作者邦妮·沃林，《对话》 南美洲的热带雨林
信用:Shutterstock/BorneoRimbawan 2009年的一个早上，我坐在一辆嘎吱作响的巴士上，在哥斯达黎加中部的一个山坡上蜿蜒前行，我抓着我的许多行李箱，被柴油烟雾弄得头昏眼花
其中包括数千个试管和样品瓶、一把牙刷、一个防水笔记本和两件换洗衣物
我在去拉塞尔瓦生物站的路上，在那里我要花几个月的时间研究潮湿的低地雨林对日益常见的干旱的反应
在狭窄的公路两旁，树木像水彩画一样融入了薄雾，给人一种沐浴在云雾中的无限原始森林的印象
当我凝视窗外壮丽的景色时，我想知道我怎么能理解如此复杂的风景
我知道全世界成千上万的研究人员都在努力解决同样的问题，试图了解热带森林在快速变化的世界中的命运
我们的社会对这些脆弱的生态系统要求如此之多，这些生态系统控制着数百万人的淡水供应，是地球上三分之二的陆地生物多样性的家园
我们越来越多地对这些森林提出了新的要求——保护我们免受人为气候变化的影响
植物从大气中吸收二氧化碳，将其转化为树叶、木头和根
这一日常奇迹激发了人们的希望，即植物——尤其是生长迅速的热带树木——可以充当气候变化的自然制动器，捕捉化石燃料燃烧排放的大部分二氧化碳
在世界各地，政府、公司和保护慈善机构已经承诺保护或种植大量的树木
但事实是没有足够的树木来抵消社会的碳排放——而且永远也不会有
我最近对现有的科学文献进行了回顾，以评估碳森林能够吸收多少碳
如果我们绝对最大化地球上所有土地所能容纳的植被数量，我们将会封存足够的碳，以目前的速度抵消大约十年的温室气体排放
在那之后，碳捕获就不会再增加了
然而，我们物种的命运与森林的生存及其包含的生物多样性密不可分
匆忙种植数百万棵树来捕捉碳，我们会不会无意中破坏了对我们的福祉至关重要的森林属性？为了回答这个问题，我们不仅需要考虑植物如何吸收二氧化碳，还需要考虑它们如何为陆地生态系统提供坚实的绿色基础
植物如何应对气候变化 植物通过光合作用将二氧化碳气体转化为单糖
这些糖然后被用来构建植物的活体
如果捕获的碳最终留在木头里，它可能会被锁在大气中几十年
当植物死亡时，它们的组织会腐烂并被吸收到土壤中
邦妮·沃林在哥斯达黎加的拉塞尔瓦生物站进行研究，2011年
作者提供 虽然这一过程通过微生物的呼吸作用(或呼吸作用)自然释放二氧化碳，分解死去的生物，但植物碳的一部分可以在地下保留几十年甚至几个世纪
陆地植物和土壤总共含有约2500亿吨碳——比大气中的碳多三倍
因为植物(尤其是树木)是非常好的天然碳储存库，所以增加世界各地植物的数量可以降低大气中CO2的浓度是有道理的
植物生长需要四种基本成分:光、二氧化碳、水和营养物质(如氮和磷，植物肥料中存在的相同元素)
世界各地成千上万的科学家研究植物生长与这四种成分的关系，以预测植被将如何应对气候变化
这是一项令人惊讶的挑战性任务，因为人类同时通过加热地球、改变降雨模式、将大片森林切割成微小碎片以及将外来物种引入它们不属于的地方来改变自然环境的许多方面
陆地上还有超过35万种开花植物，每一种都以独特的方式应对环境挑战
由于人类改变地球的复杂方式，关于植物可以从大气中吸收的碳的精确数量，存在着许多科学争论
但是研究人员一致认为陆地生态系统吸收碳的能力有限
如果我们确保树木有足够的水喝，森林就会长得又高又茂盛，形成阴凉的树冠，使较小的树木缺乏阳光
如果我们增加空气中二氧化碳的浓度，植物会急切地吸收它——直到它们不再能从土壤中提取足够的肥料来满足它们的需求
就像面包师做蛋糕一样，植物需要特定比例的二氧化碳、氮和磷，遵循特定的生命配方
认识到这些基本的限制，科学家估计地球的陆地生态系统可以容纳足够的额外植被来吸收大气中40到100亿吨的碳
一旦实现了这种额外的增长(这一过程需要几十年的时间)，就没有能力在陆地上进行额外的碳储存
但是我们的社会目前正以每年100亿吨的速度向大气中排放二氧化碳
自然过程将难以跟上全球经济产生的大量温室气体
例如，我计算了一下，从墨尔本到纽约市的往返航班上的单个乘客排放的碳(1600千克摄氏度)大约是直径半米的橡树(750千克摄氏度)所含碳的两倍
显微镜下的叶子:可以看到调节氧气和二氧化碳的气孔
信用:Shutterstock/Barbol 危险和希望 尽管所有这些公认的植物生长的物理限制，有大量的大规模的努力来增加植被覆盖以缓解气候紧急情况——一种所谓的“基于自然”的气候解决方案
这些努力的绝大部分集中于保护或扩大森林，因为树木比灌木或草含有多得多的生物量，因此代表着更大的碳捕获潜力
然而，对陆地生态系统碳捕获的基本误解可能会产生灾难性后果，导致生物多样性丧失和二氧化碳浓度增加
这似乎是一个悖论——种树如何对环境产生负面影响？ 答案在于自然生态系统中碳捕获的微妙复杂性
为了避免环境破坏，我们必须避免在自然不属于的地方建立森林，避免为了种植新的树木而砍伐现有森林的“不正当动机”，并考虑今天种植的幼苗在未来几十年的发展情况
在扩大森林栖息地之前，我们必须确保在正确的地方种植树木，因为并非所有陆地生态系统都能够或应该支持树木
在通常由其他类型的植被主导的生态系统中植树，往往无法实现长期的碳固存
一个特别能说明问题的例子来自苏格兰的泥炭地——大片的土地，低洼的植被(主要是苔藓和草)生长在持续潮湿的土地上
因为在酸性和渍水的土壤中分解非常缓慢，死亡的植物会在很长一段时间内积累，形成泥炭
保存下来的不仅仅是植被:泥炭沼泽还会将所谓的“沼泽尸体”制成木乃伊——即几千年前死去的几乎完好无损的男女遗骸
事实上，英国泥炭地的碳含量是该国森林的20倍
但是在20世纪后期，一些苏格兰沼泽被抽干用于植树
土壤干燥使树苗得以生长，但也导致泥炭加速腐烂
埃克塞特大学的生态学家尼娜·弗里根斯和她的同事们估计，干燥泥炭的分解释放出的碳超过了正在生长的树木所能吸收的量
显然，当泥炭地被放任自流时，它们能最好地保护气候
草原和稀树草原也是如此，那里的火灾是自然景观的一部分，经常烧毁不属于它们的树木
这一原则也适用于北极苔原，那里的天然植被整个冬天都被雪覆盖，将光和热反射回太空
在这些地区种植高大的暗叶树木可以增加热能的吸收，并导致局部变暖
但是，即使在森林栖息地植树也会导致负面的环境后果
从固碳和生物多样性的角度来看，所有的森林都是不平等的——自然形成的森林比人工林包含更多的植物和动物物种
它们通常也含有更多的碳
但是，旨在促进植树的政策可能会无意中鼓励砍伐已经建立的自然栖息地
碳储存在英国典型的温带森林中
信用:英国森林研究中心 最近一个引人注目的例子是墨西哥政府的塞姆布兰多生活项目，该项目向植树的土地所有者提供直接付款
问题？许多农村土地所有者砍伐成熟的老森林来播种
从经济角度来看，这一决定相当明智，但却导致数万公顷成熟森林的丧失
这个例子证明了狭隘地将树木作为碳吸收机器的风险
许多善意的组织寻求种植生长最快的树木，因为理论上这意味着二氧化碳从大气中更高的“下降”率
然而，从气候的角度来看，重要的不是一棵树能生长多快，而是它成熟时含有多少碳，以及碳在生态系统中停留多长时间
随着森林的老化，它达到了生态学家所说的“稳定状态”——即树木每年吸收的碳量被植物自身呼吸释放的二氧化碳和地下数万亿分解微生物完全平衡
这种现象导致了一种错误的看法，即旧森林对减缓气候变化没有用处，因为它们不再快速生长，不再吸收额外的二氧化碳
这个问题被误导的“解决方案”是在保护已经建立的森林之前优先考虑植树
这类似于给浴缸排水，这样水龙头就可以全开了:水龙头流出的水比以前多了——但是浴缸的总容量没有变化
成熟的森林就像装满碳的浴缸
它们对大量但有限的碳作出了重要贡献，这些碳可以被锁在陆地上，干扰它们几乎没有什么好处
如果快速生长的森林每隔几十年就被砍伐一次并重新种植，提取的木材被用于其他对抗气候的目的，情况会怎样？尽管如果伐木最终成为长寿产品(如房屋或其他建筑)，它可能是一个非常好的碳储存库，但令人惊讶的是，这种方式使用的木材很少
同样，燃烧木材作为生物燃料的来源，如果能减少化石燃料的总消耗量，可能会对气候产生积极影响
但是作为生物燃料种植园管理的森林在保护生物多样性方面几乎没有提供什么，一些研究首先质疑生物燃料对气候的好处
给整片森林施肥 对陆地生态系统碳捕获的科学估计取决于这些系统如何应对未来几十年面临的日益严峻的挑战
地球上的所有森林——即使是最原始的——都容易受到变暖、降雨量变化、日益严重的野火和流经地球大气流的污染物的影响
然而，这些污染物中的一些含有大量的氮(植物肥料)，这可能会促进全球森林的生长
通过生产大量的农业化学品和燃烧化石燃料，人类已经大量增加了可供植物使用的“活性”氮的数量
这些氮中的一部分溶解在雨水中，到达森林底部，在那里它可以刺激一些地区的树木生长
不同气候带和生态系统中大规模植树的影响
信用:史黛西·麦考马克/科彭气候分类，作者提供 作为一名刚从研究生院毕业的年轻研究人员，我想知道一种被称为季节性干旱热带森林的未被充分研究的生态系统是否会对这种影响做出特别的反应
只有一种方法可以找到答案:我需要给整个森林施肥
与我的博士后顾问、生态学家詹妮弗·鲍尔斯和专家植物学家丹尼尔·佩雷斯·阿维莱斯合作，我勾勒出了一片大约有两个足球场那么大的森林，并把它分成16块地，随机分配给不同的肥料处理
在接下来的三年(2015-2017年)，这些地块成为地球上研究最深入的森林碎片
我们用称为树木测量仪的专业手工工具测量了每一根树干的生长情况
我们用篮子接住从树上掉下来的枯叶，并在地上安装网袋来跟踪树根的生长，这些树根被费力地洗去泥土并称重
这项实验最具挑战性的方面是肥料本身的施用，每年进行三次
我们穿着雨衣，戴着护目镜来保护我们的皮肤免受腐蚀性化学物质的伤害，我们把背装式喷雾器拖进茂密的森林，确保化学物质均匀地涂在森林的地板上，同时我们在橡胶外套下出汗
不幸的是，我们的装备没有提供任何保护来抵御愤怒的黄蜂，它们的巢穴通常隐藏在悬垂的树枝上
但是，我们的努力是值得的
三年后，我们可以计算每块土地上产生的所有树叶、木头和根，并评估研究期间捕获的碳
我们发现，森林中的大多数树木并没有从肥料中受益——相反，它们的生长与特定年份的降雨量密切相关
这表明，只要干旱继续加剧，氮污染不会促进这些森林的树木生长
为了对其他森林类型(更潮湿或更干燥、更年轻或更老、更温暖或更凉爽)做出同样的预测，这样的研究将需要重复进行，为过去几十年通过类似实验发展起来的知识库增加内容
然而，研究人员正在与时间赛跑
像这样的实验是缓慢的、艰苦的，有时是令人伤脑筋的工作，人类改变地球面貌的速度超过了科学界的反应
人类需要健康的森林 支持自然生态系统是我们应对气候变化所需的战略武器库中的一个重要工具
但是陆地生态系统将永远无法吸收化石燃料燃烧释放的碳量
我们不应该被植树计划误导而产生虚假的自满情绪，我们需要从源头上减少排放，并寻找额外的策略来消除已经积累在大气中的碳
这是否意味着目前保护和扩大森林的运动是一个糟糕的想法？绝对不是
保护和扩大自然栖息地，特别是森林，对确保我们星球的健康绝对至关重要
温带和热带地区的森林每10种陆地物种中就有8种，但它们正受到越来越大的威胁
地球上近一半的可居住土地用于农业，为耕地或牧场而进行的森林清理正在继续快速进行
与此同时，气候变化造成的大气混乱正在加剧野火，加剧干旱，并系统性地加热地球，对森林及其支持的野生动物构成越来越大的威胁
这对我们这个物种意味着什么？研究人员一次又一次地证明了生物多样性和所谓的“生态系统服务”——自然界给人类带来的众多好处——之间的紧密联系
缠绕在树干上测量树木生长的树木测量仪
作者提供 碳捕获只是一个不计其数的生态系统服务清单中的一项
生物多样性生态系统提供了一系列令人眼花缭乱的药物活性化合物，激发了新药的研发
它们以两种方式提供粮食安全，一种是直接的(想想数百万以野生鱼类为主要蛋白质来源的人)，另一种是间接的(例如，大部分农作物由野生动物授粉)
自然生态系统和居住在其中的数百万物种仍然激发着技术发展，给人类社会带来革命
例如，以聚合酶链式反应(“聚合酶链反应”)为例，它允许犯罪实验室捕捉罪犯，并允许您当地的药店提供COVID测试
聚合酶链反应之所以成为可能，是因为一种特殊的蛋白质由一种生活在温泉中的普通细菌合成
作为一名生态学家，我担心对森林在减缓气候变化中的作用的简单化观点会无意中导致它们的衰落
许多植树努力集中在种植的树苗数量或它们的初始生长率上——这两者都是森林最大碳储存能力的不良指标，甚至是生物多样性的较差指标
更重要的是，将自然生态系统视为“气候解决方案”会给人一种误导性的印象，即森林可以像一个吸收能力无限的拖把一样清理不断增加的人类造成的二氧化碳排放
幸运的是，许多致力于森林扩张的大型组织正在将生态系统健康和生物多样性纳入他们的成功指标
一年多以前，我参观了墨西哥尤卡坦半岛的一个大规模植树造林实验，该实验由世界上最大的植树组织之一“为地球植树”进行
在认识到大规模生态系统恢复所固有的挑战后，植物保护地球组织启动了一系列实验，以了解在森林发展的早期采取不同的干预措施可能如何提高树木的存活率
但这还不是全部
在科学主任利兰·沃顿的带领下，该研究点的研究人员将研究这些相同的做法如何通过为种子提供理想的环境，使其随着森林的发展而发芽和生长，从而启动本地生物多样性的恢复
这些实验还将帮助土地管理者决定何时何地植树有益于生态系统，以及在哪里可以自然地进行森林再生
将森林视为生物多样性的储存库，而不仅仅是碳的储存库，会使决策变得复杂，可能需要改变政策
我非常清楚这些挑战
我整个成年生活都在研究和思考碳循环，有时我也看不到森林中的树木
几年前的一个早上，我坐在哥斯达黎加的雨林地板上，测量土壤中的二氧化碳排放量——这是一个相对耗费时间的单独过程
当我等待测量完成时，我发现一只草莓毒镖蛙——一种微小的、宝石般明亮的动物，只有我的拇指那么大——在附近一棵树的树干上跳跃
出于好奇，我看着她走向一个小水池，水池里有一株尖尖的植物，几只蝌蚪在里面游来游去
一旦青蛙到达这个微型水族馆，小蝌蚪(事实证明是她的孩子)就会兴奋地振动，而它们的母亲会把未受精的卵留给它们吃
据我后来所知，这种青蛙非常勤奋地照顾它们的后代，母亲的长途跋涉每天都在重复，直到蝌蚪长成青蛙
当我收拾好设备准备返回实验室时，我突然想到，成千上万部这样的小剧正在我周围并行上演
森林不仅仅是碳储存
它们是不可知的复杂绿色网，将数百万已知物种的命运联系在一起，还有数百万个物种有待发现
为了在全球巨变的未来生存和发展，我们必须尊重这个错综复杂的网络和我们在其中的位置
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