保持全球變暖低于1.5°C以避免危險(xiǎn)的氣候變化1需要從大氣中清除大量二氧化碳，以及大幅減少排放。的政府間氣候變化專門委員會(IPCC)表明，周圍730十億公噸的CO2(730個(gè)petagrams CO的2，或碳的199個(gè)petagrams，PG C)必須由這個(gè)世紀(jì)末取出的氣氛的2。這相當(dāng)于所有CO2自工業(yè)革命以來由美國，英國，德國和中國發(fā)出。沒有人知道如何捕捉這么多的CO2。

森林必須發(fā)揮作用。鎖定生態(tài)系統(tǒng)中的碳是經(jīng)過驗(yàn)證的，安全且經(jīng)常可以承受的3。增加樹木覆蓋還有其他好處，從保護(hù)生物多樣性到管理水和創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會。

IPCC表明，增加世界森林，林地和木質(zhì)熱帶草原的總面積可以儲存大約四分之一的大氣碳，將全球變暖限制在比工業(yè)化前水平高1.5°C2。在短期內(nèi)，這意味著從現(xiàn)在起到2030年每年增加多達(dá)2400萬公頃(Mha)的森林。

政策制定者正播下種子。例如，2011年，德國政府和國際自然保護(hù)聯(lián)盟啟動了波恩挑戰(zhàn)賽，旨在到2030年恢復(fù)350萬公頃的森林。在這一倡議下，其他43個(gè)國家的熱帶和亞熱帶地區(qū)樹木迅速增長包括巴西，印度和中國在內(nèi)，已經(jīng)投入了近300萬公頃的退化土地(見補(bǔ)充資料，表S1)。這令人鼓舞。

但這項(xiàng)政策會有效嗎?在這里，我們表明，根據(jù)目前的計(jì)劃，它不會。仔細(xì)研究各國的報(bào)告后發(fā)現(xiàn)，幾乎有一半的承諾區(qū)域?qū)⒊蔀樯虡I(yè)樹木的種植園(見表S1)。雖然這些可以支持當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)，但人工林在儲存碳方面比天然森林更差，而天然森林在很少或沒有人類干擾的情況下發(fā)展。種植發(fā)布的定期收集和清除存儲CO2到大氣中每10 - 20年。相比之下，天然森林繼續(xù)隔絕碳已有數(shù)十年4。

為了阻止全球變暖，必須停止砍伐森林。全世界的恢復(fù)計(jì)劃應(yīng)該將所有退化的土地歸還天然林 - 并保護(hù)它們。必須在陸地上儲存更多的碳，同時(shí)認(rèn)識到提供食物，燃料，飼料和纖維的競爭壓力。

我們呼吁恢復(fù)社區(qū)，林業(yè)專家和政策制定者優(yōu)先考慮天然林的再生，而不是其他類型的植樹 - 讓受干擾的土地恢復(fù)到以前的高碳狀態(tài)。這將需要收緊定義，透明地報(bào)告計(jì)劃和結(jié)果，并明確說明不同土地使用之間的權(quán)衡。

誤導(dǎo)的努力

為了應(yīng)對氣候變化，種植樹木最有效的地方是熱帶和亞熱帶 - 這是大多數(shù)森林恢復(fù)承諾的地方。樹木在赤道附近快速生長并吸收碳，土地相對便宜且可用(見go.nature.com/2ogmbmz和'恢復(fù)潛力')。建立森林對陸地表面的反照率(反射率)幾乎沒有影響，這與高緯度地區(qū)不同，在高緯度地區(qū)，樹木掩蓋了雪，否則雪會反射太陽能并幫助降溫地球。管理良好的森林還可以幫助減輕低收入地區(qū)的貧困，保護(hù)生物多樣性并支持聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo) - 特別是目標(biāo)1(無貧困)，6(清潔水)，11(可持續(xù)社區(qū)) ，13(氣候行動)和15(陸地生活)。

到目前為止，波恩挑戰(zhàn)賽和其他計(jì)劃中有超過一半(24)的國家公布了詳細(xì)的恢復(fù)計(jì)劃，占承諾總面積的三分之二(表S1)。各國正在采取三種主要方法。首先，退化和廢棄的農(nóng)業(yè)土地將自行返回天然林。其次，邊緣農(nóng)業(yè)用地應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袃r(jià)值樹木的種植園，例如用于紙張的桉樹或用于橡膠的橡膠樹(Hevea braziliensis)。第三是農(nóng)林業(yè)，包括種植農(nóng)作物和有用的樹木。

自然再生是最便宜和技術(shù)上最簡單的選擇。分配的總面積的三分之一(34%)將以這種方式進(jìn)行管理。保護(hù)土地免受火災(zāi)和其他人為干擾，使樹木返回，森林蓬勃發(fā)展，在大約70年內(nèi)迅速建立碳儲量，達(dá)到成熟森林的水平4。通過種植本地物種可以加快恢復(fù)時(shí)間，并通過立法和激勵(lì)措施擴(kuò)大自然再生區(qū)域，例如在哥斯達(dá)黎加開創(chuàng)的那些。

然而，種植園是最受歡迎的恢復(fù)計(jì)劃：45%的承諾涉及種植大量的樹木單一作為有利可圖的企業(yè)。大多數(shù)國家計(jì)劃在巴西，中國，印度尼西亞，尼日利亞和剛果民主共和國等大國(表S1)。例如，巴西承諾向木材，纖維和其他種植園提供19 Mha，比目前的7.7 Mha增加了一倍多。

農(nóng)林業(yè)占其余部分(21%)。這種做法被自給農(nóng)民廣泛使用，但很少在大規(guī)模上使用。一些作物受益于樹木，例如在其樹蔭下種植的咖啡或玉米(玉米)，其中點(diǎn)綴著增強(qiáng)土壤中氮的樹木。樹木本身供應(yīng)燃料，木材，水果或堅(jiān)果。

因此，致力于全球碳儲存再造林的三分之二的地區(qū)將用于種植作物。這引起了嚴(yán)重關(guān)切。

首先，種植園的碳平均含碳量比種植它們的土地少得多。清除釋放碳，然后通過快速生長的樹木如桉樹和金合歡(每年每公頃高達(dá)5噸碳)快速吸收。但是在這些樹木被收獲并且土地被清除以進(jìn)行重新種植之后 - 通常是十年一次 - 通過種植廢物和產(chǎn)品(主要是紙和木片板)的分解再次釋放碳。

通過使用不同的物種或?qū)⒛静霓D(zhuǎn)化為壽命更長的產(chǎn)品3，可以增加種植園土地中儲存的碳量。但很少進(jìn)行實(shí)地研究，部分原因是它可能降低種植產(chǎn)量。

其次，大幅增加種植面積可能削弱其盈利能力 - 這是各國優(yōu)先考慮它們的原因。如果現(xiàn)行的恢復(fù)計(jì)劃得以實(shí)施，世界熱帶和亞熱帶種植園將增加157萬公頃，達(dá)到237萬公頃。這標(biāo)志著全球土地利用的重大轉(zhuǎn)變5。木片和紙制品的價(jià)格可能會下降。但是，沒有研究林業(yè)政策這一重大變化的潛在經(jīng)濟(jì)影響5。

第三，政策制定者誤解了“森林恢復(fù)”這一術(shù)語。例如，很少有環(huán)保主義者認(rèn)為這應(yīng)該包括種植桉樹的單一栽培，以便定期收獲。但是，通過利用廣泛的定義和混淆的術(shù)語，政策制定者及其顧問會誤導(dǎo)公眾。

確實(shí)，許多種植園符合聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織對森林的定義：面積大于0.5公頃，樹木高度至少5米，樹冠覆蓋率超過10%5。然而，缺少減緩氣候變化和生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵組成部分。種植園在經(jīng)濟(jì)上很重要，但它們不應(yīng)歸類為森林恢復(fù)。該定義迫切需要徹底改造以排除單一栽培種植園。

第四，報(bào)告經(jīng)常將再生過程與天然林混為一體，形成土地覆蓋類型6。當(dāng)土地遠(yuǎn)未成熟時(shí)，土地可以被標(biāo)記為天然森林。同時(shí)，氣候 - 效益計(jì)算通常假設(shè)這片土地變成了森林，并且永遠(yuǎn)存在。但不能保證這些森林將在50年或100年后得到保護(hù)，特別是隨著對土地需求的增長。

四條路

天然林恢復(fù)顯然是儲存碳的最有效方法。但沖突的優(yōu)先事項(xiàng)正在破壞碳儲存潛力。為了說明這一點(diǎn)，我們計(jì)算了43個(gè)國家根據(jù)波恩挑戰(zhàn)和國家計(jì)劃承諾的一系列四種恢復(fù)方案中的碳吸收(參見“哪種戰(zhàn)略?”和補(bǔ)充方法)。在第一種情景中，今天的承諾延長至2100年。在第二種情況下，這些承諾保留到2050年，之后天然林轉(zhuǎn)變?yōu)樯锶剂戏N植園。第三，整個(gè)區(qū)域(350 Mha)再生為天然林。在第四，一切都變成了種植園。

簡而言之，如果將整個(gè)350 Mha交給天然林，他們將在2100年之前再儲存42 Pg C(參見“哪種策略?”)。專門為種植園提供相同的區(qū)域?qū)H隔離1 Pg C，或者如果僅用于農(nóng)林業(yè)，則為7 Pg C.此外，我們發(fā)現(xiàn)，平均而言，天然林比農(nóng)林業(yè)好6倍，比種植園好40倍。碳(分別于2100年每100 Mha封存12,1.9和0.3 Pg C;見補(bǔ)充資料，表S6)。

因此，根據(jù)目前的計(jì)劃，天然林可以讓我們大部分達(dá)到IPCC通道中使用的森林吸收量的中值估算值，以便將溫度控制在1.5°C，57 Pg C以下(由于更樂觀的評估，我們的存儲量較低)樹木生長和在某些模型中種植的面積運(yùn)行2。)任何其他方法都將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

保持目前報(bào)告的天然林恢復(fù)，種植園和農(nóng)林業(yè)的混合物約占天然林場景碳的三分之一(16 Pg C)，主要是因?yàn)榉N植園無效(參見“哪種策略?”)。即使這樣也可能是樂觀的，因?yàn)樗僭O(shè)所有新的森林都受到保護(hù)，而氣候政策本身可以威脅它們。

1.5°C通路的核心是另一種從大氣中去除碳的技術(shù)：碳捕獲和儲存(BECCS)的生物能源。這是預(yù)期到2100年，以除去130 PGÇ2。到本世紀(jì)中葉，這項(xiàng)技術(shù)還需要380-700萬公頃土地來種植作物用于生物燃料7。桉樹，玉米和柳枝稷(Panicum virgatum)將在發(fā)電站中燃燒，碳排放物被捕獲并儲存在地下。對土地的巨大額外需求可能取代恢復(fù)的森林。我們估計(jì)，到2050年，將計(jì)劃中的新天然林轉(zhuǎn)變?yōu)樯锬茉醋魑?，?100年將螯合作用降至微不足道的3 Pg。這也延遲了幾十年BECCS成為碳負(fù)7的時(shí)間。

我們的估算存在許多不確定因素，包括確切地進(jìn)行修復(fù)，種植哪些物種以及碳固存率。未來CO2對未來森林施肥和氣候的影響是特別不確定的，可以使用地球系統(tǒng)模式運(yùn)行(見補(bǔ)充資料)進(jìn)行更好的評估。

批評者反駁說，期望所有天然林永久受到保護(hù)是不現(xiàn)實(shí)的。當(dāng)然，以樹木為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)和種植園是許多景觀的重要組成部分。所需要的是延長恢復(fù)議程，而不是撤退。作為更大的總面積的一部分，可以達(dá)到350 Mha的新天然林，其中包括種植園和農(nóng)林業(yè)。

由于地球的土地面積有限，因此需要進(jìn)行研究，以便對世界土地上的競爭壓力，食物，燃料，飼料，纖維和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)建立最佳反應(yīng)8。然而，這些壓力并非只有一個(gè)方向：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力有可能釋放土地，消費(fèi)者習(xí)慣也會發(fā)生變化，例如肉類和乳制品的低脂飲食。并且存在協(xié)同作用：利用棲息地恢復(fù)連接現(xiàn)有森林將使物種隨著氣候變化而移動，從而減少未來的滅絕浪潮。

接下來是什么?

今天的森林恢復(fù)計(jì)劃必須增加其碳固存潛力，以滿足全球氣候承諾。我們建議四種方式可以實(shí)現(xiàn)。

首先，各國應(yīng)增加正在再生的土地占天然林的比例。每增加8.6 Mha，到2100年再隔1 Pg C.這個(gè)面積大約相當(dāng)于愛爾蘭島或南卡羅來納州的面積。

其次，優(yōu)先考慮潮濕的熱帶地區(qū)的自然更新，例如亞馬遜流域，婆羅洲或剛果盆地，與干旱地區(qū)相比，它們都支持非常高的生物量森林。通過碳封存，氣候適應(yīng)或保護(hù)基金重建和維護(hù)新森林的國際支付可以動員行動。

第三，以現(xiàn)有碳庫為基礎(chǔ)。針對退化的森林和部分樹木繁茂的地區(qū)進(jìn)行天然更新;在無樹木區(qū)域重點(diǎn)種植園和農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)，并在可能的情況下，選擇農(nóng)林業(yè)。

第四，一旦天然森林恢復(fù)，保護(hù)它。這可以通過擴(kuò)大保護(hù)區(qū)來實(shí)現(xiàn);賦予保護(hù)森林土地的土著人民的所有權(quán);改變土地如何使用的法律定義，使其無法轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)，或鼓勵(lì)商品公司承諾不清理恢復(fù)的天然林。

雄心勃勃的全球恢復(fù)議程是個(gè)好消息。上個(gè)月宣布2020年將是聯(lián)合國生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)十年，這肯定了它的重要性。但是，只有在森林恢復(fù)被認(rèn)為具有意義的情況下，這些努力才能從大氣中清除足夠的碳：永久性重建大部分天然和基本完整的森林。