近日，東北林業大學生態研究中心王傳寬教授帶領博士研究生王兆國在森林碳迴圈與全球變化領域的研究取得新進展，成果以題為《樹木葉片氣體交換對CO2濃度升高及與溫度和水分變化的聯合響應》（Responses of tree leaf gas exchange to elevated CO2combined with changes in temperature and water availability: a global synthesis）和《樹木生物量生產對CO2濃度升高的氮介導響應强度及機制》（Magnitude and mechanisms of nitrogen-mediated responses of tree biomass production to elevated CO2：a global synthesis）分別發表在生態學國際著名期刊《Global Ecology and Biogeography》和《Journal of Ecology》上。
大氣中的CO2，既是一種重要的溫室氣體，會引發全球變暖，同時也是植物光合作用的原材料之一，會促進植物生長和固碳。自工業革命以來，主要由於化石燃料燃燒、土地利用變化等人為碳排放新增而導致大氣CO2濃度從280 ppm持續升至現時的415 ppm，全球平均氣溫相應地升高了1.09oC，且引發降水格局變化、極端氣候事件頻發等全球氣候變化。這一切給人類生存環境和生物圈可持續性帶來重大風險，對全球生態安全和社會經濟發展產生深遠影響。而從另一方面看，大氣CO2濃度升高也促進光合作用，刺激植物生長，新增生物量生產，產生所謂的“CO2施肥”效應，由此而新增的碳匯在一定程度上可以緩和氣候變暖。然而，這種“碳中和”正效應的大小和持續性可能受全球變暖、乾旱、氮沉降等全球變化因數的影響而產生不確定性，進而阻礙我們對大氣CO2濃度升高情景下樹木生長和森林固碳能力的評估和預測。
為闡明樹木葉片氣體交換對CO2濃度升高響應的種間和種內變異以及與溫度和水分變化的相互作用，該研究團隊綜合分析全球270個CO2濃度升高控制試驗發現：CO2濃度升高，促進葉片光合作用（β= 0.68），降低葉片氣孔導度（β=-0.36），並導致其水分利用效率（β=1.01）的成比例升高；這證明葉片光合作用與氣孔導度的耦合關係。CO2濃度升高對葉片光合作用的正效應呈現出針葉樹種和成熟樹木分別大於被子植物和幼樹，而對葉片氣孔導度的負效應呈現相反的規律。升溫並不影響葉片氣體交換對CO2濃度升高的響應，但乾旱促進光合作用對CO2濃度升高的響應、抑制氣孔導度的響應。葉片氣體交換對CO2濃度升高響應的種間和種內變異及其隨溫度和水分變化的格局，均符合氣孔最優行為理論。該研究還發現：在CO2濃度升高的背景下，光合作用主要因氮有效性降低、氮重新分配、碳利用限制等發生馴化，但氣孔導度沒有馴化現象。
為揭示樹木“CO2施肥”的氮介導效應大小及其作用機理，該團隊綜合全世界283個CO2濃度升高控制試驗發現：CO2濃度升高，新增樹木生物量生產達32%，同時導致非結構性碳水化合物在葉片中積累，但在枝幹和根中沒有顯著變化；這表明樹木生長在一定程度上受碳限制，但受限程度與樹木不同組織對碳需求的强弱有關。氮添加使樹木生長的“CO2施肥效應”提升68%，表明CO2濃度升高可促進樹木生長對氮的需求。而在沒有氮添加的情况下，CO2濃度升高一方面可以通過新增細根生物量生產、降低比根長等，新增樹木的氮吸收；另一方面通過提高樹木組織的碳氮比，提升樹木的氮利用效率，從而緩解樹木的氮限制，進而維持樹木生長的“CO2施肥”正效應。該研究還發現：樹種種類及其共生菌根類型會影響樹木生長的“CO2施肥”效應的大小，其中，CO2濃度升高對外生菌根樹種和針葉樹的“施肥效應”分別比對叢枝菌根樹種和被子植物更加明顯；產生的這些差异與外生菌根和針葉樹種具有更高的氮吸收和氮利用效率有關。
上述研究成果，不但在樹木生理生態、森林碳迴圈、氣候變化等研究中有重要理論意義，而且在應對氣候變化、推進碳中和等工作中有指導意義。
文章連結：
http://doi.org/10.1111/geb.13394
https://besjournals-onlinelibrary-wiley-com-s.webvpn.nefu.edu.cn/doi/10.1111/1365-2745.13774
以上內容來源於【東北林業大學】官網：http://news.nefu.edu.cn/info/1017/21589.htm
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