树木生长由什么决定？最新《科学》：我们可能弄错了

在本周的《科学》杂志上，由犹他大学的研究人员领导的一项研究发现，真正限制树木生长的通常不是光合作用，而是细胞生长。这表明在气候变化中，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。

“一棵树的生长就像马车在路上向前移动，”领导这项研究的William Anderegg教授说，“但我们基本上不知道常见的‘马’究竟是光合作用还是细胞膨大和分裂。”

我们在小时候就学习了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树叶和木材。不过，这个故事还有更多内容。要将从光合作用中获得的碳转化为树木，需要树木细胞膨大和分裂。

树木通过光合作用从大气中获取碳，这是树木的碳源；随后，树木利用这些碳来建造新的树木细胞，这是树木的碳汇。

如果树木的生长是受碳源限制的，那么它的限制因素只在于树木可以进行多少光合作用，那么在数学模型中可以相对容易地预测树木的生长。因此，大气中不断上升的二氧化碳应该会缓解这种限制，让树木长得更高大，对吧？

但如果相反，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、可获取的水和养分。因此，如果树木生长由碳汇决定，模拟树木的生长时，就必须把这些因素对碳汇的影响包括在内。

研究人员通过比较北美、欧洲、日本和澳大利亚的树木的碳源和碳汇来检验这个问题。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。测量树木年轮上每个环的宽度，基本上可以重建树木生长的过程。

相比之下，测量碳源虽然是可行的，但更加困难。源数据是使用 78 个至少9米高的涡度协方差塔测量的，这些塔在三个维度上测量森林树冠顶部的二氧化碳浓度和风速。基于这些测量和其他一些计算，科研人员可以估算出森林林分的总森林光合作用。

研究人员分析了他们收集的数据，试图寻找证据证明树木生长和光合作用是相互关联或耦合的过程。然而，他们没有找到这样的联系。当光合作用增加或减少时，树木生长没有随之变化。

“在树木生长受到资源限制的情况下，预计光合作用和树木生长之间会出现强耦合，”论文第一作者Antoine Cabon博士说，“然而我们主要观察到的却非强耦合，这使我们得出结论证明树木的生长不是由碳源决定的。”

令人惊讶的是，这种解耦脱钩现象出现在全球环境中。研究人员确实已预计会在某些地方看到一些脱钩，但他们没想到这种解耦模式如此普遍。

研究人员感兴趣的是，什么条件导致更强或弱的解耦。例如，结果实和开花的树木与针叶树表现出不同的碳源碳汇关系。森林中的多样性增加了耦合，而密集的、互相覆盖的叶冠减少了耦合。

这项研究还发现，碳源与碳汇的问题取决于树木所处的环境和气候，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分布图。

这项研究带来的一个重要洞见是，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，因为目前几乎所有模型都假设树木的生长是由碳源决定的。

例如，目前的植被模型预测，随着大气中二氧化碳含量的增加，森林将更加茁壮地成长。然而事实上，树木的生长通常受到限制，这意味着对于许多森林来说，实际上森林可能不会随着二氧化碳的增加而变多。

目前森林吸收和储存了全球二氧化碳排放量的四分之一。但如果森林增长放缓，森林吸收碳和减缓气候变化的能力也会下降。因此，这项研究提醒我们，缓解气候危机可能要比我们想象得更具挑战性。