研究意义

人们对陆基碳储存作为气候解决方案越来越感兴趣，但在陆地生态系统中可以吸收多少额外的碳方面存在物理限制。为了有效地确定在何处以及如何采取行动，司法管辖区需要可靠的数据来说明增加碳储存的机会的大小和分布情况，以及有关实现碳储存的可用行动的信息。

2022年5月31日，美国伍德威尔气候研究中心Wayne S. Walker等人在PNAS期刊（美国国家科学院院刊）发表了题为“The global potential for increased storage of carbon on land”的文章，提供了全球一致的地图，用于指导当前和未来气候下的额外碳储存，以及确定如何通过恢复、改善管理或维护木质生物量和土壤有机质来获得碳储存的框架。文章的估算数据为改善土地管理，以及如何缓解气候危机提供了上限。

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遏制气候危机需要采取紧急行动，减少人为排放，同时清除大气中的二氧化碳。需要更好地了解更多陆地二氧化碳清除机会的最大规模和空间分布情况，以指导在何处实施气候变化缓解战略的实地决策。在这里，我们提供了一个全球一致的木本植物生物量和土壤有机质中当前、潜在和未实现潜在碳储存的空间数据集（分辨率约500米）。我们还提供了一个框架，用于优先考虑与木本碳储量和相关土壤的恢复、管理和维护相关的行动。通过将当前碳储量与潜在碳储量进行比较，同时排除对粮食生产和人类居住至关重要的区域，我们发现了287千兆克（PgC）的未实现潜在储量机会，其中78%（224 PgC）在生物量中，22%（63 PgC）在土壤中。改善现有森林的管理可能提供近四分之三（206 PgC）的未实现潜力，其中大部分（71%）集中在热带生态系统。然而，气候变化是相当不确定的一个来源。虽然需要更多的研究来了解自然干扰和生物物理反馈的影响，但我们预计，到2050年，木本生物质的额外碳储存潜力将增加（+17%），尽管在热带地区预计会减少(−12%）。我们的研究结果建立了一个绝对参考点和概念框架，用于国家和司法管辖区对增加陆基碳储存的地点和行动进行优先排序。

研究背景

从2021起，排放到大气中的碳必须保持在∼250千兆克（PgC）（918 PgCO2），以实现《巴黎协定》将全球温度升高值限制在远低于2 °C。按照目前的速度，到2045年，碳排放量将达到这个水平。因此，即使是必要的大幅减排（即从化石燃料到可再生能源的快速过渡）也必须伴随着二氧化碳去除（CDR）或负排放战略。大规模CDR有希望改善土地管理，通常称为自然气候解决方案（NCS）。尤其是，木本生物量（如森林生态系统）中碳储量的增加被广泛认为具有很高的气候缓解潜力，同时也提供了一系列环境和社会经济协同效益。虽然越来越多的研究估计了陆上气候缓解的近期潜力，但这些研究强调了10至30年规划期的短期气候效益。它们不包括对额外陆基碳储存或其空间分布上限的估计。这些信息对于景观层面的规划和NCS的有针对性的实施至关重要，因为额外碳储存的潜力必然由碳的封存速度和可用水库的规模来定义。因此，我们提供了500米分辨率的全球地图，以量化在基线（1960年至1990年）和未来（代表性浓度途径情景8.5【RCP8.5】）气候条件下，以木本植被（即树木和灌木）为主的生态系统中额外碳储存的最大潜力。这些信息可用于帮助将NCS引导到机会最大的地区，通知NCS何时会饱和，并确定最适合给定位置的NCS行动类型。

一种估计最大额外碳储量或当前和潜在碳(我们称之为未实现的潜在碳)之间差异的方法是：一种跟踪碳通量随时间变化的簿记方法。根据这一方法，自1850年以来，陆地净排放量估计为108至188 PgC，包括生物量(地上和地下)和土壤有机质。对工业化前(即1850年以前)土地使用的估计更加多样化，1850年后的估计增加了至多325至357 PgC或至少48至153 PgC。这种高度的不确定性限制了这种方法的实际效用。

其他研究人员则试图通过比较当前和潜在土地碳储量的估计来量化未实现的潜力。Sanderman等人仅考虑土壤有机碳(SOC)，估计自公元前10000年以来，农业用地上2米土壤的净损失为116 PgC。Erb等人关注植被生物量的变化，发现由于人类土地利用造成的碳损失要比上面引用的仅考虑后工业化时期的研究大得多(447 PgC)，但总体上与工业化前人类干扰的一些研究一致。Bastin等人在一项专注于全球树木覆盖恢复的研究中，在剔除耕地和城市地区后，考虑所有碳库(地上和地下生物量、土壤、枯落物和枯木)时，额外确定了206个PgC库。

然而，所有这些全球分析都无法提供稳健的空间明确信息，这是有针对性的规划和实施景观级NCS所需的。而由Bastin等人得到的全球数据集具有相当高的空间分辨率(30弧秒; 大约900米)，考虑到所有的土地碳库，该产品受到树木覆盖扩大所提供的存储潜力的限制。此外，根据基于区域的树木/森林覆盖率指标间接估计碳储量，其结果存在固有的不确定性。相比之下，Erb等人创建的基于几种不同但直接的陆地碳储量估算的数据产品，受限于仅处理生物量碳库和粗空间分辨率(5 弧分; 大约9.3公里)。作者自己指出，“如果在盘点工作中持续应用一种稳健、有效的方法，则不确定度范围可能会缩小。”

在这里，我们采用了一套一致的方法，在空间分辨率约为500 m的情况下，对当前(约2016年)和受气候约束的潜在陆地碳储量的地上木质生物量(AGB)、地下木质生物量(BGB)和SOC池进行了明确的全球估算。当前和潜在土地碳储量之间的差异代表了全球林木生物量和土壤中未实现的额外碳积累潜力。然后，我们使用一个被我们称为NCS机会空间的概念框架来分解这一未实现潜在碳储量的全球估计: 7种离散的、内部一致的、空间上明确的广义NCS行动类别(图1)。根据木材碳密度定量定义类别，从而避免了基于森林面积或冠层覆盖的潜在碳储量导数近似的不确定性。在对目前用于粮食生产、人类居住(如城市地区)和敏感生物多样性(非木本草原)的土地实施保障措施后，我们通过分析全球、区域、国家由于恢复(例如重新造林)、管理(例如改善自然森林管理)和维护(即通过避免森林转换而产生的固存效益)木材碳储量和相关土壤而增加土地碳储量的潜力。最后，我们评估了气候变化对2050年未实现的额外碳存储潜力的规模和空间分布的不确定性。

图1：NCS机会空间包括7类，由当前(x轴)与潜在碳储量(y轴)的比值以及描述NCS相关系统的碳基阈值定义

数据结果

未实现的潜在碳储量: 不受约束

我们基于地图对当前(约2016年)、潜在和未实现的潜在碳储量(图S1)的估计表明，目前全球木质生物量和土壤的碳储量(3477.8 PgC)约为其潜在碳储量(3971.9 PgC)的88%，揭示了12%的缺口或494.2 PgC的总未实现潜力。单独考虑生物质碳(即AGB + BGB)时，当前储量(441.2 PgC; 321至659 PgC)仅占潜在量的55%(795.5 PgC; 567至1126 PgC)。仅AGB就占了一半以上(56%，274.4 PgC; 66 ~ 692 PgC)的总未实现潜力，而BGB占了16%。相比之下，目前在 SOC (3036.5 PgC)中的碳储量约占潜在碳储量的96% (3176.4 PgC) ，反映了历史土地利用对相对于土壤的木本植被碳储量的更大的负面影响。然而，超过三分之一(39%，139.8 PgC)的未实现潜在碳在SOC中，强调1)目前储存在全球土壤中的大量碳(3036.5 PgC)，是地面上的近9倍(349.1 PgC; 256至515 PgC)，以及2)丢失的SOC数量。

图S1：全球碳储存地图

未实现的潜在碳储量: 受限

考虑到需要保护目前用于粮食生产的土地，包括农作物和放牧地，以及人类居住地（图S2），我们对基于地图的未实现潜在碳储量估计施加了空间限制(图S1)。约27%（133.8 PgC）的无约束池塘与农田相关（18 PgC，包括农业转移），13%（64.9 PgC）与牧场相关，另有2%（8.8 PgC）与城市环境相关。虽然一些未实现的潜在碳可以通过改进植物、动物和/或养分管理实践在农业用地上回收，但为了保守起见，我们将农业用地排除在我们的估计之外。总而言之，这些约束使未实现的潜在碳库减少了42%，剩下286.7 PgC，其中223.9 PgC (49至584 PgC)来自生物量(减少37%)，另外62.8 PgC来自土壤(减少55%)。所有随后提到的未实现的潜在碳都参考了这个受限的数量。

图S2：用于保障粮食生产的限制条件的空间分布（农田、流转农业和牧场）和人类居住区（城市地区）

在三个生物气候区（图S3）中，热带/亚热带（以下简称“热带”）是迄今为止未实现潜在碳的最大部分（68%，194.0 PgC；图2）。仅考虑生物量碳时，热带占未实现潜力的一半以上（53%，151.8 PgC），是温带（28.4 PgC）的5倍，是北极区（以下简称“北极区”）的近3.5倍（43.8 PgC）。

图2：NCS机会的全球分布

图S3：用于定义 NCS 机会的生物气候区

北温带和温带的未实现潜在碳储量大致相同(约46 PgC)，各占温带总储量(92.8 PgC)的50%左右(图2)。然而，尽管这些区域提供的额外存储机会明显相似，但它们在生物量和土壤池之间分布的未实现潜力的数量上存在显著差异。而生物质约占三分之二(62%; 28.4 PgC)的未实现潜力，在温带，它构成了90%以上(43.8 PgC)的机会，在北方地区，土壤只提供2.9 PgC。虽然我们报告北方带的结果是为了完整性的目的，但关于生物物理反馈的净气候影响尚未解决的问题(例如，反照率引起的变暖)和改变的自然干扰制度(例如，昆虫爆发和野火)；在确定该地区尚未实现的有效潜力之前，必须先回答上述因素对于北方生态系统的相关影响。

NCS机会

NCS机会空间包括7大类，用于确定在给定地点最相关的NCS行动(图1)。利用基于林木碳密度阈值的数据驱动方法，对这些空间明确且不重叠的类别进行了定量定义。在全球范围内，我们发现超过一半(55%;158.4 PgC)的未实现潜力可以通过维护和管理(MM)的土地，以实现基于林业的网络控制(H)的高度适宜性(图2)。如果还考虑到对基于林业的NCS具有高度适宜性的土地进行恢复（R）（22.7 PgC），该比例将增加到63%（181.1 PgC）。相比之下，对于以林业为基础的NCS（L）-主要是开放/低密度木本系统-的低适宜性土地的MM和R仅占可用潜力的四分之一以上（27%；78.7 PgC）。由于我们的模型没有明确说明自然干扰机制（例如频繁火灾）的影响，因此这些开放/低密度木质系统的估计值应视为上限。

不足为奇的是，我们发现成熟的、基本未受干扰的开放和封闭森林的额外碳存储潜力有限(7.9 PgC)，这里的定义是在其最大存储容量的10%以内。这些地区仅占全球未开发潜力的不到3%; 然而，它们也占全球5亿多公顷森林中木质生物质目前储存的碳的近五分之一(18%，79.4 PgC)。由此可见，这个基本完整的碳池(即避免转换或退化造成的排放)中的M代表了与此类别相关的主要NCS干预。

在三个生物气候区中，我们发现高度适合林业NCS的热带生态系统的MM（MM/H：110.9 PgC）提供了最大的单一NCS机会，是北方和温带组合（47.5 PgC）提供的MM/H机会的两倍多，也是全球潜力的近40%（图2）。仅热带生物量（99.1 PgC）就占整个热带以毫米/小时提供的潜力的近90%。热带地区也是第二大机会类别，毫米/升占该地区未实现潜力（194.0 PgC）的18%（34.5 PgC），或全球总潜力（286.7 PgC）的12%。然而，这一类别所提供的有效机会必然需要进一步研究自然干扰制度的潜在影响。

恢复（H+L）分别占北部、温带和热带地区未实现潜力的28%（13 PgC）、26%（11.9 PgC）和15%（28.9 PgC）。热带地区的恢复潜力与其他两个地区的总和一样大（图2），所有热带系统（151.3 PgC）的维护和管理（MM+M）提供的额外陆基碳储存潜力是热带木本碳储量（H+L）（28.9 PgC）的5倍以上。该分析认为，只有在木本生物量自然占主导地位的地方，才有可能恢复土地碳，不包括木本生物量增加可能对生物多样性和生态系统健康产生负面影响的非木本系统（如草地）。然而，非木质系统确实为温带（4.8 PgC）和热带（14.0 PgC）地区的额外碳储存提供了适度的机会，土壤碳必然占可用机会的近90%（16.6 PgC）。

在国家层面，未实现额外土地碳储量潜力的前25位贡献者占全球总量的近四分之三（74%；213 PgC）（图3A）。在这些国家中，前七名的俄罗斯、巴西、美国、中国、刚果民主共和国（DRC）、印度尼西亚和加拿大占可用金额的50%（141.9 PgC）。仅俄罗斯就占全球总数的15%（42.0 PgC），四个R和MM机会类别各贡献至少5 PgC。然而，超过80%（33.8 PgC）的俄罗斯未实现潜在碳位于北部地区，反照率和其他非温室气体因素影响的不确定性意味着，在量化俄罗斯气候缓解机会的真实价值之前，需要进行更多的研究。如果除去未开发潜力(42.0 PgC)中的北方部分(33.8 PgC)，俄罗斯的未开发潜力仅为8.2 PgC，在25强中排名第8位。同样，去除北方贡献(约70%; 7.2 PgC)，从加拿大的第7位(10.4 PgC)下滑至第18位(3.2 PgC)，与巴布亚新几内亚并列。

图3：排名前25位的国家——根据生物量和土壤中受约束的未实现潜在碳存储总量排名的

按照国家的绝对未实现潜力对其进行排名必然会忽视其NCS机会的单位面积潜力（以下简称“机会密度”）。当我们考虑前25个国家的机会密度时（图3B），我们观察到排名发生了重大调整，菲律宾、印度尼西亚、缅甸、马达加斯加和坦桑尼亚位列前五，尽管绝对排名不高于第六（即印尼）（图3A）。值得注意的是，菲律宾、马达加斯加和坦桑尼亚从绝对未实现潜力的倒数第五位（从2.5到2.8 PgC）（图3A）上升到机会密度的前五位（从74到123 MgC ha−1） （图3B），考虑到菲律宾的机会范围，菲律宾从第25位上升到第一位。相比之下，印度尼西亚在两个排名中都保持着较高的地位：绝对潜力排名第六（12 PgC）（图3A），机会密度排名第二（84 MgC ha−1） （图3B）。也许毫不奇怪，包括俄罗斯和中国在内的绝对排名前五位的最大国家，在考虑到额外碳储存机会分布的重要陆地面积时，会跌至后五位。

在七个NCS机会类别中，MM/H是前25个国家中尚未实现潜力的最大贡献者。MM/H不仅占全球总量的40%以上（117.7 PgC），而且机会具有广泛的地理分布，前25个国家中的21个国家和总共29个国家都有可能通过MM/H活动实现至少1.5 PgC（全球总量的0.5%）。机会集中在非洲和亚洲，菲律宾、马达加斯加、尼日利亚、印度尼西亚和埃塞俄比亚在机会密度方面位居前五位（图3E）。相比之下，第二大贡献者（MM/L）占总未实现潜力的13%（35.9 PgC），其中8个国家达到1.5-PgC阈值，菲律宾和尼日利亚的浓度最高（图3F）。

在俄罗斯、巴西、美国、中国、加拿大、澳大利亚和印度等7个国家，前25个国家的木质生物量R (H + L)提供了41.9 PgC的额外陆地碳储量(约占全球总量的15%)和至少1.5 PgC的NCS机会。这些国家提供的R机会（30.7 PgC）在以高（12 PgC）和低（18.7 PgC）森林为基础的NCS适宜性为特征的景观之间共享，但我们注意到，必须仔细实施后一种景观的恢复，以避免这些系统超过其碳的自然承载能力。另外11个国家（刚果民主共和国、墨西哥、安哥拉、秘鲁、哥伦比亚、尼日利亚、玻利维亚、委内瑞拉、坦桑尼亚、马达加斯加和埃塞俄比亚）在H和L系统之间各提供0.5至1.5 PgC（共7 PgC）的R机会。综上所述，18个国家提供适度（0.5至1.5 PgC）至潜在重大(≥1.5 PgC）木本碳恢复潜力（H+L）占全球R机会的70%（37.7 PgC），占全球总量的13%。在该列表中，哥伦比亚、刚果民主共和国和印度尼西亚的未实现潜在碳密度均大于80 MgC ha−1，就R提供的机会密度而言，将其列为前五名国家（图3 C和D）。

不足为奇的是，我们发现M类(H + L)前25个国家的土地额外碳储存潜力相对有限(6.1 PgC)，这必然包括成熟的、基本完整的森林和其他以木材为主的系统。中国和巴西（3.5 PgC）是增加碳储量的最大机会，其余（2.6 PgC）分布在13个国家，每个国家都有潜力贡献至少0.1 PgC。然而，这些国家的成熟森林已经在木本生物量（68.4 PgC）和土壤（177.6 PgC）中储存了大量碳，突出了风险高碳系统的重要性。

预计2050年气候驱动的风险

气候变化——具体而言，温度和降水量的变化是一个很大的不确定性来源，涉及到陆地上额外碳储存的机会（图4）。我们对气候变化对生态系统碳储量的差异影响进行的分析，假设RCP8.5是2050年未来气候的最佳预测因子，表明全球生物量（AGB+BGB）中未实现的额外陆地碳储存潜力预计平均增长17%（8-27%）。39 PgC的总体增长未考虑气候变化反馈和植物生理或自然干扰机制的相关变化，这掩盖了三个生物气候区之间的巨大差异。虽然预计北方和温带地区将分别增加114%（78-151%）和25%（16-30%），但热带地区预计将减少12%（7-16%）（图4B）。按绝对值计算，这意味着：北部和温带分别为大约50 PgC（34至66 PgC）和7 PgC（5至9 PgC）。这与热带地区形成对比，在热带地区，气候变化预计将使152 PgC的未实现潜力减少约18 PgC（11至24 PgC）。尽管如此，预计热带地区生物量未实现潜在碳储存密度的变化最小，平均损失5 MgC ha-1，而温带和北方地区的平均损失将近7 MgC ha-1，增加将近26 MgC ha-1（图4C）。

图4：到2050年，由于气候变化，ABG + BGB中未实现的潜在碳存储的变化风险(RCP8.5)

在六个主要的 NCS 机会类别中，预计到2050年，只有 MM/h 类别的土地在生物量中储存额外碳的潜力方面会出现大幅净下降(大约17个 PgC; 12%) ，预计全部总下降(34.3个 PgC)将出现在热带地区(图4d)。预计剩余的 NCS 机会类别在 RCP8.5下表现出相对稳定性或潜在碳储存收益，预计最大的增长与成熟和大部分未受干扰的开阔(L)地带的 m 有关(1500% ; 约5 PgC)和封闭(H)(119% ; 约3 PgC)森林。然而，由于预计增加的大部分（62%；约5 PgC）可归因于北部地区，该地区火势加剧和反照率变化对生态系统碳动态的影响仍不确定，因此考虑这些影响可能会减少此处报告的净气候效益（图4D）。

我们的数据还支持国家和国家以下各级对生物量中额外碳储存潜力的气候变化风险的评估（图4A）。例如，巴西占全球生物量机会的10%以上，预计未实现的潜在生物量碳储量将下降22%（9%至26%），平均减少约5 PgC（2至6 PgC；AGB+BGB）（图5A）。就巴西的特定NCS机会而言，我们预测R/H（19%）和MM/H（60%）类别的下降幅度最大，预计总下降潜力为9 PgC。相反，预计所有类型的土地都会有相当大的收益，包括R/L（43%）、MM/L（61%）和M/L（2900%）。然而，就绝对值而言，这些相对收益与H土地的预计损失相比很小。然而，由于自然干扰，这些系统中的碳储量通常保持在较低水平，在未来气候条件下可能会增加；因此，最好将这些预计收益视为上限。无论如何，这些结果证实了将气候变化对潜在碳储存的影响作为国家和国家以下各级优先考虑和实施基于林业的NCS努力的一部分的重要性。

图5：巴西增加碳储存的机会

讨论

我们的研究结果加强了不断增长的研究主体，这些研究致力于量化NCS缓解气候变化的潜力，为陆地碳储存的潜力提供了关键限制，并阐明了储存额外碳的最相关行动。虽然减少化石燃料排放至关重要，但增加陆基水库中的碳储量为从大气中去除更多碳提供了一个重要机会。在保护了对粮食生产和人类居住至关重要的地区后，我们估计全球陆地碳储量约为286.7 PgC。扣除北方（R/H）（12.6 PgC；考虑到潜在的反照率下降）、热带过渡（R/L）（13.6 PgC；考虑到潜在的生物多样性影响）和非木质/草地（2.4 PgC；考虑到潜在的生物多样性影响）系统中木本生物量的恢复所提供的储存机会，全球额外陆地碳储存的潜力为258 PgC。剩余未实现潜力中约有70%（178 PgC）存在于热带地区，其中单一的NCS机会类别——退化森林的维护和改善管理（MM）（145.4 PgC）——代表着一个重要但未被充分认识的机会，提供5倍于热带森林恢复（28.9 PgC）的缓解潜力，以及3.5倍于温带和热带森林恢复（40.8 PgC）的综合潜力。到2050年，气候变化影响可能会将这一MM机会的规模减少多达38%，由于人类和/或自然干扰机制的变化（例如，森林砍伐/退化和/或火灾频率/强度的增加），可能会进一步减少，加强了严格的数据驱动规划和优先排序的必要性，这些规划和优先排序由专家了解当地情况。

我们的研究采用了一种直接的方法来估算当前和潜在的碳储量，避免了与多步骤、基于区域的评估相关的不确定性，这些评估在目的（结果）和手段（方法）方面存在很大差异，并引发了很多争论，特别是植树倡议和更广泛的森林恢复活动所提供的绝对缓解潜力。然而，当我们将我们的结果与最近关于碳基平等术语的实证分析进行比较，同时考虑到定义和方法的差异时，我们发现了广泛的一致性。Bastin等人在其基于区域的全球树木恢复潜力研究中，报告了205.6 PgC的额外土地碳储存能力，范围从133.2 PgC到276.2 PgC。在对我们的数据进行重新分析后，尽可能复制Bastin等人采用的方法和限制条件，包括1）较窄的地理重点（限于能够支持额外冠层覆盖的土地；即树木恢复）2）较不保守的社会限制条件（作物和城市地区被移除，但不是牧场），和3）与本研究相比，土壤深度较浅（1 m vs. 2 m）- 我们发现未实现电位为225.0 PgC（190.2至262.4 PgC），该值在Bastin等人的中期估计值（205.6 PgC）的10%以内，并在其报告范围内（133.2至276.2 PgC）。

在最近的另一项分析中，Erb et al. 报告了对当前（450 PgC；380至536 PgC）、潜在（916 PgC；771至1107 PgC）和未实现潜在（447 PgC；272至702 PgC）植物生物量碳储量（AGB+BGB）的无约束全球估计，这是对几个不同地图估计的统计汇总。Erb et al. 在分析中没有应用社会约束，排除了与Bastin et al. 的直接比较；然而，我们发现，我们对木本生物质当前碳储量的无约束估计（441.2 PgC；321至659 PgC）与其计算平均值（450 PgC）非常一致，我们对潜在碳储量的类似估计（795.5 PgC；567至1126 PgC）在其报告范围内（771至1107 PgC），尽管接近下限。我们对未实现潜在碳储量（354.4 PgC；87至898 PgC）的无限制估计也在其范围内（272至702 PgC），略低于其内部四分位数的最小值（375至525 PgC）。

早期的几项研究利用基于过程或簿记的建模方法，对土地利用和土地覆盖变化产生的净碳排放量进行了历史重建。虽然工业化前（1850年前）的估计值差异很大，从高达325到357 PgC到低至48到153 PgC，但工业化后（1850年后）的估计值往往较低且受到更好的限制，从108到188 PgC，包括生物量（AGB和BGB）和土壤有机质。从我们对木本生物量和土壤中未实现潜在碳储量（494.2 PgC）的无限制估计中减去报告的后工业化范围（108至188 PgC），得出306.2至386.2 PgC的平衡。该范围的中点（346.2 PgC）与卡普兰等人提出的上限范围（325至357 PgC）的中点（341 PgC）非常一致，卡普兰等人假设过去约7000年的人均土地利用率呈非线性（即递减）而非恒定。因此，我们的结果支持对土地利用变化导致的工业化前碳损失的更高估计。

图S4：散点图说明基于树（随机森林）回归模型的性能，预测六个全球生态区的当前（约 2016 年）地上生物量（AGBC）（图 S10）

图S5：散点图说明了基于树木（随机森林）回归模型的性能，预测六个全球生态区的潜在地上生物量（AGBP）（图 S10）

图S6：与使用的基于树的（随机森林）回归模型相关的变量重要性图，预测六个全球生态区的当前（约 2016 年）地上碳（AGBC）（图 S10）

图S7：与使用的基于树的（随机森林）回归模型相关的变量重要性图：预测六个全球生态区的潜在地上碳（AGBP）（图S10）

这些基于文献的比较，加上我们自己的模型性能（图S4-S7）和验证分析（图S9和S10），表明我们对未实现潜在碳储量（494.2 PgC）的无约束估计可能是保守的。完整的森林（即没有人为退化）在全球范围内越来越罕见，仅占地球剩余森林面积的18%，这意味着许多地区缺乏达到或接近其最大碳储存能力的成熟/古老森林。这意味着缺乏准确模拟所有生态区域潜在碳储量所需的全部潜在木质生物量密度的校准数据。尽管这种预测不足的地理范围和程度尚不清楚（图S4和S5），但在某些地理位置，这种预测不足将被与改变的自然干扰状态和生物物理反馈相关的减少所抵消，在人类住区对当前碳密度的历史影响显著的地区（如美国东北部和西欧），在解释结果时应考虑这些因素。

图S8：500 米分辨率下的不确定度指数

图S9：生态区域内平均 AGBP 的绘图与基于地图的比较 (r = 0.70) (n = 64)。 最低限度每个生态区需要四个地块作为纳入的门槛

图S10：国家内平均 AGBP 的绘图与基于地图的比较 (r = 0.78) (n = 30)。 每个国家至少需要四个地块作为纳入的门槛

我们的方法提供了一个自上而下、在空间上明确的潜在额外碳储量全球估计，不能直接与自下而上的研究进行比较，后者估计了从离散的NCS行动中获得的年度气候缓解潜力，以改善土地管理。对分类的、有时限的干预措施（如森林恢复或改进的森林管理活动）进行自下而上的分析所产生的气候效益，不打算在长期内进行汇总，以此作为估计陆基非传染性疾病未实现的总气候缓解潜力的一种手段。这些研究是为近期（如本世纪中期）展望而设计的。随着林分接近成熟，固存率的下降在区域上是可变的，与年轻林分的固存率相比，人们对其了解甚少。然而，协调自下而上和自上而下的分析对于规划和实施长期气候政策目标至关重要。自上而下的空间明确识别具有高碳积累率和高碳储存能力的区域有助于更有效地进行自下而上的分析，以确定哪些NCS干预措施最适合特定位置。

方法的差异使自上而下分析与自下而上研究的比较变得复杂；然而，我们通过比例（而非绝对）比较来了解一致和分歧的显著领域。例如，我们发现全球热带地区有超过三分之二（68%；194.0 PgC）的未实现潜在碳储存。正如Griscom等人所报告的那样，这一结果仅略高于自底向上的缓解潜力（基于CO2e通量的年变化），该潜力可通过热带地区的类似NCS行动获得（61%），他们采用了类似的粮食安全和人类住区保障措施。总之，这些结果加强了以下结论：NCS为热带国家提供了重要机会。

虽然我们的空间明确方法没有提供通过特定NCS途径获得的增强土地碳储量的自下而上估计，但它确实提供了一个可用于NCS规划工作的实用空间框架，特别是在确定哪些NCS机会类别提供最大的气候效益方面。例如，将这一框架应用于巴西，可以发现其额外陆地碳储存能力（27.2 PgC）的一半以上（53%；14.3 PgC）可以通过木本生物量（MM）来实现，主要是在亚马逊地区，那里对基于林业的NCS（H）具有很高的适用性（图5）。如果还考虑了主要位于塞拉多和卡廷加地区的林业NCS（MM/L）的低适宜性土地（4.4 PgC），则木本生物量（MM/L）对巴西额外土地碳储存能力的综合贡献接近70%；土壤（2.8 PgC）的加入增加了近80%的贡献（图5A）。到2050年，气候变化可能使木本生物量中MM机会的潜力减少30%以上，这表明，虽然气候危机要求现在就实施NCS，但气候变化对NCS机会空间基本特征的预测影响必须在规划和优先化过程中突出考虑。

也许与直觉相反，恢复（R）对基于林业的NCS（H）高度适宜的土地所能提供的气候效益不到巴西未开发气候效益的10%。虽然该国大量森林损失的历史有充分的记录，但我们决定保护（即从考虑中删除）对持续粮食生产和人类居住至关重要的地区，这意味着重新造林的作用有限，最大的收获是将养护恢复和改进森林管理工作的重点放在森林覆盖至少部分得到维持和/或恢复的地区。鉴于巴西森林砍伐率最近有所上升，应优先考虑维持目前储存在木质生物量（64.4 PgC）和土壤（106.1 PgC）中的碳，无论机会类别如何。

我们的基于碳的NCS机会空间概念化框架（图1）及其在地面行动优先化方面的效用与其他方法相比具有重要优势。首先，强调对碳密度的连续、空间明确的估计，避免了与基于树木覆盖或森林面积的方法以及潜在土地碳储量的衍生近似值相关的许多不确定性。其次，该框架旨在具有灵活性和非描述性。例如，我们在生物气候区尺度上应用的基于碳的阈值既不严格也不规范；相反，它们反映了在恢复-管理-维护范围内识别NCS所涉及的机会和风险，并且可以进行调整或重新定义，以更好地反映国家或国家以下各级的情况和优先事项。关于首选哪种解决方案的决定必须根据当地实际情况进行，包括更精确地核算碳和其他生态系统服务、生物多样性和社会公正。第三，虽然气候变化是一个相当大的不确定性来源，这肯定会影响未来NCS机会的规模和空间分布，但我们的数据告诉我们，最大碳储量如何随着环境条件的变化而变化。最后，虽然我们的框架包括所有主要的碳池和全球地理区域，使其非常适合在广泛类别的NCS行动中进行景观层面的优先排序，但我们展示了其效用，而不是在任何特定位置规定任何给定的行动。完整性为用户提供了一个“选项菜单”，可以从中选择具体的干预措施和重点地区，而根据专家对当地条件（包括预计的人类和自然干扰）的了解，可以排除特别关注的地理位置。例如，我们区分了以树木为主的过渡系统，这些系统对以林业为基础的NCS的适应性较低（图1），这些NCS可能在区域或地方上被定义为稀树草原或林地生态系统。我们的方法不应被解释为对这些全球重要系统进行管理，以实现传统上由树木覆盖定义的“森林”，而是对成熟（即潜在）木本碳密度特征和本地生态系统相关生物多样性补充进行管理。

虽然我们包含了明确的空间限制，以解决对粮食生产、人类居住和敏感生物多样性至关重要的领域，但未来的研究还应考虑更广泛的限制和机会。这些考虑因素应包括技术、经济、社会政治和治理方面的制约因素以及气候反馈、相关的生物物理效应（例如，野火制度和反照率的局部到区域变化）和生态系统服务机会。虽然这些制约因素和机会中有许多已按国家尺度分类，但需要进一步研究，以解决它们在与实地管理相关的尺度上的空间分布问题。

特别是，需要开展更多的工作，以更好地限制气候变化可能对NCS机会空间造成的潜在不确定性。在我们的分析中，历史上基于降水和温度的气候指标被2050年左右（RCP8.5）的类似物替代，以估计未来的碳储存潜力，我们只讨论气候变化的辐射效应（即，我们的广义预测模型不考虑耦合动力学，因此排除了气候变化反馈和生理效应，包括CO2施肥，其估计值约束性差，变化很大，取决于所采用的方法）。虽然有强有力的证据表明，在卫星时代，陆地生物圈出现了绿化，但这一趋势并不是由二氧化碳施肥驱动的，除了在凉爽的草原和温带森林，自2000年以来，这一趋势有所减弱。几个勃朗宁热点正在出现，特别是在热带地区。这种褐变，即光合能力下降，从而导致碳吸收下降，符合目前陆地碳汇饱和或退化的趋势，以及全球光合作用和呼吸的温度依赖性，因此，碳储存低于已实现和预期的变暖。此外，在气候变化的影响下，森林死亡率与干旱和野火有关的事件不能用 WorldClim 1.4生物气候数据捕捉。总的来说，虽然这些缺失的因素对未来碳储存潜力的影响仍然不确定，但我们假设，排除这些因素会得出一个乐观的评估结果(也就是说，我们的估计最好被视为可用储存库的上限)。但是，无论储存库的最终规模如何，还必须承认，气候系统对二氧化碳排放量和清除量的不对称反应意味着，任何试图以等量清除量抵消排放量的做法，都会导致大气浓度高于完全避免排放的情况。因此，只要有可能，维持和改进对现有碳储存的管理应优先于恢复工作。

我们的研究结果表明，对于可用于支持全球NCS行动的陆地碳库的规模和空间分布，正在形成共识。通过对以往研究的全面改进，包括在空间分辨率（约500米）和生物物理完整性（如AGB、BGB和土壤）方面的进步，以及为定义NCS机会空间制定概念框架，同时保护关键地理位置并考虑未来气候影响，我们提供了一个绝对参考点，一个明确的空间框架，一个指导决策者确定NCS实现气候效益上限的实用工具。

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