近日，清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系王焓副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合澳大利亞、英國、美國等多國科研人員，首次提出基于生態(tài)進(jìn)化最優(yōu)性（EEO）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，構(gòu)建了全球植物樹干呼吸數(shù)據(jù)庫，證實(shí)了樹干呼吸存在普遍的熱適應(yīng)現(xiàn)象。相關(guān)成果以“樹干呼吸熱適應(yīng)表明氣候-碳反饋?zhàn)饔玫臏p弱”為題在《科學(xué)》（Science）期刊在線發(fā)表。

 

據(jù)了解，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，溫度升高會(huì)顯著增強(qiáng)樹木呼吸作用，從而加劇氣候變暖。然而，近年來的研究表明植物可通過熱適應(yīng)機(jī)制來減弱呼吸作用對(duì)升溫的響應(yīng)。

 

此前，針對(duì)植物葉片和根系的熱適應(yīng)已有較多研究。近年來，清華研究團(tuán)隊(duì)基于生態(tài)進(jìn)化最優(yōu)性（EEO）原則，創(chuàng)新性地將樹干呼吸與葉片水分供應(yīng)動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，提出了水分粘滯阻力和蒸騰速率，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。在這一理論中，樹干呼吸速率應(yīng)與蒸騰速率成正比，并受水分粘滯阻力的影響，從而確保植物碳利用效率的最大化。

 

為進(jìn)一步驗(yàn)證理論，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了全球樹干呼吸數(shù)據(jù)庫，涵蓋全球各氣候區(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)。通過季節(jié)性觀測(cè)和溫室增溫實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)在個(gè)體尺度驗(yàn)證了樹干呼吸的熱適應(yīng)現(xiàn)象。

 

基于理論與觀測(cè)的一致性，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。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%～46%的碳排放，對(duì)緩解氣候變化具有重大意義。

 

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、CO2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（EEO）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。