一项新研究首次绘制了被称为“功能性生物圈完整性”的地球边界的详细地图，追踪了其几个世纪以来和特定区域的状况。分析显示，全球60%的陆地表面已经超出了安全运行范围，其中38%属于高风险类别。这项研究由波茨坦气候影响研究所（PIK）与维也纳BOKU大学合作开展，并发表在《一个地球》杂志上。

功能性生物圈完整性描述了植物界参与调节地球系统稳定性的能力。为此，即使在人类活动强烈干扰的情况下，植被也必须通过光合作用产生足够的能量来维持支撑生态系统及其相互关联过程的碳、水和氮循环。

与生物多样性丧失和气候变化一起，这种完整性衡量标准构成了行星边界框架的核心要素之一，该框架定义了人类安全活动空间所必需的条件。

“人类文明对生物圈的利用有着巨大的需求——无论是食物、原材料，还是未来的气候保护，”该研究的主要作者、波茨坦气候研究所（PIK）陆地安全作业空间研究小组成员法比安·施滕泽尔（Fabian Stenzel）说道。“毕竟，人类对生物质的需求持续增长——此外，种植速生草类或树木以生产生物能源并进行碳捕获和储存，被许多人认为是稳定气候的重要辅助策略。因此，以区域差异化的方式并随着时间的推移，量化我们已经对生物圈造成的压力，以确定超负荷情况，就变得更加重要。”

这项研究以2023年发布的最新版《行星边界框架》为基础。“该框架现在明确地将全球植被光合作用产生的能量流置于共同调节行星稳定性过程的核心，”波茨坦气候研究所地球系统分析部门负责人兼研究协调员沃尔夫冈·卢赫特（Wolfgang Lucht）解释道。“这些能量流驱动着所有生命——但人类现在正在将其中相当一部分用于自身目的，扰乱自然界的动态过程。”

由此对地球系统造成的压力可以通过考察有多少自然生物质生产力被重新用于人类用途（例如收获的作物、木材和植物残留物），以及土地利用转变和土壤封堵导致的光合作用下降来评估。为了补充这一点，该研究还引入了衡量生物圈完整性的第二个关键指标：生态系统不稳定风险指标，该指标追踪植被的大规模结构变化以及水、碳和氮循环的失衡情况。

该研究以全球生物圈模型LPJmL为基础，以经度/纬度半度的分辨率模拟每日的水、碳和氮流动，并根据气候和人类土地利用的变化，提供了自1600年以来每年的详细清单。

研究团队不仅计算、绘制并比较了这两项衡量生物圈功能完整性的指标，还通过与文献中已知“临界阈值”的其他指标进行数学比较来评估它们。最终，每个区域根据当地生态系统变化的容忍限度被赋予了不同的状态：安全运行空间、风险递增区或高风险区。

模型计算表明，早在1600年，中纬度地区就出现了令人担忧的变化。到1900年，全球陆地面积中生态系统变化超出当地划定的安全区，甚至进入高风险区的比例分别为37%和14%，而今天这一比例分别为60%和38%。工业化开始造成影响；土地利用对地球系统状态的影响远早于气候变暖。目前，几乎所有陆地表面——主要是欧洲、亚洲和北美洲——都已超越这一生物圈边界，这些陆地经历了剧烈的土地覆盖转变，而农业活动是主要原因。

“这张世界地图首次展现了生物圈功能完整性边界的超越，描绘了人类对生物质的占用和生态破坏，这在科学角度上是一项突破，有助于更好地全面理解地球的边界，”波茨坦气候研究所所长、该研究的共同作者之一约翰·罗克斯特伦（Johan Rockström）表示。“它也为国际气候政策的进一步发展提供了重要动力。因为它指出了生物质与天然碳汇之间的联系，以及它们如何有助于缓解气候变化。各国政府必须将其视为一个总体性问题：全面保护生物圈并采取强有力的气候行动。”

编译自/ScitechDaily