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     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。然而，全球變暖對森林碳氮循環(huán)的影響仍不確定。此外，氣候變暖導致的森林碳和氮循環(huán)的不平等可能會擴大全球南北之間的經(jīng)濟差距。據(jù)估計，在氣候變暖的情況下，高收入國家將從森林資產(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。面對未來的氣候變化，實施氣候智能型森林管理，如全面恢復和優(yōu)化樹種組成，勢在必行。

研究結(jié)果

（1）森林碳氮循環(huán)對變暖的響應

在21世紀的前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)在森林研究地點使用，以模擬更高的環(huán)境溫度。我們對這些變暖實驗的全面全球綜合強調(diào)，實驗變暖廣泛促進了碳循環(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

該模型旨在預測不同情景下的碳和氮收支，包括通過共享社會經(jīng)濟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變暖條件下2040 - 2100年全球碳和氮收支的時空動態(tài)，并與基線指標進行對比。在我們的基線情景中，我們建立了三個子情景：可持續(xù)社會，中間道路社會和化石燃料社會。這些基線情景是基于一個反事實的假設，即自2020年以來地球溫度已趨于穩(wěn)定。相反，我們的變暖情景被分為三個子情景：可持續(xù)社會、中間社會和化石燃料社會。它們分別與從RCP2.6、RCP4.5到RCP8.5的不同輻射強迫水平相一致，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地位。

圖2

（3）森林資產(chǎn)影響評價

基于碳和氮循環(huán)的預估變化，我們對變暖作為氣候變化的單一驅(qū)動因素對全球森林資產(chǎn)的影響進行了貨幣評估，同時考慮到生態(tài)系統(tǒng)福祉、氣候影響（包括森林碳固存和Nr對氣候的影響）和森林生產(chǎn)（包括林產(chǎn)品的經(jīng)濟價值及其生產(chǎn)成本）（圖3a）?？傮w而言，氣候變暖對森林的影響預計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）隨著時間的推移，全球不平等不斷擴大

在多種情景下，預計變暖對全球森林資產(chǎn)的影響將隨著時間的推移而演變（圖3b）。此外，不同的社會經(jīng)濟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。在SSP1-2.6情景中，全球總收益隨著時間的推移而增加，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，全球收益預計將隨時間穩(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期升高，這將導致一些地區(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，變暖將推動廣泛的植被演替，再加上氮消耗增加，可能會破壞全球森林的碳封存能力。采用可持續(xù)的社會發(fā)展模式可以最大限度地利用森林資源為人類帶來的好處，同時相對于高排放社會，顯著提高變暖效益的閾值。