1、西北大学学报（自然科学版）年 月，第 卷第 期，（）收稿日期：基金项目：国家自然科学基金（）；济南市财政水务科技创新专项经费（）第一作者：王红瑞，男，河南新乡人，教授，博士生导师，从事水资源系统分析研究，。通信作者：李占玲，女，内蒙古赤峰人，副教授，博士，从事水文学及水资源研究，。生态与生物多样性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（中国地质大学北京 水资源与环境学院，北京；北京师范大学 水科学研究院城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室，北京）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
2、。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 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 在大气中的含量。控制在大气中 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
3、中图分类号：，（，；，），；联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 。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，年 月，习近平主席在第七十五届联合国大会提出中国 排放力争于 年前达到峰值，努力争取 年前实现碳中和的治理目标。这其中有两个新概念，碳达峰和碳中和。碳达峰一般指年度 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 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
4、术方式固存的碳量之间达到平衡即 净排放为。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 排放，增加自然界的碳吸纳能力。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。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 的措
5、施时，控制在大气中 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。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 含量已经增加了，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；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 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
6、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 个来源：化石燃料燃烧；电力的使用；在农业生产过程中产生的碳排放。由图 可知，从 年以来，世界上全部排放总量持续增加，而且随着人口增加和经济的发展呈现不断加速的趋势。到 年之后排放量增加逐渐变缓直至 年 的排放量得到控制在逐渐减少。近 年来中国的碳排放历史有 个明显节点。第一次高峰期是 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
7、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 年.迅速增长到 年.。另一个节点是 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 年，我国碳排放量从.增长到.，增长了 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。全球气候变化温度上升，一定会加速生物多西北大学学报（自然科学版）第 卷图 年 排放量（数据来源：）（：）样性的灭绝速度。在生物多样性公约（）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
8、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”。生物多样性同时也是一个集宏观、中观、微观于一体的概念。目前，全球生物多样性正以惊人的速度丧失，超过 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。根据世界自然基金会（）和伦敦动物学会（）发布的两年一度的地球生命力报告 年版（），自 年来，全
9、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。地球生命力指数（）是衡量受监测野生动物种群的平均下降。指数值是相对 年 个物种的 个种群（即 年 ）。从图 中可知 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。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。图 年地球生命力指数（数据来源：）（：）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
10、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。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 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？.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。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
11、占总体碳排放的.，是最大的碳排放来源，用清洁能源替代火力发电，将成第 期 王红瑞，等：减碳与生物多样性若干问题评述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。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 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 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。图 碳源
12、减碳与生物多样性关系图 .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。如图 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
13、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，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，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 所示。图 碳汇固碳与生物多样性关系图 表 碳汇方式及效力 碳汇方式定义效力林业碳汇通过植树造林、植被恢复等，吸收并固定大气中的，从而减少 在大气中浓度森林生态系统是固碳
14、主体，森林碳汇是最经济、最简单、最有效的减排方式，林业碳汇贡献了约的固碳量渔业碳汇其原理是通过渔业生产活动促进水生生物吸收水体中的，并通过收获水生生物把这些碳移出水体，达到负排放的功效中国是海水养殖大国，养殖面积和产量居世界第一。随着养殖关键技术的突破，渔业碳汇得到大力发展广阔的海域具有巨大的空间潜力，成为助力我国双碳目标实现的重要途径土壤碳汇是土壤截获大气 成为土壤固相碳组分的过程，土壤对大气 的碳汇效应的总体表现土壤碳汇密度较高，土壤碳汇是削减碳排放、缓解全球气候变化的重要路径湿地碳汇是指将碳主要储存在湿地中的泥炭和富含有机质的土壤中湿地相较于其他生态系统能够长期的储存碳。湿地碳汇是增加全
15、球自然碳汇的有效方法西北大学学报（自然科学版）第 卷 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 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。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。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。等研究发现 个树种的生物量相比 个树种要高出 左右。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
16、性之间的关系，单品种栽培生产力比混合种植低出.。等通过对 个天然草地和人工草地研究中 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。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。但在查阅资料时发现这个结论也被一小部分专家否定。等利用从澳大利亚 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。等在对 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。项目的不成熟（即 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 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。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。图 减碳与生物多样研究方法 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。树木和灌木的多样第 期 王红瑞，等：减碳与生物多样性若干问题评述化混合种植可能储存至少与树木单一栽培一样