在本周的第《科学》 期中，犹他大学研究人员领导的一项研究发现，限制树木生长的往往不是光合作用，而是细胞生长。这表明，在气候变化的情况下，我们需要重新思考预测森林生长的方式：未来的森林可能无法像我们想象的那样从大气中吸收那么多的碳。
“一棵树的生长就像一辆在路上行驶的马车，”领导这项研究的威廉·安德雷格教授说。 “但我们基本上不知道常见的‘马’是光合作用还是细胞扩张和分裂。”
我们从小就学习树木生长的基础知识。树木通过光合作用生产食物，将阳光、二氧化碳和水转化为叶子和木材。不过，这个故事还有更多内容。将光合作用获得的碳转化为树木需要树细胞扩张和分裂。
树木通过光合作用从大气中获取碳，这是它们的碳源；然后，它们使用这些碳来构建新的树细胞，这就是它们的碳汇。
如果树木的生长受到碳源的限制，仅受到树木可以进行多少光合作用的限制，那么可以在数学模型中相对容易地预测树木的生长。因此，大气中二氧化碳含量的上升应该会缓解这种限制，让树木长得更高，对吗？
但如果树木的生长是由碳汇决定的，那么树木的生长速度只能与细胞分裂的速度一样快。许多因素可以直接影响光合作用和细胞生长速率，包括温度、水和营养物质的可用性。因此，如果树木生长由碳汇决定，那么在模拟树木生长时必须考虑这些因素对碳汇的影响。
研究人员通过比较北美、欧洲、日本和澳大利亚树木的碳源和碳汇来研究这个问题。测量碳汇相对容易，研究人员从包含生长记录的树木中收集样本。测量树木年轮中每个年轮的宽度本质上重建了树木生长的过程。
相比之下，测量碳源虽然可行，但更加困难。源数据是使用78 个至少9 米高的涡流协方差塔测量的，这些塔在三个维度上测量森林冠层顶部的二氧化碳浓度和风速。根据这些测量和其他计算，研究人员可以估计林分的总森林光合作用。
研究人员分析了他们收集的数据，试图找到树木生长和光合作用是相关或耦合过程的证据。然而，他们没有发现这样的联系。当光合作用增加或减少时，树木的生长不会随之发生变化。
该论文的第一作者Antoine Cabon 博士说：“当树木生长受到资源限制时，预计光合作用和树木生长之间会出现强烈的耦合。” “然而，我们主要观察到的不是强耦合，这使我们得出结论，树木的生长不是由碳源决定的。”
令人惊讶的是，这种脱钩发生在全球环境中。研究人员确实预计在某些地方会出现一些脱钩，但他们没想到这种脱钩模式如此普遍。
研究人员感兴趣的是哪些条件会导致更强或更弱的解耦。例如，结果树和开花树表现出与针叶树不同的碳源-库关系。森林的多样性增加了耦合，而密集、重叠的叶冠则减少了耦合。
研究还发现，碳源和碳汇问题取决于树木生存的环境和气候，这意味着气候变化可能会重塑世界森林资源和碳汇限制的地图。
这项研究的一个重要见解是，在使用数学方程和植物特征来估计未来森林生长时，可能需要更新植被模型，因为几乎所有当前模型都假设树木生长是由碳源决定的。
例如，当前的植被模型预测，随着大气中二氧化碳含量的增加，森林将生长得更加强劲。然而，树木生长通常受到限制，这意味着对于许多森林来说，随着二氧化碳的增加，森林实际上可能不会生长。
目前，森林吸收和储存了全球二氧化碳排放量的四分之一。但如果森林生长放缓，森林吸收碳和缓解气候变化的能力也会下降。因此，这项研究提醒我们，缓解气候危机可能比我们想象的更具挑战性。
