论文 | 生物质能源作物的推迟使用可能导致全球的气候与食品危机
能源、技术、气候、农业等要素如何相互作用？依托未来能源技术能否实现预期的气候减排目标？如何从技术层面开展行之有效的应对方案？
为回答这些问题，复旦大学环境科学与工程系青年研究员王戎团队及合作者的最新研究揭示了农作物亩产量减少对气候变化的正反馈作用：如果全球大规模减排行动推迟到2060年及以后，依赖生物质能源作物的负碳减排技术将无法保持高实施强度，可能导致温控目标无法达到，进而引发全球粮食风险。9月7日，相关研究成果以《生物质能源作物的推迟使用可能导致全球的气候与食品危机》（“Delayed use of bioenergy crops might threaten climate and food security”）为题在《自然》（Nature）杂志上发表，强调了开展早期减排的重要性。
复旦大学环境科学与工程系硕士研究生徐思清为论文第一作者，青年研究员王戎为通讯作者；中国科学院院士、复旦大学副校长张人禾教授，欧洲科学院院士、复旦大学环境科学与工程系教授陈建民以及复旦大学发展研究院、大气与海洋科学系/大气科学研究教授汤绪、复旦大学环境科学与工程系教授王琳为重要共同作者；中科院大气物理所、西班牙全球生态研究所、法国气候变化中心、法国索邦大学、比利时安特卫普大学、英国约克大学、奥地利国际应用系统分析研究所参与了合作研究。该项工作得到了国家自然科学面上基金的资助。
巴黎协定将本世纪末气候变暖的目标限制在2°C以内。在此目标限定内，许多相关研究将未来减排情景假设在本世纪下半叶，即在前期放缓减排步伐、甚至多排放一点，短期内超过既定的温度目标，然后通过实施大规模负碳减排技术如生物质能源结合碳捕获与封存技术（Bioenergy with carbon capture and storage, BECCS）实现短时间气候减排。
然而，此种假设忽略了气候变化与BECCS减排潜力的反馈机制——作为清洁生物质能源的重要来源，获取作物秸秆的重要性不言而喻，而伴随着气候变化，秸秆生物量的多少受气候变化影响。当全球大规模气候行动推迟到2060年时，未来农作物亩产量受气候变化的影响增加，可提供BECCS的生物质（主要为作物秸秆）产量下降，从而削弱BECCS的减排潜力，同时粮食减产导致需要农业土地的面积扩大，农业土地的温室气体排放增加，会进一步加剧气候变暖的后果。
为综合评估减排效用，王戎课题组及合作者创造性地将能源、技术、气候、农业、贸易、社会经济的相互作用纳入综合考虑范围，首次将气候变暖与BECCS减排潜力的反馈机制引入地球系统模型，使用全球观测资料校准了农作物亩产量对生长季节平均气温、大气CO2浓度、氮肥施肥强度和降水的响应关系，建立全球的未来社会经济情景大数据集。
何时应启动实施大规模低碳技术？启动的不同时间段将相应产生怎样不同影响？在共享社会经济路径减排的基础上，课题组模拟了在2030-2100年内的不同时间开始减排的各类情况，考虑了拓展农业土地、增强氮肥施肥强度、提高施肥效率、植树造林、国际粮食贸易等综合性方案，在全力满足未来的全球粮食需求的情况下，评估了在2030-2200年期间由于推迟减排导致BECCS减排潜力下降的反馈作用，进而探寻该作用对未来全球增温和人均每日卡路里的影响。
研究结果表明，负碳减排技术的反馈对未来气候变化的长期趋势存在显著影响，由于受气候变化的负面效应，粮食产量和BECCS减排潜力同时下降，导致无法实现巴黎协定的2°C目标。当大规模BECCS减排行动的启动时间推迟到2060年时，是否考虑该反馈机制对全球增温的效应影响将达到0.8°C。当BECCS从2040年推迟到2060年开始实施，可用于负碳生物质技术的农业秸秆和能源作物的亩产量受气候变化影响下降，导致在2200年的全球增温从1.7°C增加到3.7°C，人均每天食品卡路里从2.1 Mcal降低到1.5 Mcal。
因而，如仅寄希望于未来远期负碳技术的减排潜力，届时则力有不逮，为时已晚，早期减排的启动已迫在眉睫。可从近期可获取的低碳技术（如太阳能、风能）入手开展减排行动，如果依赖生物质能源作物的负碳技术可在短期内实现大规模推广，仍有较大概率减缓全球气候变暖和减小全球粮食风险。
农业反馈对全球增温和粮食供应量的影响。该图表示的是在2040年、2050年和2060年开始启动减排时，2100年和2200年的全球变暖和人均每天卡路里的蒙特卡罗结果和不同敏感性试验的结果，其中横线表示的是中间的预测值，虚线表示不考虑气候对农作物亩产量影响的情景下全球变暖的差异。研究发现从2050年开始实施减排时，在考虑农业-气候反馈作用后，在2200年可以实现2°C气候目标的几率从47%下降到4%，表明认识气候与农业的反馈增加了早期减排的紧迫性。
论文链接:
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05055-8
也可点击阅读原文或扫描下方二维码获取原文:
来源 | 复旦大学环境科学与工程系，原标题为：多因素综合，多机制互构：复旦大学王戎课题组及合作者揭示全球未来能源、技术、气候、农业的相互作用和反馈机制。
排版 | 周沈博
往期回顾