河北大学万师强团队最新PNAS

学术   2024-11-16 23:17   天津  

iNature

通过生态恢复增强陆地碳(C)储量是自然气候解决方案中的一种重要方法,传统上认为是通过生态途径实现的,即增加植物的碳吸收。

2024年11月8日,河北大学万师强团队PNAS(IF=9.4) 在线发表题为Ecological restoration enhances dryland carbon stock by reducing surface soil carbon loss due to wind erosion的研究论文。该研究通过对中国干旱地区517个地点的4279个1 × 1平方米的样地进行全面的区域调查,并在同一地区的半干旱草原上开展了为期13年的操控实验,作者发现,相比退化土地,恢复土地的土壤和生态系统碳储量的增加主要来源于通过抑制风蚀减少表层土壤碳的流失。

这一生物物理途径在模型评估基于土地的碳减缓策略时通常被忽视。令人惊讶的是,植物生长刺激在生态恢复下对碳储量的调节作用较小。此外,恢复土地碳储量的整体增加与初始退化强度和恢复持续时间相关。在国家尺度上,由于减少风蚀和表层土壤碳流失,干旱地区恢复导致的土壤碳积累速率(7.87 Tg C 年⁻¹)相当于中国造林的38.8%和森林保护的56.2%。将这一独特但被广泛忽视的生物物理碳保护机制纳入土地表面模型,将大大改善全球评估土地恢复在减缓气候变化中的潜力。

陆地生物圈可以隔离近三分之一的人为二氧化碳排放。陆地碳汇的增加被认为是主要的自然气候解决方案之一,其主要归因于森林通过光合作用捕获碳。造林在减缓大气二氧化碳浓度上升和气候变化方面具有巨大潜力。例如,在COP26上宣布的《森林与土地利用宣言》和最新的IPCC特别报告建议,通过扩大森林面积10亿公顷,可以成为实现巴黎协定1.5°C气候升温目标的关键步骤。与此相反,干旱区尽管覆盖了地球45%的陆地表面,但由于这些水资源有限区域通过造林进行碳积累的潜力有限,常常在全球碳储量清单中被忽视。然而,干旱生态系统已明确证明在1982至2015年间,占全球净初级生产力的42%和总初级生产力增量的65%,因此在决定土地二氧化碳汇的年际变化中发挥着主导作用。

生态恢复刺激了中国旱地的植被覆盖,减少了风蚀(图片源自PNAS

干旱区易受自然和人为干扰。过去几十年或几个世纪以来,由于人类活动的加剧,土地退化导致干旱地区普遍发生风蚀和频繁的沙尘暴。考虑到全球土壤前30厘米的有机物中有44%储存在干旱生态系统中,风蚀会造成大量表层土壤及其碳和养分的流失,从而对干旱区的碳储量产生负面影响。联合国《防治沙漠化公约》建议实施生态恢复,以重新建立退化干旱地区的植被模式和生态系统功能,特别是保护和增强碳储量。生态恢复对全球退化热点地区的可持续性至关重要,尤其是在干旱区。一方面,生态恢复被广泛接受,具有刺激植物生长和生产力的潜力,这有助于区域绿化和碳隔离。另一方面,增强的植被覆盖可以通过减少风速和裸土比例,增强土壤表面抗性,从而抑制干旱区的尘土排放及其土壤碳和养分的流失。然而,土地表面模型中的碳循环方案往往忽视了表层土壤的动态特性及其导致的风蚀碳损失。这一问题因缺乏基于实地的现场证据,无法证明生态恢复下减少的碳和养分流失在何种程度上调节植物生长和生态系统碳储量而更加严峻。因此,综合评估生态途径(增加植物碳输入)和生物物理途径(减少风蚀碳流失)对生态系统碳储量的相对贡献,对于预测恢复退化干旱地区以减缓气候升温的潜力至关重要。


原文链接:

https://doi.org/10.1073/pnas.2416281121

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