微量气体测量可以促进碳循环预测

　　一种估算陆地植物光合作用速率的新方法表明，卫星观测——目前量化陆地碳吸收量的黄金标准——低估了这一重要指标，这一结果可以告知并提高模型预测未来气候变化的准确性。

　　发表在《自然》杂志上的一篇描述这种新方法的论文《从植物羰基硫化物吸收推断的陆地光合作用》揭示，卫星的大部分低估主要是由于热带地区地面数据覆盖不足。

　　这种新方法依赖于追踪一种叫做羰基硫化物的微量气体，这种气体从海洋、火山和深海喷口进入大气。羰基硫化物与二氧化碳同时被植物吸收，但与量化叶片吸收二氧化碳的标准过程相比，它提供了一种直接的光合作用速率测量方法。

　　科学家们使用“初级生产总值”（GPP）一词，与光合作用速率同义，来描述一个生态系统中植物在一定时期内通过光合作用生长叶子、茎和根所吸收的碳总量。计算GPP可以让科学家知道植物从大气中吸收了多少二氧化碳，但是诸如植物也释放二氧化碳的呼吸作用等混杂因素，使得无法得到准确的测量结果。

　　“这篇论文朝着更严格的GPP估计迈出了重要的一步，”第一作者赖佳萌说，他是资深作者孙颖实验室的博士生，孙颖是农业与生命科学学院综合植物科学学院土壤与作物科学学部地理空间科学副教授。

　　“我们的方法能够解决空间和时间的GPP分布，不仅告诉我们全球规模，还指出哪里和何时GPP被高估或低估。”

　　基于羰基硫化物的GPP值显示，植物每年使用（并从大气中去除）大约160磅（Pg）碳，这一估计值远高于现有的卫星观测所得的GPP估计值，后者约为每年120至130磅碳。千兆是质量单位，等于10亿吨。

　　“这意味着我们的估计远远高于目前用于气候模型模拟基准的全球GPP的黄金标准，”孙说。“这种对当前GPP估计的严重低估来自热带地区。”

　　研究人员认为热带地区是一个需要更多地面和卫星数据的关键地区，因为轨道卫星在间隔经过该地区时缺乏连续的观测，并且受到云层的阻碍。此外，气候模式模拟热带GPP时，似乎森林结构和功能在整个过程中都是相同的。事实上，以亚马逊雨林为例，其碳汇容量具有巨大的空间变异性。当干旱发生时，亚马逊地区不同地区的影响各不相同。

　　“没有卫星观测或目前的气候模型模拟可以真正描述热带雨林中的这种空间梯度或可变性，”孙说。

　　在论文中，研究人员开发了一个机制模型来模拟植物对羰基硫化物的吸收，然后将这些估计值转化为GPP。尽管科学家们已经开发出了计算羰基硫化物通量的模型，但其中缺少一个关键的机制——叶肉扩散。

　　到目前为止，模型只考虑了二氧化碳从大气中扩散到叶孔中的情况。但是还有一个额外的内部途径——叶肉扩散——气体扩散到叶片深处的叶绿体中，光合作用发生在叶绿体中。

　　“现在，气候和陆地表面建模者忽略了这一过程，但如果在模型中不动态地考虑它，我们就无法准确地模拟羰基硫化物通量或全球光合作用，”孙说。

　　“在其他条件不变的情况下，羰基硫化物对GPP的新估计将大大改变未来的气候预测，”该研究的合著者、中科院植物科学、土壤和作物科学综合学院的利伯蒂海德贝利教授罗毅奇说。

　　“这意味着陆地生物圈有更高的能力从大气中吸收更多的二氧化碳。”罗说，这些结果也有可能改变二氧化碳去除策略的设计，以缓解气候变化。

　　作者指出，虽然研究表明植物吸收的二氧化碳可能比以前认为的要多，但目前对全球呼吸的估计——植物释放二氧化碳的地方——也可能被低估了。