生物能源碳捕获与封存作为一种大气二氧化碳（CO₂）负排放技术，是未来发展情景中最主要的气候变化减缓措施之一。其原理是通过快速生长的生物能源作物吸收CO₂，收获后转化成能源，并在使用时将产生的CO₂收集起来进行封存，从而实现整个生命周期的负排放。能源作物的地上生物量需要周期性收获，收获时生物量里面的养分也会从生态系统中流失。如果这部分流失的养分不能及时被补充，土地会变得贫瘠，从而限制之后的作物生长。在未来大规模种植情景下，维持生物能源作物持续生长和收获的养分需求量尚不明确。

近日，清华大学地学系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对养分的需求展开研究。该论文首先基于观测数据，使用机器学习的方法估算了未来不同情景下的生物能源作物产量，并进一步利用野外观测的生物量中氮、磷、钾的含量，计算了生物量收获导致的养分损失。研究发现，2012-2099年生物能源作物的累积产量与控制全球升温2℃的目标所需的碳去除量相近。未来气候变化和大气CO₂浓度升高对产量影响较小，而农业科技的进步贡献了9%-19%的作物产量，但是未来农业科技进步存在很大的不确定性。对养分需求的估算表明，截至21世纪末，补充全球生物能源作物收获导致的养分损失，所需的额外施肥量相当于当前农业化肥使用量的56.8±6.1%。研究结果定量了未来大规模生物能源作物种植对养分的需求，对生物能源作物的可持续种植种植和管理具有重要的启示意义。

图1 基于不同农业科技进步情景的全球逐年（a-c）及累计（d）生物能源作物产量。Area代表种植面积变化的影响，CO₂代表大气CO₂浓度升高产生的施肥效应，Climate代表气候变化的影响。TSS，BAU和SSS为三个科技进步的情景，分别代表趋向可持续性情景、分层社会情景和基准情景。

图2 全球生物能源作物种植及农业所需化肥量。

上述相关成果以“Bioenergy crops for low warming targets require half of present agricultural fertilizer use”为题在Environmental Science & Technology上发表（https://doi.org/10.1021/acs.est.1c02238）。清华大学地学系李伟副教授为论文第一作者及通讯作者。合作者包括法国气候与环境科学实验室（LSCE）的Philippe Ciais教授和Daniel Goll研究员，中国科学院沈阳应用生态研究所赵青研究员和博士生韩梦杰，浙江大学环境与资源学院常锦峰研究员，清华大学地学系的博士生朱磊和王景萌。该研究得到了国家重点研发计划项目等的支持。

供稿：王景萌

编辑：王佳音

审核：武海平