马德里,18(欧洲出版社)
一项新的研究以空间细节和几个世纪的时间跨度绘制了“生物圈功能完整性”的行星边界。
研究显示,全球60%的陆地表面已经超出当地划定的安全区,38%甚至处于高风险区。
该研究由波茨坦气候影响研究所(PIK)与维也纳BOKU大学合作领导,并发表在《一个地球》杂志上。
生物圈的功能完整性是指植物界共同调节地球系统状态的能力。这要求植物界能够通过光合作用获取足够的能量,以维持碳、水和氮的流动,从而在当前人类大规模干预的情况下维持生态系统及其众多相互关联的过程。
与生物多样性丧失和气候变化一起,功能完整性构成了行星边界分析框架的核心,旨在为人类提供安全的操作空间。
该研究的主要作者、PIK 研究小组“安全陆地作战空间”成员 Fabian Stenzel 在一份声明中表示:“文明社会迫切需要利用生物圈获取食物和原材料,并且在未来还需要用于气候保护。”
“毕竟,人类对生物质的需求持续增长,种植速生草或树木以生产生物能源并进行碳捕获和储存被许多人视为支持气候稳定的重要战略。
因此,量化我们已经对生物圈施加的压力(按地区和时间进行区分)以识别超负荷情况变得更加重要。我们的研究正在为此铺平道路。
该研究基于 2023 年发布的最新行星边界框架。
“该框架现在明确地将全球植被光合作用产生的能量流置于共同调节行星稳定性的过程的核心,”波茨坦气候研究所地球系统分析系主任兼研究协调员沃尔夫冈·卢赫特 (Wolfgang Lucht) 解释道。
强调自然
“这些能量流驱动着所有的生命,但人类现在将其中很大一部分转移到自己的目的,破坏了自然的动态过程。”
这给地球系统带来的压力可以通过人类用于自身用途的自然生物质生产力比例(通过收获的作物、残留物和木材)来衡量,也可以通过耕作和土壤封闭造成的光合作用减少来衡量。
该研究为这一衡量标准增加了第二个强有力的生物圈完整性指标:生态系统不稳定风险指标,记录植被和生物圈水、碳和氮平衡的复杂结构变化。
自1600年以来的演变
该研究以 LPJmL 全球生物圈模型为基础,该模型以经度/纬度半度的分辨率模拟水、碳和氮的每日通量,并根据气候和人类土地利用的变化,提供了自 1600 年以来每年的详细清单。
研究团队不仅计算、绘制和比较了生物圈功能完整性的两个指标,而且还通过与文献中已知“临界阈值”的其他测量方法进行数学比较来评估它们。
这导致每个区域根据当地生态系统变化容忍限度被分配一个状态:安全操作空间、增加风险区域或高风险区域。
该模型的计算显示,早在1600年,中纬度地区就出现了令人担忧的发展。到1900年,全球陆地面积中生态系统变化超过当地划定的安全区,甚至处于高风险区的比例分别为37%和14%,而如今这一比例分别为60%和38%。
工业化开始造成负面影响;早在全球变暖之前,土地利用就已影响地球系统的状态。目前,这一生物圈边界几乎已跨越整个地球表面——主要在欧洲、亚洲和北美洲——这些地区经历了显著的植被覆盖转变,这主要归因于农业活动。
“这张全球地图首次显示了生物圈功能完整性极限的突破,既代表了人类对生物质的占用,也代表了生态破坏,它代表了一项重大的科学突破,因为它提供了对地球边界更好的整体理解,”波茨坦气候研究所所长、该研究的共同作者之一约翰·罗克斯特伦 (Johan Rockström) 说。
“它还为进一步发展国际气候政策提供了重要动力,因为它强调了生物质与自然碳汇之间的联系,以及它们如何有助于缓解气候变化。各国政府必须将其作为一个单一的、根本性的问题来处理:全面保护生物圈,并采取果断的气候行动。”