清華新聞網(wǎng)7月26日電 生物能源碳捕獲與封存（BECCS）是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)、減緩氣候變化的主要負(fù)排放技術(shù)之一。其基本原理是通過(guò)種植速生的能源作物（如桉樹(shù)、柳樹(shù)、柳枝稷等）將大氣中的二氧化碳（CO2）固定在生物質(zhì)中，并在生物質(zhì)能燃燒之后將排出的CO2進(jìn)行封存，從而達(dá)到從大氣中移除CO2（CarbonDioxide Removal，CDR）的目的。然而，BECCS技術(shù)的大規(guī)模實(shí)施仍然存在諸多不確定性。例如，速生作物的生長(zhǎng)過(guò)程需要消耗大量的水資源，可能會(huì)對(duì)淡水資源產(chǎn)生威脅。以往研究只關(guān)注生物能源作物生長(zhǎng)本身的水分需求，而未考慮大規(guī)模能源作物種植通過(guò)生物物理過(guò)程對(duì)氣候的反饋?zhàn)饔谩?/p>
清華大學(xué)地學(xué)系李偉副教授課題組聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多所研究機(jī)構(gòu)，針對(duì)上述問(wèn)題展開(kāi)研究，揭示了全球大規(guī)模生物能源作物種植對(duì)全球陸地水循環(huán)的影響，并探究了不同種植策略（即不同生物能源作物類(lèi)型、種植區(qū)分布/種植面積）通過(guò)生物地球物理作用對(duì)陸地降水和其他陸地水平衡分量（蒸散發(fā)、地表徑流和土壤水存儲(chǔ)量）的影響。
圖1.兩種生物能源作物種植引起的年降水變化（黑點(diǎn)表示有顯著降水改變的格點(diǎn)）
圖2.降水診斷（ΔP：降水改變；ΔET：蒸散發(fā)改變；ΔQadvt：水汽平流改變；ΔQcnvg：水汽輻合改變；和Δε：殘差項(xiàng)改變）
研究使用了嵌入自主開(kāi)發(fā)的第二代能源作物模塊的動(dòng)態(tài)植被模型，并與大氣模式進(jìn)行耦合，進(jìn)而對(duì)6種生物能源作物種植情景的陸表生物物理特性和關(guān)鍵水文變量進(jìn)行模擬。研究發(fā)現(xiàn)，在全球水平上，桉樹(shù)（木本）和柳枝稷（草本）的種植分別使全球陸地年平均降水提高了9.0±2.4 mm year-1和4.7±2.7 mm year-1，其中，分別有15.5%和11.9%的陸地面積年均降水呈現(xiàn)顯著改變（圖1）。同時(shí)，利用大氣水汽收支方程進(jìn)行降水診斷的結(jié)果表明，在桉樹(shù)種植情景中，地表蒸散發(fā)是增加降水的主要來(lái)源；而在柳枝稷的種植情景中，增加的降水同時(shí)來(lái)源于地表蒸散發(fā)和水汽平流（圖2）。增加的降水和減少的地表徑流在一定程度上抵消了生物能源作物生長(zhǎng)本身所消耗的水分。研究表明，土地利用變化引起的生物地球物理效應(yīng)是作用于氣候系統(tǒng)和陸地水循環(huán)的重要一環(huán)，在考慮基于陸地生態(tài)系統(tǒng)的氣候變化減緩措施時(shí)，需要全面評(píng)估其生物地球化學(xué)和生物物理效應(yīng)，以制定更為有效的氣候變化減緩政策。
上述成果以 “大規(guī)模生物能源作物種植的氣候反饋導(dǎo)致了陸地降水的增加”（Increased precipitation over land due to climate feedback of large-scale bioenergy cultivation）為題發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）期刊上。李偉為論文通訊作者，清華大學(xué)地學(xué)系博士后李釗為論文第一作者。合作者包括法國(guó)氣候與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（LSCE）教授菲利普·西亞斯（Philippe Ciais）、法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS）研究員李肇新（Laurent Z.X. Li）、法國(guó)巴黎-薩克雷大學(xué)研究員丹尼爾·戈?duì)枺―aniel.Goll）、清華大學(xué)地學(xué)系副教授賴(lài)特·喬納森（Jonathon S. Wright）、副教授王勇、教授盧麾、教授黃小猛、博士王景萌、博士生劉姝和朱磊。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃、博士后基金等項(xiàng)目支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-39803-9
供稿：地學(xué)系
編輯：李若夢(mèng)
審核：郭玲
