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《科学》4月发表新研究称草原或可 为人类应对气候变化问题提供缓冲
发布时间: 2018-04-30 11:07:44| 作者:本站编辑| 来源: 综合科学网整理| 浏览次数:

植物每年吸收大约四分之一的人类碳排放量,在应对气候变化问题上,其为人类提供了缓冲。但据去年11月英国《自然·通讯》发表的一项国际研究成果称,植物释放出的二氧化碳比人们预计的多30%,且随着全球变暖的加剧,植物通过光合作用吸收并转化二氧化碳的能力受到削弱。

那么,随着大气中二氧化碳含量的增加,植物的生长以及吸碳表现是否会有所变化?

据悉,地球的植物分为两大组:一组称为碳三植物(如小麦、大豆、棉花等),由其二氧化碳同化的最初产物为三碳化合物3-磷酸甘油酸而得名,约占所有植物物种的97%;另一组二氧化碳同化的最初产物是四碳化合物苹果酸或天门冬氨酸,称为碳四植物(如玉米、甘蔗等),主要起源于干旱热带地区。在二氧化碳浓度低的情况下,碳三植物由于二氧化碳补偿点较高,不如碳四植物容易存活。科学家们原先估计,随着大气中二氧化碳含量增加,碳三植物会茁壮成长、扩大植被面积,而碳四植物不会。因此,生态学领域将大部分研究精力投注于能够大量吸收大气中二氧化碳的森林(碳三植物的集合)之上,并预测其面积会随着二氧化碳浓度上升而大幅扩张。

但研究数据表明事实并非如此。《科学》杂志20日发布了美国明尼苏达州一项长期生态田间试验研究成果,称暴露于较高二氧化碳浓度环境中的碳三植物,其生长速率仅会在最初的几年里有所增加,而后会因氮、磷等营养物质供应有限而受阻;并且,在1520年后,情况将会反转——原先不被科学家们看好的碳四植物会更快生长。虽然关注植物在二氧化碳浓度相对较高环境中表现变化的长期试验寥寥无几,但已有数据显示,存活于双倍二氧化碳浓度环境中的碳四植物(温暖干燥气候带的草原)在最初12年中生长无甚变化,却在接下来8年里表现优异。

这项420日发表于《科学》杂志的研究探寻的是一个由来已久的问题:地球两大植物群将如何应对大气中日益上升的二氧化碳浓度。最大的植物群被称为碳三(C3)植物,占所有植物种类的97%。这些物种通过光合作用产生能量,即利用阳光合成来自二氧化碳和水的糖。理论上,为这些植物提供额外的二氧化碳将加快其能量生产。另一个所谓的碳四(C4)植物群在光合作用发生前,利用一个两步流程提高内部二氧化碳浓度,从而使能量生产更加高效。几十年来,科学家一直认为,C4植物不会从大气中增多的二氧化碳受益,因为它们已经有了动力驱动。不过,最新研究表明,事实可能恰恰相反。

“目前主流的观点是不要指望C4草原。”美国农业部生态学家Dana Blumenthal表示。由于C4植物进化到可在炎热和干旱的条件下生长,因此科学家一直推测,随着气候变暖,这些物种将扩大生存范围。如今,研究证明,它们还可能从大气中吸收更多二氧化碳。

最新发现来自“生物多样性、二氧化碳和氮”(BioCON)试验。从1997年开始,研究人员在明尼苏达州明尼阿波里斯市北部约50公里的88个露天场地上种植了C3C4植物。随后,该团队向一些场地泵入足够的二氧化碳,从而将其在大气中的平均浓度增至百万分之550——约是工业时代之前大气中二氧化碳浓度的两倍。在最初12年里,暴露于额外二氧化碳的C4植物生长速率并未增加。不过,在接下来的8年间,该植物群的表现超过了未在高二氧化碳环境中生长的C4植物。

目前尚不明确这为何会发生。但科学家认为,随着二氧化碳浓度上升,这些植物可用的氮也在增加。而氮是对光合作用至关重要的必需营养物质。一种可能性是土壤微生物成分的变化驱动了氮的增加。

另外,该试验也提醒科学家们关注研究中的时间维度——无论是应对气候变化,还是规划未来农作物种植生产,抑或是考虑生态系统相关的其他问题时,都应将时间周期纳入考虑。现时,科学家们并不清楚在人类应对气候变化问题时,植物的缓冲作用还能保持多久,但至少,人类可以在眼下或短期的效率之外,对较长周期内效益保持等问题多作考量,提出相关倡议及规划时也适当调整预测模型、放远眼光。


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