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全球气候变暖对森林有什么影响?科学家也不确定……
2019-11-27 16:41 前瞻网   

 

大致分为植物和动物的自然界是一个非常奇妙的组合。

动物需要氧气才能生存;而植物进行光合作用需要二氧化碳,并且将氧气作为副产品排进大气。这几乎巧合得足以令人相信自然界背后有一股神秘力量在操控着所有事物。

这样看来,全球大气中的二氧化碳含量上升对植物来说应该是个好消息。事实上,相关实验也已经表明,二氧化碳水平上升可以使植物进行更多的光合作用,消耗更少的水。

但另一方面,温度升高会促使植物消耗更多的水,减少光合作用。

在美国犹他大学《美国国家科学院院刊》上发表的一项新研究中,研究人员就着手解决了这个问题:在气候变化的过程中,究竟是更多的二氧化碳还是更多的热量起最大作用?

但研究出来的结果有些令人抓狂,研究认为具体情况需要具体分析,这取决于森林和树木是否能够适应新的环境。

研究小组使用树木生理学作为他们研究的基础。

研究报告的合著者威廉·安德莱格(William Anderegg)说:“这利用了单个细胞的生理机能,在电脑上放大之后对一个面积与一个大洲相当的森林作出预测。”

为了理解这项研究,我们有必要快速复习一下树木和植物利用水分的方式。

水从树根通过木质部(树木的维管系统)进入树叶,然后在树叶进行光合作用。树叶的底部有一个叫做气孔的小孔,它可以打开来吸收二氧化碳进行光合作用,但同时水蒸气也会从这些气孔中逸出,所以在干燥或炎热的时候,植物会关闭气孔,以起到防止水分流失的作用。

在严重干旱时期,树木会更加努力地吸收水分并将水分输送到木质部。如果土壤干燥到一定程度的话,水受到的张力会使木质部形成一个气泡,大大地减少水分的输送,使树木受到伤害或者直接死亡,这相当于树木心脏病发作。

该研究的合著者约翰·斯佩里(John Sperry)花了数十年时间来研究树木利用水分的生理学。

近年来,他和他的同事建立了一个模型,这个模型主要研究树木生理学(树木生理学和树木气孔的开放有关)在应对包括干旱在内的变化条件时会如何影响光合作用和水分流失。

他说,这个模型提供了一种新的方法来预测二氧化碳增加和热量增加之间的竞争结果。

Anderegg补充说,最重要的是他们可以利用这个模型去模拟树木在短期内通过关闭或打开气孔、以及长期通过额外的树木生长或森林枯死来适应高温和干旱的能力。

Anderegg说:“我们假设这些植物具备适应气候和环境变化的能力。”

在之前的实验中,科学家们已经发现这些树木出现了一些气候适应现象,在这些实验里,树木被放置在富含二氧化碳的空气中。这些气候适应现象也存在于相似但气候略有不同的森林里。

Anderegg说:“我们现在的模型无关树木生理学或者环境适应现象。”

“它们对森林的未来绝对至关重要。我们想出了把它们结合起来的办法。”

斯佩里说,结果表明,气候变化里的“获胜者”并不取决于二氧化碳水平上升或热量增加的绝对数量,而取决于两者之间的比例。

他说:“因此,如果这个比率处于中间的话,那么同样的森林就会在气候变化的大梯度上移动。但如果发生任何导致这一比率往热量增加方面倾斜的事情的话,这都会有可能造成严重的负面影响。”

研究人员写道,如果森林不能适应气候变化,那么这个比率必须高于每升高一摄氏度,二氧化碳含量为百万分之89,才能避免显著的压力和树木死亡的出现。而只有55%的气候预报显示这种情况会发生。

但如果森林能够适应气候变化,那么它们就能够承受一个较低的比率:每升温一度,二氧化碳含量为百万分之67,这一比率占预报的71%。

但即使适应了环境,其他因素也会导致森林灾难的可能性增加。

研究合著者马丁·文图拉斯(Martin Venturas)说,受到压力的森林更容易受到火灾和虫害的影响,该模型只考虑了树木的生理机能,并没有考虑到森林火灾或虫害的影响。

他表示:“它正在改进其中一个因素,但我们仍需要大量了解其它因素,以及它们整合起来共同作用的方式。”

研究人员还写道,特别干旱的年份也会打破这种平衡。

文图拉斯说:“在这种情况下,如果水分低于某个土壤湿度阈值,整个森林就会死亡。”

这种死亡可以相对来说很突然地发生。斯佩里说:“如果你忘记浇水的话,你就会在你家里的花盆里看到这个现象。”

“在水分达到水分阈值之前,植物看起来都好像还不错,但一旦水分低于阈值,植物会在几天内死亡。如果在那个时期不下雨,这个系统就会进入一个循环,土壤很快就会干枯,导致树木的维管衰竭。”

斯佩里补充说,这项研究还预测了未来森林所面临的动荡气候状况。

他表示:“这项研究绝不是在给现状开绿灯。”

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责任编辑: 3976DBC

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