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高二氧化碳水平导致植物叶片变厚 可能会加剧气候变化的影响

在秘鲁的Manú国家公园的Wayqecha云雾森林生物站附近的场景。

植物科学家观察到,当大气中的二氧化碳含量上升时,大多数植物会做一些不同寻常的事情:它们使叶子变厚。

由于人类活动正在提高大气中的二氧化碳含量,因此厚叶植物似乎在我们的未来。

但是这种生理反应的后果远远超出许多植物的叶片。两位华盛顿大学的科学家发现,叶片较厚的植物可能会加剧气候变化的影响,因为它们在封存大气碳方面的效率较低,这一事实迄今为止气候变化模型尚未考虑在内。

研究人员在10月1日发表在“全球生物地球化学周期”杂志上的一篇论文中报告说,当他们将这些信息纳入本世纪后期预计的高大气二氧化碳水平的全球气候模型时,植物所贡献的全球“碳汇”生产力下降 - 每年在大气中留下大约5.8个额外的petagrams,即639万吨碳。这些水平与每年释放到大气中的碳量相似,这是由于人为产生的化石燃料排放--8 petagrams,即880万吨。

“植物灵活,能够应对不同的环境条件,”资深作者,大气科学和生物学助理教授阿比盖尔斯旺说。“但直到现在,还没有人试图量化这种对气候变化的反应如何改变植物对我们星球的影响。”

除了减弱植物碳汇之外,由华盛顿大学生物学博士生Swann和Marlies Kovenock进行的模拟表明,全球气温可能比研究气候的科学家所预测的高出0.3到1.4摄氏度。更改。

“如果这个单一的特性 - 叶片厚度 - 在高二氧化碳水平下对未来气候变化的过程有如此重大的影响,我们认为全球气候模型应该考虑到植物生理学和植物行为的其他方面预测本世纪后期气候会是什么样子,“该报的第一作者Kovenock说。

科学家们不知道为什么当大气中二氧化碳含量上升时植物会使叶子变厚。但是已经记录了许多不同类型的植物物种的反应,例如木本树;小麦,大米和土豆等主要作物;和其他经过C3碳固定的植物,光合作用的形式占地球上光合作用的95%左右。

叶子可以增厚三分之一,这会改变叶子中表面积与质量的比例,并改变植物活动,如光合作用,气体交换,蒸发冷却和糖分储存。植物是其环境的重要调节剂 - 没有它们,地球的大气层不会含有我们呼吸的氧气 - 而Kovenock和Swann认为这种关键且可预测的叶片增厚反应是试图了解其广泛分布的理想起点植物生理学的变化将影响地球的气候。

“植物生物学家已经收集了大量关于叶片增稠对高二氧化碳水平响应的数据,包括我们将在本世纪晚些时候看到的大气二氧化碳水平,”Kovenock说。“我们决定将叶子增厚的已知生理效应纳入气候模型,以找出这将对全球范围产生什么样的影响。”

欧洲和澳大利亚研究人员2009年的一篇论文收集并编目了多年来关于植物叶片如何响应不同环境条件的实验数据。Kovenock和Swann将关于二氧化碳响应的整理数据纳入地球系统模型,这些模型广泛用于模拟不同因素对全球气候模式的影响。

今天大气中的二氧化碳浓度徘徊在百万分之410左右。在一个世纪内,它可能会高达900 ppm。Kovenock和Swann用增厚的叶子模拟的二氧化碳水平仅为710 ppm。他们还发现特定全球区域的影响更为严重。例如,欧亚大陆和亚马逊盆地的部分地区的温度最低增幅较高。Kovenock表示,在这些地区,较厚的树叶可能会阻碍植物或云层形成的蒸发冷却。

Swann和Kovenock希望这项研究表明,在未来气候预测中,有必要考虑植物对气候变化的反应。研究人员接下来可以对气候变化下的植物生理和行为进行许多其他变化。

“我们现在知道,即使是像这样的植物看似微小的变化也会对气候产生全球影响,但我们需要更多的植物响应数据,以模拟植物如何高精度地变化,”斯旺说。“人们不是唯一可以影响气候的生物。”

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