靠造林为地球“降温”是下策
蒋高明
最近，来自美国的一则消息给人类试图通过造林减少二氧化碳排放、延缓全球增温的努力，笼罩了一层阴影。科学家们连续7年的观测表明，依赖树林来储存人类过度排放的二氧化碳(CO2)相当困难。项目负责人、杜克大学著名生物地球化学家施莱辛格，甚至直截了当地说：“我不会对此抱有任何希望。”
这个试验位于北卡罗来那州郊外的一片松树林，科学家们利用一种叫做自由CO2气体施肥试验(FACE)装置，研究森林植物对模拟CO2浓度升高的响应。他们将CO2浓度由几年前的350ppm (ppm是浓度单位，为百万分之一，现在大气CO2浓度为380ppm), 提高到700ppm(科学家预计2050年全球CO2浓度将达到的值), 每天将数吨CO2从一圈竖立的钢管(钢管面向植物的一面有一排开口)向森林释放，观察森林生长尤其对碳的固定能力。
FACE试验由亚历桑那州的凤凰城美国农业部水保持实验室最早设计，先是应用于棉花、小麦等农作物实验。1995-1996年笔者在美国哥伦比亚大学生物圈二号从事合作研究的时候，曾经对该设施进行过考察。CO2浓度通过计算机控制，由一圈垂直的管道直接将CO2通入大田，形成一个高浓度的CO2场，可获得直径约23m的人工圆形场。其它环境条件如温度、湿度、风速、光照等很少发生改变，另外，植物的生长空间明显增大。这个项目维持费用很高，仅CO2一项每年约耗资100万美元。这是目前公认的研究植物对高CO2浓度响应的最理想手段。后来听说有人加高了FACE高度，对较大面积的森林进行试验。
应当说，从试验手段的先进程度来看，施莱辛格他们对森林的试验结果是可信的。那么植物得出的反应说明了什么？其实，他们的发现早在十几年前就已经提出来了，即科学家发现的是植物的一种正常反应，我们叫它光合作用驯化、光合适应或者光合作用下调。
植物光合作用的原料是CO2和水分，产物是碳水化合物和氧气。因此，理论上说，空气中CO2浓度升高对于光合作用来说是个好消息，具体到农业上可以增产，在林业上可以获得更多的木材。换句话说，如果固定到木材、根系以及土壤中的碳增多，多栽森林就可以减少大气中的CO2，达到减少温室气体，为地球降温的目的。这正是《京都议定书》规定各缔约国采用植树造林完成温室气体减排的重要理论依据之一。
那么，问题出在什么地方呢？人类目前还没有办法模拟长期(几百年甚至几万年)空气CO2升高对植物的影响。一些短期的试验(笔者十年前也曾对森林植物、农作物做过大量的试验)，时间尺度都局限在秒、天、月，或最多几个特定季节(包括美国人的试验)进行。短期试验中，植物给出的信号是生长迅速，验证了《京都议定书》的理论。然后遗憾的是，科学家们后来发现，随着时间延长，光合增加开始减缓，甚至后来会下降。围绕着这一现象，科学家们从微观的分子结构，到宏观的群落学，做了大量的分析，最终得出比较一致的结论是：虽然CO2浓度升高可以刺激光合生长，但是，光合作用驯化、适应或者光合作用下调最终难以避免。这好比一个饥饿的人，猛丁给他大量的食物，开始效果很好，一旦吃饱了，再多吃就不但没有好处，反而有害了。
从生态学的角度来看，任何生态因子包括CO2在内，不是孤零零地对植物发生作用，生态因子对植物产生的影响不仅局限在植物本身，而是对生态系统产生长远影响，最终波及到人类，因为人类是地球生物圈的成员之一。科学家们早就注意到，光合作用提高后，土壤营养元素尤其是氮的供应必须跟上来，这在农业上可以通过施肥解决，但在广阔的草原和森林区域就难以实现。即使解决了氮的供应问题，磷、钾、铁、锌等等任何一个元素，以及水、温度、光照都会出现问题，这里还没有考虑到物种的复杂响应。可见，人类如果通过干预生态系统来达到自己的目的将会手脚忙乱，徒于应付。更危险的是，生态平衡一旦打乱，就像当年澳大利亚引进兔子造成的恶果一样，造成生态灾难。最终会事与愿违，令人类的美梦难以成真。
美国人对森林的FACE试验验证了上面的假设。实验林的树木在高CO2环境下，持续了4年快速生长之后，其生长速度慢了下来，仅比对照树木增长幅度高6%左右，这在统计学上意义就不大了。快速生长的树木很快就把土壤中的养分耗尽了，持续增长后劲不足。另外，科学家们原来没有料到的是，由于树木将更多的碳通过其根系转移到土壤中，微生物大量繁殖，它们不是将碳蓄积在土壤中，而是把植物吸收的碳再以CO2的形式排回到大气中。因此，树木好不容易“俘虏”的碳可能又让微生物给“释放”了。除了微生物，笔者在美国生物圈二号的试验证实，植物的呼吸也释放大量的碳。呼吸作用和光合作用是完全相反的过程，前者可将固定的碳(30-50%)重新返回大气。
CO2是重要的温室气体。以前科学家们担心它的浓度低会影响作物产量，现在是惧怕它的快速增加而使地球增温。这一认识过程的变化，前后不到30年的时间。那么，CO2为什么会使地球变暖呢？原来，CO2、CH4、NOx以及大气中的其它一些痕量气体，科学家们称它们为温室气体，它们就像一层塑料膜罩在地球表面，当太阳光中的红光或者红外光穿透了这层“罩”后，就不容易返回太空了。热的光线只进不出，打乱了热量平衡，就使得地球增温。我们常说全球变化，或者全球变暖，指的都是以CO2为主的温室气体增加所诱发的人类气候灾难。这个过程可以简要总结为：生物进化－人类出现－工业革命－温室气体增加－全球变化－生物圈改变－人类灭亡－生物再进化。
解铃还需系铃人。科学家既然明白了CO2是使地球增温的主要元凶，就千方百计地减少它在大气中的量。CO2增加是工业革命以后的事，主要原因是人类将地下沉睡了几亿年的煤炭、石油、天然气在很短的时间内挖出来烧掉，其中火力发电厂的“贡献”最大。因此，减少CO2排放的明智做法，首先要集中精力减少煤炭等化石燃料的使用。陆地植物能够固定CO2，这一点是毫无疑问的。由于区域经济的严重不平衡，非洲等地的热带森林砍伐严重，使之固定碳的作用下降；中国的北部、西北部荒漠化严重，大量土壤以及土壤中的碳被释放，都会造成空气中CO2增加。尽管如此，在地球上，碳的最大储藏库是在海洋而不在陆地，即使将陆地都用绿色植物覆盖上，固碳作用也不如海洋，况且陆地上许多地方根本不能生长森林，甚至连草都不能长。所以，依靠造林固定碳，为地球降温是下策。
那么，是否人类就在全球变化面前束手无策呢？显然不是，当务之急是发展替代能源和可再生能源，减少煤炭的燃烧量；在能源利用上发展小水电，发展沼气、太阳能、风能、潮汐能发电，发展有安全保障的核电，各地解决自己的能源问题。另一方面，人类要节约能源，节能可大大减少温室气体排放。富裕国家、富裕人群对能源的浪费非常严重，节能甚至比造林固碳更加重要。第三是维护生态平衡，减少人类对陆地的干扰，保护海洋。
植树造林要选择适合的物种和地点，恢复天然植被，尽量避免单一物种造成的“绿色荒漠”。转变土地使用功能，想尽各种办法固定土壤，有了土才能有植被，才能固定空气中的碳。有人说，沙尘暴可以为海洋带来养料，中和酸雨危害，这个观点是非常错误的。沙尘暴损失的是宝贵的土壤，土壤的大量损失只能加剧全球变暖灾难。
（本文2007年3约15日发表于科学时报）
