地球的呼吸：通过地球生态系统所进行的碳循环

两则最近的国际性的研究将会改变科学家们看待地球气候和碳循环之间的至关重要关系的方式。这些报告探索了全球的光合作用和呼吸率（即地球的对二氧化碳的深“呼吸”：吸进与呼出）。研究人员说，这些新的发现将被用于更新和改善传统的将气候与碳进行耦联的模型。

这２篇报告将在7月5日（周一）下午6点（美东时间）由《科学》杂志发表在《科学快讯》的网站上。《科学》杂志是由非赢利的科学协会AAAS出版的。

来自Max Planck Institute for Biogeochemistry in Jena, Germany的Christian Beer及其来自全世界其它10个国家的同僚首次对Earth’s Gross Primary Production（或称GPP）进行了观察。GPP所代表的是地球的植物每年通过光合作用所吸入的二氧化碳的总量。应用一种新的将观察的结果与模型相结合的方法，他们估计，全世界植物性的生命每年所吸入的二氧化碳总量为1230亿吨。

接着，Miguel Mahecha（他也来自Max Planck Institute for Biogeochemistry）及其另外一组国际性的研究团队解决了一个长期存在的有关空气温度变异对生态系统呼吸[或者说是地球将二氧化碳重新呼出到大气中]的短期效应的争辩。他们显示，生态系统呼吸对温度短期变化的敏感性在世界各地都是相似的。研究人员还提示，温度之外的因素（诸如缓慢但在持续进行的土壤中的碳的转变以及水的利用度等）看来对生态系统长期的碳平衡起着关键性的作用。

综上所述，这些发现使人们更多地了解了地球的出入大气层的碳循环，以及这些过程是如何与地球的永远在变化中的气候相耦联的。研究人员分析了世界各地的有关气候和碳的巨大数量的数据。他们说，这些结果应该对改善预测模型的正确性有帮助，并能帮助解决气候变化在将来会如何影响碳循环及我们的世界等问题。

Beer说：“了解控制不同的地球生态系统GPP的各种因素是重要的，因为我们人类会利用许多的诸如树木、纤维和食物等生态系统为我们服务。另外，这一对来自焚烧化石性燃料作为二氧化碳排放后果的了解对气候变化是十分重要的，因为植被可极大地调节陆地---大气层间的温室气体、水及二氧化碳的交换…”

在他们的报告中，Beer及其同僚将来自FLUXNET（这是一个在10多年前推出的国际性的提案，旨在监控在地球的生态系统和大气之间的二氧化碳交换）的大量的数据与来自世界各地的遥感和气候数据集合了起来并计算了在1998-2006年期间平均每年GPP的空间分布。

研究人员重点介绍了二氧化碳的摄取在地球的热带森林最为显著的这一事实，它们占了植物从大气层中吸入二氧化碳量的整整34%。接着是大草原，它占了全球二氧化碳摄入量的26%，尽管研究人员提出，大草原所占的面积同时也是热带森林面积的约2倍。

研究人员发现，降水量在决定全球二氧化碳总摄取量的时候也扮演着一种重要的角色。他们提出，在超过40%的有植被的土地上，降雨量对植物用于光合作用的碳量具有重要的影响，这一发现强调了水的可获得性对食品保障的重要性。根据该项研究，气候模型常常会显示出很大的变异，而其中某些模型会对降雨量对全球二氧化碳摄入量的影响作过高的估计。

Beer说:“除了对遥感和气候进行再分析之外，我们的这篇文章通过应用大量的来自FLUXNET的数据而到达了一个里程碑。我们对全球GPP的估计可使我们做2件事：将我们的结果与[地球系统]加工模型作比较及进一步分析GPP与气候之间的相关性。”

在第二项研究中，Mahecha和他的研究团队也依靠在FLUXNET网络内的全球合作来开展他们的生态系统对空气温度的敏感性的调研。这些研究人员将来自60个不同的FLUXNET地点的数据进行编纂和分析后发现，地球生态系统（通常被称为Q10）的呼吸对温度的敏感性以及Q10值是独立于局部平均温度和特殊生态系统情况之外的。

多年以来，专家们一直就空气温度对地球呼吸（或者说是地球表面全体生物的代谢过程所产生的排放到大气层中的二氧化碳）的影响进行争论。大多数的经验性的研究表明，世界各地这样的生态系统呼吸对不断增加的温度是高度敏感的，而大多数的预测模型则提示不是这种情况。科学家们说，全球空气温度可能会因为焚烧化石燃料所产生的可截留热量的二氧化碳的存在而上升。但是，这一新的结果提示，从生态系统所自然呼出的二氧化碳的温度敏感性一直被过高低估计，因此应该对其进行重新评估。

这一最新的研究在解决这一争议时提出，以往的现场研究没有梳理清楚作用在不同的时间标度上的过程。Mahecha及其团队在完全相同的时间标度上来考虑60个不同的生态系统过程，旨在确立地球平均Q10值为1.4。他们的这一新的不同生态系统对空气温度敏感性的标准值提示，存在着一个与从前的估计值相比不那么显著的短期气候--碳反馈。

Mahecha说：“我们的关键性发现是，生态系统呼吸对空气温度的短期敏感性正在会聚成一个单一的全球性的数值。与以往的研究结果相反，我们证明了生态系统呼吸对温度变化的敏感性看来是独立于外部因素的，并且在整个生态系统中都是恒定的。换言之，我们发现了在温度变化和生态系统呼吸之间的一种一般性的关系… 我们的发现调和了模型研究与现场研究之间的表观矛盾。”

将来，这两项独立的研究将使人们对地球日益变暖的气候将会如何影响我们的生态系统与大气层之间的碳交换（反之亦然）做出更精确的预测。他们为科学家们更好地了解世界上的生态系统以及人类将如何继续影响并改变它们提供了重要的工具。

EurekAlert!