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近日，清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系副教授王焓團(tuán)隊(duì)聯(lián)合澳大利亞、英國(guó)、美國(guó)等多國(guó)科研人員，首次提出基于生態(tài)進(jìn)化最優(yōu)性原則的理論模型，解釋和預(yù)測(cè)了樹干呼吸的熱適應(yīng)性，同時(shí)構(gòu)建了全球植物樹干呼吸數(shù)據(jù)庫(kù)。相關(guān)研究證實(shí)了樹干呼吸存在普遍的熱適應(yīng)現(xiàn)象。相關(guān)成果近日在線發(fā)表于《科學(xué)》。

研究發(fā)現(xiàn)，到2100年，樹干呼吸熱適應(yīng)有望降低陸地生態(tài)系統(tǒng)24%至46%的碳排放，對(duì)緩解氣候變化具有重大意義。

近年來，王焓團(tuán)隊(duì)基于生態(tài)進(jìn)化最優(yōu)性原則，將樹干呼吸與葉片水分供應(yīng)動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，提出了水分黏滯阻力和蒸騰速率驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)全球樹干呼吸時(shí)空變異的全新理論模型。在該理論中，樹干呼吸速率應(yīng)與蒸騰速率呈正比并受水分黏滯阻力的影響，從而確保植物碳利用效率的最大化?；谠摾碚撃Ｐ?，研究團(tuán)隊(duì)作出關(guān)于樹干呼吸熱敏感性的關(guān)鍵預(yù)測(cè)，即環(huán)境溫度每升高1攝氏度，單位質(zhì)量的基礎(chǔ)呼吸速率下降約10.1%，生長(zhǎng)溫度下的呼吸速率下降約2.3%。

為進(jìn)一步驗(yàn)證理論，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了全球植物樹干呼吸數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了全球各氣候區(qū)68個(gè)野外站點(diǎn)、187個(gè)物種的8782組觀測(cè)數(shù)據(jù)以及一項(xiàng)升溫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。觀測(cè)結(jié)果證實(shí)了理論模型的可靠性。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)通過季節(jié)性觀測(cè)和溫室增溫實(shí)驗(yàn)，在個(gè)體尺度驗(yàn)證了樹干呼吸的熱適應(yīng)現(xiàn)象。此外，在5項(xiàng)樹種幼苗的增溫實(shí)驗(yàn)中，所有實(shí)測(cè)結(jié)果均與理論預(yù)測(cè)值高度一致。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步評(píng)估了樹干呼吸熱適應(yīng)對(duì)全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)前全球樹干呼吸年碳排放量約為270億噸，相當(dāng)于人為排放的2至3倍。應(yīng)用于未來氣候變化情景分析，在考慮熱適應(yīng)的機(jī)制下，至2100年，樹干呼吸預(yù)測(cè)值將降低24%至46%的碳排放。

研究表明，現(xiàn)有地球系統(tǒng)模型因忽略樹干呼吸熱適應(yīng)機(jī)制，可能顯著高估氣候-碳正反饋效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)為修正全球碳預(yù)算和氣候預(yù)測(cè)提供了關(guān)鍵理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。

下一步，研究團(tuán)隊(duì)將深入探究土壤水、二氧化碳濃度等環(huán)境因子及植物水力特征等內(nèi)在因素的影響，闡明樹干呼吸熱適應(yīng)的具體機(jī)制，并將生態(tài)進(jìn)化最優(yōu)性理論框架及樹干呼吸的熱適應(yīng)特性整合到地球系統(tǒng)模型中。這些工作將顯著提升全球碳循環(huán)動(dòng)態(tài)模擬的準(zhǔn)確性，助力氣候治理決策。