期刊：Science

中文题目：土地可用性与政策承诺限制全球造林对气候变化的减缓潜力

原文题目：Land availability and policy commitments limit global climate mitigation from forestation

作者：Yijie Wang, Yakun Zhu1, Susan C. Cook-Patton, Wenjuan Sun, Wen Zhang, Philippe Ciais, Tingting Li, Pete Smith, Wenping Yuan, Xudong Zhu, Josep G. Canadell, Xiaopeng Deng, Yifan Xu, Hao Xu, Chao Yue, Zhangcai Qin*

发表日期：2025年8月

摘要：

植树造林（包括造林和再造林）可以通过在生物质和土壤中固碳来缓解气候变化。然而，由于对碳固存速率（特别是土壤中的碳固存速率）和土地可用性估算的差异和不同，全球造林的减缓潜力仍不明确。本研究绘制了全球土壤碳变化图，揭示了造林活动对表层土壤中碳增减的影响。若将土地限制在不引发反照率增温、并能兼顾水资源保护与生物多样性的范围条件下，全球可用造林面积为3.89亿公顷，则到 2050 年可固碳 39.9 Pg C，远低于以往的估算。如果土地进一步限制在现有政策承诺范围内（1.20亿公顷），该估值将降至12.5 Pg C。要实现更大程度上的减排效果需要扩大造林面积，并推动尚未开发但具有高潜力国家的承诺力度。

前言

森林为社会带来多种经济和环境效益。植树造林旨在通过造林（afforestation）与再造林（reforestation）方式，在无林地上培育林木以增加森林覆盖。再造林针对近期已被破坏的林地，而造林是着眼于近期历史上无森林覆盖的土地（如耕地、裸地）。两种措施均可通过生物量和土壤捕获额外碳汇，为重建陆地碳库、实现《巴黎协定》的气候目标作出重大贡献。由于单位面积年固碳速率及适宜造林土地面积估算存在较大分歧，目前对全球造林气候减缓潜力的估算差异巨大。一方面，碳固存潜力包括生物量碳（地上与地下生物量）及土壤碳库的变化。其中，造林引起的土壤碳变化仍缺乏代表性研究。另一方面，由于研究目标和方法学差异，目前对全球可用于造林的土地估算面积差异达10倍，从约 2亿公顷到大于 20亿公顷不等。许多土地造林适宜性评估未能充分考虑反照率效应、水资源短缺、生物多样性权衡及政策限制等关键制约因素。值得注意的是，生物物理适宜土地（"供给"）与政策驱动的造林承诺（"需求"）之间的空间不匹配进一步增加了复杂性。因此，为释放造林对解决自然气候问题的潜力，需要：1）深化整合生物量与土壤碳动态的综合评估；2）开展生物物理、生态与社会经济因素相协调的土地可用性综合评估。该研究开发了一种机器学习模型，用来量化造林后的土壤碳变化。将上述结果与生物量固碳估算相结合，研究绘制了潜在造林所带来的全球生态系统固碳率（土壤和生物量）分布图。此外，从国家政策视角评估土地可用性，明确解决“供需”脱节问题，并重新评估造林对气候减缓潜力。

主要结果

1. 全球固碳速率分布图绘制

  生态系统固碳速率（图1A）以 2021 年开始造林后的前 30 年（2021–2050 年）生物量与土壤年净碳变化量表示。对于全球生态系统固碳分布，全球 30 年平均潜在固碳速率（生物量+土壤，含稀树草原）为 3.15 (±1.76) Mg C ha⁻¹year⁻¹，其中植树造林为 2.86 (±1.49)，再造林为 3.35 (±1.89) Mg C ha⁻¹ year⁻¹。热带地区总潜在固碳范围为 0.14–8.53 Mg C ha⁻¹year⁻¹，平均数值为 5.28 (±1.20) Mg C ha⁻¹year⁻¹。最高固碳速率出现在湿润热带森林生态系统。北方针叶林在生物量与土壤固碳潜力均最小。生态系统固碳的空间变异主要由生物量变异驱动。对于土壤固碳分布而言，热带地区碳丰富的土壤在重新造林后出现局部碳损失，这主要由较粗土壤质地和温暖湿润气候加速土壤有机碳分解所致。相反，人工造林在初始土壤碳含量较低的区域（如农田、裸地），更能促进土壤碳积累。

图1　潜在造林土地的碳固存速率估算。

(A)　生态系统碳固存速率（土壤+生物量）；(B)　土壤碳固存速率（0–60 cm）；(C)　土壤碳固存速率不确定性（0–60 cm）。

正值（A、B）表示碳汇增加，负值表示碳损失。彩色阴影区域为本研究估算的潜在造林土地（不考虑稀树草原生物群区边界）；稀树草原区域进一步受限。

1. 全球潜在适宜造林的土地面积分布

  造林对整体气候减缓效应的估算在很大程度上取决于所考虑的可利用土地面积。该研究通过开发新的数据集，在排除潜在生物多样性损失、生物物理增温及加剧水资源压力区域后，仅识别出约3.9亿公顷的“潜在面积”可用于造林，主要集中在美洲（42%）和欧洲（26%）。其中巴西、俄罗斯和美国三国占总面积的36%（图2）。巴西占总面积的五分之一（7800万公顷）。从土地“需求”来看，2021–2030 年全球各国承诺造林面积达 2.297 亿公顷，占全球潜在面积的 59%。其中90%的承诺面积来自潜在面积有限的中低收入国家。非洲地区供需矛盾最为突出，仅占全球潜在面积的4%，却承诺了50%的造林目标，也就是其承诺造林面积可能超出现有潜力六倍以上。适宜造林的土地面积与承诺造林土地面积之间的交集仅剩余1.197亿公顷，仅为“供给”的 31% 或“需求”的 52%，这部分土地可视为“当前可实现”造林面积，其中84%分布于中低收入国家，大约一半在亚洲。

图2 各国及区域的潜在造林面积与承诺造林面积

虚线表示 y 轴相对于 x 轴的百分比。31% 线与 59% 线分别指估算的当前可实现面积（同时具备潜力与承诺）占总潜在面积的全球平均比例，以及承诺面积占总潜占总潜在面积的全球平均比例。插图展示不同区域土地可用性。具有潜力或承诺造林面积>5 Mha 的国家显示国家代码。

1. 全球气候变化减缓潜力

  在2021年起10年全球造林情景下，至2050年，3.89 亿公顷潜在造林土地（不含稀树草原）的生物量碳+土壤碳封存总量理论上可达 39.9 Pg C，年均 1.3 Pg C year⁻¹，相当于 2014–2023 年陆地净碳汇（2.1 Pg C year⁻¹）的 63%。这其中，南美对碳固存估算值贡献最大，其次是亚洲（尤其中国、印度较突出）。而从政策承诺造林视角估算，至2050年的"承诺"减缓潜力将显著下降至21.4 Pg C，年均固存速率为0.71 Pg C，若结合土地可用性限制时，当前"可实现"减缓潜力降至12.5 Pg C，年均速率仅为0.42 Pg C（图3）。需强调的是：95% 的可实现减缓贡献来自中低收入国家，主要为巴西、印度、中国。高收入国家累计仅贡献 0.9 Pg C。

图3 不同土地可用性假设下的造林减缓潜力估算。

（A）全球与区域生态系统碳固存量。BA19、GR17和Qin24分别代表不同研究对潜在可用造林土地的假设。（B）当前可实现减缓潜力按国家与收入组别的分布。

4. 适宜的解决方案

造林作为自然气候解决方案的效能，归根结底取决于行动力：行动更快、目标更高、优先高潜力区域、全球协同，并在适宜地点选用适生树种。当前全球仅将 59% 潜在面积纳入造林规划，且其中仅一半（1.2亿公顷）与本研究土地可用性估算相符。众多高收入国家未作出明确官方承诺。除承诺面积外，优先选择固碳能力更强区域可最大化总体减缓幅度。在 2.297亿公顷全球承诺面积中，若优先布局高固碳速率区域，总固碳量可提升 20%。最后，国家与区域间固碳潜力与社会经济发展水平的不对称性，凸显了全球合作行动的重要性，需完善了资金、技术转移、碳市场及联合国绿色气候基金等机制。尤其是对于热带地区的中低收入国家需同等程度的国家承诺与国际资金支持。

图4 生态系统碳固存速率、潜在面积与减缓潜力空间变异

潜在面积大的国家未必具有高碳固存速率。插图展示不同经济水平区域的碳固存潜力。碳固存量基于本研究估算的潜在面积。减缓潜力 >0.5 Pg C 的国家显示国家代码。

研究意义

该研究通过整合生物量和土壤碳动态的综合评估，填补了造林气候减缓研究中土壤碳变化相对缺失的关键空白，为优化全球造林策略提供了科学依据。系统量化了生物多样性、反照率和水资源约束对造林土地可用性的影响 。该研究从供需视角发现的显著供需错配揭示了当前国际气候承诺与生物物理现实之间的根本性矛盾，如非洲等地区的过度承诺可能导致生态风险和政策失效。这提示我们，生态系统碳固存能力、土地资源禀赋与经济发展水平之间的复杂关系。凸显了在减缓气候变化问题上国际合作与技术转移的必要性。

文献来源：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj6841

声明：以上中文翻译为译者个人对于文章的概略理解，论文传递的准确信息请参照英文原文。

撰稿：田梦

初审：任杰

复审：杜军

终审：鲁鹏