根據賓州州立大學研究人員領導的一項新研究，在更溫暖、更乾燥的氣候條件下，樹木正在努力固碳，這意味著隨著地球持續變暖，樹木可能不再是抵消人類碳足蹟的解決方案。

賓州州立大學地球科學助理研究教授、最近發表在《美國國家科學院院刊》上的這項研究的第一作者馬克斯-勞埃德（Max Lloyd）說：”我們發現，氣候更溫暖、更乾燥地區的樹木基本上是在咳嗽，而不是在呼吸。它們向大氣中排放的二氧化碳遠遠多於在較涼爽、潮濕條件下生長的樹木。”

透過光合作用，樹木從大氣中收集二氧化碳，然而，在壓力條件下，樹木會將二氧化碳釋放回大氣中，這個過程被稱為光呼吸。透過對全球樹木組織資料集的分析，研究小組證明，在溫暖的氣候條件下，光呼吸的速率要高出兩倍，尤其是在水分有限的情況下。他們發現，在亞熱帶氣候中，當白天平均氣溫超過約華氏68 度時，這種反應的閾值就開始被跨越，並隨著氣溫的進一步升高而惡化。

植物在氣候調適中的複雜作用

研究結果使人們普遍認為植物在幫助汲取或利用大氣中的碳方面所起的作用變得更加複雜，為植物如何適應氣候變遷提供了新的見解。重要的是，研究人員指出，隨著氣候變暖，他們的研究結果表明，植物從大氣中汲取二氧化碳和吸收必要的碳以幫助地球降溫的能力可能會降低。

勞埃德說：「我們打破了這個基本循環的平衡。」植物和氣候密不可分。從大氣中吸收二氧化碳最多的是光合作用生物。這是大氣成分的一個大旋鈕，因此這意味著微小的變化會產生巨大的影響。”

根據美國能源部的數據，目前植物吸收了人類活動每年排放的約25% 的二氧化碳，但隨著氣候變暖，這一比例在未來很可能會下降，尤其是在水越來越少的情況下。

「當我們考慮未來的氣候時，我們預測二氧化碳會上升，這在理論上對植物是有利的，因為這些是它們呼吸的分子。但我們的研究表明，一些流行的模型並沒有考慮到這一點。世界將變得更加溫暖，這意味著植物汲取二氧化碳的能力將減弱。”

賓州州立大學研究人員領導的研究小組透過對全球樹木組織資料集的分析表明，在氣候較暖的地區，樹木的光呼吸速率要高出兩倍，尤其是在水分有限的情況下。他們發現，在亞熱帶氣候條件下，如阿巴拉契亞山脊和山谷地區的這一部分，當白天平均氣溫超過大約華氏68 度時，這種反應的閾值就開始被跨越，並隨著氣溫的進一步升高而惡化。圖片來源：沃倫-里德/賓州州立大學

在這項研究中，研究人員發現，木材中一種稱為甲氧基的部分的某些同位素豐度的變化可以作為樹木光呼吸的示踪劑，可以把同位素看作是原子的種類。就像冰淇淋有香草味和巧克力味之分一樣，原子也會因為質量的不同而有不同的同位素，它們都有自己獨特的”味道”。研究團隊研究了來自世界各地不同氣候和條件下約30 種樹木標本的木材樣本中甲氧基同位素”味道”的水平，以觀察光呼吸的趨勢。這些標本來自加州大學柏克萊分校的一個檔案館，其中有上世紀三、四十年代收集的數百個木材樣本。

勞埃德說：「該資料庫最初用於培訓林業人員如何識別世界各地的樹木，因此我們將其重新用於重建這些森林，以了解它們吸收二氧化碳的情況。在此之前，光呼吸速率只能透過活體植物或保存完好、保留了碳水化合物結構的死亡標本進行即時測量，這意味著幾乎不可能研究大規模或過去植物汲取碳的速率。”

回顧過去，了解未來

研究小組已經驗證了一種利用木材觀察光呼吸率的方法，這種方法可以為研究人員提供一種工具，用於預測樹木在未來的”呼吸”情況以及它們在過去的氣候條件下的表現。

大氣中的二氧化碳含量正在迅速上升；根據美國國家海洋暨大氣總署的數據，它已經超過了過去360 萬年中的任何時間。但勞埃德解釋說，這段時期在地質年代中相對較近。

小組將利用木材化石，努力發掘遠古時期的光呼吸率，最遠可追溯到數千萬年前。這些方法將使研究人員能夠明確檢驗現有的假設，即植物光呼吸對氣候的影響隨地質年代的變化而變化。

勞埃德說：「我是地質學家，我的研究對像是過去。因此，如果我們對氣候與今天截然不同時這一循環如何運作的重大問題感興趣，我們就不能使用活體植物。我們可能必須回到數百萬年前，才能更好地理解我們的未來可能會是什麼樣子。”

編譯自: ScitechDaily