植物能否帮我们抵御气候变化?

摘要

一项新的调查显示,植物能获得的营养有限,这使得它们的生长可能并不如科学家所想的那般快,因此到2100年前,气候变暖的程度将比一些气候模型所预测的更为严重。

植物是抵御气候变化的最后壁垒之一。二氧化碳是植物的“食物”,人类产生的这种温室气体越多,它们生长得就越快,吸收的二氧化碳也越多。

然而,一项新的调查显示,植物能获得的营养有限,这使得它们的生长可能并不如科学家所想的那般快,因此到2100年前,气候变暖的程度将比一些气候模型所预测的更为严重。

要准确预测人类的碳排放对气候的影响,热带雨林对二氧化碳的吸收是个关键因素。图片来源:WILLIAM R. WIEDER/NCAR

要准确预测人类的碳排放对气候的影响,热带雨林对二氧化碳的吸收是个关键因素。图片来源:WILLIAM R. WIEDER/NCAR

植物要长得枝繁叶茂,需要不同的营养,比如可以用来合成叶绿素以吸收光能的氮和组成蛋白质的磷。农民施肥为它们补充这些营养,但在自然界,植物得自己寻找营养源。新补充的氮元素来自空气,按体积算,氮占了空气的78%,但它几乎都以氮气的形式存在。植物无法直接利用氮气,所以只能依靠土壤中的细菌帮它们固氮。一些植物,主要是豆科植物,演化出了可供固氮细菌居住的根瘤。新补充的磷元素来自风化的岩石,有时也来自沙漠吹来的沙。

但是气候模型并未周详考虑这两种营养元素。政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的最新报告提供了11种模型,其中只有2种考虑了植物生长吸收的氮元素不足的影响;所有模型都没考虑磷的影响,尽管随后在2014年发表的一篇论文指出了这个问题。

William Wieder是位于科罗拉多州博尔德市的美国国家大气研究中心(NCAR)的一名生物地球化学家,他和同事调查了各种气候模型下新植物的预期生长状况,考虑了要实现这些预估所需要补充的氮、磷含量。他们接下来预估了植物真正能从大自然中获取的额外氮、磷含量,适当修正模型后,发现氮、磷含量是不够的。

Wieder的研究团队在《自然-地球科学》(Nature Geoscience)网站上发表的报告指出,研究人员考虑氮和磷后,平均预测结果发生了变化:全球年固碳量将比IPCC的数据低25%。由于会呼出二氧化碳的土壤微生物,随着温度升高呼吸作用会加强,因此如果固碳量真有如此大的区别,那么到2100年之前,陆地整体上的作用将从固碳变成排碳。这意味着,陆地也开始加剧人类导致的气候变暖(而非减缓之),地球可能会更热。

然而,还有许多未知因素。例如,土壤细菌分解植物残体,释放氮和磷,那么这些细菌可以增加可用的氮、磷含量。位于加利福尼亚州帕罗奥图的卡内基科学研究所(Carnegie Institution for Science)的生态学家Chris Field指出,Wieder团队的论文“有理有据,振奋人心”,他指出,各种模型都调查了不同因子对未来植物生长的影响方式。来自位于弗罗斯特堡的马里兰大学环境科学研究中心的生物地球化学家Eric Davidson指出,研究人员需做更多的实地调查,弄清楚森林营养状况如何影响其生长。“做起来很难,成本太高了,但这是我们获取更好的模型参数的唯一办法了,”他说道。

(作者:蒂姆·沃根;翻译:席纪新)

本文转载自《环球科学》(《科学美国人》中文版)网站

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