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对抗气候变化 草原或是缓冲
发表日期: 2018-05-04 作者: Peter Reich等 文章来源:《科学》
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来自一项在美国明尼苏达州开展的长期生态学田间试验的数据显示,在温暖和干燥的气候条件下,随着二氧化碳浓度上升,草原能生长得更快。该发现同长期持有的关于植入将如何应对温室气体的观点相左,并且表明草原可为对抗气候变化提供缓冲。

这项日前发表于《科学》杂志的研究探寻的是一个由来已久的问题:地球两大植物群将如何应对大气中日益上升的二氧化碳浓度。最大的植物群被称为碳三(C3)植物,占所有植物种类的97%。这些物种通过光合作用产生能量,即利用阳光合成来自二氧化碳和水的糖。理论上,为这些植物提供额外的二氧化碳将加快其能量生产。

另一个所谓的碳四(C4)植物群在光合作用发生前,利用一个两步流程提高内部二氧化碳浓度,从而使能量生产更加高效。几十年来,科学家一直认为,C4植物不会从大气中增多的二氧化碳受益,因为它们已经有了动力驱动。不过,最新研究表明,事实可能恰恰相反。

“目前主流的观点是不要指望C4草原。”美国农业部生态学家Dana Blumenthal表示。由于C4植物进化到可在炎热和干旱的条件下生长,因此科学家一直推测,随着气候变暖,这些物种将扩大生存范围。如今,研究证明,它们还可能从大气中吸收更多二氧化碳。

最新发现来自“生物多样性、二氧化碳和氮”(BioCON)试验。从1997年开始,研究人员在明尼苏达州明尼阿波里斯市北部约50公里的88个露天场地上种植了C3C4植物。随后,该团队向一些场地泵入足够的二氧化碳,从而将其在大气中的平均浓度增至百万分之550——约是工业时代之前大气中二氧化碳浓度的两倍。在最初12年里,暴露于额外二氧化碳的C4植物生长速率并未增加。不过,在接下来的8年间,该植物群的表现超过了未在高二氧化碳环境中生长的C4植物。

目前尚不明确这为何会发生。但科学家认为,随着二氧化碳浓度上升,这些植物可用的氮也在增加。而氮是对光合作用至关重要的必需营养物质。一种可能性是土壤微生物成分的变化驱动了氮的增加。

科学家曾认为,当暴露于较高浓度二氧化碳时,森林可能生长得更快。但最新试验并未证实这一点。当C3植物暴露于较高二氧化碳浓度时,其生长速率会在一段时间内增加,但最终这些植物受到了诸如氮和磷等营养物质可用性有限的阻碍。(来源:科学网 宗华)

 

Unexpected reversal of C3 versus C4 grass response to elevated CO2 during a 20-year field experiment

 

Abstract  Theory predicts and evidence shows that plant species that use the C4 photosynthetic pathway (C4 species) are less responsive to elevated carbon dioxide (eCO2) than species that use only the C3 pathway (C3 species). We document a reversal from this expected C3-C4contrast. Over the first 12 years of a 20-year free-air CO2 enrichment experiment with 88 C3 or C4 grassland plots, we found that biomass was markedly enhanced at eCO2 relative to ambient CO2 in C3 but not C4 plots, as expected. During the subsequent 8 years, the pattern reversed: Biomass was markedly enhanced at eCO2 relative to ambient CO2 in C4 but not C3plots. Soil net nitrogen mineralization rates, an index of soil nitrogen supply, exhibited a similar shift: eCO2 first enhanced but later depressed rates in C3 plots, with the opposite true in C4 plots, partially explaining the reversal of the eCO2 biomass response. These findings challenge the current C3-C4 eCO2 paradigm and show that even the best-supported short-term drivers of plant response to global change might not predict long-term results.

 

原文链接:http://science.sciencemag.org/content/360/6386/317.full

 


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