近日，清华大学地球系统科学系（以下简称“地学系”）李伟副教授课题组的研究揭示了全球大规模生物能源作物种植的生物物理效应，并探究了不同生物能源作物类型、种植区分布和种植面积对生物物理效应的影响。
生物能源碳捕获与封存（BECCS）是减缓气候变化、实现碳中和的主要措施之一。其基本原理是通过种植快速生长的生物能源作物来吸收大气二氧化碳（CO2），收获后转化成能源，并将使用产生的CO2收集起来进行封存，从而实现整个生命周期的CO2负排放。大规模的生物能源作物种植，一方面可以降低大气CO2浓度，从而降低辐射强迫，实现控制升温的目标；另一方面，可以直接改变地表生物物理特征（如反照率、蒸散发、地表粗糙度等），进而影响气温变化，即生物物理效应。在未来大规模种植情景下，生物能源作物的生物物理效应尚不明确。
图1 四类生物能源作物种植情景引起的气温变化（种植区分布如图a中红色区域所示，四类生物能源作物通过生物物理效应产生的温度变化如图c-f，相应的纬向平均值如图b所示）
为此，李伟课题组联合国内外多所研究机构，针对全球大规模生物能源作物种植情景的生物物理效应展开研究。研究团队利用动态全球植被模型生物能源作物版本，与大气模式进行耦合，探究了未来不同种植情景下，四种生物能源作物通过生物物理过程对气温的影响（图1）。该模型版本包括了课题组自主开发的详细生物能源作物生理生态和管理过程。研究发现，大规模生物能源作物种植能够通过生物物理过程降低全球陆地平均气温0.03—0.08°C，但不同地区的生物物理效应空间异质性非常大。木质能源作物种植区由于蒸腾作用更强、气动阻抗更小，因此降温效应更为明显。该研究评估了大规模生物能源作物种植的生物物理效应，对未来气候变化减缓政策的制定以及生物能源种植的合理规划具有重要的启示意义。
上述相关成果以题为“全球生物能源作物种植的生物物理降温效应”（Global cooling induced by biophysical effects of bioenergy crop cultivation）的论文发表在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上。清华大学地学系2017级博士生王景萌为论文第一作者，清华大学地学系李伟副教授为论文通讯作者。合作者包括法国气候与环境科学实验室（LSCE）菲利普·西亚斯（Philippe Ciais）教授、丹尼尔·戈尔（Daniel Goll）研究员、纳拉亚纳帕·德瓦拉朱（Narayanappa Devaraju）博士，法国气象动力科学实验室李肇新（Laurent Li）教授、浙江大学环境与资源学院常锦峰研究员，国际应用系统分析研究所（IIASA）托马斯·加塞（Thomas Gasser）研究员，清华大学地学系黄小猛副教授，法国索邦大学/IPSL奥利维尔·布歇（Olivier Boucher）研究员。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、清华大学自主科研计划以及国家科技基础设施重点项目“地球系统数值模拟设施”等支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-27520-0