工业革命以来，为满足人口激增的粮食需求，人类大规模开垦农田，导致全球森林、草地锐减。这如何影响气候？传统认知聚焦于碳储存、反照率与水循环等的变化。然而，自然植被释放的挥发性有机物（VOCs），是形成二次有机气溶胶（SOA）的“原料”。大气SOA能直接影响太阳辐射（直接效应）并改变云的性质（间接效应），对地球气候系统起到重要的自然冷却作用。那么，当森林变农田，地球这层“降温屏障”是否受损？其气候代价有多大？这一关键问题长期被忽视。
6月24日，国际顶级学术期刊《自然·地球科学》(Nature Geoscience)发表了题为“Cropland expansion causes reduction in biogenic secondary organic aerosol and associated radiative cooling”的最新研究成果。该研究利用纳入自主研发的复杂SOA形成机制的地球系统模型，首次在全球尺度系统量化了工业革命以来耕地扩张对自然源SOA及其辐射强迫的影响。这一工作填补了土地利用-有机气溶胶-气候相互作用认知的关键空白，为更全面评估人类活动对气候系统的扰动提供了新的证据和视角。
图1. 农田扩张导致二次有机气溶胶辐射降温效应显著降低
研究发现：工业革命以来全球耕地增长约2.7倍（主要源于森林和草地转化），导致SOA关键前体物排放减少约10%，全球SOA总量同步下降10%，进而显著削弱其辐射降温能力。不同植被类型转化贡献差异显著：常绿阔叶林减少占SOA下降的50%，面积减少最多的草地影响微弱。耕地扩张使SOA净降温作用减少11%，产生高达146±112 mW m⁻²的净增温效应（相当于抵消同期大气CO₂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增强约50%（达234±158 mW m⁻²），主因是森林VOCs排放对升温的响应及清洁大气背景下SOA云效应的放大。
图2. 不同植被类型转变成农田过程对二次有机气溶胶及其辐射效应影响
（EBF：常绿阔叶林，DBF：落叶阔叶林，ENF：常绿针叶林，SHR：灌木，GRA：草地，CRO：农田）
本研究由天津大学联合清华大学、美国密西根大学等单位共同完成。第一作者为天津大学朱佳雷教授，通讯作者为天津大学傅平青教授和清华大学张强教授，研究得到天津大学刘丛强院士和美国密西根大学Joyce Penner教授指导，合作者包括天津大学赵曦教授、邓君俊副教授、博士生刘灏以及清华大学深圳国际研究生院洪朝鹏副教授。研究得到国家自然科学基金委创新群体项目（42221001）资助。
论文信息：Jialei Zhu, Joyce E. Penner, Chaopeng Hong, Hao Liu, Xi Zhao, Junjun Deng, Cong-Qiang Liu, Qiang Zhang* and Pingqing Fu*, 2025. Cropland expansion causes reduction in biogenic secondary organic aerosol and associated radiative cooling. Nature Geoscience, https://doi.org/10.1038/s41561-025-01718-z.
