新模型發現植物吸收的二氧化碳可能比我們想像的多20%
在圍繞氣候變遷及其對地球的深遠影響的研究領域,幾乎沒有什麼好消息可報告,然而國際科學家小組可能已經找到了一個值得慶祝的小勝利。由西悉尼大學的尤爾根-克瑙爾(Jürgen Knauer)領導的科學家利用現實的生態建模發現,全球植被實際吸收的人類排入大氣中的二氧化碳可能會增加約20%,並將持續到本世紀末。
克瑙爾說:”我們的發現是,一個成熟的氣候模型被用於為IPCC(政府間氣候變遷專門委員會)等機構的全球氣候評估提供信息,該模型預測,如果考慮到植物進行光合作用的一些關鍵生理過程的影響,在21世紀末之前,植物對碳的吸收會更強、更持久。”
生態系的數學模型被用來理解複雜的生態過程,進而試圖預測它們所基於的真實生態系將如何改變。研究人員發現,建模越複雜,結果越令人驚訝–對環境越有利。
研究小組補充說,目前的模型並沒有那麼複雜,因此很可能低估了未來植被對二氧化碳的吸收。
利用成熟的群體大氣-生物圈土地交換模型(CABLE),研究小組考慮了三個生理因素: 二氧化碳在葉片內移動的效率、植物如何適應環境溫度的變化以及植物如何最經濟地分配養分。在利用最近的數據和研究建立模型後,研究人員又加入了強烈氣候變遷情境的變量,以了解到本世紀末植物將從大氣中吸收多少二氧化碳。
在用八個版本的模型重複這個實驗後,研究小組發現,考慮了所有三個因素的最複雜版本預測的二氧化碳吸收量最大,比最簡單的公式高出約20%。
「我們考慮到了二氧化碳在葉片內部移動的效率、植物如何適應溫度變化以及植物如何在冠層中最經濟地分配養分等方面的因素,」克瑙爾說。”這是影響植物’固定’碳能力的三種非常重要的植物反應機制,但它們在大多數全球模型中通常被忽視。”
雖然這些模型側重於植物生理學,特別是光合作用的所有過程,但它表明植被可能比我們之前想像的更努力。我們從早期的研究中了解到,植物在二氧化碳濃度較高的環境中會加快光合作用,但前提是它們必須有足夠的水分。然而,這更像是一線希望,而不是決定因素。
「植物每年都會吸收大量的二氧化碳(CO2),從而減緩氣候變遷帶來的有害影響,但它們在未來能在多大程度上繼續吸收二氧化碳還不確定,」克瑙爾告誡說。
簡化光合作用,植物從大氣中捕捉二氧化碳,並利用太陽的能量將氣體”固定”為可用的糖,用於生長和新陳代謝活動。大約一半的二氧化碳透過呼吸作用流回空氣中,另一半則留在植物的生物質中。最終,這一半又被分割開來,更多的透過死亡植物的分解生物質釋放到大氣中,另一部分則儲存在土壤中,可能會儲存數百年。
在過去二十年裡,這些碳彙的規模不斷擴大,顯示出植物在處理濃度較高的人為二氧化碳時是多麼勤奮。早期的模型也表明,植被中更大的碳匯和光合作用活動的增加對地球大氣層有益。
西雪梨大學霍克斯伯里環境研究所(Hawkesbury Institute for the Environment)教授兼研究主任本-史密斯(Ben Smith)說:「近年來,我們對植物光合作用等碳循環關鍵反應過程的理解有了長足的進步。新知識總是需要一段時間才能被應用到我們賴以製定氣候和排放政策的複雜模型中。我們的研究表明,在這些模型中充分考慮到最新的科學知識,可以得出具有實質性差異的預測結果。”
“我們的研究結果很可能會產生影響,激勵其他團隊更新他們的模型,以驗證我們觀察到的未來陸地匯增加的趨勢是否被其他模型所複製。只有當一套具有代表性的全球模型在關鍵當趨勢或模式上達成一致時,我們才能依靠這種趨勢或模式來指導政策。”
雖然這是一個好消息,但研究小組表示,不能指望植物來完成所有繁重的工作;政府仍有責任堅持履行減排義務。不過,該模型有力地證明了綠化項目的價值及其在應對全球暖化的綜合方法中的重要性。
史密斯說:「這些預測對基於自然的解決方案具有重要意義,例如重新植被是實現淨零排放所需的一系列方法中的一種工具。我們的研究結果表明,這些方法在減緩氣候變遷方面的影響可能比我們以前想像的要大,而且持續時間更長。單純的植樹並不能解決我們所有的問題,充其量只能在社會擺脫化石燃料的過渡時期發揮作用。最終,我們需要消除所有部門的排放。單靠種植樹木並不能為人類提供免罪金牌。”
這項研究發表在《科學進展》(Science Advances)期刊。