气候变化导致树木难以"呼吸" 还会将二氧化碳释放回大气中

宾夕法尼亚州立大学地球科学助理研究教授、最近发表在《美国国家科学院院刊》上的这项研究的第一作者马克斯-劳埃德（Max Lloyd）说："我们发现，气候更温暖、更干燥地区的树木基本上是在咳嗽，而不是在呼吸。它们向大气中排放的二氧化碳远远多于在较凉爽、潮湿条件下生长的树木。"

通过光合作用，树木从大气中收集二氧化碳，然而，在压力条件下，树木会将二氧化碳释放回大气中，这一过程被称为光呼吸。通过对全球树木组织数据集的分析，研究小组证明，在温暖的气候条件下，光呼吸的速率要高出两倍，尤其是在水分有限的情况下。他们发现，在亚热带气候中，当白天平均气温超过大约华氏68 度时，这种反应的阈值就开始被跨越，并随着气温的进一步升高而恶化。

植物在气候适应中的复杂作用

研究结果使人们普遍认为植物在帮助汲取或利用大气中的碳方面所起的作用变得更加复杂，为植物如何适应气候变化提供了新的见解。重要的是，研究人员指出，随着气候变暖，他们的研究结果表明，植物从大气中汲取二氧化碳和吸收必要的碳以帮助地球降温的能力可能会降低。

劳埃德说："我们打破了这一基本循环的平衡。"植物和气候密不可分。从大气中吸收二氧化碳最多的是光合作用生物。这是大气成分的一个大旋钮，因此这意味着微小的变化会产生巨大的影响。"

根据美国能源部的数据，目前植物吸收了人类活动每年排放的约 25% 的二氧化碳，但随着气候变暖，这一比例在未来很可能会下降，尤其是在水越来越少的情况下。

"当我们考虑未来的气候时，我们预测二氧化碳会上升，这在理论上对植物是有利的，因为这些是它们呼吸的分子。但我们的研究表明，一些流行的模型并没有考虑到这一点。世界将变得更加温暖，这意味着植物汲取二氧化碳的能力将减弱。"

宾夕法尼亚州立大学研究人员领导的一个研究小组通过对全球树木组织数据集的分析表明，在气候较暖的地区，树木的光呼吸速率要高出两倍，尤其是在水分有限的情况下。他们发现，在亚热带气候条件下，如阿巴拉契亚山脊和山谷地区的这一部分，当白天平均气温超过大约华氏 68 度时，这种反应的阈值就开始被跨越，并随着气温的进一步升高而恶化。图片来源：沃伦-里德/宾夕法尼亚州立大学

在这项研究中，研究人员发现，木材中一种叫做甲氧基的部分的某些同位素丰度的变化可以作为树木光呼吸的示踪剂，可以把同位素看作是原子的种类。就像冰淇淋有香草味和巧克力味之分一样，原子也会因为质量的不同而有不同的同位素，它们都有自己独特的"味道"。研究小组研究了来自世界各地不同气候和条件下约 30 种树木标本的木材样本中甲氧基同位素"味道"的水平，以观察光呼吸的趋势。这些标本来自加利福尼亚大学伯克利分校的一个档案馆，其中有上世纪三四十年代收集的数百个木材样本。

劳埃德说："该数据库最初用于培训林业人员如何识别世界各地的树木，因此我们将其重新用于重建这些森林，以了解它们吸收二氧化碳的情况。在此之前，光呼吸速率只能通过活体植物或保存完好、保留了碳水化合物结构的死亡标本进行实时测量，这意味着几乎不可能研究大规模或过去植物汲取碳的速率。"

回顾过去，了解未来

研究小组已经验证了一种利用木材观察光呼吸率的方法，这种方法可以为研究人员提供一种工具，用于预测树木在未来的"呼吸"情况以及它们在过去的气候条件下的表现。

大气中的二氧化碳含量正在迅速上升；根据美国国家海洋和大气管理局的数据，它已经超过了过去 360 万年中的任何时候。但劳埃德解释说，这一时期在地质年代中相对较近。

小组将利用木材化石，努力发掘远古时期的光呼吸率，最远可追溯到数千万年前。这些方法将使研究人员能够明确检验现有的假设，即植物光呼吸对气候的影响随地质年代的变化而变化。

劳埃德说："我是一名地质学家，我的研究对象是过去。因此，如果我们对气候与今天截然不同时这一循环如何运作的重大问题感兴趣，我们就不能使用活体植物。我们可能必须回到数百万年前，才能更好地理解我们的未来可能是什么样子。"

编译自:ScitechDaily