《Resources, Conservation and Recycling》：Carbon sequestration and unequal ruminant production loss in global grasslands
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摘要放牧强度优化是一种自然气候解决方案，有助于碳封存及随后的气候减缓。然而，它可能通过影响反刍动物生产而威胁粮食安全。在此，我们评估了全球草原放牧强度优化在碳封存与反刍动物生产之间的权衡，并调查了全球供应链驱动因素。结果显示，优化放牧强度可释放 29.7 ± 2.5 十亿吨的
摘要
放牧强度优化是一种自然气候解决方案，有助于碳封存及随后的气候减缓。然而，它可能通过影响反刍动物生产而威胁粮食安全。在此，我们评估了全球草原放牧强度优化在碳封存与反刍动物生产之间的权衡，并调查了全球供应链驱动因素。结果显示，优化放牧强度可释放 29.7 ± 2.5 十亿吨的碳封存潜力 (CSP)，大致相当于全球三年的碳排放量。然而，这将使基于草原的反刍动物生产减少 20%。反刍动物生产的损失在低收入和中低收入国家尤为明显，这些国家管理放牧强度的本地能力有限。国际贸易贡献了未开发的 CSP 的 25%，其中一半来自撒哈拉以南非洲的出口，表明通过全球共同努力解决本地权衡的方案。这些发现为优化草原放牧强度以实现碳封存和粮食安全的需求侧干预和国际合作提供了信息。
引言
草原在气候减缓和粮食安全中发挥着关键作用 (International Livestock Research Institute 等，2021)。它们是继森林 (39%) 之后第二大 (占 34%) 陆地碳库 (Sloat 等，2025)。由于草原主要将碳储存于地下，相比于森林，它们对于日益加剧的干旱和野火威胁是更可靠的碳汇 (Dass 等，2018)。同时，它们是超过十亿人的重要生计和粮食来源，其中许多人属于牧民、边缘化群体和原住民社区 (Bengtsson 等，2019)。不幸的是，全球很大一部分草原因过度放牧而退化 (Bardgett 等，2021)。当实际放牧强度 (生物量移除率) 超过草原的可持续承载力时，就会发生过度放牧，对气候减缓产生负面影响 (Schmitz 等，2018)。因此，管理放牧对于按照巴黎温控目标限制全球变暖至关重要。然而，草原的这些问题迄今为止在全球气候议程中受到的关注不足 (Pillar 和 Overbeck, 2025; Sloat 等，2025)。
作为一种自然气候解决方案，放牧强度优化是指将当前的地上生物量移除率 (特别是在基于草原的系统中) 调整到与植物和土壤最大碳封存相容的水平 (Bossio 等，2020; Griscom 等，2017)。与当前做法相比，在此优化放牧强度下植物和土壤中可以额外储存的碳被定义为碳封存潜力 (CSP)。放牧强度优化通过提高生态系统碳利用效率、刺激植物补偿性生长和增加植物根系分泌物来有助于气候减缓 (Bai 和 Cotrufo, 2022; Yu 等，2025; Ren 等，2025; He 等，2025)。然而，优化放牧强度通常需要调节反刍动物的饲料摄入，这会导致反刍动物生产的变化 (Michalk 等，2019; Zhu 等，2023; Du 等，2024)。例如，最近一项研究发现，将放牧强度从平均 56% 降至 10%，全球基于草原的肉类和牛奶生产将分别减少 72% 和 91% (Resare Sahlin 等，2024)。不幸的是，由于碳封存而优化放牧强度导致的反刍动物生产变化尚未得到充分研究，从而使这一自然气候解决方案的实施变得困难。联合国的可持续发展目标 (SDGs) 呼吁在减缓气候变化的同时 (SDG 13) 确保粮食安全 (SDG 2) (United Nations, 2015)。迫切需要平衡基于草原的系统中用于营养食物的反刍动物生产与碳封存，以应对气候危机。
为了更好地理解和释放放牧强度优化的 CSP，关于在哪里调整放牧强度以及可以封存多少碳的研究越来越多。例如，现有研究检查了全球 (Piipponen 等，2022)、国家 (Donovan 等，2024) 和次国家 (Meng 等，2023) 规模的放牧强度空间模式。他们根据可以可持续放牧的生物量比例确定了放牧强度优化的热点区域。放牧强度优化封存的碳量已通过各种方法量化 (例如，元分析 (Jiang 等，2020)，基于过程的模型 (Henderson 等，2015)，和放牧实验 (Yang 等，2023))。基于这些供给侧研究的措施主要包括合理控制反刍动物种群，调整放牧和休息持续时间，以及轮换放牧区域 (Du 等，2024; Wang 等，2022)。然而，评估显示这些供给侧措施并未有效优化放牧强度 (Hou 等，2021; Hu 等，2019)。因此，放牧强度优化的完全碳封存潜力仍未被开发。气候减缓的紧迫性要求应尽一切努力将全球变暖限制在 1.5 °C 以内 (Eriksen 等，2024)。因此，采取额外措施以有效释放放牧强度优化的 CSP 至关重要。
在全球化的世界中，基于草原的系统的放牧活动与国际供应链紧密整合。在草原生产的反刍动物相关商品 (例如牛肉、羊肉、牛奶和羊毛) 可以直接和间接交易给世界各地的最终消费者 (Bai 等，2023)。人口激增、生活水平提高和饮食模式改变正在推动全球对反刍动物相关商品的需求 (Komarek 等，2021)。当前的基于草原的系统通常依赖对草原资源的过度开发来满足日益增长的防刍动物商品需求，导致过度放牧和土地退化 (Michalk 等，2019)。因此，与本地放牧活动相关的环境问题 (例如生物量利用 (Wang 等，2024) 和土地占用 (Li 等，2021)) 部分是由远程消费活动引起的。消费视角将环境影响归因于最终消费者。它支持需求侧战略 (例如调节消费模式和减少浪费) 并促进区域间合作，补充供给侧措施以解决环境问题 (Niu 等，2024)。因此，确定国际贸易对当前基于草原的系统放牧强度下未开发 CSP 的影响，可以更有效地有助于减缓气候变化和促进粮食安全。
在此，我们利用多个空间显式的全球数据集，估计了 2015 年由于放牧强度优化导致的全球基于草原的系统的 CSP 和反刍动物生产变化。此外，我们利用环境扩展多区域投入产出模型调查了体现在国际贸易中当前放牧强度下未开发的 CSP。本研究的目的是评估放牧强度优化在碳封存与反刍动物生产损失之间的权衡，并识别需要额外努力以更好地释放放牧强度优化的 CSP 同时最小化反刍动物生产损失的关键消费驱动因素。本研究的发现有助于实现粮食安全 (SDG 2)、气候减缓 (SDG 13) 和全球合作 (SDG 17)。
章节摘要
概述
在本研究中，我们使用三步方法论。首先，我们获得 2015 年基于草原的系统中放牧强度优化的国家 CSP。其次，我们建模从 2015 年放牧强度过渡到与碳封存相容的水平，以测量全球放牧强度优化导致的基于草原的反刍动物生产变化的幅度。第三，我们应用全球环境扩展多区域投入产出 (EE-MRIO) 模型分析关键
各国碳汇潜力 (CSP) 和反刍动物生产变化的不平等
通过实施放牧强度优化，全球基于草原的系统可以封存 29.7 十亿吨 (Gt) (95% 置信区间 27.2–32.2 Gt) 的碳 (Ren 等，2024)。该值大致相当于全球三年的碳排放量 (基于 2023 年排放水平) (Liu 等，2024)。在区域层面上，基于草原的系统中放牧强度优化的 CSP 集中在撒哈拉以南非洲 (14.4 Gt C，或全球 CSP 的 48.3%)，东和
讨论与结论
草原放牧强度优化将导致碳封存与反刍动物生产之间的权衡。估计以最优强度放牧可在全球基于草原的系统中封存 29.7 ± 2.5 Gt 碳，等于 2025 年初开始以 50% 机会将变暖限制在 1.5 °C 的剩余碳预算 (人类仍可排放的碳净量) 的 83.6 ± 7.0% (Forster 等，2025)。然而，实施放牧管理以限制
CRediT 作者贡献声明
杨明月：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，可视化，方法论，调查，形式分析。 李雨萌：写作 – 审阅与编辑，调查。 周海峰：写作 – 审阅与编辑。 钟秋梦：写作 – 审阅与编辑。 董世魁：写作 – 审阅与编辑。 梁赛：写作 – 审阅与编辑，监督，项目管理，资金支持获取。
竞争利益声明
作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能被认为影响了本论文中报告的工作。
致谢
这项工作得到了 国家自然科学基金 (52325005, 72293602, and 52500244) 的资金支持。
杨明月 | 李雨萌 | 周海峰 | 钟秋梦 | 董世魁 | 梁赛
中央民族大学生命与环境科学学院少数民族地区生态环境重点实验室，中国北京 100081
