在世界各地，生態系統都在靜靜地呼吸著。
植物吸收二氧化碳進行光合作用。與此同時，在生長和燃燒能量的過程中，它們又將二氧化碳釋放回空氣中，這個過程被稱為呼吸作用。其往往發生在雨林、草原、苔原和沙漠等任何有植被的地方。
目前，平均而言，全球陸地生態系統儲存的碳量超過其釋放量。事實上，據科學家們估計，它們至少吸收了人類燃燒化石燃料產生的全部碳排放的三分之一。這使得自然生態系統成為遏制氣候變化的關鍵資源。
但科學家們擔心，不斷上升的溫度最終可能會破壞碳的攝入與輸出之間的微妙平衡。
逼近臨界點
毋庸置疑，生態系統作為碳匯的作用程度取決于溫度。這是因為生物需要一個最佳溫度范圍，其間它們可以正常活動。而在這之外，事情便開始走向另一個方向。
對植物來說，當溫度足夠高時，光合作用和呼吸作用的速率都開始下降。但是光合作用在比呼吸作用低得多的溫度下就會開始減少——根據植物類型的不同，光合作用的最高溫度通常在64到82華氏度之間。
當這種情況發生時，即光合作用下降而呼吸作用繼續增加，生態系統可能開始釋放出比吸收更多的碳。
1月13日，美國北亞利桑那大學的Katharyn Duffy和同事在《科學進展》上發表了一項新研究指出，對世界上大部分地區來說，這個臨界點可能比預期的更近。研究表明，如果溫室氣體繼續以目前的速度增長，那么全球近一半的陸地生態系統可能會在短短幾十年內突破溫度閾值。
“很多國家都依賴生物圈來抵消他們的一些排放，”Duffy指出。“而且我認為這項研究表明，這種抵消比我們之前意識到的要脆弱得多，我們也比之前意識到的更接近一個潛在的氣候臨界點。”
陸地生態系統將成碳源
Duffy和同事為植物構建了一個溫度依賴曲線，這一模型預測了地球上所有陸地植被對溫度變化的反應。
該模型利用FLUXNET的數據建立，后者是一個監測生態系統碳交換的全球氣象傳感器網絡。這些傳感器測量各種大氣變量，包括溫度、濕度和局部的二氧化碳水平。
通過分析來自世界各地的數據，Duffy和她的同事能夠確定不同類型的生態系統如何響應當地溫度的變化。建立了這種關系后，他們就可以預測隨著氣候持續變暖，全球生態系統可能會發生怎樣的變化。
研究結果表明，這些陸地生態系統轉化為碳源的臨界點可能在20至30年內到來。
“地球上所有植物吸收了我們排放的大約30%的碳，陸地生態系統以此提供氣候調節‘服務’。如果這種情況不再發生，就會造成一種失控的氣候變化率。”Duffy表示，“正是在這種反饋循環中，植物吸收的碳減少了，大氣中的碳增加了，氣候變暖了。”
如果不采取任何措施來遏制溫室氣體排放并減緩全球變暖，那么多達45%的地球的自然陸地生態系統可能會越過臨界點。
即便如此，作者仍警告稱，這并不是唯一的壞消息。
近年來，一些科學家提出了一個理論，即認為隨著時間的推移，植物可能能夠適應全球變暖的環境——也許能夠在更高的溫度下進行光合作用。不過，這項新研究表明，到目前為止，這種情況還沒有發生。
該研究還表明，不斷上升的二氧化碳水平也沒有起到多大作用。因為植物利用二氧化碳進行光合作用，因此從理論上講，二氧化碳的增加可以促進植物的生長。但許多專家警告稱，這些好處可能會被氣候變化的其他所有負面影響所抵消。到目前為止，數據似乎支持了這一觀點。
碳匯受到威脅
這項新研究集中在光合作用和呼吸作用之間的關系上。但是，還有很多其他因素可能會導致生態系統開始釋放碳，比如森林砍伐、野火或干旱之類的重大干擾。
事實上，相關研究也警告道，這些干擾正在威脅全球碳匯。
最近的一項研究發現，全球草原目前產生的碳和它們吸收的碳一樣多，這主要歸因于土地用途的變化和農業的擴張。其他研究也發現，森林砍伐正日益威脅著世界各地熱帶森林中的碳匯。
不過，還是有希望的。
Duffy及其同事在研究中指出，目前，世界上只有10%的自然生態系統達到了溫度臨界點，而且通常一次只持續一兩個月。
當然，就像這項新研究警告的那樣，升溫很高的情況并非不可避免。該研究表明，如果世界各國能夠堅持其氣候目標，將全球平均氣溫較工業化前水平升高控制在2攝氏度以內，那么全球的自然生態系統將在很大程度上得到保護。
但是，Duffy指出，這項新研究應該作為一個警告，即世界上的自然碳匯并非是不可戰勝的。
“我們需要非常了解生態系統服務的脆弱性——不僅僅是碳封存，還包括生物圈所提供的一整套服務，”她說。“因為它是地球上有生命、有呼吸的一部分。”■