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原文信息

题  目：Warming exacerbates global inequality in forest carbon and nitrogen cycles.

作     者：Jinglan Cui et al.

期     刊：Nature Communications

时     间：2024.10.24

一作单位：College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou, China.

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53518-5

研究背景

森林是宝贵的自然资源，为人类提供基本服务。然而，全球变暖对森林碳氮循环的影响仍不确定。此外，气候变暖导致的森林碳和氮循环的不平等可能会扩大全球南北之间的经济差距。据估计，在气候变暖的情况下，高收入国家将从森林资产中获得1790亿美元的收益，而其他地区可能面临310亿美元的净损失。面对未来的气候变化，实施气候智能型森林管理，如全面恢复和优化树种组成，势在必行。

研究结果

（1）森林碳氮循环对变暖的响应

在21世纪的前20年（2001-2020年），全球地表温度沿纬度梯度发生了显著变化，与1961-1980年相比平均升高1.3°C，在特定陆地区域有明显变化（图1a）。欧亚大陆，特别是北半球北纬71°附近，经历了最明显的变暖——温度上升了3.7°C。相比之下，南半球在南纬26°经历了最显著的变暖，升温幅度高达1.5°C。各种变暖技术，包括加热电缆、红外辐射器、开顶室、窗帘和温室，已经在森林研究地点使用，以模拟更高的环境温度。我们对这些变暖实验的全面全球综合强调，实验变暖广泛促进了碳循环，包括生产力和呼吸。

图1

（2）变暖下氮和碳循环的空间不等式

该模型旨在预测不同情景下的碳和氮收支，包括通过共享社会经济路径和代表性浓度路径制定的基线和变暖情景。我们的方法允许我们研究在未来变暖条件下2040 - 2100年全球碳和氮收支的时空动态，并与基线指标进行对比。在我们的基线情景中，我们建立了三个子情景：可持续社会，中间道路社会和化石燃料社会。这些基线情景是基于一个反事实的假设，即自2020年以来地球温度已趋于稳定。相反，我们的变暖情景被分为三个子情景：可持续社会、中间社会和化石燃料社会。它们分别与从RCP2.6、RCP4.5到RCP8.5的不同辐射强迫水平相一致，包括从低到高的排放范围。结果表明，在2100年SSP5-8.5升温情景下，全球森林碳氮循环的预期演变存在显著的空间差异，与纬度、海拔和气候带等因素有关（图2）。特别是氮输入、含氮森林产品和碳汇的负变化。净生物群落生产力在低纬度和高海拔地区比在高纬度和高海拔地区更为明显和广泛。此外，在全球范围内，Nr损失的潜在增加、生物量和土壤中氮积累的减少以及氮利用效率的降低可能占主导地位。

图2

（3）森林资产影响评价

基于碳和氮循环的预估变化，我们对变暖作为气候变化的单一驱动因素对全球森林资产的影响进行了货币评估，同时考虑到生态系统福祉、气候影响（包括森林碳固存和Nr对气候的影响）和森林生产（包括林产品的经济价值及其生产成本）（图3a）。总体而言，气候变暖对森林的影响预计将加剧全球南方和全球北方之间的全球发展差距。

图3

（4）随着时间的推移，全球不平等不断扩大

在多种情景下，预计变暖对全球森林资产的影响将随着时间的推移而演变（图3b）。此外，不同的社会经济途径可能影响全球总效益的大小，甚至改变特定区域影响的方向，如上所述的巴西和中国。在SSP1-2.6情景中，全球总收益随着时间的推移而增加，从2040年的3520亿美元增加到2100年的3970亿美元。然而，在SSP2-4.5和SSP5-8.5变暖情景下，全球收益预计将随时间稳步下降，分别从2040年的3320亿美元和3480亿美元下降到2100年的2350亿美元和1460亿美元。这主要是由于SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下全球温度的预期升高，这将导致一些地区的温度高于光合作用的最佳范围，从而降低森林生产的效益，甚至造成从效益向损害的转变。

编者按

我们的研究结果表明，变暖将推动广泛的植被演替，再加上氮消耗增加，可能会破坏全球森林的碳封存能力。采用可持续的社会发展模式可以最大限度地利用森林资源为人类带来的好处，同时相对于高排放社会，显著提高变暖效益的阈值。