宾夕法尼亚州立大学研究人员领导的一项新研究表明，在更温暖、更干燥的气候条件下，树木很难吸收吸收热量的二氧化碳(CO2)，这意味着随着地球继续变暖，树木可能不再是抵消人类碳足迹的解决方案。
宾夕法尼亚州立大学地球科学助理研究教授马克斯·劳埃德(Max Lloyd)说:“我们发现，在更温暖、更干燥的气候下，树木实际上是在咳嗽，而不是呼吸。”他是这项研究的主要作者，该研究最近发表在《美国国家科学院院刊》上。“它们向大气中排放的二氧化碳比在更凉爽、更潮湿条件下的树木多得多。”
通过光合作用，树木从大气中吸收二氧化碳，从而产生新的生长。然而，在压力条件下，树木会将二氧化碳释放回大气，这一过程被称为光呼吸。通过对全球树木组织数据集的分析，研究小组证明，在温暖的气候下，光呼吸的速度要高出两倍，尤其是在水资源有限的情况下。他们发现，在亚热带气候中，当白天平均气温超过大约68华氏度时，这种反应的阈值就开始被跨越，并随着温度的进一步升高而恶化。
这一结果使人们对植物在帮助吸收或利用大气中的碳方面的作用的普遍看法复杂化，为植物如何适应气候变化提供了新的见解。重要的是，研究人员指出，随着气候变暖，他们的发现表明，植物从大气中吸收二氧化碳和吸收帮助地球降温所必需的碳的能力可能会降低。
劳埃德说:“我们已经打破了这个基本循环的平衡。”“植物和气候是密不可分的。从大气中吸收二氧化碳最多的是光合作用生物体。这是大气组成的一个大旋钮，所以这意味着微小的变化会产生很大的影响。”
根据美国能源部的数据，植物目前每年吸收大约25%的人类活动排放的二氧化碳，但劳埃德解释说，随着气候变暖，这一比例可能会下降，特别是在水更稀缺的情况下。
劳埃德说:“当我们考虑气候的未来时，我们预测二氧化碳会上升，这在理论上对植物是有好处的，因为这些是植物呼吸的分子。”“但我们已经表明，存在一些主流模型没有考虑到的权衡。世界将会变暖，这意味着植物吸收二氧化碳的能力将会降低。”
在这项研究中，研究人员发现，木材中被称为甲氧基的某些同位素丰度的变化可以作为树木光呼吸的示踪剂。你可以把同位素想象成各种原子，劳埃德解释说。就像你可能有香草和巧克力版本的冰淇淋一样，原子也可以有不同的同位素，由于它们质量的变化，它们有自己独特的“味道”。该团队研究了来自世界各地各种气候和条件下的大约30个树木样本中木材样本中甲氧基“味道”的水平，以观察光呼吸的趋势。这些标本来自加州大学伯克利分校的一个档案馆，该档案馆包含了上世纪30年代和40年代收集的数百个木材样本。
劳埃德说:“这个数据库最初是用来训练林务人员如何识别来自世界各地不同地方的树木，所以我们重新利用它来重建这些森林，看看它们吸收二氧化碳的情况如何。”
Lloyd解释说，到目前为止，光呼吸速率只能通过活的植物或保存完好的死亡标本来实时测量，这些标本保留了结构碳水化合物，这意味着几乎不可能在过去或大规模地研究植物吸收碳的速度。
现在，该团队已经验证了一种使用木材观察光呼吸速率的方法，他说，这种方法可以为研究人员提供一种工具，用于预测树木未来“呼吸”的程度以及它们在过去气候下的表现。
大气中的二氧化碳含量正在迅速上升;根据美国国家海洋和大气管理局的数据，它已经比过去360万年中的任何时候都要大。但劳埃德解释说，那个时期在地质时间上相对较近。
研究小组现在将利用木材化石来挖掘远古时期的光呼吸速率，可达数千万年前。这些方法将使研究人员能够明确地测试关于植物光呼吸在地质时期对气候变化的影响的现有假设。
“我是一名地质学家，我在过去工作，”劳埃德说。“所以，如果我们对这些大问题感兴趣，即当气候与今天非常不同时，这个循环是如何运作的，我们不能使用活的植物。我们可能需要回到数百万年前才能更好地了解我们的未来会是什么样子。”
该论文的其他作者包括加州大学伯克利分校的丽贝卡·a·斯坦、丹尼尔·a·斯托尔珀、丹尼尔·e·伊巴拉和托德·e·道森;史密森国家自然历史博物馆的Richard S. Barclay和Scott L. Wing以及阿肯色大学的David W. Stahle。
这项工作的部分资金由Agouron研究所、Heising-Simons基金会和美国国家科学基金会提供。
