生物质未来 | One Earth 1月刊编辑精选
地球科学
Earth science
极限
生物量构成生态系统结构和热带基础的化合物、组织和器官是生命的基本物质。数千年来，人类一直依赖生物量的再生性质，以满足我们的眼前需求和地球健康。从历史上看，自然的再生与人类的需求保持同步，但世界已经发生了变化，正在出现的恢复以生物质为中心的经济的计划引起了人们的关注。尽管可再生，生物质并非取之不尽用之不竭。
生物质是我们赖以生存的主要生物资源。它构成我们所吃的食物的99%，植物产生我们呼吸的氧气的98%，并且作为陆地生态系统的主要组成部分，它为重要的生态系统服务提供了重要的基础，例如保水和净化，固碳和气候调节，以及日常娱乐和精神刺激。数千年来，生物质也是我们的主要能源和建筑材料。然而，随着人口的增长和能源需求的增加，人类从生物质能转向非再生材料。在过去的200年中，人类一直依赖富含碳的化石燃料作为能源，并依靠诸如铁、钢、混凝土和塑料等人造材料进行建筑和制造。与生物量不同，这些材料是不可再生的，通常被处理而不是回收利用。这反过来又导致了大量大气、陆地和海洋污染物的排放。在很短的时间内，人类产生的废物已经非常广泛，现在已经对地球构成了重大威胁。
社会转型无疑重要，而恢复植物生物量作为主要资源，是一个关键解决方案。从理论上讲，生物经济的重新出现是有道理的。生物质是高度可回收、可再生的，是主要的碳汇。因为它的碳库在很大程度上与大气平衡，许多人认为它是一种可持续的碳中和的技术，它能满足我们的能源和物质需求，同时避免与不可再生资源如化石燃料相关的外部性。然而，在实践中，情况要复杂得多。
这种复杂性的核心是土地可用性。我们所依赖的生物量主要是陆地生物。目前，我们消耗的粮食、饲料、纤维和能源占陆地净初级生产的四分之一，预计这一需求将在短短30年内显著增加，鉴于当前的农业实践和饮食习惯，这将需要更多的土地。此外，如果我们要避免生物多样性丧失危机，保护生态系统服务，包括避免气候变化危险程度所需的碳封存潜力，就必须保护和恢复更多的土地（估计到2050年将达到50-60%）。正如Erb和Gingrich在本期中所描述的，次要的、较少讨论的约束是时间维度。生物质确实可以再生，但关键服务需要几十年才能完全成熟。当生物量被吹捧为气候缓解工具时，这是一个特别值得关注的问题，因为我们的生物量需求率（对能源和材料的需求）不一定与所需的碳封存率兼容。封存的碳也不一定是永久性的，极端天气和野火的日益流行就证明了这一点。尽管这些空间和时间限制可能不会阻止生物经济的复苏，但如果要实现共同利益和协同效应，避免权衡和冲突，就必须有一个谨慎和全面的视角。
认识到冲突和协同机会最终可以更好地了解可持续生物经济的需求和潜力。在这方面，跨学科和跨学科合作至关重要，最近的伙伴关系显示了希望。气专委关于气候变化和土地的特别报告认识到对土地的多重需求和空间限制以及可持续土地管理的重要性。新兴的基于自然的解决方案社区正在识别这种以生物量为中心的气候缓解方法的潜力和局限性，最近的IPBES-IPCC联合报告为连接这些相互关联但往往分离的领域的跨学科桥梁奠定了基础。国际能源署在其最近的2050年净零路线图报告中对生物能源、粮食生产和生物多样性保护之间潜在冲突的考虑是一个非常受欢迎的进展。此外，正如去年的联合国粮食系统首脑会议所证明的那样，通往更可持续和以植物为基础的饮食的变革途径正在获得动力，正如DeHaan和Van Tassel在本期中所讨论的那样，更广泛地引进多年生作物可能是向生物多样性和碳正性粮食生产系统过渡的一种方式，以改善土地利用。
在认识和解决生物经济的时间限制方面的进展不太明显。在平衡生物多样性和气候缓解等其他需求的同时，我们到底能消耗多少生物量还不清楚，特别是考虑到2050年的净零时间线。对我们的生物质消耗水平进行重大调整和改进生物质废物的管理肯定是有益的，但协调一致地努力确保生物经济的循环性质，其中通过再利用和再循环优化生物质使用时间，并将废物重新用作资源，这可能是必要的。尽管生物经济比化石燃料经济具有更少的外部性，但它并非没有弊病。
如果没有一个以生物量为中心的科学目标空间来明确定义可持续利用的资源规模，那么任何生物经济政策都可能缺乏连贯性并导致冲突。正如Mubareka及其同事在评论中所评论的那样，这一点在欧盟森林政策中已经很明显。联合国可持续发展目标的很大一部分依赖于生物量的可持续利用，但生物量并没有被明确用作统一多重挑战的轴心。可以说，有必要建立一个跨学科的框架，使我们能够系统地应对与生物质使用相关的挑战。
在One Earth，我们期待着阅读和委托更多以生物量为中心的跨学科研究，认识到尽管可再生生物量是一种重要资源，但它确实有其局限性。
One Earth 1月刊已于1月21日上线
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我们特意为大家精选了发表在 One Earth 2022年1月刊的15篇文章，供大家详细了解。
声音：生物质优先事项
植物生物量是我们饮食和生态系统的基础，是一种有前途的可再生能源和材料。对生物量的需求正在增加，但空间限制了我们提供足够生物量以满足粮食安全、生物经济和保护目标的能力，而气候变化进一步威胁着生产率。这种声音问道：植物生物量的优先事项是什么？实现这些优先事项的主要限制是什么？
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评论文章：生物量对重要资源的临界限制
土地利用和生物量供应是人类最重要的资源。与普遍的观点相反，基于生物质的经济不会为应对气候变化挑战提供银弹，因为土地系统中存在着内在的、系统性的权衡，以及关键（尽管常常被忽视）的时间维度。
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评论文章：绿色协议时代科学家在欧盟森林相关政策中的作用
森林面临着为不同用途提供生物量的压力，但也面临着缓解气候变化和保护生物多样性的压力。在欧盟，围绕哪些职能需要优先考虑展开了激烈的辩论，科学家在寻求政策一致性方面的作用也越来越关键。
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评论文章：美食草原：收获永恒的未来
全球粮食系统高度依赖粮食，粮食生产需要每年的生物量周转，这会降低土壤健康并破坏可持续性。为了维持全球粮食生产和不断增长的生物量需求，需要投资多种多年生粮食作物，以生产丰富的生物量，同时加强生态系统服务。
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评论文章：一边喝酒一边讲水：为什么大学现在必须推动气候行动
尽管大学几十年来一直领导着气候科学，但大多数大学并没有在自己的运作中采取激烈的气候行动。大学部门的可持续转型需要考虑所有范围1-3的排放量，并设定基于科学的减排目标。现在是大学实践他们所宣扬的并回到气候行动前线的时候了。
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问与答：可持续生物质未来：对话Renato Domith Godinho
巴西外交部能源司司长、巴西生物未来平台国家协调中心主席Renato Domith Godinho最近就可持续利用生物质实现低碳未来的挑战和机遇与One Earth进行了交谈。
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前瞻文章：制定森林生态系统服务供应压力测试的路线图
森林通过提供可再生材料、缓解气候变化和适应生物多样性，在生物经济中发挥着关键作用。然而，森林在其生态和社会经济环境中承受着巨大的压力，威胁着森林生态系统服务的供应。缓解这些压力受到冲突和脱节的治理安排、相互竞争的利益和主张以及技术和社会需求的快速变化的阻碍。确定哪些压力威胁森林生态系统服务的供应，哪些因素阻碍其缓解，需要利益攸关方的感知。因此，有必要对森林生态系统服务的供应进行面向利益相关者的压力测试，但目前尚不可用。这一观点提出了一个路线图，以开发一个针对多个利益相关者跨空间范围的需求和要求的压力测试。我们提供Cascade和Resility Rosetta，以及随附的性能和恢复力指标，作为促进压力测试开发的工具。压力测试的应用将有助于向生物经济转型，在生物经济中，健康多样的森林提供可持续和有弹性的生态系统服务。
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前瞻文章：适应复杂未来的风险评估
人类活动逐渐侵蚀了我们社会的生物圈基础，并带来了各种风险。为了应对这些风险或未来潜在的不良后果，我们需要工具和对如何在复杂世界中评估风险的理解。风险评估是应对可持续性挑战的有力工具。然而，目前有两个问题阻碍了他们应对可持续性风险的能力：可持续性科学对风险多方面性质的参与有限，以及缺乏将社会生态、复杂和恢复力思维纳入风险评估。从这个角度来看，我们回顾和综合了广泛的风险定义和用途，并将其与复杂适应性社会生态系统的知识并列。通过这一综合，我们强调了每种风险方法的优势，并概述了五个挑战，如果克服这些挑战，可以将风险评估变成一个急需的多方面工具箱，用于处理复杂未来的某些不确定性。
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前瞻文章：跨学科研究的特点、潜力和挑战
解决人类世的重大挑战和邪恶问题需要巧妙地结合对地球系统和人类社会的科学和非科学的广泛知识和理解。其中一种方法是跨学科研究，这在过去几十年中获得了相当大的兴趣，产生了大量关于跨学科的文献。然而，这反过来又带来了一个挑战，即对跨学科研究有一个良好的理解需要付出大量的努力。在这里，我们为有兴趣有效地获得跨学科的坚实理解的学科和跨学科研究人员提供了一个集中的概述和视角。我们描述了定义、特征、思想流派以及跨学科研究的典型三阶段模型。我们还讨论了三个关键挑战，跨学科研究面临的背景下，解决更广泛的挑战人类世，我们认为解决这些具体的挑战的方法，特别是基于我们在高级可持续性研究所建立跨学科研究项目的经验。
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前瞻文章：2019冠状病毒流行下的科学研究：调整方法学工具包
解决重大环境社会挑战需要社会生态研究中的跨学科和参与性方法。这些方法能够与相关利益相关者共同设计研究，共同产生结果，共同创造影响。2019冠状病毒疾病对研究方法的选择产生了严重影响，但对近期“网上移动”的反思仍然很少。从这个角度来看，我们关注的挑战是调整不同的参与方法，以适应五个跨学科社会生态研究项目中使用的在线模式。我们研究的关键附加值是从比较将更广泛的方法调整为在线格式的利弊中吸取的经验教训。我们的结论是，将调整后的在线方法与成熟的面对面形式结合成更具包容性的混合方法，可以丰富和多样化可用于后世界研究的方法库。此外，更多样化的参与者可以参与研究过程。
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前瞻文章：加强国家气候服务：系统思维如何加速地方主导的适应
要使农业适应气候变化的趋势和冲击，就需要有效利用气候信息。然而，在世界各地的许多地方，气候数据的收集严重不足，即使可用，也很难获得，质量不一致，并且与各级决策者使用气候数据的基础能力建设脱节。哥伦比亚大学（美国）国际气候与社会研究所（IRI）的“加强国家气候服务”（ACTUS）倡议一直致力于通过认识到国家气象服务可以而且应该做的不仅仅是生成气候数据来全面应对这些挑战。从这个角度来看，我们重点介绍了东非最近的两个项目，它们承认早期制定是更广泛的气候服务生态系统的一个组成部分。在这样做的过程中，我们说明了围绕气候信息的社会、政治、制度和文化系统在建立持久而适应性的气候服务方面如何与数据本身一样重要。
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原创研究：强烈的缓解方案维持了北部泥炭地的气候中性
完整的泥炭地通过光合作用将二氧化碳（CO2）从大气中清除，并在淹水条件下将碳储存在土壤中，同时向大气排放甲烷（CH4）。泥炭地对气候的净影响取决于这两种温室气体的相对大小。在这里，我们使用五个大规模的、基于过程的泥炭地模型来评估北部泥炭地未来的CO2和CH4平衡。我们的结果表明，在气候政策和行动下，北部泥炭地可能是气候中性的，因为泥炭地CH4排放的气候变暖效应被泥炭地CO2汇的冷却效应抵消。然而，如果不采取应对气候变化的行动，北方泥炭地可能会加速全球变暖，因为预计CH4排放量将大幅增加，而北方泥炭地可能会在强烈变暖和干旱的驱动下从二氧化碳汇变成二氧化碳源。
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原创研究：气候导致珊瑚礁渔业微量营养素供应增加
热带小规模渔业为数亿人提供营养丰富、价格合理的海鲜，包括易受海洋热浪影响的珊瑚礁捕获物。因此，在粮食不安全最为普遍的地方，气候变化威胁着海鲜供应，但受气候影响的珊瑚礁的营养价值是什么？我们分析了塞舌尔43种热带珊瑚鱼的营养成分，发现珊瑚鱼的铁、硒和锌含量与鸡肉、猪肉和牛肉相似，钙和ω-3脂肪酸含量更高。通过将营养数据与大规模珊瑚漂白前后收集的鱼类调查相结合，我们表明，漂白后较高的鱼类生物量导致渔业的营养供应增加，尤其是铁和锌。因此，珊瑚礁渔业的可持续管理可以继续支持热带粮食和营养安全，尽管气候影响到珊瑚礁生态系统。
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原创研究：建筑和制造业相关投资解释了2007-2012年中国和世界材料足迹的不同趋势
随着国家越来越繁荣，生活质量也在提高。然而，发展依赖于材料的开采和加工，这对社会和环境产生了一些负面影响，损害了可持续发展目标。如果我们要实现真正可持续的未来，就必须将物质使用与人类发展脱钩，但我们对连接这两个问题的复杂关系的理解很差。以中国为例，我们评估了2007年至2012年间中国各省内外的生物量、化石燃料、金属和非金属矿产的流量。我们发现，中国的发展，特别是贫困省份的发展，与物质使用密切相关，产生的物质足迹比其他国家大得多。这些足迹大部分是由建筑和制造业的资本投资推动的。我们的研究结果表明迫切需要考虑更广泛的可持续性资本投资的后果。
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视觉地球：黑上黑
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One Earth
Volume 5 Issue 1
Jan 21, 2022
关于One Earth
作为Cell Press细胞出版社旗下地球科学类的首本期刊，One Earth 的创刊标志着我们正式涉足环境科学研究。作为Cell 的姊妹刊，One Earth 致力于发布顶级原创研究，并通过专业的编辑团队提供公平、快速和严格的同行评审流程（长按识别下图中的二维码访问 One Earth 期刊主页，了解更多详情）。
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