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文章信息

原文标题：

Cost-effectiveness of natural forest regeneration and plantations for climate mitigation

原文作者（通讯作者*）：

Jonah Busch 1* , Jacob J. Bukoski 1,2, Susan C. Cook-Patton 3

1国际生物多样性保护中心，弗吉尼亚州阿灵顿市，美国

2俄勒冈州立大学森林生态系统与社会系,俄勒冈州科瓦利斯，美国

3大自然保护协会，弗吉尼亚州阿灵顿，美国

原文期刊：Nature Climate Change

发表年份：

2024年8月4日

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41558-024-02068-1

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摘要

要经济有效地减缓气候变化，就必须找到每吨温室气体减排成本最低的方法。在此，我们估算并绘制了两种常见重新造林方法的温室气体减排成本图：自然再生和人工造林。为此，我们绘制并整合了重新造林的实施成本和机会成本、可能的植树造林属以及通过自然再生和植树造林进行碳积累的新地图，并考虑了采伐木材产品中的碳储存。我们发现，在138个中低收入国家中约一半地区适合重新造林，自然再生（46%）和人工造林（54%）的减排成本都较低。在每个地点使用更具成本效益的方法，低于每吨二氧化碳50美元的30年重新造林时间贴现减排潜力为31.4 GtCO2（低于CO2/t为20-100 美元的减排潜力为 24.2-34.3 GtCO2）--比单纯的自然再生高出44%，比单纯的人工种植高出39%。我们发现，在低于每吨二氧化碳20美元（CO2/t为50美元）的情况下，重新造林提供的减排量是IPCC最新估计值的10.3 (2.8) 倍。

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研究背景

重新造林，即在自然存在森林但因人为或自然干扰而被移除的地区恢复树木覆盖，通过清除大气中的二氧化碳并将其储存在生物质和土壤中，有助于减缓气候变化。植树造林被认为是一种极具潜力的减缓气候变化的方法，尽管这种方法的大部分潜力是以每吨二氧化碳的高昂成本来实现的。然而，每吨重新造林的成本因重新造林方法和地点而异。

最常见的两种重新造林方法是：利用现有树木产生的种子或土壤中储存的种子进行本地树种的被动自然再生，以及种植本地或引进树种的单一树种以提供木材产品。被动的自然再生与辅助的自然再生不同，被动的自然再生除了保护场地不受抑制自然再生的因素影响外，几乎不需要人工干预。人工林通常生产大发在线体育,大发体育的木材产品，而自然再生林通常提供更高的生物多样性、供给大发在线体育,大发体育的水资源和更好地控制土壤侵蚀。

天然更新或人工林是否能以较低的每吨成本从大气中清除二氧化碳，是一个复杂的计算过程。虽然在特定地点，两种方法的重新造林机会成本相同，但减排成本的其他组成部分却各不相同。在分子中，人工造林的实施成本高于天然更新 ，但这些较高的成本需要与生产和销售木材产品的净收入相权衡。在分母方面，人工林的碳积累速度有时会比天然更新林快，但并非总是如此。此外，人工林会定期采伐，届时一部分碳会释放到大气中，其余部分则储存在木制品中，随着时间的推移释放碳。这些因素在不同的空间都存在差异，这意味着在某一地点成本效益较高的重新造林方法，即减排成本较低的方法，在空间上也存在差异。

到目前为止，比较天然更新和人工造林在减缓气候变化方面的相对成本效益的研究只考察了次国家区域。以前的研究没有使用空间明确的碳或成本数据，也没有考虑伐木产品的碳储存和收入。最近在模拟自然再生林和人工林的碳积累方面取得的进展，以及本文在绘制再造林成本图和可能的人工林种属图方面取得的进展，使得绘制大规模、空间明确的自然再生和人工林潜在减缓气候变化的相对成本效益图成为可能。

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研究框架

我们构建了自然再生和人工造林的成本曲线，以及每个1千米网格单元内成本效益更高的方法的成本曲线。另外，我们将潜在的重新造林限制在被认为可能适合陆地重新造林的10.1% 的土地面积内，排除了红树林、不能重新造林的区域（如现有森林、沙漠和高海拔生物群落）以及之前的研究人员认为不应重新造林的区域（如原生草地和耕地）。我们进一步将人工再造林限制在现有人工林附近的区域（因此也是采伐木材市场附近的区域）；将天然更新限制在现有天然林附近的区域（因此也是种子来源附近的区域）。最后，我们减去不太可能增加的重新造林部分，即在 “一切照旧 ”的情况下可能出现的重新造林部分。

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研究方法

5.1 减排成本

为了绘制再造林在减缓气候变化方面的成本效益图，我们在138个中低收入国家构建了六个分辨率为1千米的空间数据层，然后将其合并：自然再生的实施成本（每公顷1美元）；人工林的实施成本（每公顷1美元）；再造林的机会成本（每公顷1美元）；可能的人工林属；自然再生的碳积累（每公顷1吨碳当量）；人工林的碳积累（每公顷1吨碳当量）。我们还计算了采伐并储存在木制品中的碳量（吨碳/公顷）以及木制品销售的净收入。之后，我们汇总了成本效益信息，得出了边际减排成本曲线。

一般来说，我们计算了每种再造林方法的减排成本（每吨二氧化碳美元），以及每个地点成本效益较高的方法（每吨二氧化碳美元），具体如下：

5.2 重新造林的机会成本

在我们的研究中，机会成本指的是如果不重新造林，土地的价值，即土地继续用于当前用途的价值。我们假设这种替代用途是某种形式的农业，即耕地或牧场。两种造林方法的造林机会成本是相同的，因为造林方法不会影响土地在作物或牲畜方面的价值。自然再生的机会成本不包括潜在的植树造林，反之亦然。我们将机会成本定义为地租，即每年农业准地租（实质上是短期利润）中可归因于作为作物或牲畜饲养生产投入的土地的部分。

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研究结论

我们首先介绍了我们开发的中间空间数据层的结果。除非另有说明，本文所报告的结果是在138个中低收入国家中计算的适合重新造林的区域，以及可行的天然更新（天然林5公里范围内）或人工重新造林（现有人工林40公里范围内）区域。成本和碳积累按30年计算，并以每年5%的比率进行时间贴现，以考虑近期成本和效益的更高价值。

我们模拟的自然再生实施成本中位数为140美元/公顷（图1a），使用最可能的树种进行种植的实施成本中位数为3,729美元/公顷，包括收获周期后的重新种植（图1b）。机会成本一般高于实施成本，且变化较大（图1c），包括在自然再生可行地区的4,770美元/公顷和在人工种植可行地区的5,054美元/公顷。根据我们的建模，在可以种植桉树的地区，最有可能种植的树属是桉树（占可种植面积的 45.5%），其次是杉属（14.5%）、杨属（11.9%）、金合欢属（11.0%）、松属（9.4%）、柚木属（4.7%）和娑罗属（1.7%）（图 1d）。

我们的碳积累时空模型表明，自然再生30年的碳积累现值中位数为60.2吨碳/公顷，包括地上生物量、地下生物量和土壤（图 1e）。相比之下，使用最可能的人工林属进行周期性采伐的人工林再造林的平均碳积累中位数仅为44.6吨碳/公顷，储存在地上生物量、地下生物量、土壤和采伐的木制品中（图 1f）。

图 1造林成本、可能的造林属种和碳积累

6.1 成本效率

在综合了与实施和机会成本、最有可能的种植属和碳积累相关的中间空间层后，我们发现在可进行自然再生的区域内，通过自然再生减缓气候影响的减排成本中位数为每吨CO2 23.80 美元（图2a）。在可进行人工造林的地区，通过人工造林减缓气候变化的减排成本（包括出售伐木制品的收入）与此类似（图2b）。在28.3%的面积上，植树造林的成本为负，即即使没有碳付款也能盈利。在每个地点选择一种或两种造林方法都可行的更具成本效益的造林方法，将降低减排成本。

我们发现，在被认为适合重新造林的593兆公顷中，46%的自然再生比人工造林在减缓气候变化方面更具成本效益（图2c）。这包括在天然更新和人工造林均可行的468公顷中的 43%（天然更新可行的面积为535公顷，人工造林可行的面积为526公顷）。大多数国家都有每种重新造林方法都更具成本效益的地区（图3）。

图2  重新造林的成本效益

图 3 在每个地点采用成本效益更高的重新造林方法，按国家分列出低于每吨二氧化碳50美元时的减排潜力

6.2 边际减排成本曲线

我们估计，在每吨CO2的成本低于50美元的情况下，自然再生最多可减排21.8 GtCO2（图4）。同样，在考虑木制品中储存的采伐碳和木制品销售利润后，植树造林可在相同成本下减排 22.6 GtCO2。在每个地点采用成本效益更高的方法重新造林，比在所有地点采用其中任何一种方法的减排量都要高得多：低于每吨二氧化碳50美元的减排量为31.4千兆吨二氧化碳。拉丁美洲采用低于每吨CO2的成本低于 50 美元方案更具成本效益，重新造林的潜在减排量占56%，其次是亚洲（33%）和非洲（11%）。

图 4 在适宜地区重新造林的边际减排成本曲线

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原文摘要

Mitigating climate change cost-effectively requires identifying least-cost-per-ton GHG abatement methods. Here, we estimate and map GHG abatement cost (US$ per tCO2) for two common reforestation methods: natural regeneration and plantations. We do so by producing and integrating new maps of implementation costs and opportunity costs of reforestation, likely plantation genus and carbon accumulation by means of natural regeneration and plantations, accounting for storage in harvested wood products. We find natural regeneration (46%) and plantations (54%) would each have lower abatement cost across about half the area considered suitable for reforestation of 138 low- and middle-income countries. Using the more cost-effective method at each location, the 30 year, time-discounted abatement potential of reforestation below US$50 per tCO2 is 31.4 GtCO2 (24.2–34.3 GtCO2 below US$20–100 per tCO2)—44% more than natural regeneration alone or 39% more than plantations alone. We find that reforestation offers 10.3 (2.8) times more abatement below US$20 per tCO2 (US$50 per tCO2) than the most recent IPCC estimate.