Nature正刊重磅！热带雨林正接近临界温度阈值：气候变化可能会使热带森林太热而无法进行光合作用

2023年8月23日，美国北亚利桑那大学生态信息学Doughty, Christopher E. 副教授及其研究组人员在国际知名学术期刊《Nature》发表了一项题为“Tropical forests are approaching critical temperature thresholds”的研究。提出了热带雨林正接近临界温度阈值的新见解。

热带森林的平均温度很高，但昼夜变化和季节变化相对较小，因此，即使是很小的温度变化也会比全球其他地区的大温度变化对热带植物物种的影响更大（Nature Geoscience | 清华大学地学系李伟课题组揭示热带雨林退化的升温效应）。由于热带森林的温度接近或高于光合作用的最佳温度，进一步升高的温度可能会关闭气孔，减少蒸腾冷却作用，使叶片暴露在有害的温度下。研究发现热带树木光合作用机制开始失效的临界温度平均约为 46.7 ℃(Tcrit)。然而，仍然不清楚在气候变化的情况下，热带植被经历的叶子温度是否接近这个阈值或很快会达到这个阈值（Nature 子刊 | 热带森林对气候变化的功能敏感性；Nature | 非洲热带山地森林的高地上碳储量）。

研究人员利用从国际空间站（ISS）收集的数据，发现热带森林中一小部分仍在生长的树叶，正接近树叶光合作用的最高温度阈值。超过热带树木光合机制开始失效的平均临界温度为116华氏度（46.7摄氏度），目前，每年只有0.01%的叶片超过这一临界温度。但科学家警告说，气温上升7.2华氏度（4摄氏度），可能会使热带森林中的树木超过临界点，导致大规模死亡。

北亚利桑那大学生态信息学副教授克里斯托弗.道蒂，在周一（8月21日）的新闻发布会上表示：“从我们的角度来看，这种非线性趋势令人担忧。所以，比如说，你把空气加热2、3℃，这些叶子的实际上层温度就会上升8℃。尽管目前有一小部分树叶正在这样做，但我们的最佳猜测是，气温上升4摄氏度可能会对某些热带森林造成一些严重问题。”

如何测量雨林的温度？热带雨林是我们地球的重要区域。它们占地30亿英亩（12亿公顷），约占地球表面积的6%，是世界上一半动植物物种的家园。它们也是世界淡水的重要储存地，仅亚马逊盆地就储存了五分之一的淡水。雨林中的光合作用产生了地球32%的氧气，每年从大气中吸收数十亿吨二氧化碳，有助于稳定全球气候。

为了绘制世界热带森林的温度图，研究人员求助于国际空间站上的，生态系统太空热辐射计实验（ECOSTRESS）传感器。科学家们将2018年至2020年的ECOSTRESS温度读数，与南美洲、中非和东南亚热带雨林的红外传感测温仪进行的，数千次地面测量相结合。综合这些结果显示，冠层平均温度的峰值在93.2华氏度（34摄氏度）左右，有一小部分超过104华氏度（40摄氏度）。此外每个季节，0.01%的叶片都超过了临界温度，超过临界温度，它们的光合作用可能会停止，导致死亡。

这个数字听起来可能无关紧要，但研究人员指出，它可能会迅速增加。“虽然这个数字很小，但它有很大的影响——它不会达到0.01到0.02。加州查普曼大学环境科学副教授约书亚·B·费舍尔在新闻发布会上说：“它将非线性地跳跃，增长速度可能会更快。”

通过在3.6、5.4和7.2华氏度（2、3和4℃）的升温下进行实验室叶片实验，研究人员发现，一些叶片周围的温度峰值远高于空气温度，高达14.4华氏度（8摄氏度）。科学家们将这些峰值温度代入一个数学模型中，发现树叶周围的空气温度平均升高7华氏度（3.9摄氏度），会导致那些最暴露在高温下的树叶的，携带水的气孔被树堵住，导致它们死亡。这引发了级联效应，增加了剩余叶片周围的温度，并可能杀死它们、及其树枝和整株树。

道蒂说：“如果你有10%的树叶死亡，整个树枝会更温暖，因为树枝的关键部分无法再冷却更多的树枝。同样，当一棵树死亡时，你可以在整个森林中做出这样的假设。”然而，尽管有这些发现，科学家们还是乐观地认为，人类有足够的时间来控制排放，避免热带森林的潜在临界点。Joshua B. Fisher 说：“这只是一个潜在的关键点的一瞥。这并不是说热带森林明天就会变成稀树草原。如果你考虑人类健康，你想知道自己是否生病或患有癌症，这样你就可以在癌症发生之前应对它。”