研究示意图。受访者供图

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■本报记者 陈彬

提到全球变暖，人们往往首先想到二氧化碳、甲烷乃至氟利昂等能够加剧大气温室效应的温室气体。很多人不知道，大气中还存在一类可以抑制气候变暖的物质。而人类扩张农田等行为，可能在客观上导致大气中“降温物质”减少，进而加剧全球气候变暖。

天津大学教授傅平青团队联合清华大学、美国密西根大学等单位的研究人员，首次在全球尺度上系统量化了工业革命以来人类扩张耕地对大气中自然源二次有机气溶胶含量及其辐射效应的影响，并系统揭示了耕地扩张通过破坏“自然冷却屏障”，从而加剧全球变暖的新机制。相关研究成果近日发表于《自然-地球科学》。

冷却大气的“天然小球”

二次有机气溶胶是一种能够抑制全球变暖的“降温物质”。“一提到‘气溶胶’，大家很容易联想到造成雾霾天气的细颗粒物PM2.5，即直径小于或等于2.5微米的固体或液体颗粒状物质，此类物质往往是由汽车尾气、工业排放造成的。”论文第一作者、天津大学教授朱佳雷说，除了人类行为，自然界也产生气溶胶，二次有机气溶胶就是其中最重要的一种。两种气溶胶的重要不同点在于前者往往含有很多危害人体健康的物质，后者不但“纯天然”，还能起“降温”作用。

“我们可以将这些气溶胶想象成一个个飘浮在大气中的天然小球，会反射阳光，减少到达地面的阳光辐射量。此外，二次有机气溶胶还能促进云滴形成，云滴可以遮蔽阳光，从而降低地表温度。”朱佳雷说，二次有机气溶胶对地球气候系统起重要的自然冷却作用。

二次有机气溶胶是如何产生的？

朱佳雷告诉《中国科学报》，二次有机气溶胶的产生以挥发性有机物VOCs为“原料”。这种“原料”经过吸附、凝结、大气化学反应等一系列过程，最终转化为悬浮于大气中的细粒子。而这种挥发性有机物正是自然植被生命过程中释放的。

工业革命以来，为满足人口激增产生的粮食需求，人类开始大规模开垦农田，导致全球森林、草地面积锐减。“当森林、草原变农田后，其释放出的挥发性有机物是否产生变化、是否影响大气中二次有机气溶胶的含量，进而对地球这层‘降温屏障’造成损害？这个问题长期被人们忽视。”朱佳雷说。

“种庄稼”不如“长大树”

研究团队利用纳入自主研发的复杂二次有机气溶胶形成机制的地球系统模型，在全球尺度系统上量化了工业革命以来耕地扩张对自然源二次有机气溶胶含量及其辐射效应的影响。

“我们发现，目前人类耕地扩张显著改变了全球植被类型分布。”朱佳雷介绍，工业革命以来，全球耕地面积增长了约2.7倍，增长面积主要来自森林和草地的转化。这导致二次有机气溶胶的关键性前体物排放减少约10%，全球的二次有机气溶胶总量同步下降约10%。

为什么同样是长植物的土地，“种庄稼”和“长大树”对挥发性有机物的影响有如此大的差异呢？

朱佳雷解释说，不同植物释放挥发性有机物的强度相差极大，因为挥发性有机物是植物生理过程中的“副产品”。植物新陈代谢越旺盛，释放的挥发性有机物越多。“一棵大树的新陈代谢量是相同面积的小麦难以比拟的。”

因此，不同植被类型的“耕地化”对二次有机气溶胶减少的影响也有很大差别。常绿阔叶林面积减少导致的二次有机气溶胶下降量占总下降量的50%。相比之下，草地面积虽然减少得最多，但其影响却极小。然而，这些变化汇集在一起，对大气降温作用的影响是巨大的。

研究团队发现，工业革命以来的耕地扩张，已经使二次有机气溶胶对大气的净降温作用减少了11%，其净增温效应相当于同期二氧化碳增温效应的8%。

更严峻的是，在气候变暖与空气污染减轻的未来情景下，相同耕地扩张的增温效应将比当前强约50%。同时，在人为气溶胶减少的背景下，来自自然的气溶胶将在云的形成过程中扮演更重要的角色。

“碳账本”和“气溶胶降温账”都应考虑

在朱佳雷看来，当前全球气候变暖的研究既要关注二氧化碳这类“增温”气体，也要关注二次有机气溶胶这类起“降温”作用的物质，这样才能对气候变化进行更精准的预测和评估。

“现阶段，我们对二氧化碳的研究已经比较成熟，其在气候变化预测中的不确定性已经很小了。但对于气溶胶类物质的降温效应，我们的关注度和认识还很不足，这也是我们在进行科学研究以及制定相关政策时需要注意的。”朱佳雷说。

傅平青表示：“这项研究警示我们，在制定粮食安全与气候政策时，必须同时考虑土地利用变化对‘碳账本’和‘气溶胶降温账’的双重影响。”

对此，研究团队指出，保护和恢复森林生态系统不仅能固碳，还能维持重要的自然降温功能，使植树造林等“双碳”战略举措产生超过预期的减缓气候变暖效益，这一“非碳”效益在未来气候变暖背景下将十分珍贵。

“我们希望这些研究成果能够为国家制定碳中和战略和土地管理政策提供一定的科学依据，为全球气候变化预测和应对相关问题提供新思路。”傅平青说。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41561-025-01718-z