永遠不會有足夠的樹木抵消碳排放——森林固碳的悖論

植物腐爛會產生什麼氣體

植物從大氣中吸收二氧化碳，將其轉化為樹葉、木材和根。這個奇蹟每天都在發生，人們由此希望，植物，特別是生長迅速的熱帶樹木，可以作為氣候變化的自然“剎車”，吸收化石燃料燃燒所排放的大量二氧化碳。世界各地的政府、公司和環保慈善機構也因此都承諾要保護或種植大量的樹木。

表面上看，植樹造林的措施將切實降低大氣中的二氧化碳含量。但與直觀感受相反，

不適當的植樹造林不僅不會降低二氧化碳含量，還將破壞當地生態系統

。為解釋這一問題，作者進行了大量實驗，並向讀者分別介紹了植物緩解氣候變化的原理、人為和自然方法固碳的優劣，並帶領讀者正確認識植樹造林的意義。

2011年，Bonnie Waring在哥斯大黎加的La Selva生物站進行研究。 照片由作者提供照片

01

植物如何對抗氣候變化？

植物對抗氣候變化的過程歸功於一些奇妙的化學過程。植物將CO₂氣體轉化為單糖的過程稱為光合作用。然後這些糖被用來構建植物的生命體。如果捕獲的碳最終變成了木頭，它就可以與大氣隔絕數十年。植物死後，它們的組織會腐爛並被吸收到土壤中。

雖然在微生物分解死亡有機體的過程中會自然地釋放二氧化碳，但一些植物碳可以在地下儲存幾十年甚至幾個世紀，其固存的碳將遠大於由於微生物的呼吸作用而產生的碳。陸地植物和土壤總共含有大約25000億噸碳——大約是大氣中碳含量的三倍。讀到這裡，你會發現植物（尤其是樹木）是如此優秀的天然碳庫，因此增加世界各地植物的丰度可以降低大氣CO₂濃度是有道理的。

顯微鏡下的葉片：可以看到調節氧氣和二氧化碳的氣孔。Shutterstock/Barbo

然而自然並不允許我們無限擴大植物的丰度，

陸地上的碳儲存能力是有限的。

在植物的生長過程中需要四種基本成分生長：

光、CO₂、水和營養

（如氮和磷，存在於植物肥料中的相同元素）。如果我們保證樹木有足夠的水喝，森林就會長得高大茂盛，形成蔭涼的樹冠，使較小的樹木得不到陽光。如果我們增加空氣中CO₂的濃度，植物將急切地吸收它——直到他們不能再從土壤中提取足夠的肥料來滿足他們的需要。就像麵包師製作蛋糕一樣，

植物需要CO₂、氮和磷的特殊比例

，遵循特定的生命配方。當氮和磷耗盡，再多的二氧化碳也無法被吸收。

認識到這些基本限制，科學家們估計，地球的陸地生態系統可以容納足夠多的額外植被，從大氣中吸收400到1000億噸的碳。一旦這種額外的增長實現了（這一過程將需要幾十年），陸地上就沒有額外的碳儲存能力了。

但我們的社會目前正以每年100億噸碳的速度向大氣中排放二氧化碳。

自然過程將難以跟上全球經濟產生的溫室氣體氾濫的步伐

。例如，一個乘客在從墨爾本到紐約的往返航班上所排放的碳（1600千克碳）大約是一棵直徑半米的橡樹能固碳總量（750千克碳）的兩倍。

碳被儲存在英國一個典型的溫帶森林裡。UK Forest Research， CC BY

02

人為植樹所帶來的負面影響

儘管植物生長存在所有這些公認的物質限制，但為了緩解氣候緊急狀況，大量增加植被覆蓋的大規模努力正在不斷增加。這些努力的絕大多數集中在保護或擴大森林，因為樹木的生物量（某一時刻調查時單位面積上積存的有機物質以鮮重或乾重）是灌木或草的許多倍，因此代表著更大的碳捕獲潛力。

然而，對陸地生態系統捕集碳的根本誤解可能產生毀滅性的後果，導致生物多樣性的損失和二氧化碳濃度的增加。這似乎是一個悖論——植樹怎麼會對環境產生負面影響？答案在於自然生態系統中碳捕獲的微妙複雜性。

在進行任何森林棲息地的擴張之前，

我們必須確保在正確的地方種植樹木

，因為不是所有陸地上的生態系統都能夠或應該支援樹木。在通常由其他型別植被主導的生態系統中種植樹木往往不能產生長期的碳固存。

比如在草原上經常發生火災，經常燒燬種植在不屬於它們的地方的樹木。這一原理也適用於北極苔原，那裡的原生植被整個冬天都被雪覆蓋，將光和熱反射回太空。在這些地區種植高大、深色葉的樹木可以增加熱能的吸收，並導致區域性變暖。

即使是在森林棲息地植樹也會對環境造成負面影響。

從碳固存和生物多樣性的角度來看，所有森林都是不平等的——自然建立的森林比人工林包含更多的動植物物種。它們通常也含有更多的碳。但旨在促進植樹的政策可能會無意中刺激對已建立良好的自然棲息地的砍伐。

最近一個引人注目的例子涉及墨西哥政府的Sembrando Vida計劃，該計劃直接向種植樹木的土地所有者支付款項。許多農村土地所有者砍伐建立良好的老森林來種植幼苗。這一決定雖然從經濟角度來看是十分明智的，但卻導致了數萬公頃成熟森林的損失。

作為墨西哥和中美洲2019年“Sembrando Vida”專案的一部分，薩爾瓦多總統Nayib Bukele和墨西哥外交部長Marcelo Ebrard正在植樹。 REUTERS/Jose Cabezas

許多人有種錯誤看法，即古老的森林不再快速生長，不再吸收額外的二氧化碳，因此對減緩氣候變化沒有用處。於是他們執著於砍掉老森林，種植新樹苗。然而這就好比把浴缸裡的水放幹，然後把水龍頭開到最大：從水龍頭流出的水比以前更大了——但浴缸的總容量沒有改變。事實上，

成熟的森林就像充滿碳的浴缸。

它們正在對封存在陸地上的大量但有限的碳做出重要貢獻，干擾它們也不會有什麼好處。

03

自然的環保衛士——泥炭沼澤

相比於眾所周知的森林，

低調的泥炭沼澤具有更強大的固碳能力。

一個典型的例子來自蘇格蘭的泥炭地——大片的土地上低窪的植被（主要是苔蘚和草）生長在持續潮溼的土地上。因為在酸性和浸水的土壤中，分解非常緩慢，死亡的植物會在很長一段時間內積累，形成泥炭。被儲存下來的不僅僅是植被：泥炭沼澤還將所謂的“沼澤屍體”變成了木乃伊——那些死於幾千年前的幾乎完整的男性和女性遺體。事實上，英國泥炭地的碳含量是該國森林的20倍。

但在20世紀末，蘇格蘭的一些沼澤被抽乾用於植樹。土壤乾燥可以讓樹苗生長，但也會加速泥炭的腐爛。埃克塞特大學的生態學家Nina Friggens和她的同事估計，乾燥的泥炭分解釋放的碳比生長中的樹木能夠吸收的還要多。顯然，當讓泥炭地順其自然發展時，它們能最好地保護氣候。

在不同氣候區和生態系統中大規模植樹的不同影響。 Stacey McCormack/Köppen 作者提供氣候分類

04

探索提升森林固碳能力的方法

地球上所有的森林——即使是最原始的森林——都很容易受到氣候變暖、降雨變化、日益嚴重的野火和透過地球大氣流漂移的汙染物的影響。但這些看似負面的影響有時卻會帶來積極的效果。比如，一些汙染物含有大量的氮（植物肥料），這可能會促進全球森林的生長。透過生產大量的農藥和燃燒化石燃料，人類大大增加了植物可利用的“活性”氮的數量。其中一些氮溶解在雨水中，到達森林地面，在那裡它可以刺激一些地區的樹木生長。但作用機制是什麼？作者進行了實驗研究。

作者的團隊勾勒出了森林的一塊麵積，大約有兩個足球場那麼大，並把它分成16塊地，隨機分配給它們施用不同的化肥。在接下來的三年（2015- 2017年），這些地塊成為地球上研究最深入的森林碎片之一。他們用一種專門的手工製作的儀器，叫做樹狀計，來測量每一根樹幹的生長情況。

樹木生長計裝置纏繞在樹幹上測量生長。作者提供照片

艱苦工作三年後，他們可以計算出每個地塊產生的所有葉子、木材和根系，並評估研究期間捕獲的碳。最終發現，森林裡的大多數樹木並沒有從化肥中受益——相反，

它們的生長與特定年份的降雨量密切相關。

這表明，只要乾旱持續加劇，氮汙染就不會促進這些森林的樹木生長。為了對其他森林型別（溼潤或乾燥，年輕或年老，溫暖或涼爽）做出同樣的預測，這些研究需要重複進行，增加過去幾十年透過類似實驗發展出來的知識寶庫。然而，這樣的實驗是緩慢的，艱苦的，研究人員正在與時間賽跑。

05

人類需要健康的森林

支援自然生態系統是我們應對氣候變化所需戰略武器庫中的一個重要工具。但是，陸地生態系統永遠無法吸收化石燃料燃燒所釋放的碳。

我們需要從源頭上削減排放

，並尋找其他策略來消除已經在大氣中積累的碳，而不是被植樹計劃誤導而自滿。

這是否意味著目前保護和擴大森林的運動是一個糟糕的主意？ 不，保護和擴大自然棲息地，特別是森林，對確保我們星球的健康絕對至關重要。在溫帶和熱帶地區的森林中，生物們正受到越來越大的威脅。地球上近一半的可居住土地用於農業，為開墾農田或牧場而進行的森林清理仍在迅速進行。

哥斯大黎加，一隻草莓毒箭蛙棲息在樹枝上。All Canada Photos / Alamy Stock Photo

與此同時，氣候變化造成的大氣破壞正在加劇森林火災、乾旱加劇和地球系統性升溫，對森林及其所支援的野生動物構成日益嚴重的威脅。

把森林看作生物多樣性的水庫，而不僅僅是碳的倉庫！

名詞解釋：森林碳匯/固碳（ForestCarbonSinks）是指森林植物吸收大氣中的二氧化碳並將其固定在植被或土壤中，從而減少該氣體在大氣中的濃度。森林是陸地生態系統中最大的碳庫，在降低大氣中溫室氣體濃度、減緩全球氣候變暖中，具有十分重要的獨特作用。擴大森林覆蓋面積是未來30—50年經濟可行、成本較低的重要減緩措施。許多國家和國際組織都在積極利用森林碳匯應對氣候變化。

作者資訊：

Bonnie Waring 邦妮華林

Senior Lecturer， Grantham Institute

高階講師，格蘭瑟姆研究所

Climate Change and Environment， Imperial College London

氣候變化和環境，帝國理工學院，倫敦