全球暖化有助植物生長?你沒有考慮到「缺水」問題

全球暖化有助植物生長?你沒有考慮到「缺水」問題
我們想讓你知道的是

二氧化碳濃度上升對植物生長的影響被稱為「二氧化碳施肥效應」,隨著人類排放的二氧化碳越來越多,植物的生長速度越來越快,但這個效果,卻因為全球水分蒸散而減緩。

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環境資訊中心外電;姜唯翻譯;林大利審校

二氧化碳濃度增加導致全球各地植物生長速度增加,這種現象被稱為「全球綠化」(global greening)。有研究發現,缺水壓力增加可能抵消全球綠化效應。

研究指出,全球暖化改變了水分蒸散狀況,這又回過頭來影響植物生長時光合作用的速度。未來,植物吸收人類排放的二氧化碳的能力可能會「大幅減少」——根據政府間氣候變遷專門委員會(IPCC)近期的《氣候變遷與土地》特別報告,目前人類排放的溫室氣體有30%由土地吸收。

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Photo Credit: AP / 達志影像
綠化

研究透過衛星和地面測量發現,全世界變得越來越「綠」。自工業革命開始以來,植物生長的速度和植物覆蓋的土地面積都有所增加。

這種「全球綠化」主要是大氣中二氧化碳含量上升所致。植物在光合作用過程中使用二氧化碳,隨著人類排放的二氧化碳越來越多,植物的生長速度越來越快。

二氧化碳濃度上升對植物生長的影響被稱為「二氧化碳施肥效應」。 2016年發表的一項研究發現,二氧化碳施肥因素佔全球綠化的70%左右。 (不過,Carbon Brief最近介紹的另一項研究對二氧化碳施肥促成全球綠化的程度提出質疑。)

了解全球綠化的成因及其後果非常重要,因為這種現象對移除大氣中的二氧化碳有關鍵作用。

根據IPCC最近的土地報告,目前人類排放的溫室氣體有30%被土地所吸收,其中大部分是透過植物來吸收。

過去的研究顯示,隨著大氣中二氧化碳增加,植物生長速度將繼續增加 ,這表示土地隨著時間的推移會吸收更多的碳。

然而,這份發表在「科學進展」期刊上的新研究發現,水資源壓力上升可能會抵消二氧化碳施肥效應。研究報告的主要作者、中國廣東中山大學全球變化生態學研究員袁文平教授說:「1990年代末之前,全球植被生長受益於二氧化碳施肥效應。然而,我們的研究顯示,1990年代末全球水分蒸散開始增加,全球植被生長呈現下降趨勢。」

蒸散的價值

在這項研究中,作者用「蒸氣壓力差」(vapour-pressure deficit, VPD)作為測量指標。

VPD是空氣中水蒸氣量與空氣中水蒸氣飽和點之間的差值。袁文平說,這個差值可用來瞭解大氣中的「水勢」。

「基本上,如果大氣中的水勢大,即VPD大,則水從土壤和植物中蒸散的速度快且強。」

植物透過關閉氣孔(植物用來吸收光合作用所需氣體的構造)因應高VPD,防止水分流失。這導致光合作用減緩,因此生長變慢。

研究也發現,VPD增加也會使植物更快乾燥枯萎,因此可能在與乾旱有關的森林死亡中發揮作用。

為了瞭解近幾十年來VPD的變化,作者分析了幾個全球氣候資料集,尤其是植被區域的VPD。

他們發現1990年代末以來,植被地區的VPD「劇烈」增加。以下研究圖表顯示VPD從1850年到現在的增長情況。在圖表上,顏色代表顯示不同氣候資料集的結果。

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作者提供

作者還發現,植被地區的VPD未來可能繼續上升。袁文平表示,VPD的增加可能受氣候變遷影響,由於氣溫升高,空氣中水蒸氣要達到飽和的門檻提高(因為溫暖的空氣可以保留更多的水分)。

然而,同時間大氣中的水蒸氣量正在減少。根據這項新研究,這可能是因為從世界海洋蒸發的水量正在減少。袁文平說:「全球暖化會降低風速,進而減少海洋表面的水分蒸發。」

這表示著隨著氣候變遷,空氣中水蒸氣量與空氣中水蒸氣飽和的門檻之間的差距越來越大。

從綠色到棕色

在研究的下一個部分,作者用衛星資料觀察了1990年代以來全球植物生長率的變化。

以下摘自研究的地圖顯示,1982~1998年(上圖)和1999~2015年(下圖)世界部分地區的綠化速率變化。紅色表示綠化速率在此期間減少,綠色表示速率增加。

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作者提供

該研究顯示,1990年代末以來,綠化速率「持續且普遍下降」。

研究人員接著利用模型整理1990年代末以來可能導致植物生長速率減緩的因素。袁文平說:「結果顯示,1990年代後期以來,VPD增加是導致植被生長減少的主要原因。」

萎縮的碳匯

在未來,氣候變遷可能會導致VPD繼續增加,對植物生長速度產生更大的影響,袁文平說:

「植被生長速度下降將大大降低植物吸收大氣二氧化碳的能力。如果其他條件沒有改變,大氣中二氧化碳濃度將會增加,導致更強的溫室效應。」

過去的研究發現,土壤養分供應減少可能限制二氧化碳施肥效應。尤其缺乏氮和磷會限制植物生長。

Mongolian landscape — Photo by muha04
Photo Credit: Depositphotos

這項新研究未考慮養分供應的變化如何影響植物生長。然而,養份相對比較不會隨著時間的推移而變化,但是缺水逆境卻會隨著氣候暖化繼續增加。袁說:「我們的研究結果發現VPD將隨著暖化持續增加,直到本世紀末。因此,VPD的影響將變得更加顯著。」

未參與研究的波士頓大學全球綠化研究員Ranga Myneni教授表示,這樣的研究結果突顯了缺水逆境帶給植物和土地碳匯的威脅:「缺水逆境導致植物褐變,尤其是在熱帶和北方森林中。對後者來說,這種氣候變化引發火災和蟲害,我們在過去20年間已可觀察到。作者提醒我們應注意植物日益增加的缺水逆境。」

本文經環境資訊中心授權刊登,原文發表於此

責任編輯:丁肇九
核稿編輯:翁世航

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