随着全球气温升高，树木吸收二氧化碳越来越少 

（图片来源：CC0 Public Domain）

世界森林在减缓气候变化方面发挥着重要作用。它们发挥着碳汇（亦称“碳吸存”，carbon sinks）的作用，这意味着它们吸收的二氧化碳比排放的多。但新的研究表明，北美最丰富的一种树——道格拉斯冷杉（the Douglas fir）在未来吸收的大气二氧化碳将减少，因而减缓气候变化的作用会低于之前的预想。

亚利桑那大学（University of Arizona）树龄研究实验室（the Laboratory of Tree-Ring Research）树木年代学（dendrochronology）助理教授Margaret Evans说：“气候变暖的加剧对树木来说，可能意味着更多的生存压力、更多的树木死亡和减缓全球变暖的能力降低。目前为止，森林稳定了气候，但随着干旱的加剧，森林可能成为不稳定的碳源。”

Evans是这项研究的主要作者。研究成果发表在《全球变化生物学》（Global Change Biology ）杂志上，这是一项由亚利桑那大学研究人员领导的国际研究。

Evans说：“我们之所以选择研究道格拉斯冷杉，是因为其占据了巨大的环境生态位（environmental niche）。”

道格拉斯冷杉生长在北美的西部，广泛分布于遥远的墨西哥南部山脉、矗立在索诺兰沙漠（the Sonoran Desert）中的山巅、太平洋西北雨林和落基山脉寒冷的山峰。

为了研究道格拉斯冷杉对未来气候的影响，研究人员收集了大量数据，以了解树木年轮的宽度与气候之间的关系，进而预测其未来的生长。

树木的年轮是由碳组成的年生长层。当年轮变薄时，说明树木从大气中吸收的二氧化碳减少了。研究结果表明：

预计索诺兰沙漠的天空岛屿（the Sonoran Desert's sky islands）、美国西南部和墨西哥西北部的树木年轮宽度下降最严重。研究小组预测其年轮宽度将下降15%-30%。

考虑到道格拉斯冷杉处于生态位的中心地位，且它们目前处于生长巅峰期，在太平洋西北和西海岸Cascade山脉其生长预计将减缓约10%。

美国落基山脉北部高海拔地区的道格拉斯冷杉预计受影响最小。该团队预计其生长将减缓2%-11%。

在蒙大拿州的高海拔地区，预计树木年轮的宽度将大幅增长。因为那里太冷，变暖的气候将使得树木生长得更好。

文章的第一作者Stefan Klesse说：“此前来自研究人员的硬盘和美国林业局森林资源清查与分析计划（the U.S. Forest Service Forest Inventory and Analysis program）中没有对外公开的数据——树木年轮的数据宝库，对分析产生了较大的影响。”Stefan Klesse是亚利桑那大学的前博士后研究员，现任职于瑞士比尔门斯多夫的瑞士联邦森林、雪和景观WSL研究所（the Swiss Federal Research Institute for Forest, Snow and Landscape WSL in Birmensdorf, Switzerland）。

该数据集结合了上个世纪道格拉斯冷杉的生态分布范围内近2,700个地点的270多万个年轮。

Evans说：“树木年轮被证明是调查过去气候的有力工具，而预测未来树木的生长情况显然是利用了相同逻辑的拓展研究。”

她表示，问题在于未来与过去不同，而对于森林未来吸收二氧化碳能力的预测大相径庭。

一些模型预测：更加温暖的气候将使树木处于生长更慢、或新的条件致死的生存压力下。

而其他的模型则预测：树木将更有效地吸收二氧化碳，并生长得更好。这是一个有争议的观点，被称为“碳施肥效应”（the carbon fertilization effect）。该观点的原理如下：树木打开叶片中的气孔来吸收二氧化碳。但当它们这样做时，水分通过蒸发逸出。树木不断平衡打开这些气孔的成本和收益。如果大气中二氧化碳的浓度增加，树木可以更有效地通过这些气孔吸收二氧化碳，从而减少水分的流失。

但大多数科学家对森林中“碳施肥效应”的适用范围表示怀疑。

Evans说：“问题在于，在树叶尺度上进行的实验是否能实际应用于全球范围。这便是年轮可以作为补充数据来源的地方。年轮记录了整个树木周围的环境条件。了解树木在野外对环境做出的反应，可以更好地检验目前基于非常小规模测量而得到的模型。这便是我们喜欢做的科学研究；我们喜欢寻找不同的数据和模型的来源。如果所有这些数据都一致，那么我们将对未来的预测更有信心。”

研究人员依靠气候较暖地区的树木，来预测气候较冷地区的树木未来的反应。Evans表示，例如，亚利桑那州的道格拉斯冷杉被用来预测蒙大拿州的道格拉斯冷杉在气温上升的几十年后如何生长。这种预测方式被称为“时空替代”（space-for-time substitution），研究人员能够用他们的新数据和模型来测试这一方法。

他们的研究表明，基于“时空替代”的假设过于简单，预测效果不佳。

Klesse说：“我们现在不能用亚利桑那州树木的平均生长率来预测未来蒙大拿州树木的平均生长率，原因就在于树木的遗传本质。”

蒙大拿州的道格拉斯冷杉和亚利桑那州的冷杉基因组成不同。不能将它们等同对待，因为它们已经适应了当地的气候。

Klesse说：“更准确地预测未来蒙大拿州树木年轮的生长情况，实际上类似于亚利桑那州的冷杉对当下气候做出的敏感反应。”

影响敏感性的因素包括平均温度和平均降水量。当地气候平均而言越温暖干燥，树木就越容易受到升高的温度和干燥程度的影响。

几乎所有的道格拉斯冷杉都会长出更窄的年轮，这意味着它们会因全球气温上升和干旱压力增加而吸收更少的二氧化碳。

Evans说：“森林生态系统将形成正反馈回路，这不是一件好事。”

树状年代学教授Harold “Hal” Fritts曾在50年前预言树木对气候的敏感性与年轮生长情况之间的关系。Harold是亚利桑那大学的名誉教授，他去年以90岁高龄去世。

Evans说：“在西北各州，每一个年轮看起来都一样。它们看起来像火车轨道，因为它们对环境变化不太敏感。但在更加干旱的地带，比如亚利桑那州，年轮的平均宽度就要小得多，而且年份之间的变化或敏感性差异要大得多。在沙漠的潮湿年份里，树木可以长出宽大的年轮。他（Fritts教授）很久以前就预言了年轮宽度与敏感性之间的这种关系。我们的模型证明他是对的。”

研究团队表示，更好地预测树木如何应对气候变化，最终需要进行遗传学研究。他们得出的结论是，道格拉斯冷杉平均年轮宽度的差异很可能是由于进化适应（evolutionary adaptation），但其影响程度究竟有多大尚不清楚。

Klesse说：“未来可能的工作是回归遗传学分析。”

作者：Mikayla MacE

翻译：胡舒昶

审校：巢栩嘉

引进来源：美国亚利桑那大学