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如果有一天植物不再进行光合作用，“地球之肺”不再呼吸，我们将何去何从？

撰文 | 冬鸢审校 | 黄雨佳

今年7月3日，全球平均气温突破纪录，达到了有记录以来最高；但仅仅一天之后，这个纪录就再次被打破。今年的整个7月，也随即成了有记录以来最热的一个月。

导致气候变化的重要罪魁祸首之一或许是人类，而与全球变暖作斗争的主力军，则是地球上的植物。植物通过光合作用吸收温室气体二氧化碳，将碳以有机物的形式固定在体内，从而减缓温室效应的进程。其中，热带森林的贡献最为巨大，固碳量约为全球的34%。

然而，在热带森林中，有一部分树叶已经因为气温过高，失去了光合作用的能力；并且随着气候持续变暖，这样的树叶将越来越多。在不久的将来，当热带平均气温超过某个“临界温度”（critical temperature）后，热带森林整体的光合作用能力和固碳能力可能将遭受不可逆的损伤——这是一项最新发表于《自然》（Nature）的研究成果。



亚马孙热带雨林（图片来源：CIAT -  CC BY-SA 2.0）

“临界温度”

不断上升的气温，正在削弱热带森林的固碳能力。2008年的一项研究曾预测，在当时的气温基础上，如果热带平均气温上升3摄氏度，热带森林吸收二氧化碳的量将会减少35～40%——尽管现在的平均气温相较于那时还没有上升到3摄氏度，但过去十多年的研究似乎证明这个预测是正确的：近年来热带森林的固碳能力的确明显下降了。

树叶只有在适当的温度范围内，才能正常进行光合作用。当温度过高时，叶片的气孔会关闭，导致叶片不能吸收二氧化碳；同时也会妨碍叶片的蒸发散热，使叶片温度进一步升高。同时，高温会影响一些与光合作用相关的酶的活性，从而影响光合作用效率。当叶片温度升高到一定程度后，叶片的光合作用能力会永久受损，叶片也将枯死；而当一棵树上大量的树叶都因为温度过高而枯死时，这棵树可能也即将走向死亡。



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固碳量随气温升高而下降，这意味着或许一些树叶已经达到了“临界温度”。

在发表于2020年的一项研究中，研究者在模拟温度上升的环境中，测量了热带森林中147种树的树叶光合效率变化，以测量这些树叶的“临界温度”，最后得出了一个平均值：46.7摄氏度。

也就是说，当叶片温度超过46.7摄氏度，热带森林中大量树种的光合能力将严重受损，最终可能走向死亡。

需要强调的是，这里的46.7摄氏度是指叶片的温度，不是气温；而位于树冠顶层的一些树叶温度有时会显著高于空气——因为树叶散热能力不如空气，且当温度过高导致叶片气孔关闭时，树叶散热能力会进一步受限。有研究指出，热带地区的叶片温度最高可能会比周围空气温度高18摄氏度。

一个可怕的预测

目前在热带地区，到底有多少树叶已经达到了这个46.7摄氏度这个“临界温度”呢？

在今年发表的这项研究中， 研究者综合了热电偶测量数据、地面辐射强度计的数据、以及来自国际空间站的高分辨率遥感数据发现，现在泛热带地区树叶的平均最高温度约为34摄氏度，但部分树叶已经超过了40摄氏度，且0.01%的树叶已经超过了平均“临界温度”46.7摄氏度。



该研究用到了来自国际空间站的遥感数据（图片来源：NASA）

虽然0.01%看起来是一个很小的比例，但有一个事实却让我们不得不引起重视：并不是气温上升1摄氏度，树叶温度也只上升1摄氏度，因为树叶温度的上升并不随气温上升呈线性增长。研究人员在巴西、波多黎各和澳大利亚的森林中模拟了气温上升之后的状态，结果表明，如果气温增长2～3摄氏度，树叶温度最多可能会上升8摄氏度。

而这时，超过临界温度的树叶比例将由0.01%变为1.4%——这已经不是倍数的增加，而是数量级的变化了。

因此，如果平均气温持续升高，将会有更大比例的树叶达到“临界温度”。这些树叶在超过“临界温度”一段时间过后，会坏死、脱落，而由于大树主要靠树叶散热，这些树叶的脱落会降低大树整体的散热效率，从而导致更多的树叶超过“临界温度”。在巴西的实验中，研究者发现气温上升仅约2摄氏度就会导致大树平均丧失27%的蒸发散热能力。他们推测，如果气温继续升高，最终会导致所有的树叶都因超过“临界温度”而枯死，而这可能会导致热带树种整体的大量死亡。

那么这一可怕的结果，离我们还有多远？

通过多个模型的分析，研究者发现，当热带平均气温再上升约3.9摄氏度时，热带森林整体就会达到这样一个临界温度，使得所有的树叶都死掉。而据模型估计，这大概会发生在一个多世纪以后——不远了。

但这只是基于平均水平的预测——很多树的“临界温度”实际上低于平均“临界温度”。有研究表明，在局部区域（比如亚马孙东南部），一些树可能现在就已经达到了它们的“临界温度”，树木死亡率显著上升。许多大规模干旱研究也表明，近年来较大的、最常暴露在阳光下的树木死亡率不同寻常地高。



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但至于是否真的会出现所有树叶都跨过“临界温度”的情况，还有许多不确定性。研究者也提到，该模型模拟了最差的情况之一，至于最终我们会不会走到模型预测的结果，取决于人类接下来将怎样对待我们的环境。