减碳与生物多样性若干问题评述

王红瑞 赵含 李占玲 刘璇 张力 刘艺欣

摘要 生物多样性是维护地球生态系统平衡的基础支撑，与气候变化有着紧密的关联性，气候危机的本质就是生物多样性危机。为应对和减缓气候变化对全球生态环境的加速性破坏影响，减碳是这个阶段必经之路。在系统梳理了减碳与生物多样性之间关系的基础上，进一步阐述了生物多样性与减碳之间彼此存在着正向相关关系。减少CO2的排放可通过采取能源结构转型、产业结构调整、节能减排技术创新等措施来实现;同时，还可以发掘生态系统固碳的潜力来减少CO2在大气中的含量。控制在大气中CO2的含量可以缓解气候变化对自然生态环境的干扰和破坏，对生物多样性保护有积极作用。同时林业碳汇固碳在植树造林方面与生物多样性之间也存在联系，亦即在人工造林时生物多样性植物将比树木单栽培隔离更多的碳，存在碳生物多样性的权衡。

关键词 生物多样性;减碳;碳汇;碳源减碳;植树造林

中图分类号：X176  DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-01-002

Review on some issues of carbon reduction and biodiversity

WANG Hongrui1，2， ZHAO Han1，2， LI Zhanling1， LIU Xuan2，ZHANG Li2， LIU Yixin2

（1.School of Water Resources and Environment， China University of Geosciences 〔Beijing〕， Beijing 100083， China;

2.College of Water Sciences， Beijing Key Laboratory of Urban Hydrological Cycle and Sponge City Technology，Beijing Normal University， Beijing 100875， China）

Abstract Biodiversity is the basic support to maintain the balance of the earths ecosystem， which is closely related to climate change. The essence of climate crisis is biodiversity crisis. In order to cope with and mitigate the accelerated destructive impact of climate change on the global ecological environment， carbon reduction is the only way to go at this stage.  This paper systematically combs the relationship between carbon reduction and biodiversity， then elaborates that there is a positive correlation between biodiversity and carbon reduction. Reducing carbon dioxide emissions can be achieved by taking measures such as energy structure transformation， industrial structure adjustment， energy conservation and emission reduction technology innovation. At the same time， we can also explore the potential of ecosystem carbon sequestration to reduce the content of carbon dioxide in the atmosphere. Controlling the content of carbon dioxide in the atmosphere can alleviate the interference and damage of climate change to the natural ecological environment， and play a positive role in biodiversity protection. When combing the literature on the relationship between carbon sequestration and biodiversity， it is found that there is also a connection between forestry carbon sequestration and biodiversity in afforestation， that is， biodiversity plants will isolate more carbon than trees alone in artificial afforestation， and there is a trade-off between carbon and biodiversity.

Key words biodiversity; carbon reduction; carbon sink; carbon source reduction; afforestation

聯合国政府间气候变化专门委员会第六次评估报告提到，在所有排放情景下，全球升温都将至少达到1.5 ℃。CO2的排放及全球气温的上升会加剧气候变化使生物多样性丧失的风险大幅增加。在这一背景下，降碳将成为“十四五”生态环境保护规划的总抓手，2020年9月，习近平主席在第七十五届联合国大会提出中国CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的治理目标［1］。这其中有两个新概念，碳达峰和碳中和。碳达峰一般指年度CO2排放量达到历史最高值，然后经历平台期进入持续下降的过程，是一个地区CO2排放量由增转降的重要历史拐点，目前欧美等发达国家已经进入了碳峰值时期。“碳中和”是指碳排放量与陆海生态系统吸收及其他技术方式固存的碳量之间达到平衡即CO2净排放为0。

生物物多样性保护背后就是降碳、环保与经济增长如何协同推进。在保护生物多样性的时候，是要保护濒危物种的栖息地，生物多样性要依托一定的栖息地，比如说森林、湿地。而森林、湿地等自然生态资源的增加，实际上就在增加自然界吸纳碳的总量，也就是说，生物多样性保护在很多情况下可以协同减少CO2排放，增加自然界的碳吸纳能力［2-3］。另一方面，如果生物多样性能够得到有效地保护，也就意味着野生动植物的栖息地数量和面积的增多，这样对于人类应对气候变化也大有裨益，同样对中国和世界实现碳达峰、碳中和的目标有很大帮助［4-6］。

总之，生物多样性保护和碳减排这两者之间是有协同作用的。在采取一系列降低CO2的措施时，控制在大气中CO2的含量可以缓解气候变化对自然生态环境的干扰和破坏，对生物多样性保护有积极作用。如果人类不能妥善应对气候变化，那么无论是极端天气事件增加还是荒漠化加剧，最终都会影响到生物的栖息地，从而损害生物多样性。

1 碳排放与生物多样性变化

自从工业革命开始以来，大气中的CO2含量已经增加了30％，主要来源于能源矿物燃烧。当然这并不是碳排放中“碳”的所有来源，又如大气中本身固有的“碳”;生命体（人、动物、微生物等）消耗碳水化合物以产生的CO2;人类活动，特别是不合理的土地开发利用使得土壤中的有机碳被氧化释放的CO2等，这些都是碳排放中“碳”的来源，只不过工业革命前，大气中“碳”含量的变化主要来源是生物量和土壤有机碳的变化，而现在能源矿物的燃烧是大气中“碳”含量变化的最大因素。还忽略了一个因素，就是植被，只不过植被不是释放“碳”的，而是通过光合作用固“碳”，但是早年的粗放式发展，乱砍滥伐造成一定程度的植被覆盖降低，也影响了大气中的“碳”含量的变化。

碳排放主要有3个来源：①化石燃料燃烧;②电力的使用;③在农业生产过程中产生的碳排放［4］。由图1可知，从1950年以来，世界上全部CO2排放总量持续增加，而且随着人口增加和经济的发展呈现不断加速的趋势。到2010年之后CO2排放量增加逐渐变缓直至2018年CO2的排放量得到控制在逐渐减少。近7年来中国的碳排放历史有3个明显节点。第一次高峰期是1960年代左右，当时我国大力发展重工业，碳排放出现第一次高峰。其次是2000年开始，随着中国加入世界贸易组织，进入全球化发展，给中国经济发展带来巨大动力，碳排放也是在这一节点开始加速上升，从2000年33.5×108t迅速增长到2019年101.7×108t。另一个节点是2013年后，随着经济的增幅趋缓，以及节能减排力度的加大，碳排放进入平缓期。从1960—2020年，我国碳排放量从8.0×108t增长到106.7×108t，增长了13倍，说明了我国经济发展主要依靠能源的高消耗来实现的，粗放型的增长方式还没有得到根本改变［7］。

全球氣候变化温度上升，一定会加速生物多样性的灭绝速度。在《生物多样性公约》（CBD）将生物多样性定义为“所有来源的生物体之间的变异性，包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所属的生态复合体;这包括物种内部、物种之间和生态系统的多样性”。在《保护生物学》一书中，蒋志刚等给生物多样性所下的定义为：“生物多样性是生物及其环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的综合，包括动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统”［8］。生物多样性同时也是一个集宏观、中观、微观于一体的概念［9］。

目前，全球生物多样性正以惊人的速度丧失，超过100万个物种面临灭绝的风险。碳排放过量导致的气候变化对物种的分布、物候、种群动态以及物种组合或生态系统结构和功能已经产生了明显影响，而且正在变得越来越严重［10］。根据世界自然基金会（WWF）和伦敦动物学会（ZSL）发布的两年一度的《地球生命力报告》2020年版（Living Planet Report 2020），自1970年来，全球哺乳动物、鸟类、鱼类、两栖动物和爬行动物的数量平均下降了68％。

地球生命力指数（LPI）是衡量受监测野生动物种群的平均下降。指数值是相对1970年4 392个物种的20 811个种群（即1970年=100％）。从图2中可知1970—2016年地球生命力指数逐年递减，也就是地球上物种及种群数量在逐渐减少。导致物种数量急剧下降的主要原因是气候变化导致栖息地的丧失和退化。CO2浓度在一定的范围内升高对森林生长的促进作用。但当碳排放过多时会导致气温升高，气候变化，会破坏物种栖息地，进而使生物多样性丧失的风险大幅增加［10］。

2 减碳与生物多样性的关系

为了达到碳中和的目标，控制和减少碳的排放是必不可少的举措。而碳排放分为自然源碳排放和人类活动碳排放。控制和减少碳的排放指的是要控制人类活动的碳排放行为［11］。这种方式为从碳源上采取措施。减少碳的排放还可以从碳汇上抓取。碳汇方式有林业碳汇、渔业碳汇、海洋碳汇、土壤碳汇等。碳汇固碳也是减少CO2的主要路径。

有许多学者分别向从碳汇固碳及碳源减碳开展了碳排放和生物多样性关系的研究。那么这两种方式与生物多样性的关系如何呢？

2.1 碳源减碳与生物多样性关系

从碳源上减少碳排放应该要采取的措施有：能源结构转型、产业结构调整，节能减排技术创新等措施［11-12］。这些举措在实现减排的同时也间接地减少了对自然生态环境的干扰和破坏，保护了生物多样性。能源结构转型是实现碳中和目标的根本途径，细分能源部门的排放可以发现，发电业产生的碳排放约占总体碳排放的37.6％，是最大的碳排放来源，用清洁能源替代火力发电，将成为实现碳中和的重要手段。要大力发展可再生能源，优化能源消费结构，积极建立清洁能源体系。产业结构调整是实现“双碳”目标的重要措施。节能减排技术创新是实现“双碳”目标的关键［13］。这些举措在实现减排的同时也间接地减少了对自然生态环境的干扰和破坏，保护了生物多样性。

由图3可知碳源减碳与生物多样性关系。气候变化损害生物多样性，气候已经是生物多样性丧失的主要驱动力之一。同样CO2等温室气体的排放是导致气候变化的主要因素。所以减少碳排放会使气候变化往好的方向发展并对生物多样性有着正向反馈的作用。

2.2 碳汇固碳与生物多样性关系

在大力发展能源转型和产业减排技术的同时，致力于发掘生态系统固碳的潜力。碳汇主要方式有林业碳汇、渔业碳汇、湿地碳汇、土壤碳汇等。多数研究认为生物多样性与碳汇固碳的正相关性， 生物多样性可以通过提高森林生产力增加碳汇，可以调节全球碳平衡，有效缓解气候变化维护生态系统的结构和稳定，保护物种的自然栖息

地;采取固碳措施也会为保护生物多样性有正反馈的作用［14］。

如图4所示，可以看到林业碳汇、渔业碳汇、湿地碳汇、土壤碳汇这几种碳汇固碳方式会减缓气候变化使生物多样性增加，同时在采取一些渔业和林业碳汇方式时也可以直接使生物多样性增加。林业碳汇是指利用森林的储碳功能，通过植树造林、加强森林经营管理、减少毁林、保护和恢复森林植被等活动，吸收和固定大气中的CO2，植树造林能直接增加生物多样，并且加强森林经营管理对能保护生物的栖息地，保护生物多样性。渔业碳汇就是指通过渔业生产活动促进水生生物吸收水体中的CO2，并通过收获把这些碳移出水体的过程和机制，如人工鱼礁、增殖放流以及捕捞渔业等。增殖放流能使海洋生物更加丰富;人工鱼礁改善海域生态环境，营造海洋生物栖息的良好环境，保护海洋生物多样性。这几种碳汇方式的效力如表1所示。

陆地和海洋是地球重要的碳汇，每年吸收全球约一半的碳排放量。生物多样性对于减少CO2的排放以及减缓和适应气候变化至关重要：陆地和海洋生态系统在增强对气候变化的复原力、调节气候和充当碳汇方面发挥着重要作用。

2.3 植树造林减碳与生物多样性的关系

林业碳汇中植树造林、植被恢复等措施固碳与生物多样性之间有着复杂联系［20］。在造林时生物多样性植物将比树木单栽培隔离更多的碳，也就是说存在碳生物多样性的权衡。

大多数研究都能证明多样性植物将比树木单栽培隔离更多的碳。Lars Gamfeldt等研究发现5个树种的生物量相比1个树种要高出50％左右［21］。Martin Barrufol等参考了很多相关文献分析指出：物种均匀度会推动生产力-生物多样性之间的关系，单品种栽培生产力比混合种植低出23.7％ ［22］。Wang Chao等通过对83个天然草地和人工草地研究中811对植物混合和单一栽培的配对观察进行全球荟萃分析，研究结果表明，草地植物物种多样性与碳属性之间存在正相关关系［23］。生物多样性植物将比树木单栽培隔离更多的碳，存在碳生物多样性的权衡这一结论也是被大多专家证实的。但在查閱资料时发现这个结论也被一小部分专家否定。Staples 等利用从澳大利亚386个植树项目收集的数据发现，澳大利亚森林和林地的生产力与物种和功能多样性无关［24］。Bonner等在对48项亚热带和热带研究的全球数据进行的荟萃分析中发现，与次生林相比树木单栽培（人工林）的地上生物量更高［25］。项目的不成熟（即≤20年）和研究区发展畜牧业都是可能造成与结论有偏差的原因。

由图5可知，不同的学者得出的结论不同，但总体来说现有的证据表明在植树造林时促进生物多样性会有利于碳储存［26-29］。此外，植物多样性对碳储存也有其他好处，比如增加土壤碳储存、稳定性和对抗干扰的生态恢复力［30-33］。

目前，人工林几乎完全被种植为单一栽培，但是树木混合栽培的效果更好。树木和灌木的多样化混合种植可能储存至少与树木单一栽培一样多的碳。多样化的原生森林通常比多样性较低的森林表现出更大或相似的树木生物量或生产力;多样化的木本植物和为动物提供了栖息地，也可以更好的保护生物多样性［34-36］。

3 减碳、固碳理念及对策

力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的庄严宣告，彰显了我国应对气候变化的担当与信心，进一步明确了我国坚持绿色发展的道路选择。习近平总书记指出，“新时代新阶段的发展必须贯彻新发展理念”。我国进入新发展阶段、构建新发展格局的一项重点任务是做好碳达峰碳中和工作，必须突出新发展理念的引领作用。无论是应对气候变化还是物种灭绝的危机时，都需要将不同的情况相结合，形成应对措施，这样才能产生“1+1＞2”的协同效应［37-38］。“减”就是减排放。减碳理念在于要加强研发和推广节能技术、环保技术、低碳能源技术。“固”就是固定碳。将空气中的碳固定下来，不再发挥温室效应。增加植被覆盖度，通过光合作用将空气中的碳固定到生物体中，既提升植被覆盖率改善环境，同时又捕获碳。

控制CO2排放缓解气候变化有两大主要对策。首先是提高能源效率，减少能源消耗，减少工业和能源领域的CO2排放，也就是减少和控制碳排放。大力发展可再生能源，如光能、水能这些清洁能源。这些举措在实现减排的同时也间接地减少了对自然生态环境的干扰和破坏，保护了生物多样性［39］。其次，保护修复森林、草原、湿地等，增加对CO2的吸收，即固碳。生态系统保碳增汇会发挥直接的正向影响。通过自然保护地和一些生态工程建设增碳促汇，很好地契合了现在比较提倡的“基于自然的解决方案”，也就是为实现碳中和采取了众多有助于保护、恢复和管理生态系统，又能惠及人类的举措。这些措施既利于减缓气候变化、同时也有利于促进经济发展、保护生态环境和生物多样性，一举多得［6，40］。

4 结语

目前关于生物多样性减碳之间关系的理论分析和实证研究表明，生物多样性减碳之间彼此存在正向相关关系，碳源减碳和碳汇固碳可缓解气候变化对自然生态环境的干扰和破坏，对生物多样性保护有积极作用。合理利用生物多样性的优势可以提高森林生产力，增加碳汇和其他生态系统服务功能，控制大气中CO2的含量。

自然生态资源对碳中和的贡献不容忽视，如何更好地发挥和改善其生态碳汇功能显然需要更多的研究。目前减碳和生物多样性的关系的认识还非常粗浅。从上述分析中可以看出，尽管国内外开展了大量研究，但仍存在一些问题和挑战。今后可以从以下几个方面进行深入研究：①一些缓解气候变化的解决方案可能会损害生物多样性，气候和生物多样性之间的权衡取舍仍然是讨论中的一个关键盲点;②在生物多样性保护方面，以营建人工林为方法的森林恢复可能抑制了限制天然林恢复、挤占生物多样性恢复空间的作用，生物物种可能会越来越少;③新型能源和低碳产业的技术原理仍需创新突破。这些都是未来值得深入探讨的领域。

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（編 辑 亢小玉）