在這個(gè)變暖的世界里,，全世界的森林會(huì)發(fā)生什么？因?yàn)榇髿庵性黾拥亩趸级L(zhǎng)得更加高大,？又或者因?yàn)闃O端溫度和降水,，生長(zhǎng)受到抑制？這一切都取決于光合作用和樹木細(xì)胞生長(zhǎng)這兩個(gè)樹木生長(zhǎng)限制因素中,，哪個(gè)占據(jù)主導(dǎo)地位,。這是樹木生物學(xué)中的一個(gè)基本問題，但長(zhǎng)久以來,，答案卻不太清楚,。
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(zhǎng)的通常不是光合作用,，而是細(xì)胞生長(zhǎng)。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(zhǎng)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(zhǎng)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,�,！�
我們?cè)谛r(shí)候就學(xué)習(xí)了樹木生長(zhǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)。樹木通過光合作用生產(chǎn)食物,，將陽(yáng)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(zhǎng)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(zhǎng)。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(zhǎng)得更高大，對(duì)吧,？
但如果相反,，樹木的生長(zhǎng)是由碳匯決定的，那么樹木的生長(zhǎng)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(zhǎng)速率,，包括溫度、可獲取的水和養(yǎng)分,。因此,，如果樹木生長(zhǎng)由碳匯決定，模擬樹木的生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)沒有隨之變化,。
“在樹木生長(zhǎng)受到資源限制的情況下,，預(yù)計(jì)光合作用和樹木生長(zhǎng)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(zhǎng)不是由碳源決定的�,！�
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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng),。然而事實(shí)上，樹木的生長(zhǎng)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(zhǎng)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。
參考資料：
[1] What we’re still learning about how trees grow,。 Retrieved May 9,， 2022 from https：//www.eurekalert.org/news-releases/951889
[2] Antoine Cabon et al。,， （2022） Cross-biome synthesis of source versus sink limits to tree growth,。 Science DOI： 10.1126/science.abm4875
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