为了将2100年的全球变暖控制在比工业化前水平高出1.5摄氏度以下，许多科学家认为需要在21世纪后半叶大规模使用生物能源和碳捕获与储存（BECCS）来提供所需的负排放。
《美国国家科学院院刊》（PNAS）一篇题为“自然气候解决方案” （natural climate solutions，NCS）的论文，探讨了通过保护、生态系统恢复和改善全球森林、湿地、草原和农田的土地管理来捕获碳的不同方法，而不是依赖于BECCS模式。与大规模采用BECCS对自然界和粮食供应都构成潜在挑战不同，大多数NCS还可以帮助改善水过滤、防洪、土壤健康和生物多样性生境。这使得这些方法成为BECCS的一个有吸引力的替代方案，以满足将变暖限制在1.5摄氏度以下的情景所需的负排放。下图显示了论文中评估的各种气候解决方案在2018年至2100年间的负排放潜力的估计。
重新造林
全球碳封存潜力最大的系统是重新造林，包括在生态适宜的地区将非林地恢复为森林。NCS论文的作者排除了植树造林——将天然草地、稀树草原或其他非森林生态系统转变为森林——以避免破坏天然生态系统。他们绘制了一张地图，地图上列出了全球所有适合各国重新造林的非耕地地区。绝大多数的再造林潜力都在热带地区，那里的热带雨林已经被砍伐成牧场、棕榈油生产和木材。总的潜在可再造林面积在3.45亿到17.79亿公顷之间，2018年到2100年的潜在固存范围为680-4470亿吨二氧化碳，最佳估计为2530亿吨。大约30%的潜在封存（即760亿吨）在每吨100美元的碳价下具有经济效益。
天然林管理
额外的碳还可以通过天然林管理来封存，包括推迟目前用于木材生产的原生森林的采伐，以及减少影响的采伐和其他可持续采伐做法。木材产量的减少可以通过现有木材种植园增加产量和重新造林增加木材产量来弥补。总缓解潜力假定所有原生森林的木材采伐至少推迟50年，而成本效益潜力主要是通过向更可持续的采伐方法过渡而实现的。天然林管理的总固存潜力为460-4110亿吨二氧化碳，最佳估计为740亿吨，具有成本效益的封存潜力为440亿吨。
改良人工林
目前，专门为木材生产而管理的人工林约占全球森林面积的7%，正在迅速扩大，以满足对木材产品日益增长的需求。目前，大多数种植园都是通过相对快速地砍伐树木来优化利润的。减少伐木频率可以吸收更多的碳，提高木材产量。改良人工林的总固碳潜力为110-660亿吨二氧化碳，最佳估计为290亿吨，具有成本效益的封存潜力为170亿。
生物炭
生物炭是将木炭添加到农业土壤中以封存碳。虽然有潜在的希望，但在研究环境之外还没有大规模的证明，大规模部署的潜在成本和收益仍不清楚。当生物质通过热解转化为木炭时，可以在土壤中长期保持稳定。通过生物炭添加到土壤中的碳，大约80%将至少保留100年。据估计，生物炭的封存潜力为530-1210亿吨二氧化碳，最佳估计为910亿吨，具有成本效益的封存潜力为270亿吨。
保护性农业
保护性农业包括在一年中主要作物没有种植的时候种植覆盖作物，如黑麦或三叶草。这通常涉及没有全年或冬季作物的田地，种植之间不需要休耕期。这些覆盖作物为土壤增加了额外的碳汇，其中一部分会长期封存。保护性农业的封存潜力为160-260亿吨二氧化碳，最佳估计为210亿吨，具有成本效益的封存潜力为190亿吨。
农田里的树
农田中有许多地段可以种植树木而不降低作物产量，包括防风林、小巷种植（在一排树之间种植作物）以及将树木分散在农田内，以提高土壤质量和控制水土流失。农田中树木的总固碳潜力为230-930亿吨二氧化碳，最佳估计为520亿吨，具有成本效益的封存潜力为220亿吨。
最佳放牧强度
改变放牧模式可以增加牧草生长和牲畜生产。这通常涉及到牛和类似的动物在密集的牧场上轮换，让区域在放牧之间自然再生。最佳放牧强度有助于增加土壤碳，估计有120-580亿吨的固碳潜力，最佳估计为120亿吨，具有成本效益的潜力为70亿吨。
牧草
豆科植物，如苜蓿或三叶草，可以种植在牧场，以帮助固存额外的碳在土壤中。估计封存潜力在10-1250亿吨之间，最佳估计为120亿吨，具有成本效益的封存潜力为110亿吨。
滨海湿地恢复
恢复退化的沿海红树林、盐沼和海草可以提高土壤、草地和树木中的碳储量。据估计，沿海湿地恢复的固存潜力约为50亿吨二氧化碳，具有成本效益的封存潜力为10亿吨。
缓解气候变化影响的自然解决方案
除了在土壤和生物量中封存碳的措施外，还有一系列可以减少或避免排放的自然措施，包括跨越森林、农业、草原和湿地的措施。森林减灾措施包括避免毁林和森林转换，通过控制燃烧和其他旨在避免严重火灾的措施改进火灾管理，改进炉灶以减少用于烹饪和取暖的木质燃料。草原缓解措施包括避免将草原变为农田和通过更有效地使用化肥避免氮氧化物排放。科学家还研究了通过改变喂养奶牛的饮食、改进牲畜品种和管理技术来减少甲烷排放，以减少供应相同水平肉类和牛奶需求所需饲养的动物总数。湿地缓解措施包括改进水稻种植技术，以减少甲烷排放，恢复泥炭地，避免对沿海湿地或泥炭地的进一步破坏。
综上所述，如果不考虑成本，基于自然解决方案的固碳的总潜力在2360-13500亿吨之间，最佳估计为5490亿吨；具有成本效益潜力的封存潜力最佳估计是2250亿吨。
