域有明顯變化（圖1a）。歐亞大陸，特別是北半球北緯71°附近，經(jīng)歷了最明顯的變暖——溫度上升了3.7°C。相比之下，南半球在南緯26°經(jīng)歷了最顯著的變暖，升溫幅度高達(dá)1.5°C。各種變暖技術(shù)，包括加熱電纜、紅外輻射器、開頂室、窗簾和溫室，已經(jīng)在森林研究地點(diǎn)使用，以模擬更高的環(huán)境溫度。我們對(duì)這些變暖實(shí)驗(yàn)的全面全球綜合強(qiáng)調(diào)，實(shí)驗(yàn)變暖廣泛促進(jìn)了碳循環(huán)，包括生產(chǎn)力和呼吸。

圖1

（2）變暖下氮和碳循環(huán)的空間不等式

該模型旨在預(yù)測(cè)不同情景下的碳和氮收支，包括通過(guò)共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑和代表性濃度路徑制定的基線和變暖情景。我們的方法允許我們研究在未來(lái)變暖條件下2040 - 2100年全球碳和氮收支的時(shí)空動(dòng)態(tài)，并與基線指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。在我們的基線情景中，我們建立了三個(gè)子情景：可持續(xù)社會(huì)，中間道路社會(huì)和化石燃料社會(huì)。這些基線情景是基于一個(gè)反事實(shí)的假設(shè)，即自2020年以來(lái)地球溫度已趨于穩(wěn)定。相反，我們的變暖情景被分為三個(gè)子情景：可持續(xù)社會(huì)、中間社會(huì)和化石燃料社會(huì)。它們分別與從RCP2.6、RCP4.5到RCP8.5的不同輻射強(qiáng)迫水平相一致，包括從低到高的排放范圍。結(jié)果表明，在2100年SSP5-8.5升溫情景下，全球森林碳氮循環(huán)的預(yù)期演變存在顯著的空間差異，與緯度、海拔和氣候帶等因素有關(guān)（圖2）。特別是氮輸入、含氮森林產(chǎn)品和碳匯的負(fù)變化。凈生物群落生產(chǎn)力在低緯度和高海拔地區(qū)比在高緯度和高海拔地區(qū)更為明顯和廣泛。此外，在全球范圍內(nèi)，Nr損失的潛在增加、生物量和土壤中氮積累的減少以及氮利用效率的降低可能占主導(dǎo)地位。

圖2

（3）森林資產(chǎn)影響評(píng)價(jià)

基于碳和氮循環(huán)的預(yù)估變化，我們對(duì)變暖作為氣候變化的單一驅(qū)動(dòng)因素對(duì)全球森林資產(chǎn)的影響進(jìn)行了貨幣評(píng)估，同時(shí)考慮到生態(tài)系統(tǒng)福祉、氣候影響（包括森林碳固存和Nr對(duì)氣候的影響）和森林生產(chǎn)（包括林產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及其生產(chǎn)成本）（圖3a）。總體而言，氣候變暖對(duì)森林的影響預(yù)計(jì)將加劇全球南方和全球北方之間的全球發(fā)展差距。

圖3

（4）隨著時(shí)間的推移，全球不平等不斷擴(kuò)大

在多種情景下，預(yù)計(jì)變暖對(duì)全球森林資產(chǎn)的影響將隨著時(shí)間的推移而演變（圖3b）。此外，不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)途徑可能影響全球總效益的大小，甚至改變特定區(qū)域影響的方向，如上所述的巴西和中國(guó)。在SSP1-2.6情景中，全球總收益隨著時(shí)間的推移而增加，從2040年的3520億美元增加到2100年的3970億美元。然而，在SSP2-4.5和SSP5-8.5變暖情景下，全球收益預(yù)計(jì)將隨時(shí)間穩(wěn)步下降，分別從2040年的3320億美元和3480億美元下降到2100年的2350億美元和1460億美元。這主要是由于SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下全球溫度的預(yù)期升高，這將導(dǎo)致一些地區(qū)的溫度高于光合作用的最佳范圍，從而降低森林生產(chǎn)的效益，甚至造成從效益向損害的轉(zhuǎn)變。

編者按

我們的研究結(jié)果表明，變暖將推動(dòng)廣泛的植被演替，再加上氮消耗增加，可能會(huì)破壞全球森林的碳封存能力。采用可持續(xù)的社會(huì)發(fā)展模式可以最大限度地利用森林資源為人類帶來(lái)的好處，同時(shí)相對(duì)于高排放社會(huì)，顯著提高變暖效益的閾值。