临界点：亚马孙雨林终将退无可退？如果会，什么时候？
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原文作者：Ignacio Amigo
科学家表示，气候变化、森林砍伐和火灾或让地球上最大的雨林走向消亡。现在的问题是这一天的来临会有多快。
从巴西马瑙斯附近的一座监测塔俯瞰亚马孙雨林，郁郁葱葱的树冠延伸开来，仿佛一片无尽的绿色海洋。看起来那是一个富饶而又健康的生态系统，但是表象具有欺骗性——这片坐拥16000种不同树木的雨林正在慢慢消亡。
巴西帕拉州阿尔塔米拉的森林砍伐。来源：Joao Laet/AFP via Getty
一个世纪以来，亚马孙雨林的平均温度上升了1–1.5°C1。在过去50年里，部分区域的旱季从4个月延长到将近5个月2。从2005年起，这里已经发生了3次严重干旱。所有这一切都在迫使植被发生变化。2018年，一项研究报告称，最喜潮湿的树木（如热带豆科印加豆属）正在死亡；而那些适应了较干旱气候的树木，如巴西坚果（Bertholletia excelsa）则繁荣生长3。
与此同时，全球最大的热带雨林——亚马孙雨林的大部分区域正在被砍伐烧毁。伐树行为已导致亚马孙雨林面积较1970年代的600多万平方千米萎缩了约15%；在亚马孙雨林主体所在的巴西，已有逾19%的雨林消失。2000年代，巴西曾因使雨林损失速度显著放缓而受到称赞，但是在巴西出现政治动乱和经济衰退后，这个速度又上升了。去年，巴西的森林砍伐面积猛增30%左右，达到近10000平方千米，为十年内最大规模。去年8月，亚马孙雨林大火的视频登上国际头条；这是2010年极旱以来火灾数量最多的一个8月（见“雨林损失”）。许多科学家将这种激增与巴西总统雅伊尔·博索纳罗的反环保言论联系在一起。
来源：TerraBrasilis（1988-2007年的巴西数据）；RAISG（其他国家数据和原住民领地/亚马孙流域边界）；Hansen/UMD/Google/USGS/NASA（2000-2018年的树木损失数据：https://go.nature.com/39CE2FC)；ESA Land Cover CCI Product（森林覆盖）。
来源：森林砍伐：TerraBrasilis；火灾：INPE
面对气候变暖、森林砍伐和林火加剧，科学家对亚马孙雨林的担忧也升至了极点。一些科学家发出警告，亚马孙雨林很快就要到达一个临界点——大部分雨林将变成干旱的灌木丛林地。但是另外一些科学家表示自己缺少证据，无法预测亚马孙雨林的健康还能维持多久。
去年9月，十几位研究人员组建了亚马孙雨林科学委员会（Science Panel for the Amazon）。委员会的任务是报告亚马孙雨林的状态，并提出相应的保护建议。他们希望能及时完成评估，以便能赶上11月将在英国格拉斯哥举行的联合国气候大会。
毫无疑问，形势日益严峻。“对于了解、热爱和研究亚马孙流域的人来说，这是一个非常艰难的时刻。”巴西圣保罗大学的考古学家Eduardo Góes Neves说。
临界点问题
无论什么季节，树冠上方的温度都非常高，总会让爬上监测塔的研究人员汗流浃背。这里的空气湿度很大，充足的水分维持着雨林的生态系统。
雨林通过树木进行水循环，形成降雨，对于维持自身的生存发挥了重要作用。一个水分子穿越亚马孙雨林，可以形成6倍量的降雨4。如果干旱、火灾或森林砍伐破坏了过多的树木，则降雨会减少，进而导致植被减少，进入恶性循环。最终，这可能导致亚马孙雨林的大片区域转变成一种更像稀树草原的生态系统（但是生物多样性会明显降低）。只有靠近安第斯山脉的亚马孙雨林西部能维持繁茂，那里的空气气流被推到山脉上方，驱使水蒸气凝结，形成降雨。
2018年，圣保罗大学的气候研究人员Carlos Nobre发出警告，认为亚马孙雨林可能比科学家们所想的更接近临界点。他和美国乔治梅森大学的环境研究人员Thomas Lovejoy撰写了一篇社论称5，如果只有20-25%的雨林被伐，那么就会达到这样一个临界点：亚马孙流域的东部、南部和中部将转变成一个类似稀树草原的生态系统。去年12月，二人再次发出警告，称已到了最后的行动时刻6。“如果当前的树木死亡率再持续10-15年，那么亚马孙雨林的南部将变成一片稀树草原。”Nobre如此告诉《自然》。
如果那真的发生了，那么受影响的不只是当地的无数民众和动物。它还意味着数十亿吨二氧化碳将随着树木的死亡和植被的燃烧，释放进入大气；南美洲中南部降雨将变少；更遥远地方的气候模式也会发生变化。
去年8月，巴西亚马孙雨林的野火数量高于2010年干旱以来的任何一个8月。来源：Victor Moriyama/Getty
Nobre说，他们二人的预测一部分是基于2016年的模拟结果1，当时模型预测了不同场景下，1970年代（砍伐加剧之前）的雨林到2050年的景象。研究人员首先利用有关未来气候变化、森林砍伐程度和火灾增加情况的不同预测，模拟了亚马孙流域的区域性气候可能将受到什么样的影响。在火灾增加导致雨林损失20%的场景下，一半以上的雨林无法存活到2050年。该模型没有调查在80年的模拟期限内，雨林的死亡速度有多快。
不是所有人都认同20%这个数字。加州大学欧文分校的热带生态学家Paulo Brando说，以目前的森林砍伐程度来看，可能到不了临界点，但重要的是离临界点越远越好。“我们其实在玩环保的俄罗斯转盘。”他说。
另外一些研究人员怀疑定义森林砍伐的临界值是否可行。“还无法下定论。”英国埃克塞特大学的气候研究人员Peter Cox说。他是2000年代就开始详细研究亚马孙雨林临界点的首批人员之一。他说：“我认为目前还没有足够的科学依据，来精确定义森林砍伐或全球变暖的阈值。”他还表示，这种观点可能会带来一种错觉，即低于特定阈值，亚马孙雨林就是安全的，而高于特定阈值才是危险的。不过，让科学家意见统一的是，全球变暖和森林砍伐加剧会增加亚马孙雨林所面临的风险。
“临界点”的概念诞生之初，指的是状态的一种陡然变化：就亚马孙雨林而言，指的是雨林生物群系变得不稳定，雨林区域迅速转变成干旱的灌木丛林地。但是Cox说，现在一些人用它泛指一定的条件，这些条件可能会造成不可避免的大规模可怕后果——即使没有一个具体的陡变时刻。
韧性不明
部分问题在于缺少数据，导致研究人员难以预测气候变化、森林砍伐和火灾会如何相互作用，以及雨林会如何反应。一个较大的未知数是，二氧化碳富集下的气候变暖会如何影响亚马孙雨林。德国慕尼黑工业大学的生态学家Anja Rammig说，额外的二氧化碳或有助于雨林茂盛生长，但是当地土壤的磷含量较低，这可能会限制植物生长。
多年来，Rammig等人一直希望可以检测二氧化碳浓度上升对亚马孙雨林的影响：从塔上将二氧化碳泵入直径30米的圆形雨林区域，再监测这对雨林生态系统的影响。研究人员已经在其它森林——非热带雨林——开展了相似的实验，名为开放式二氧化碳富集（FACE）。来自澳大利亚的一项研究报告称，多项FACE试验发现，在二氧化碳浓度上升的情况下，幼树林似乎长得更快，不过成年桉树没有获得更多的生物量7。
2013年，研究人员从美洲开发银行获得了125万美元，启动了“Amazon FACE”项目。但是从2015年开始，巴西发生政治经济动乱，这项研究的经费没有得到续补。研究人员已经收集了关于多块林地现状的基准测量数据，但是还没有搭建能泵出二氧化碳的塔。目前，他们正在测量高浓度二氧化碳对于单个树苗的影响。
“这是新的做法，但它毕竟不是FACE实验，不能在生态系统尺度上给出答案。”巴西坎皮纳斯州立大学研究人员、Amazon FACE团队的负责人之一David Lapola说道。
另一个不确定性是如何为火灾建模。亚马孙雨林的大部分火灾都是故意放的，比如农民通过放火给土壤增肥，牧民焚烧砍伐后的林地用来养牛。在多雨的年份里，大火不易蔓延，但是在较干旱的年份，烧死的树木较多，火势更大，Brando说。一旦一片雨林被点燃，那一块就会变干，变得更易燃。“雨林变成一块瑞士干酪——布满了洞。透过这些洞，可以获得更多的风和光照。”同时任职于牛津大学和兰卡斯特大学的热带生态学家Erika Berenguer说。
2019年亚马孙林火从太空可见，图为地球同步气象卫星GOES-16拍摄的景象。来源：NASA/NOAA via Reuters
今年1月，Brando等人发表了一篇论文，认为更加温暖干燥的气候可能在未来30年，使巴西亚马孙雨林南部的烧毁面积增加一倍8。他们的研究表明，即使没有森林砍伐，单是气候变化，也必然会使未来的雨林烧毁面积激增。
英国利兹大学的热带生态学家Oliver Phillips说，研究人员还需要进一步了解亚马孙雨林成百上千种树木如何适应高温和干旱。这需要开展大量的实验室和田野测试，比如构建一种系统，在水滴进入土壤前将其捕获，以此模拟干旱。Phillip说已有研究在亚马孙流域东部的林区收集了此类数据，但还没有在温度较高、较干旱的亚马孙雨林南部收集过数据。
但是，巴西总统博索纳罗并不支持有助于确定亚马孙雨林韧性的科学研究。在竞选期间，他告诉巴西科学院，他认为到接下来的总统任期结束时，将研发投入占GDP比重从1.3%提高到3%是可能的。但是，自从其政府掌权以来，本已严重缩水的科研预算再次被削减。去年，博索纳罗解除了巴西国家空间研究院院长的职务，该研究院负责对亚马孙地区的卫星监测工作。博索纳罗还指斥研究院关于森林砍伐的报告为谎言。这导致巴西的研究人员不敢发表会惹恼政府的工作成果。去年，多名科学家决定不在讨论8月亚马孙林火原因的研究上署名，他们说害怕政府报复。
亟待再生
亚马孙雨林科学委员会还未起草报告，但是研究人员很清楚具体可能有哪些建言。当务之急是停止森林砍伐，另一个重点是促进已退化地区的重新生长。2016年的一项研究分析了南美45个地点的上万块土地，表明在已废弃农耕地上生长起来的次生林可以吸收大量的碳，吸碳速度高达老树林的11倍9。
“亚马孙雨林的恢复潜力巨大，尤其是在新近伐烧且未被用于农业生产的区域。”澳大利亚阳光海岸大学的热带森林恢复专家Robin Chazdon说。
在森林砍伐严重的区域，情况要复杂得多。2019年的一项研究表明，过去几十年里多次被砍伐的亚马孙区域，在1999年至2017年之间再生缓慢，而且再生的次生林吸收的碳较少，生物多样性也不及原始林10。
根据2015年签署的《巴黎协定》，巴西承诺到2030年恢复12万平方千米的森林。但是，Nobre认为巴西需要恢复森林更多——大约20万平方千米，而且是在砍伐最严重的亚马孙流域南部和东部。
Nobre等人还提出了一项计划，以可持续的方式使亚马孙流域的产品商业化。他们认为某些食品的商业潜力有待开发，包括巴西坚果以及瓜拉纳和巴西莓等水果——市面上已经在销售，但可以进行工业级生产。计划包括利用农林复合之类对环境影响较小的农业系统，恢复已退化区域；农林复合指农民在乔木和灌木旁边种植粮食作物。
然而，博索纳罗的政策与此背道而驰。去年11月，巴西政府取消了禁止在亚马孙雨林种植甘蔗的十年禁令。此外，一项专门监管在原住民土地上挖矿和石油勘探的法案不久将递交至巴西国会。法案一旦通过，大量在原住民社区管理下保存良好的森林或将受到威胁。
1月，巴西政府宣布建立亚马孙委员会（Amazon Council），并称该机构将“协调涉及亚马孙雨林地区保护、防卫和可持续开发的活动”。许多科学家对此举表示怀疑。圣保罗大学的大气物理学家Paulo Artaxo说，成立这个委员会，就是为了“让你觉得他们做了点什么”。巴西政府未回应《自然》的评论请求。
Artaxo说，巴西政府如果能恢复亚马孙基金会（Amazon Fund）的运营更好。亚马孙基金会创立于2008年，旨在支持雨林的保护和可持续开发。基金会收到了来自国际捐赠者的近13亿美元的捐款，但是去年4月博索纳罗政府颁布的一纸行政命令，单方面地调整了基金会的资助机制。为此，基金会的主要资助方——挪威和德国——立即冻结了新的款项，并且指控巴西破坏协定。“到目前为止，巴西政府已经表明它对保护亚马孙雨林一点没兴趣。”Artaxo说。
2月初，1000多名科学家签署了一封公开信，警告称“博索纳罗政府正在破坏巴西的社会-环境政策”11。“情况已经刻不容缓，”英国伯明翰大学的生态学家Adriane Esquivel Muelbert（签名科学家之一）说，“我们有能力解决问题，但我们不能再等了。”
参考文献：
1.Nobre, C. A. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113, 10759–10768 (2016).
2.Marengo, J. A. & Espinoza, J. C. Int. J. Climat. 36, 1033–1050 (2015).
3.Esquivel-Muelbert, A. et al. Glob. Change. Biol. 25, 39–56 (2019).
4.Staal, A. et al. Nature Clim. Change 8, 539–543 (2018).
5.Lovejoy, T. E. & Nobre, C. Sci. Adv. 4, eaat2340 (2018)
6.Lovejoy, T. E. & Nobre, C. Sci. Adv. 5, eaba2949 (2019).
7.Jiang, M. et al. Preprint at bioRxiv https://doi.org/10.1101/696898 (2019).
8.Brando, P. M. et al. Sci. Adv. 6, eaay1632 (2020).
9.Poorter, L. et al. Nature 530, 211–214 (2016).
10.Elias, F. et al. Ecology https://doi.org/10.1002/ecy.2954 (2019).
11.Levis, C. et al. Nature Ecol. Evol. 4, 172–173 (2020).
原文以When will the Amazon hit a tipping point?为标题发表在2020年2月25日的《自然》新闻特写上
© nature
Nature|doi:10.1038/d41586-020-00508-4
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