种树对于气候变化的影响，可能没有我们认为的有用
图片来源：Pixabay
翻译 | 曾欣欣
审校 | clefable
大气中二氧化碳含量日益增多，极端高温与降雨等天气频发，一系列的气候变暖问题会给森林带来什么样的变化？是会促进还是抑制植物生长？其实这主要取决于影响植物生长的到底是光合作用，还是各种环境条件。这是植物生物学中的基本问题，但直到现在，也没有得到很好的解释。
近日，美国犹他大学的科学家和一个国际合作团队的研究人员联合发现，而植物的生长似乎不仅受限于光合作用，还受其细胞生长的限制。这表明，在充满变数的气候下，我们需要重新思考预测森林生长的方式，此外，未来的森林可能无法像我们认为的那样，从大气中吸收大量的二氧化碳。
犹他大学生物科学学院副教授、该研究的主要研究员威廉·安德雷格（William Anderegg）表示：“一棵树的生长就像在一条道路上奔跑的马车，但我们基本不知道在前领跑更多的马是光合作用还是树体内细胞的扩张分裂，这是该领域长期存在的难题，对了解植物如何应对气候变化非常重要。”该项研究发表在《科学》杂志上。
众所周知，植物通过光合作用就能自给自足——它们通过吸收阳光、二氧化碳和水，为自身枝干叶片的生长提供营养物质和能量。不过，情况可能不止这么简单。植物会将光合作用获得的碳用于细胞的扩张和分裂。
植物的碳源指的是植物通过光合作用从大气中吸收的二氧化碳。随后，植物消耗这些碳源来供给新的细胞用于生长发育，是植物的碳汇。如果植物的生长仅受到碳源的限制，这意味着它只受限于光合作用，通过数学模型就能较为容易地预测植物的生长。那么大气中不断增加的二氧化碳就能缓解这种限制，让植物长得更加枝繁叶茂，对吗？
可如果植物的生长受到碳汇的限制，那么植物生长的速度就只取决于它细胞分裂的速度。但是，诸多因素都会同时直接影响植物的光合作用和细胞的生长速度，包括温度、水和养分供应。因此，如果植物受碳汇的限制，那模拟生长就必须包括这些因素对碳汇的影响。
研究人员通过比较北美洲、欧洲、日本和澳大利亚的植物碳源和碳汇速率，来探究这个问题。测量碳汇率相对来说比较容易，研究人员只需从有生长记录的植物中收集样本。该研究的主要作者、犹他大学生物科学学院的博士后学者安托万·卡邦（Antoine Cabon）表示，从这些植物的树干中提取木芯，测量这些木芯上年轮的宽度，基本上可以重现植物过去的生长情况。
测量碳源则相对较难。卡邦表示，碳源数据是用78个涡流协方差通量塔（EC）测量的，它们差不多有9米甚至更高，能在森林的树冠顶部测量二氧化碳浓度和三维风速。他说：“基于这些测量和其他一些计算，我们可以估计一个林分（通常泛指任一具体的、长有林木的地段）中森林的光合作用总量。”
研究人员分析了收集的数据，寻找植物生长和光合作用存在相互关联或耦合的证据，但他们并没找到。当光合作用增强或减弱时，植物生长并没有出现相应的起伏。卡邦称：“当植物生长受碳源限制时，可以预测光合作用和植物生长之间会存在强耦合。但我们观察到的解耦现象，能作为关键证据支持“植物生长不受碳源限制”这一结论。”
令人惊讶的是，全球的各种环境都存在这种解耦现象。卡邦表示，他们确实预测到在一些地方会存在解耦现象，但没有这种模式的存在如此广泛。两个过程中的耦合或解耦强度可能会处在一个范围内，而科学家感兴趣的是哪些环境会使两者的关系更极端化。例如，相比于针叶树，结果的树和开花的树会表现出不同的碳源-碳汇关系，森林的多样性也会增加了耦合，不过浓密、严实的叶冠曾却会削弱了这种关系。
此外，在温暖潮湿的条件下，光合作用和生长之间的耦合增强，但在寒冷干旱的环境下，植物更受细胞生长的限制。卡邦说，最后的发现表明，碳源-碳汇问题取决于植物的生长环境和气候。这意味着气候变化可能会重塑世界森林中碳源-碳汇关系的分布。
最重要的是，利用数学方程和植物特征来估计未来森林生长的植被模型可能需要更新。“事实上，所有的这些模型都假定了植物的生长会受碳源限制。”卡邦说。例如，目前的植被模型预测，在大气中二氧化碳含量更高时，森林将会茁壮成长。“但植物生长通常受到碳汇限制，这意味着在许多森林中上述情况可能不会发生。”这还会带来了额外的影响：森林目前吸收和储存了全球排放的约1/4的二氧化碳。如果森林的生长放缓，那么森林吸收碳和减缓气候变化的能力也会下降。
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