种1万亿棵树,就能逆转全球变暖吗?
2020-03-12 11:42

种1万亿棵树,就能逆转全球变暖吗?

文章来自微信公众号:星球科学评论(ID:cityplanet),策划撰稿:云舞空城,视觉设计:陈睿婷,图片编辑:谢禹涵,内容审校:周伟华,题图来自:东方IC


1, 000, 000, 000, 000 棵树,会给世界带来什么改变?这是今年1月的达沃斯世界经济论坛给出的雄心勃勃的数字。美国总统也一反以往对变暖问题不置可否的态度,宣布将积极支持这个“一万亿棵树”计划[1]


美国总统在达沃斯世界经济论坛宣布加入“一万亿棵树”活动 | 图源@观察者网 / 哔哩哔哩视频网站


这项雄心勃勃的超大型树木种植计划由来已久,早在2006年,联合国环境署(UNEP)第一次提出“十亿棵树倡议”,要用一年的时间在世界范围内种下10亿棵树,以缓解全球变暖。截至2011年,在该倡议的资助下,全球范围内一共新种植了120亿棵树[2]。2018年3月,在联合国环境署(UNEP)等国际组织的推动下,一些国际知名人士在摩纳哥共同签署了“一万亿棵树宣言”,把种树这件事推上了一个新的高度[3]


“一万亿棵树宣言” | 该宣言获得了包括摩纳哥阿尔伯特二世亲王等国际知名人士的签名。图源@Plant-for-the-planet.org


2020年1月,达沃斯世界经济论坛将“一万亿棵树”的想法列为大会正式倡议,提交参会领袖们讨论。最终,包括中国、美国和欧洲多国在内的许多政府官员,及300多家与会公司代表共同通过了该倡议[4]。随后,世界各地成立了若干个基金会,它们将会在未来几年开始推动这项规模浩大的植树运动。


达沃斯经济论坛后,一些基金会推出的“一万亿棵树”计划宣传海报 | “一万亿棵树”计划由国际野生生物保护学会(WCS)、世界自然基金会英国分会(WWF-UK)和国际鸟类联盟(Birdlife International)共同发起。图源@Trilliontrees.org 


世人皆知,种树可以改善生态环境,树木也可以在生长中通过光合作用固定二氧化碳,所以种一万亿棵树看起来确实是个诱人的计划。只是,它可能并不是人们想要的“逆转全球变暖问题的灵丹妙药”,甚至可能会有很大的隐患。


这是为何?


森林如何固碳?能固多少?


光合作用通过水、阳光和二氧化碳在叶绿素上的微妙反应,将二氧化碳转变为葡萄糖,参与植物正常生理活动,从而起到固碳作用。这是人尽皆知的基本常识,但除此以外,森林作为一个庞大系统,还有规模更大的储碳“仓库”——土壤。


土壤可以被视作“有生命的”整体,植物的地下部分、穴居生物、昆虫和微生物等主导着它的各种生态过程。各种分解者能够将有形的动植物遗骸转变为零散的有机物碎片,沉淀在土壤中,起到维系土壤透水、透气性能和化学平衡的作用。研究表明,全球陆地生态系统所蕴含的所有碳元素中,有大约62%~78%蕴藏在森林这个复杂系统里,其中又有近七成蕴藏在森林的土壤里[5]


广泛种树一方面可以促进森林树木量的增长,另一方面则可以产生大量动植物遗骸,丰富森林土壤中蕴含的有机质,进而将大气中的二氧化碳储存在森林生态系统中,这也是人们普遍认为森林可以缓解温室效应的原因所在。


一个简单的逻辑是,当人们投入更多的资源种树时,就可以将“大量”的二氧化碳储存起来,为缓解大气碳储量做出贡献。但是,模糊的定性难以作为指导人们行动的依据,定量化的计算显然更有价值。


简化全球碳循环示意图 | 黑色数字和箭头表示工业时代前的碳库(储存碳元素的“仓库”)和碳通量(碳通量指通过该环境的碳元素总量),红色数字和箭头是人类活动造成的变化,其中年均数据是2000年至2009年的平均值。PgC解释见下文图源@文献[6]


2019年7月,Science杂志刊登了一篇定量计算森林固碳能力的论文。该文提出,当代世界上尚存大约9亿公顷(合900万平方千米)的土地可以用来植树,当这些林木在2050年长成,可以提供205GtC(1Gt=10^9吨,C表示碳元素)的固碳空间,相当于将当前大气碳(约810GtC)的25%固定起来[7]


若以上图中大气碳每年以4PgC(1Pg=10^15克=10^9吨=1Gt,C表示碳元素)的净增长量计,大约相当于51年的碳增量。若以上图中每年化石燃料及水泥工业产生的碳排为7.8±0.6PgC计算,约合25年的排放量。


此论文一出,一时间媒体震动,似乎是找到了化解全球变暖问题的灵丹妙药一般,但事情并没有如此简单。


Science杂志关于此论文报道的社交媒体截图 | 图源@某社交网站


批评者很快指出,该文在计算森林固碳能力时犯了诸多错误,例如使用了不当的森林潜在增加面积,其中包括了北半球高纬地区和非洲稀树草原地区的潜在面积;忽略了土地本身的土壤碳储存和土壤活动产生的碳释放;未使用正确的人类历史总排放量进行计算等[8-13]


可供植树的潜在土地分布图 | 图1是只考虑气候和地形的理想植树区域;图2、3是分别依据不同方法去除人类农田和人类居住地的两种情形。论文作者使用“树冠覆盖度”的概念,来模拟在这些土地尽可能种满树时的情况。图源@文献[7]


上图情形1和情形2中的许多地区,并不太适合大规模人为种树,它们包括北半球高纬度地区、一些半干旱地区和非洲的稀树草原地区等。


这是因为森林不仅能够吸收二氧化碳,同样可以降低地表的反射能力,吸收更多太阳辐射,起到升温的作用。有研究表明,在半干旱地区,森林反射阳光的能力比荒漠弱,会造成区域变暖,数十年后才会通过固碳起到抵消的效果[14]。而在北纬45度~40度以北的高纬地区(西北太平洋区是例外),森林的反射能力比雪地弱,也会造成冬季气温的升高[15-16],展开大规模的人工种树存在一定风险。


极光下的寒林景观 | “寒林带”也叫北方针叶林带,是分布在北半球高纬度地区(北纬50度以北)的针叶林带,在欧亚大陆和北美洲均有分布,是地球上规模最大的森林。在下雪以后,平坦的雪地能反射比林地更多的阳光,降低能量吸收。图源@VCG


在稀树草原,草类通过周期性的火灾抑制树木生长,这种天然抑制是维系稀树草原系统中物种多样性和生态稳定性的重要自然因素,即便是降水量满足森林生长需求的地方,也呈现出草原景观[17]。若强行种树,则是对稀树草原生态系统的破坏。


此外,批评者也认为该团队运用了不合适的计算方法。根据改进算法,即便在可能的合适地区都种满森林,在未来30年中能够提供的最终固碳能力介于42GtC~108GtC之间,远小于Bastin等人的计算结果(205GtC)[8-9,13,18]


相比之下,2018年的全年二氧化碳排放为37.1Gt CO2(表示37.1Gt的CO2,换算为碳元素排放约为10.02GtC (1Gt CO2 = 0.27 GtC),即便在未来采取激进的植树策略,将能够植树的环境全部种满,也仅能提供4年~10年的碳排空间。假若考虑到每年碳排仍在保持增长,能够提供的预期空间将更小。


截至2018年的全球化石燃料二氧化碳排放量变化图 | 2018年,全球因燃烧化石燃料产生的二氧化碳排放为37.1Gt。图源@Global carbon project


总之,种树不是逆转全球变暖的灵丹妙药,尽管它确实有一点效。


植树光环背后的隐患


虽然效用有限,但植树造林仍是执行难度和成本都较低的固碳方案,被广泛写入各种国际协议。但很多情况下,这些协议更强调土地的植被覆盖水平,对森林为天然林或人造商业林、树种为本地种或引进种、品种结构是否多样,并无特别强调[19-20]


中国是人工林种植面积最大的国家[21],历史上也曾发生过人造林树种过于单一引起的生态失衡[22]。可喜的是,当代林业人员提出了“近自然林业”的人造林管理策略,因地制宜、因时制异地搭配不同品种、不同树龄的树木,既能最大限度保证木材供应,也能够加速人造林向天然林的演替进程,增强森林的生态功能和稳定性[23-25]。此外,近年来也实施了一系列天然林保育工程,一定程度上弥补了人造林固碳效率较低、生态效益较低的弊端。


此外,大规模种树的价值需要数十年才能体现,但全球暖化的速度却没有下降趋势。随着暖化的加剧,野火和虫害对森林的威胁也在增大[26-29]。而野火却能在短期消耗大量木材,增加短期碳排放。在植树造林的同时,更要做好森林防火,避免民众违规用火引起火灾显得尤为重要。


更大的隐患,在于使治理全球变暖的方法出现本末倒置。在全球种树的大潮、经济发展的需求和媒体的推波助澜下,人们很容易陶醉于已经取得的植树成就,而忽视真正的要害:减少对化石燃料的依赖,改变能源结构。这也是“一万亿棵树”计划批评者们最担忧的事。


今年2月12日,美国共和党众议员Bruce Westerman正式向国会提出“一万亿棵树”法案,并于2月26日举行了众议院听证会[30-31]。尽管法案将种树描绘成美国两党能够通力合作的一次难得机遇,但外界仍存疑虑,认为这是共和党试图借植树法案掩盖其大力发展化石能源消费产业实质的举措[32-33]


正如评论人士指出:“他们希望使自己看起来关心气候变化,但他们并未准备好采取任何有力措施来限制消费煤炭、石油和天然气所产生的的碳排放[34]。”


去种树吧,为能源转型争取时间


能源结构如何转型,是摆在全世界政治家和科学家面前的大难题。从工业革命以来,化石能源帮助了人类社会飞速发展,但人们也对化石能源产生了深厚的依赖。在当代,化石能源(煤炭,石油,天然气)提供了全世界一次能源消费的85%左右,人类的一举一动,都在燃烧着地球用亿万年积累下来的生物碳资源。


2018年世界一次能源消费结构图 | “一次能源”指自然界中天然存在、未经加工转换的能量资源。“油当量”是按标准油的热值计算各种能源量的换算指标。制图@陈睿婷 | 星球科学评论


几乎一切经济活动都会带来碳排放,这也让世界各国在调整能源结构时举步维艰。激进的能源转型会伤害经济,影响人们的正常生活,甚至引发严重的社会动荡,这也是为什么瑞典少女Greta Thunberg的激进建议令“老人们”发笑的原因:达沃斯论坛上的世界领袖们,不可能在“现在立刻终止对化石燃料勘探和开采的所有投资、对化石燃料的所有补贴,并立即和完全停止使用化石燃料(注:Greta Thunberg原话译文)[35]


能源转型只能稳步推进,在软着陆中逐渐调整能源结构。可喜的是,这个世界上的有识之士们正在这样做着。纵然艰辛,但终归一步一个脚印地向前迈进。


以中国为例,近年来中的中国年均碳排放量进入低速增长通道,但经济仍然保持着中高速增长。2018年,中国的单位GDP碳排放比2017年下降4%,比2005年下降45.8%,提前完成了原计划2020年才能实现的指标。这些事实,意味着这个碳排放占据全球25%的排放大国正在减排的道路上取得惊人成就[36]


全球分区域的二氧化碳排放数据图和中国近年来各种能源的消费结构图 | 上图可见,中国是当代世界最大的单一碳排经济体,且近年来的碳排速率有所减缓;下图可见,在中国的能源消费结构里,煤炭占据重要部分,近年来的煤炭消费量出现先降后升,增速明显放缓,而其他能源的增长显著。图源@文献[37]


成就的背后,是中国的“能源供给侧改革”政策开始发挥作用。煤炭占中国一次能源消费结构的60%左右,增加非煤能源比重、提升燃煤效率、控制小煤炉和散煤燃烧,都在显著改变中国的碳排放局面[38]


截至2018年的中国化石燃料二氧化碳排放量变化图 | 近年来,中国燃烧煤炭排放的二氧化碳量有所下降。图源@Global carbon project


随着“熊熊炉火”的数量减少,一些燃烧效率低下(达成特定能量供应需要燃烧更多的煤炭,造成更多碳排)、污染物排放不达标的锅炉逐渐完成历史使命,减少了燃煤碳排放的同时,也减少了燃煤污染物的排放,降低了灰霾颗粒物的重要来源[39-40]。灰霾渐散,蓝天愈发晴朗,似乎也预示着中国式稳健减排的未来会更加明朗。


只有像这样从能源结构着手,增加可再生能源比重,降低高排放能源比重,才是在未来有效缓解碳排放和全球变暖问题的主要措施。植树造林能够起到的作用,其实微不足道。


但我们仍然要坚持科学种树,哪怕它们只能为减排争取不足10年的短暂时间。


因为比起在固碳中的作用,植树还可以带来更多的价值。


它可以防风固沙(前提是选用正确植物品种、在降水条件满足的地方,科学植树),提升干旱-半干旱地区居民的生活质量。


它可以涵养水源,防止水土流失,为丘陵和山区的人们守护宝贵的土地。


它可以改善生态环境,提升物种多样性,偿还历史长河中欠下的生态破坏债。


它还可以改变人居环境,从精神文明和生态文明的层面丰富整个社会的财富。


那么就在这个春季,去种一棵树吧,无需在意微小的固碳作用,因为你能收获更多其它的价值。


参考文献

[1] 徐蕾. 特朗普达沃斯演讲:种一万亿棵树,我们加入. 观察者网. 2020-01-21.(https://www.guancha.cn/internation/2020_01_21_532589.shtml)

[2] Billion Tree Campaign. In Celebration of Trees. (http://incelebrationoftrees.com/un-billion-tree-campaign/)

[3] https://www.plant-for-the-planet.org/en/about-us/aims-and-vision

[4] Lauren Hirsch. CNBC. Salesforce CEO Marc Benioff says it’s ‘more than fair’ for him to get some credit for Trump’s support of Trillion Trees campaign. 2020-01-24. (https://www.cnbc.com/2020/01/24/davos-salesforce-ceo-benioff-claims-some-credit-for-trump-backing-trillion-trees.html)

[5] 黄玫, 侯晶, 唐旭利, et al. 中国成熟林植被和土壤固碳速率对气候变化的响应[J]. 植物生态学报, 2016, 40(4).

[6] Bruhwiler, L., A. M. Michalak, R. Birdsey, J. B. Fisher, R. A. Houghton, D. N. Huntzinger, and J. B. Miller,2018: Chapter 1: Overview of the global carbon cycle. In Second State of the Carbon Cycle Report (SOCCR2):A Sustained Assessment Report [Cavallaro, N., G. Shrestha, R. Birdsey, M. A. Mayes, R. G. Najjar, S. C. Reed,P. Romero-Lankao, and Z. Zhu (eds.)]. U.S. Global Change Research Program, Washington, DC, USA,pp. 42-70,https://doi.org/10.7930/SOCCR2.2018.Ch1.

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[8] Veldman J W, Aleman J C, Alvarado S T, et al. Comment on “The global tree restoration potential”[J]. Science, 2019, 366(6463): eaay7976.

[9] Lewis S L, Mitchard E T A, Prentice C, et al. Comment on “The global tree restoration potential”[J]. Science, 2019, 366(6463): eaaz0388.

[10] Friedlingstein P, Allen M, Canadell J G, et al. Comment on “The global tree restoration potential”[J]. Science, 2019, 366(6463): eaay8060.

[11] Skidmore A K, Wang T, de Bie K, et al. Comment on “The global tree restoration potential”[J]. Science, 2019, 366(6469).

[12] Grainger A, Iverson L R, Marland G H, et al. Comment on “The global tree restoration potential”[J]. Science, 2019, 366(6463): eaay8334.

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[18] Taylor S D, Marconi S. Rethinking global carbon storage potential of trees. A comment on Bastin et al. 2019[J]. BioRxiv, 2019: 730325.

[19] Neeff, T., Heiner von Luepke, H. V. & Schoene, D. Choosing a Forest Definition for the Clean Development Mechanism Forests and Climate Change Working Paper 4 (FAO, 2006); available via http://go.nature.com/Kl6NQh

[20] Sasaki, N. & Putz, F. E. Critical need for new definitions of “forest” and “forest degradation” in global climate change agreements. Conserv. Lett. 2, 226–232 (2009).

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[22] 蔡燕, 杨灿朝, 梁伟. 人工林对海南鹦哥岭鸟类多样性的影响[J]. 四川动物, 2009(05):130-133.

[23] 陆元昌, 张守攻, 雷相东, et al. 人工林近自然化改造的理论基础和实施技术[J]. 世界林业研究, 2009, 22(1):20-27.

[24] 柴宗政, 王得祥, 郝亚中, et al. Succession Dynamics of Larix principis-rupprechtii Plantation in Intermediate Section of Qinling Mountains%秦岭中段华北落叶松人工林演替动态[J]. 林业科学, 2014, 050(002):14-21.

[25] 宁金魁, 陆元昌, 赵浩彦, et al. 北京西山地区油松人工林近自然化改造效果评价[J]. 东北林业大学学报, 2009, 37(7):42-44.

[26] 赵铁良, 耿海东, 张旭东, et al. Influence of temperature change on forest pests in China%气温变化对我国森林病虫害的影响[J]. 中国森林病虫, 2003, 022(003):29-32.

[27] Logan J A, Régnière J, Powell J A. Assessing the impacts of global warming on forest pest dynamics[J]. Frontiers in Ecology and the Environment, 2003, 1(3): 130-137.

[28] Oris F, Asselin H, Ali A A, et al. Effect of increased fire activity on global warming in the boreal forest[J]. Environmental Reviews, 2014, 22(3): 206-219.

[29] Harvey B J. Human-caused climate change is now a key driver of forest fire activity in the western United States[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2016, 113(42): 11649-11650.

[30] WESTERMAN INTRODUCES TRILLION TREES ACT. 2020-02-12.(https://westerman.house.gov/media-center/press-releases/westerman-introduces-trillion-trees-act)

[31] “Trllion trees”法案全文. (https://www.congress.gov/bill/116th-congress/house-bill/5859/text?q=%7B%22search%22%3A%5B%22trillion+trees%22%5D%7D&r=1&s=1)

[32] Elvina Nawaguna. A trillion trees not enough to fix climate crisis, critics say. Phys.org. 2020-02-27. (https://phys.org/news/2020-02-trillion-trees-climate-crisis-critics.html)

[33] Faye Flam. Planting Trees Is Good, But Cutting Emissions Is Better. 彭博社. 2020-02-15. (https://www.bloomberg.com/opinion/articles/2020-02-15/planting-a-trillion-trees-isn-t-enough-to-stop-climate-change)

[34] Peter Zampa and Tyler Smith. Republicans go out on a limb with 1 trillion tree pitch in Congress. ABC12新闻网. 2020-02-21.(https://www.abc12.com/content/news/568084302.html)

[35] Greta Thunberg在2020年达沃斯论坛的发言稿.(https://www.rev.com/blog/transcripts/greta-thunberg-davos-forum-speech-transcript)

[36] 中华人民共和国生态环境部. 2018中国生态环境状况公报. 2019-05.(http://www.mee.gov.cn/hjzl/zghjzkgb/lnzghjzkgb/)

[37] Jackson R B, Friedlingstein P, Andrew R M, et al. Persistent fossil fuel growth threatens the Paris Agreement and planetary health[J]. Environmental Research Letters, 2019, 14(12): 121001.

[38] 电力规划设计总院, 中国能源发展报告2018.

[39] 常清, 杨复沫, 李兴华, et al. 北京冬季雾霾天气下颗粒物及其化学组分的粒径分布特征研究[J]. 环境科学学报, 2015(2):363-370.

[40] 陈航宇, 王京刚, 董树屏, et al. 北京夏冬季雾霾天气大气单颗粒物特征[J]. 环境工程学报, 2016, 10(9):5023-5029.


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