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草原植物对二氧化碳显示出令人惊讶的胃口

发布于:2018-05-14   

根据明尼苏达州一项长期生态田间试验的数据,随着二氧化碳含量的增加,温暖干燥气候下的草原可能会更快增长。这一发现与植物对温室气体反应的长期观点背道而驰,这表明草原可以为气候变化提供缓冲。

这项研究于4月19日发表在“科学”杂志上,探讨了地球上两大类植物将如何对大气中二氧化碳浓度增长作出反应的长期问题。被称为C3植物的最大群体占所有植物物种的97%。这些物种通过光合作用产生能量,利用阳光从二氧化碳和水合成糖。从理论上讲,给这些电厂增加额外的二氧化碳将增加其能源生产。

另一组植物 - 所谓的C4种类 - 在光合作用发生前使用两步法提高其内部CO2水平,使得能源生产更有效。几十年来,科学家们认为C4植物不会因大气中额外的二氧化碳而受益,因为它们已经是涡轮增压了。但是 i Science / i论文表明相反情况可能是正确的。

美国科罗拉多州柯林斯堡农业部生态学家Dana Blumenthal说:“主要信息是不计算C4草地。”由于C4植物生活在炎热和干旱的环境中,科学家们长期以来预测随着气候变暖,物种将扩大其范围。现在,事实证明,他们也可能从大气中吸收更多的二氧化碳。

越来越多的问题

最新发现来自生物多样性,二氧化碳和氮(BioCON)实验。从1997年开始,研究人员在明尼苏达州明尼阿波利斯以北约50公里的88个露天地块上种植了C3和C4植物。然后,研究小组向这些地块抽取了足够的二氧化碳,以将天然气的平均大气浓度提高到百万分之550左右,这大约是工业时代之前空气含量的两倍。在过去的12年中,暴露于额外CO2的C4植物的生长速率没有增加。但是在接下来的八年中,该团队胜过了在高CO2环境中不能生长的C4植物。

目前尚不清楚为什么会发生这种情况,但科学家们指出,随着二氧化碳含量的增加,植物可利用的氮量也会增加。氮是对光合作用至关重要的必需营养素。一种可能是土壤微生物组成的变化促使氮的增加。 “这是一个巨大的惊喜,”圣保罗明尼苏达大学生态学家Peter Reich说。 “我不认为世界上任何科学家都会预测它。”

科学家们估计,植物每年吸收大约四分之一的人类碳排放量,而明尼苏达州的实验是几个试图确定这种趋势是否会随着大气二氧化碳浓度上升而持续下去的实验之一。大部分研究集中在以C3为主的森林,这些森林吸收大气中的大量二氧化碳。

科学家们认为,当暴露于大气中较高的二氧化碳浓度时,森林将有可能增长得更快。但那不是什么实验显示的。当C3植物暴露于较高的二氧化碳浓度水平时,它们的生长速率会增加一段时间 - 但最终植物由于有限的氮和磷等营养物质的供应而受阻。

Reich和他的同事在C3植物中看到了类似的效应,他们暴露于高二氧化碳浓度水平:生产力的最初提升在受精C4植物开始快速生长的同时完全消失。

美国能源部橡树岭国家实验室的生态学家理查德诺比说:“教训是光合作用不等于增长。”他说如果科学家想要了解生态系统的植物如何对增加的二氧化碳做出反应,他们需要看看营养周期随着时间的推移如何变化。 “你无法用简短的实验来达到目的。”

全球视角

除了明尼苏达州的场地外,在英国伯明翰和澳大利亚悉尼以外的森林中进行了两次类似的二氧化碳场试验。尽管Norby说该项目遇到了资金问题,但巴西一直在努力在原生热带森林中建立第一个这样的实验。美国能源部一直在波多黎各,巴拿马和巴西进行热带生态系统的野外工作,但计划尽早关闭这项研究。

在明尼苏达州工作的Reich和他的同事现在正集中关注那里的微生物群落如何在地下变化。这包括居住在植物根部的真菌,以及分解死亡植物并释放营养物质如氮的微生物。将这些细节固定下来将有助于科学家更深入地了解为什么C4植物似乎随着二氧化碳浓度的升高而茁壮成长,但是Reich说他的实验结果不足以确定发生了什么。

他说:“我们不能确切地说全球的含义是因为我们真的需要十几个这样的实验,而不仅仅是一个,”他说。

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