治疗地球发烧，植树造林“未必”是道良方

本文来自微信公众号：小象君 Elefam（ID：Elephant-Mr），作者：李佳泽（英国帝国理工学院在读博士生），编辑：谌，视觉：Iva&Dule，头图来自：视觉中国

过去170年来地球表面温度已升高1.09℃，由此引发的极端天气事件、生物多样性丧失等灾难不断为人们敲响警钟：治疗“地球发烧”刻不容缓！而让地球发烧的“病原体”正是以二氧化碳为代表的温室气体。

减排与固碳是治疗地球发烧的有效手段；植树造林就是利用植物的固碳能力去吸收温室气体来帮地球“退烧”。但越来越多的证据表明，植树造林并非遏制全球变暖的灵丹妙药，甚至有科学家反对通过植树造林来抵御气候变化。

那么，植树造林是否真的可以减缓全球变暖？如何才能让森林在应对气候变化中发挥出最大作用呢？

当碳成为森林的一部分

 插图：by Iva

二氧化碳虽是使气候变暖加剧的罪魁祸首，但对于植物来说，它又是不可或缺的“美食”。植物通过光合作用从空气中捕获二氧化碳，合成维系生长所必需的营养物质，并释放氧气回报给地球。那些被植物固定的碳，就变成了枝干、叶子、根系的一部分。

化身成植物本体的碳，至少能陪植株度过一个生长季。但随着草木枯荣，这些被固定的碳也不得不转移阵地。它们随着凋零的花叶飘落，然后被微生物分解成腐殖质，最终在土壤中沉默数百甚至数千年。

于是，全球所有的森林构成了一个巨大的碳汇，储存在森林中的碳约占陆地碳储量的45%。因此，植树造林被认为是从大气中大规模捕获和储存额外二氧化碳的一项有力举措。据估计，倘若在全球开展植树造林，在所有新生林成熟之前，最多能从大气中捕获400亿吨至1,000亿吨的碳，这相当于当前速率下十年里的碳排放量！也就相当于自工业革命以来，由人类活动引起的碳排放总量（约6,000亿吨）的6% – 16%。

换句话说，植树造林可以将大气中的二氧化碳浓度降低约15 – 30 ppm。然而，大气中的二氧化碳浓度已经从工业革命前的280 ppm，以前所未有的速度增长至如今的400 ppm甚至更高。相比之下，即便是以最理想的情况估计，植树造林的固碳作用远不足以抵消与日俱增的碳排放！

而且森林影响气候的方式不止固碳这一种，森林与气候间的相互作用远比我们想象中的更复杂。

是药三分“毒”

漫步林间，林风裹挟着森林独有的清新气息扑面而来。这股“森林味道”其实是树木们在“窃窃私语”。植物通过向空气中释放挥发性有机化合物（volatile organic compound, VOCs）来与其他生物交流，吸引动物和昆虫前来帮忙传粉，或是向同伴通风报信，共同抵抗不利环境；VOCs也是植物的“生化武器”，不仅能抑制竞争对手的萌发与生长，还能防御病原体、害虫或捕食者的侵袭。

熟悉VOCs的小伙伴估计一脸问号：“VOCs不就是导致雾霾和光化学烟雾的元凶么？！”没错，有些VOCs正是臭名昭著的大气污染物！更令人吃惊的是，就全球而言，植物排放的VOCs量比人为排放量要高得多，约占全球总VOCs 排放量的90%。那么，这些由植物产生的VOCs是否会对大气环境带来不利影响呢？

埃克塞特大学的大气化学家Nadine Unger率先开展了相关研究，并提出“拯救地球，停止植树”（To Save the Planet, Don’t Plant Trees），这下引起了人们的强烈抗议，朋友与同事纷纷与Unger划清界限，甚至还有极端分子向她发出死亡威胁。

实际上，Unger的研究具有重大意义。热带和温带地区的树木会释放大量的异戊二烯，这是一种可以通过多种方式使气候变暖加剧的碳氢化合物。一方面，异戊二烯可以与汽车尾气或化石燃料燃烧产生的氮氧化物发生化学反应，生成臭氧这种温室气体，并延长大气中另一种强大的温室气体——甲烷的寿命。但另一方面，它也可以促进有机气溶胶的生成，这些气溶胶能形成雾霾或较厚的低层云来阻挡阳光，反倒能帮地球“退烧”。可当具有毒害作用的有机气溶胶达到一定浓度，这种降温方式无疑是饮鸩止渴。

随后，兰卡斯特大学的生态学家Sunitha Pangala和伯明翰大学的生态学家Vincent Gauci在亚马逊雨林观测到，树木正源源不断地释放出大量甲烷，其排放量约占亚马逊甲烷总排放量的一半！而Gauci的另一项研究也证实，山林地里的树木是甲烷和另一种温室气体——一氧化二氮的重要来源。斯基德莫尔学院的环境科学家Kristofer Covey也发现，温带森林里的非湿地树木也会释放甲烷，甚至在某些地区，树木所排放的甲烷量将大大削弱森林固碳作用对气候变暖的抑制效应。

略感欣慰的是，森林固碳所产生的冷却效应总体上还是超出了树木释放VOCs所引发的增温效应。不过必须得承认，植树造林这款“退烧药”的副作用可是有点大呀！

绿色加热器

自1750年以来，欧洲大陆所开展的大规模植树造林使欧洲森林面积扩大了10%。可令人意想不到的是，扩大的林地将超过30亿吨的碳排放到大气中，导致当地的地表温度上升了0.12℃。这究竟是怎么一回事呢？

人们常说，炎炎烈日下，穿浅色衣服比穿深色衣服更凉快，这是因为深色比浅色吸热。在地球表面，森林、农田和裸露的土地相对于冰雪和沙地来说颜色更深、反照率更低，因而能够吸收更多来自太阳的热量。

欧洲大陆跨越了北半球的中高纬度区，许多地方一年中的大部分时间都会被积雪覆盖。原生的本土低矮植被以及落叶树种在冬季身披白雪，形成天然的白色反光层。然而，欧洲在植树造林的过程中，采用了商业价值较高的针叶树种来替代本土的落叶树种。高大的针叶树冲破了冰雪的束缚，它们常绿的针叶交织交错，在地表形成一层深绿色的“吸热层”，反倒引起了地表温度上升。

此外，以人工林取代本土天然林势必会对当地原生植被造成破坏，导致封存在古林土壤中的大量碳排放到大气中。虽说针叶树生长速度更快，能从大气中捕获更多二氧化碳，起到了一定的补偿作用，但生长期短也意味着它们能长期储存的额外碳量有限。而且被引入的某些非本土的商业树种很容易“水土不服”，再加上商业林往往物种单一，遭受病虫害和有害生物入侵的风险较大，可能会排放更多含有温室气体的VOCs。

单独某项因素未必会对气候产生显著影响，但当所有情景同时发生，足以抵消森林的固碳降温作用，让森林从“天然空调”直接“黑化”成“绿色加热器”。

 “德”不配“位”，必有灾殃

纵览全球，不是每个地方都需要植树造林，或者说适合植树造林，在某些地方种树甚至是有百害而无一利！

有哪些地方，可以通过植树造林，帮助地球降温呢？

热带雨林 Tropical rainforests

热带雨林是名副其实的气候冷却器。凭借得天独厚的环境条件，热带雨林可谓是最适合种树的地方。热带树木生长速度较快，能高效吸收大气中的二氧化碳；它们还可通过蒸散过程向大气释放大量水分，凝结成亮白又厚实的云层遮盖在地表上，给地球及时降温。

人工林 Forest Plantations 

以人工林替代天然林绝不可取！但新生人工林能迅速捕获大气中的二氧化碳，在保护原生植被的基础上，种植物种多样度较高的人工林，并实行可持续的抚育间伐，将在一定程度上帮助减缓全球变暖。

草原与稀树草原  Grasslands & Savannahs

草原和稀树草原是火灾高发地。这里气候干热，风向多变，植被易燃，一旦发生火灾，火势迅猛难以控制。在这些地方植树可能会引发更严重的森林火灾，致使当地温度急剧升高，并将贮存在树木中的碳释放到大气中，加剧全球变暖。

沙漠 Deserts 

在沙漠地区植树造林的确可以防风固沙，但未必能抵御气候变化带来的不利影响。全球变暖使得本就干旱的沙漠雨量变得更少，如果再大规模植树造林，引入的外来树种为了生存，就会把根系深入地下汲取水分，导致地下水减少；新生林还会通过蒸腾作用抽取土壤中的水分释放回大气中，加剧当地水资源短缺。

此外，在碳贫瘠的土壤中，造林会促进土壤碳的积累；但如果土壤有机碳丰富，造林反而会降低土壤碳储量，尤其是深层土壤的有机碳含量。在沙漠造林可选择种植需水量较低的灌木，并在造林前充分考虑土壤本底碳含量。

泥炭地 Peatlands

在泥炭地植树造林反而会导致碳排放增加。泥炭地的土壤中储存有大量的含碳有机物，这些物质在自然条件下往往分解得十分缓慢。将泥炭地排干用于植树造林反而会打破原有的动态平衡，将原本稳定储存在土壤中的碳提前释放。

苔原生态系统 Tundra Ecosystems 

在高纬度苔原上种植树木将会加剧气候变暖。这里的原生植被较为矮小，且常被白色冰雪覆盖，能够反射阳光。但如果在苔原种植个头较高、颜色较深的树木，将会形成深色的吸热层，引起地表温度升高。且树木在寒冷环境中生长缓慢，需要更久的时间来吸收固定大气中的碳。

如何让森林在减缓气候变化中发挥最大作用？

1. 因地制宜开展植树造林

植树造林应以三个“合适”为基本原则：在合适的时节于合适的地方种植合适的树种。在适宜的时节种树可以提高植株的成活率，保证树种在生长季高效固碳；在合适的地方种树可以事半功倍，反之则会适得其反；种植多种本地树种能更有效地储存碳，也有助于维持当地的生物多样性。

2. 科学有效的森林管理

① 更新管理指标。将森林VOCs浓度及地表植被反照率对气候的影响转化成一种标准化方法，并纳入森林管理评估体系中。

② 土壤管理。土壤的碳储量比植物和大气中的碳总和还要多。碳可在土壤中稳定存在上千年。有效的森林管理可以将植物固定的一部分碳转移到土壤碳库中。

③ 火灾风险管理。气候逐年变暖使森林火灾频频发生，而林火也造成了含碳温室气体的大量释放，加剧了气候变暖。结合当地植被特征，种植多种不同年龄的本地物种，可降低植被易燃性；做好林火监测和预警，以形成可控的低强度林火。

3. 森林保护与林地复育

天然林比同年龄、同规模的人工林具有更大的储碳潜力。保护原生天然林并做好林地复育可最大程度地提高森林碳储量。据估计，在拉丁美洲某些曾经历大规模砍伐的退化林地上重新造林，将有望在未来40年内从大气中捕获85亿吨碳（相当于315亿吨二氧化碳）。

4. 开发可持续人工林

可持续地采伐森林可以帮助减缓气候变化。通过抚育间伐、选择性伐木可在保护森林的基础上提高森林生产力。大多数生态系统的“碳承载力”有限，将树木中的碳转化为使用寿命较长的木材产品也是一种长期封存碳的有效途径。采伐的木材还能用于替代钢铁、水泥等化石燃料密集型产品。

让地球“药到病除”

总而言之，植树造林对气候的冷却或变暖效应都存在较大的不确定性。在没有充分理解植树造林对气候变化的影响之前，把植树造林当作一种抵御全球变暖的策略的确具有风险。

植树造林只是应对大量碳排放的一项权宜之计。归根结底，只有迅速、持续且大幅度地削减由人类活动造成的碳排放，才能遏制全球气温的持续上升，让地球“药到病除”。

但我们也不能就此否定植树造林的重要性，科学地植树造林，既能提高森林的固碳能力、帮助减缓气候变化，又可以保护生物多样性、防风固沙、保持水土，还能通过木材产品和生态旅游带动当地经济发展，从而实现社会、经济与环境的多方共赢。

更何况，地球上这片盛满生命的绿色，本就富有诗性的神秘，值得我们珍存呵护；多了解一点自然的真相，并不会打破自然本身的玄妙与精彩，而是让你我能以更温柔的方式守护我们栖居的家园。

参考资料：

1. IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J. B. R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press.

2. Waring, B., Neumann, M., Prentice, I. C., Adams, M. A. R. K., Smith, P. E. T. E., & Siegert, M. A. R. T. I. N. (2020). What role can forests play in tackling climate change?. Grantham Institute, Imperial College London.

3. 王宏亮, 何连生, 卢佳新 (2020). 臭氧及挥发性有机物综合治理知识问答. 中国环境出版集团.

4. Popkin, G. (2019). How much can forests fight climate change?. Nature, 565(7737), 280-283.

5. Unger, N., To Save the Planet, Don’t Plant Trees. https://www.nytimes.com/2014/09/20/opinion/to-save-the-planet-dont-plant-trees.html

6. Pangala, S. R., Enrich-Prast, A., Basso, L. S., Peixoto, R. B., Bastviken, D., Hornibrook, E. R., ... & Gauci, V. (2017). Large emissions from floodplain trees close the Amazon methane budget. Nature, 552(7684), 230-234.

7. Welch, B., Gauci, V., & Sayer, E. J. (2019). Tree stem bases are sources of CH4 and N2O in a tropical forest on upland soil during the dry to wet season transition. Global Change Biology, 25(1), 361-372.

8. Covey, K. R., Wood, S. A., Warren, R. J., Lee, X., & Bradford, M. A. (2012). Elevated methane concentrations in trees of an upland forest. Geophysical Research Letters, 39(15).

9. Naudts, K., Chen, Y., McGrath, M. J., Ryder, J., Valade, A., Otto, J., & Luyssaert, S. (2016). Europe’s forest management did not mitigate climate warming. Science, 351(6273), 597-600.

10. Luyssaert, S., Marie, G., Valade, A., Chen, Y. Y., Djomo, S. N., Ryder, J., ... & McGrath, M. J. (2018). Trade-offs in using European forests to meet climate objectives. Nature, 562(7726), 259-262.

11. Zastrow, M. (2019). China's tree-planting drive could falter in a warming world. Nature, 573(7775), 474-476.

12. Hong, S., Yin, G., Piao, S., Dybzinski, R., Cong, N., Li, X., ... & Chen, A. (2020). Divergent responses of soil organic carbon to afforestation. Nature Sustainability, 3(9), 694-700.

本文来自微信公众号：小象君 Elefam（ID：Elephant-Mr），作者：李佳泽（英国帝国理工学院在读博士生），编辑：谌，视觉：Iva&Dule