清华大学地学系李伟课题组揭示全球生物能源作物种植引起的陆地气温变化

　　生物能源碳捕获与封存（BECCS）是实现碳中和目标、减缓气候变化的主要负排放技术之一。其基本原理是通过种植生物能源作物，利用植物生长来固定二氧化碳（CO2）。在生物质能使用后对排放的CO2进行捕获和封存，从而达到降低大气CO2浓度的目标。大气CO2浓度的降低可以减少辐射强迫，实现控制升温的目标，即生物地球化学效应。同时，能源作物种植可以直接改变地表生物物理特征（如反照率、蒸散发、地表粗糙度等），进而影响局地能量平衡，导致气温变化，即生物物理效应。由于当前没有大规模能源作物的实地种植，生物能源作物种植的全球陆地温度效应主要依靠模型模拟得出，其产生的生物地球化学效应和生物物理效应对于全球陆地气温变化的影响尚不明确。

　　清华大学地球系统科学系（以下简称“地学系”）李伟副教授课题组针对上述问题展开研究，揭示了全球大规模生物能源作物种植对全球陆地气温的影响，并探究了不同种植策略（即不同生物能源作物类型、种植区分布和种植面积）通过生物地球化学效应和生物物理效应对陆地气温变化的贡献。

　　课题组联合国内外多所研究机构，利用在动态全球植被模型中自主研发的生物能源作物模块进行模拟，得出了不同土地利用类型转为生物能源作物后植被和土壤碳库的响应曲线。研究团队进一步开发了用于计算生物能源作物碳排放的簿记模型，结合不同生物能源作物种植情景，估算了其通过生物质收获、碳捕获与封存、土地利用变化等过程的净碳去除量，并且利用简化版地球系统模式模拟了各情景导致的生物地球化学温度效应。同时，研究团队通过将动态全球植被模型生物能源作物版本与大气模式进行耦合，定量了未来生物能源作物种植情景引起的陆地生物物理效应。研究发现，到本世纪末，桉树种植情景的累积碳去除量（72-112 Pg C）大于柳枝稷种植情景（34-83 Pg C）；不同未来情景通过生物地球化学效应和生物物理效应导致全球陆地平均降温-0.26到-0.04°C，然而，由于生物物理效应的空间异质性较大，全球仍然有13%-28%的陆地区域存在净增温信号（图1）。该研究表明，规划生物能源作物种植不仅要考虑生物能源作物产量和净碳去除量，还应综合考虑地球系统其他维度的响应。

　　上述相关成果以 “生物能源作物种植导致的生物地球化学和生物物理温度变化”（Temperature changes induced by biogeochemical and biophysical effects of bioenergy crop cultivation）为题发表在《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）期刊上。清华大学地学系王景萌博士为论文第一作者，李伟副教授为论文通讯作者。合作者包括法国气候与环境科学实验室（LSCE）的菲利普·西亚斯（Philippe Ciais）教授，国际应用系统分析研究所(IIASA)的托马斯·加瑟（Thomas Gasser）研究员，浙江大学环境与资源学院常锦峰研究员，美国波士顿学院地球与环境科学系的田汉勤教授，清华大学地学系博士后李钊、博士生赵哲和朱磊。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、清华大学自主科研计划等项目支持。

　　原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c05253

　　图1 桉树和柳枝稷种植在不同地区导致的生物地球化学和生物物理气温变化以及净升温和净降温的面积比例

　　（来源：https://www.dess.tsinghua.edu.cn/info/1108/5783.htm）