一座瞭望塔俯瞰着巴拿马雨林来自ORNL和其他合作伙伴的科学家们正在进行美国能源部下一代生态系统实验热带项目，收集用于分析热带森林碳循环的地面测量数据。图片来源：Jeff Warren/ORNL，美国能源部

　　根据科学家的一项新评估，世界各地的植物吸收的二氧化碳比以前认为的多31%。这项发表在《自然》（Nature）杂志上的详细研究预计将改善科学家用来预测未来气候的地球系统模拟，并强调自然碳封存对减少温室气体排放的重要性。

　　陆地植物通过光合作用从大气中去除的二氧化碳量被称为陆地初级生产总值（GPP）。它代表了地球上陆地和大气之间最大的碳交换。GPP通常以每年的碳排放量为单位。1千兆格等于10亿吨，这大约是2.38亿辆汽油动力乘用车每年排放的二氧化碳量。

　　康奈尔大学领导的一组科学家在能源部橡树岭国家实验室的支持下，使用新的模型和测量方法来评估陆地上的GPP，估计每年产生157兆克碳，高于40年前建立的估计每年120兆克碳，目前用于地球碳循环的大多数估计。研究结果发表在论文《从植物对羰基硫的吸收推断陆地光合作用》中。

　　研究人员开发了一个综合模型，追踪化合物羰基硫化物（OCS）从空气进入叶片叶绿体（植物细胞内进行光合作用的工厂）的运动。研究小组通过跟踪OCS来量化光合活性。这种化合物与二氧化碳在叶片中的路径基本相同，与光合作用密切相关，比二氧化碳扩散更容易追踪和测量。由于这些原因，OCS已被用作植物和叶片水平上的光合作用代理。这项研究表明，OCS非常适合估算大尺度和长时间的光合作用，使其成为全球GPP的可靠指标。

　　该团队使用来自各种来源的植物数据来为模型开发提供信息。其中一个来源是由ORNL建立的LeafWeb数据库，该数据库支持美国能源部陆地生态系统科学重点区域（es - sfa）。LeafWeb从世界各地的科学家那里收集有关光合特性的数据，以支持碳循环模型。科学家们通过将模型结果与来自环境监测塔而不是卫星观测的高分辨率数据进行比较，从而验证了模型结果。卫星观测可能会受到云层的阻碍，尤其是在热带地区。

　　新估计的关键是更好地代表了叶肉扩散的过程——OCS和CO2如何从叶片转移到发生碳固定的叶绿体中。了解叶肉扩散对于弄清楚植物进行光合作用的效率，甚至是它们如何适应不断变化的环境至关重要。

　　通过可靠的全球尺度观测来确定我们对GPP的估计，是改进我们对未来大气中二氧化碳及其对全球气候影响的预测的关键一步。

　　联合作者、ORNL环境科学部的光合作用专家和杰出工作人员科学家顾连宏帮助开发了该项目的叶叶传导模型，该模型以数值形式表示OCS在叶片中的扩散，以及OCS扩散与光合作用之间的联系。

　　“弄清楚植物每年吸收多少二氧化碳是一个难题，科学家们已经研究了一段时间，”顾说。“最初的估计是每年120吨，这是在20世纪80年代建立的，当我们试图找到一种新的方法时，它就被卡住了。重要的是，我们要掌握全球GPP，因为最初的土地碳吸收会影响我们对地球碳循环的其余表征。”

　　“我们必须确保碳循环的基本过程在我们的大规模模型中得到适当的体现，”顾补充说。“为了使这些地球尺度的模拟工作良好，它们需要代表对工作过程的最佳理解。这项工作在提供一个明确的数字方面向前迈出了一大步。”

　　古说，在以前的估计和新的数据之间，泛热带雨林占了最大的差异，这一发现得到了地面测量的证实。这一发现表明，热带雨林是一个比以前利用卫星数据估计的更重要的天然碳汇。

　　了解陆地生态系统，特别是拥有大量木材生物量的森林中可以储存多少碳，对于预测未来气候变化至关重要。

　　ORNL地球系统科学部负责人、企业研究员彼得·桑顿（Peter Thornton）说：“通过可靠的全球尺度观测来确定我们对GPP的估计，是改善我们对未来大气中二氧化碳及其对全球气候影响的预测的关键一步。”

　　这项研究的结果指出，包括关键过程，如叶肉传导，在光合作用的模型表示的重要性。美国能源部的下一代热带生态系统实验项目的目标是推进热带森林碳循环对气候变化响应的模型预测。这些结果可以为开发新的模式提供信息，从而减少热带森林GPP预测中的不确定性。

　　除了康奈尔大学综合植物科学学院外，该项目的其他合作者还有荷兰瓦赫宁根大学和研究所、卡内基科学研究所、科罗拉多州立大学、加州大学圣克鲁斯分校和美国宇航局喷气推进实验室。

　　支持来自康奈尔大学、国家科学基金会和ORNL TES-SFA，由美国能源部科学、生物和环境研究办公室资助。

　　UT-Battelle为美国能源部科学办公室管理ORNL，该办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者。科学办公室正在努力解决我们这个时代的一些最紧迫的挑战。欲了解更多信息，请访问energy.gov/science。