为了尽量降低气候变化的风险，各国都在努力减少碳排放；但如果目标是将气候变暖控制在1.5℃以下，他们实际上还需要从大气中清除二氧化碳（CO2）。尽管对以碳捕获为重点的技术进行了大量投资，但人们也对自然解决方案感兴趣，例如植树造林。
树木通过光合作用从大气中清除CO2，森林以生物质和土壤碳的形式封存CO2。从逻辑上讲，光合作用增加应该会导致树木生长；然而多个研究表明，情况并不往往是这样。光合作用、树木生长和碳封存之间的相互作用对未来的碳吸收有很大的影响，并且是一个仍然被广泛讨论的话题。在近日的一篇论文中，Cabon等人通过研究全球光合作用的估计值（GPP）和作为树木生长量度的树木年轮测量值之间的相关关系，对这一辩论做出了贡献。
近日，发表于Science的一篇论文中，研究人员结合 78 座森林的树木年轮和总初级生产力测量数据以及CO2通量塔数据，发现生产力与木本生长之间的相关性较弱。
参见：Science | DOI: 10.1126/science.abm4875
自20世纪70年代以来，陆地生态系统中的碳固存量一直在逐步增加。CO2是植物光合作用的必要成分，人类活动造成的大气中二氧化碳浓度的上升导致植物吸收碳的速度加快，这种现象被称为CO2施肥效应。此外，温室气体的增加通过变暖间接延长了生长季节，导致生态系统碳吸收的额外增加。这些对大气CO2上升的积极响应导致了这样的说法：生态系统主要是受到大气CO2浓度的限制。
然而，大量的研究表明，大气中CO2的增加并不一定会转化为碳吸收的增加，因为植物生长还受到其他强有力因素的限制。即使植被可以获得更多的碳，也需要其他因素来帮助刺激光合作用的生长。最值得注意的是，土壤中的养分丰度和水含量以及温度都会限制生长（见下图）。这种复杂的情况，最好描述为森林固碳是受碳源限制（受植物光合作用的碳量限制）还是受碳汇限制（受所有环境因素导致的植物生长量限制）的二分法，它们对森林的固碳量有很大影响。
为了解与源和汇限制有关的对植物生长的限制，研究人员使用总初级生产（GPP）估计值——指示植物在光合作用中吸收的碳量——并将其与来自国际年轮数据库的树环数据相结合，进行跨生物群系的相关性分析。他们汇编了迄今为止最全面的树木年轮数据集，并确定了全球的源-汇关系。他们证明，植被光合作用和树干的径向生长之间存在着强烈的脱钩，显示出基于植被类型（如被子植物与裸子植物）、生态系统特征（如森林年龄和营养供应）和气候（如在更冷、更干旱的气候下有更多的脱钩）的巨大差异。目前模型通常将植被碳封存描述为与GPP密切相关，这些结果强调，光合作用和生长之间的关系并不像目前模型中的表述那样简单。
该研究结果对利用自然生态系统固碳以及自然气候解决方案（如植树）在应对气候变化方面的成功具有影响。如果未来几年生物质中储存的碳比预测的要少，那么这种生态系统服务的效用就会大大降低。此外，这些结果强调了在仅根据GPP估计值来解释对碳储存的结论时要谨慎。例如，春季植物提前长出叶子所带来的GPP增长可能不会转化为年底的整体增长。
然而，使用GPP估计值和年轮数据来了解树木的生长和碳固存在多大程度上具有内在的汇的限制，该研究本身也有一些限制。
例如，与GPP数据的使用有关，光合作用中吸收的部分CO2通过植物呼吸作用释放回大气中。因此，植物可用于生长的碳量实际上不是GPP，而是GPP期间的碳增益减去自养呼吸损失——即净初级生产（NPP）。许多考察植物碳吸收和生长关系的研究使用了NPP数据，NPP与植被生长有更直接的联系，与生物量的关系更密切。因此，GPP不一定是可用于生长的碳源的可靠代表。由于这个原因，在与该研究相同的一些地点测量NPP的研究报告称，碳源活动与年轮宽度之间有更强的相关性，没有汇限制的作用。
另外，与使用年轮数据推断树木生长有关的是，植物不仅将碳分配给地上的木质生物量，而且还分配给它们的根系、叶片和储存在整个植物中的非结构性碳水化合物。植物根据环境变化、森林年龄和一年中的时间来改变其碳分配。因此，当人们仅根据年轮测量来推断碳封存量时，存在不确定性，因为木质生长与碳封存总量并不一致。
尽管有这些限制，该研究报告表明，使用目前的建模框架进行的碳预测可能高估了森林的碳固存量。研究结果突出表明，需要深入评估植被模型有效代表生长动态的程度以及碳汇和碳源的限制程度。要做到这一点，需要更好地了解这些限制，这应该可以通过在通量塔现场直接测量自养呼吸和净生产力的新方法，以及增加与碳分配和封存有关的同地测量来实现。
文章信息
标题：The limits of forest carbon sequestration
期刊：Scinece
类型：Perspective
作者：Julia K. Green* & Trevor F. Keenan【University of California, Berkeley】
时间：2022-5-12
DOI：https://doi.org/10.1126/science.abo6547
转自：生态学家
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