靠造林為地球“降溫”是下策

蔣高明

最近，來自美國的一則訊息給人類試圖透過造林減少二氧化碳排放、延緩全球增溫的努力，籠罩了一層陰影。科學家們連續7年的觀測表明，依賴樹林來儲存人類過度排放的二氧化碳(CO2)相當困難。專案負責人、杜克大學著名生物地球化學家施萊辛格，甚至直截了當地說：“我不會對此抱有任何希望。”

這個試驗位於北卡羅來那州郊外的一片松樹林，科學家們利用一種叫做自由CO2氣體施肥試驗(FACE)裝置，研究森林植物對模擬CO2濃度升高的響應。他們將CO2濃度由幾年前的350ppm (ppm是濃度單位，為百萬分之一，現在大氣CO2濃度為380ppm), 提高到700ppm(科學家預計2050年全球CO2濃度將達到的值), 每天將數噸CO2從一圈豎立的鋼管(鋼管面向植物的一面有一排開口)向森林釋放，觀察森林生長尤其對碳的固定能力。

FACE試驗由亞歷桑那州的鳳凰城美國農業部水保持實驗室最早設計，先是應用於棉花、小麥等農作物實驗。1995-1996年筆者在美國哥倫比亞大學生物圈二號從事合作研究的時候，曾經對該設施進行過考察。CO2濃度透過計算機控制，由一圈垂直的管道直接將CO2通入大田，形成一個高濃度的CO2場，可獲得直徑約23m的人工圓形場。其它環境條件如溫度、溼度、風速、光照等很少發生改變，另外，植物的生長空間明顯增大。這個專案維持費用很高，僅CO2一項每年約耗資100萬美元。這是目前公認的研究植物對高CO2濃度響應的最理想手段。後來聽說有人加高了FACE高度，對較大面積的森林進行試驗。

應當說，從試驗手段的先程序度來看，施萊辛格他們對森林的試驗結果是可信的。那麼植物得出的反應說明了什麼？其實，他們的發現早在十幾年前就已經提出來了，即科學家發現的是植物的一種正常反應，我們叫它光合作用馴化、光合適應或者光合作用下調。

植物光合作用的原料是CO2和水分，產物是碳水化合物和氧氣。因此，理論上說，空氣中CO2濃度升高對於光合作用來說是個好訊息，具體到農業上可以增產，在林業上可以獲得更多的木材。換句話說，如果固定到木材、根系以及土壤中的碳增多，多栽森林就可以減少大氣中的CO2，達到減少溫室氣體，為地球降溫的目的。這正是《京都議定書》規定各締約國採用植樹造林完成溫室氣體減排的重要理論依據之一。

那麼，問題出在什麼地方呢？人類目前還沒有辦法模擬長期(幾百年甚至幾萬年)空氣CO2升高對植物的影響。一些短期的試驗(筆者十年前也曾對森林植物、農作物做過大量的試驗)，時間尺度都侷限在秒、天、月，或最多幾個特定季節(包括美國人的試驗)進行。短期試驗中，植物給出的訊號是生長迅速，驗證了《京都議定書》的理論。然後遺憾的是，科學家們後來發現，隨著時間延長，光合增加開始減緩，甚至後來會下降。圍繞著這一現象，科學家們從微觀的分子結構，到宏觀的群落學，做了大量的分析，最終得出比較一致的結論是：雖然CO2濃度升高可以刺激光合生長，但是，光合作用馴化、適應或者光合作用下調最終難以避免。這好比一個飢餓的人，猛丁給他大量的食物，開始效果很好，一旦吃飽了，再多吃就不但沒有好處，反而有害了。

從生態學的角度來看，任何生態因子包括CO2在內，不是孤零零地對植物發生作用，生態因子對植物產生的影響不僅侷限在植物本身，而是對生態系統產生長遠影響，最終波及到人類，因為人類是地球生物圈的成員之一。科學家們早就注意到，光合作用提高後，土壤營養元素尤其是氮的供應必須跟上來，這在農業上可以透過施肥解決，但在廣闊的草原和森林區域就難以實現。即使解決了氮的供應問題，磷、鉀、鐵、鋅等等任何一個元素，以及水、溫度、光照都會出現問題，這裡還沒有考慮到物種的複雜響應。可見，人類如果透過干預生態系統來達到自己的目的將會手腳忙亂，徒於應付。更危險的是，生態平衡一旦打亂，就像當年澳大利亞引進兔子造成的惡果一樣，造成生態災難。最終會事與願違，令人類的美夢難以成真。

美國人對森林的FACE試驗驗證了上面的假設。實驗林的樹木在高CO2環境下，持續了4年快速生長之後，其生長速度慢了下來，僅比對照樹木增長幅度高6%左右，這在統計學上意義就不大了。快速生長的樹木很快就把土壤中的養分耗盡了，持續增長後勁不足。另外，科學家們原來沒有料到的是，由於樹木將更多的碳透過其根系轉移到土壤中，微生物大量繁殖，它們不是將碳蓄積在土壤中，而是把植物吸收的碳再以CO2的形式排回到大氣中。因此，樹木好不容易“俘虜”的碳可能又讓微生物給“釋放”了。除了微生物，筆者在美國生物圈二號的試驗證實，植物的呼吸也釋放大量的碳。呼吸作用和光合作用是完全相反的過程，前者可將固定的碳(30-50%)重新返回大氣。

CO2是重要的溫室氣體。以前科學家們擔心它的濃度低會影響作物產量，現在是懼怕它的快速增加而使地球增溫。這一認識過程的變化，前後不到30年的時間。那麼，CO2為什麼會使地球變暖呢？原來，CO2、CH4、NOx以及大氣中的其它一些痕量氣體，科學家們稱它們為溫室氣體，它們就像一層塑膠膜罩在地球表面，當太陽光中的紅光或者紅外光穿透了這層“罩”後，就不容易返回太空了。熱的光線只進不出，打亂了熱量平衡，就使得地球增溫。我們常說全球變化，或者全球變暖，指的都是以CO2為主的溫室氣體增加所誘發的人類氣候災難。這個過程可以簡要總結為：生物進化－人類出現－工業革命－溫室氣體增加－全球變化－生物圈改變－人類滅亡－生物再進化。

解鈴還需繫鈴人。科學家既然明白了CO2是使地球增溫的主要元兇，就千方百計地減少它在大氣中的量。CO2增加是工業革命以後的事，主要原因是人類將地下沉睡了幾億年的煤炭、石油、天然氣在很短的時間內挖出來燒掉，其中火力發電廠的“貢獻”最大。因此，減少CO2排放的明智做法，首先要集中精力減少煤炭等化石燃料的使用。陸地植物能夠固定CO2，這一點是毫無疑問的。由於區域經濟的嚴重不平衡，非洲等地的熱帶森林砍伐嚴重，使之固定碳的作用下降；中國的北部、西北部荒漠化嚴重，大量土壤以及土壤中的碳被釋放，都會造成空氣中CO2增加。儘管如此，在地球上，碳的最大儲藏庫是在海洋而不在陸地，即使將陸地都用綠色植物覆蓋上，固碳作用也不如海洋，況且陸地上許多地方根本不能生長森林，甚至連草都不能長。所以，依靠造林固定碳，為地球降溫是下策。

那麼，是否人類就在全球變化面前束手無策呢？顯然不是，當務之急是發展替代能源和可再生能源，減少煤炭的燃燒量；在能源利用上發展小水電，發展沼氣、太陽能、風能、潮汐能發電，發展有安全保障的核電，各地解決自己的能源問題。另一方面，人類要節約能源，節能可大大減少溫室氣體排放。富裕國家、富裕人群對能源的浪費非常嚴重，節能甚至比造林固碳更加重要。第三是維護生態平衡，減少人類對陸地的干擾，保護海洋。

植樹造林要選擇適合的物種和地點，恢復天然植被，儘量避免單一物種造成的“綠色荒漠”。轉變土地使用功能，想盡各種辦法固定土壤，有了土才能有植被，才能固定空氣中的碳。有人說，沙塵暴可以為海洋帶來養料，中和酸雨危害，這個觀點是非常錯誤的。沙塵暴損失的是寶貴的土壤，土壤的大量損失只能加劇全球變暖災難。

（本文2007年3約15日發表於科學時報）