在过去十年中，陆地生态系统在基于自然的气候变化缓解中发挥了重要作用，每年可抵消约30%的人为二氧化碳排放（Friedlingstein等人，2023年）。国际议程，如联合国气候变化框架公约（UNFCCC）第28次缔约方大会（COP28）的决定（2023年）和昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架（UN CBD，2022年），都强调了保护和恢复生态系统以实现《巴黎协定》的气候目标，并增强生物多样性与气候变化缓解之间的协同作用。虽然保护区长期以来一直被认可为保护生物多样性的重要手段（Pimm等人，2018年），但它们在气候变化缓解方面的潜力直到最近才受到关注。最近的研究探讨了保护区在防止碳损失方面的有效性（Duncanson等人，2023年；Nagrath等人，2022年），以及陆地生态系统的生物多样性与碳储存之间的协同效益（Neugarten等人，2024年；Jung等人，2021年；Zhu等人，2021年；Soto-Navarro等人，2020年；Di Marco等人，2018年）。然而，目前仍缺乏足够的证据和可行性分析，这限制了对生态系统保护在气候变化缓解中的理解和实践。
以往的研究主要集中在基于生态系统生物量碳储量或密度的“碳保护”上。然而，对于气候变化缓解而言，生态系统的碳汇能力——即从大气中吸收二氧化碳的能力——可能比其碳储量更为重要。例如，虽然森林砍伐会导致碳储量减少，但它并不会直接将二氧化碳释放到大气中；相反，受干扰的森林再生可以有助于二氧化碳的吸收（Pugh等人，2019年）。尽管如此，在空间保护优先级的确定中很少考虑碳汇能力（Wang等人，2024年）。虽然碳密度通常被认为在土地利用变化之前是稳定的，但碳汇能力却高度动态，受到气候变化、大气组成（Bastos等人，2019年）和土地利用方式（Liu等人，2023年）等多种因素的影响。尽管已有通过各种观测和建模方法得出的过去碳汇能力动态数据（Upton等人，2024年），但为了未来的有效保护，预测具有足够时空分辨率的未来碳汇动态至关重要。然而，考虑碳汇保护的研究通常要么将碳汇能力视为静态的（Wang等人，2024年），要么以非常粗略的时间分辨率（如整个21世纪）来预测其变化（Melillo等人，2016年）。此外，还需要重新审视生物多样性与气候之间的协同效应，因为仅依赖碳储量可能会高估这种协同性——生物量丰富的地区不一定能够吸收更多的二氧化碳。
此外，科学研究经常提出扩大保护区的雄心勃勃的目标，例如保护地球面积的30%–70%甚至更多，其中50%作为中间目标（Allan等人，2022年；Yang等人，2020年；Woodley等人，2019年），以及到2030年实现30%的目标（Dinerstein等人，2019年）。然而，以往的研究很少考虑实际可行性，特别是在资源有限的发展中国家。对于碳汇保护来说，挑战可能比生物多样性保护更为严峻。虽然生物多样性保护通常需要尽量减少人类活动的影响，但碳汇保护则需要积极的干预措施，如植树造林、退耕还林、草地恢复和减少耕作（Yu等人，2022年；Sha等人，2022年；Lu等人，2018年）。这些干预措施可能成本高昂，并需要当地生活方式和生产方式的重大改变。在中国这样人口密集且耕作密集的国家，这些挑战尤为突出。因此，合理确定空间优先区域并制定相应的管理策略至关重要，以确保基于证据的保护目标能够转化为可实施的政策（Lu等人，2023年）。
为了解决现有证据和可行性方面的局限性，本研究旨在通过预测碳汇动态并考虑潜在成本，来确定中国土地碳汇保护的空间优先区域，为实际的保护规划和管理政策提供依据。具体的研究问题包括：（1）在不同情景下，中国未来的土地碳汇将如何变化？（2）应如何在成本效益最高的情况下确定碳保护区域，并使其与生物多样性保护相协同？（3）如何实际管理这些优先保护区域？为了回答这些问题，我们整合了八个数据集，通过互补的方法对历史碳汇能力进行了全面评估。利用50个动态环境和人为因素作为预测变量，并测试了四种机器学习模型，预测了2020年至20100年每十年间隔一次、5公里分辨率下的碳汇动态，涵盖了三种共享社会经济路径（SSP）情景。基于这些预测，我们确定了碳汇保护的空间优先区域，通过纳入管理与人口影响相关的潜在成本来确保其可行性，并评估了其与生物多样性保护的协同作用。为了弥合科学与实践之间的差距，我们制定了灵活的保护目标和相应的管理策略。我们的发现为在发展中国家条件下扩大和管理未来保护区以缓解气候变化提供了新的证据和实用策略，具有全球性的意义。
