在本周的《科學(xué)》雜志上，由猶他大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，真正限制樹木生長的通常不是光合作用，而是細(xì)胞生長。這表明在氣候變化中，我們需要重新思考預(yù)測(cè)森林生長的方式：未來的森林可能無法像我們想象的那樣從大氣中吸收那么多的碳。

“一棵樹的生長就像馬車在路上向前移動(dòng)，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的William Anderegg教授說，“但我們基本上不知道常見的‘馬’究竟是光合作用還是細(xì)胞膨大和分裂?！?/p>

我們?cè)谛r(shí)候就學(xué)習(xí)了樹木生長的基礎(chǔ)知識(shí)。樹木通過光合作用生產(chǎn)食物，將陽光、二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為樹葉和木材。不過，這個(gè)故事還有更多內(nèi)容。要將從光合作用中獲得的碳轉(zhuǎn)化為樹木，需要樹木細(xì)胞膨大和分裂。

樹木通過光合作用從大氣中獲取碳，這是樹木的碳源；隨后，樹木利用這些碳來建造新的樹木細(xì)胞，這是樹木的碳匯。

如果樹木的生長是受碳源限制的，那么它的限制因素只在于樹木可以進(jìn)行多少光合作用，那么在數(shù)學(xué)模型中可以相對(duì)容易地預(yù)測(cè)樹木的生長。因此，大氣中不斷上升的二氧化碳應(yīng)該會(huì)緩解這種限制，讓樹木長得更高大，對(duì)吧？

但如果相反，樹木的生長是由碳匯決定的，那么樹木的生長速度只能與細(xì)胞分裂的速度一樣快。許多因素可以直接影響光合作用和細(xì)胞生長速率，包括溫度、可獲取的水和養(yǎng)分。因此，如果樹木生長由碳匯決定，模擬樹木的生長時(shí)，就必須把這些因素對(duì)碳匯的影響包括在內(nèi)。

研究人員通過比較北美、歐洲、日本和澳大利亞的樹木的碳源和碳匯來檢驗(yàn)這個(gè)問題。測(cè)量碳匯相對(duì)容易，研究人員從包含生長記錄的樹木中收集樣本。測(cè)量樹木年輪上每個(gè)環(huán)的寬度，基本上可以重建樹木生長的過程。

相比之下，測(cè)量碳源雖然是可行的，但更加困難。源數(shù)據(jù)是使用 78 個(gè)至少9米高的渦度協(xié)方差塔測(cè)量的，這些塔在三個(gè)維度上測(cè)量森林樹冠頂部的二氧化碳濃度和風(fēng)速?；谶@些測(cè)量和其他一些計(jì)算，科研人員可以估算出森林林分的總森林光合作用。

研究人員分析了他們收集的數(shù)據(jù)，試圖尋找證據(jù)證明樹木生長和光合作用是相互關(guān)聯(lián)或耦合的過程。然而，他們沒有找到這樣的聯(lián)系。當(dāng)光合作用增加或減少時(shí)，樹木生長沒有隨之變化。

“在樹木生長受到資源限制的情況下，預(yù)計(jì)光合作用和樹木生長之間會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)耦合，”論文第一作者Antoine Cabon博士說，“然而我們主要觀察到的卻非強(qiáng)耦合，這使我們得出結(jié)論證明樹木的生長不是由碳源決定的?！?/p>

令人驚訝的是，這種解耦脫鉤現(xiàn)象出現(xiàn)在全球環(huán)境中。研究人員確實(shí)已預(yù)計(jì)會(huì)在某些地方看到一些脫鉤，但他們沒想到這種解耦模式如此普遍。

研究人員感興趣的是，什么條件導(dǎo)致更強(qiáng)或弱的解耦。例如，結(jié)果實(shí)和開花的樹木與針葉樹表現(xiàn)出不同的碳源碳匯關(guān)系。森林中的多樣性增加了耦合，而密集的、互相覆蓋的葉冠減少了耦合。

這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)，碳源與碳匯的問題取決于樹木所處的環(huán)境和氣候，這意味著氣候變化可能會(huì)重塑世界森林資源和碳匯限制的分布圖。

這項(xiàng)研究帶來的一個(gè)重要洞見是，在使用數(shù)學(xué)方程和植物特征來估計(jì)未來森林生長時(shí)，可能需要更新植被模型，因?yàn)槟壳皫缀跛心Ｐ投技僭O(shè)樹木的生長是由碳源決定的。

例如，目前的植被模型預(yù)測(cè)，隨著大氣中二氧化碳含量的增加，森林將更加茁壯地成長。然而事實(shí)上，樹木的生長通常受到限制，這意味著對(duì)于許多森林來說，實(shí)際上森林可能不會(huì)隨著二氧化碳的增加而變多。

目前森林吸收和儲(chǔ)存了全球二氧化碳排放量的四分之一。但如果森林增長放緩，森林吸收碳和減緩氣候變化的能力也會(huì)下降。因此，這項(xiàng)研究提醒我們，緩解氣候危機(jī)可能要比我們想象得更具挑戰(zhàn)性。