根據發表在《Science Advances》上的一項新研究，樹木不一定會在其持續進行光合作用的整個時間內持續生長。研究人員發現，橡樹在年度生長結束後仍會持續吸收二氧化碳，這表明森林儲存於木材中的碳量可能比許多現有的氣候模型預測的要少。
這項發現挑戰了一個長期存在的假設，即較高的光合作用速率自然會帶來較大的樹木生長。如果樹木持續吸收碳，但沒有將大部分碳轉化為新的木材，那麼長期儲存的碳量可能會減少。
樹木在停止生長後仍持續捕捉碳
森林在減緩氣候變遷方面扮演著重要角色，因為樹木會從大氣中吸收二氧化碳（CO2），並將其中大部分儲存在樹幹、樹枝和根部。科學家普遍預期，大氣中二氧化碳濃度的升高會促進光合作用，進而加速生長並增加長期的碳儲存。
新的研究結果顯示，這種關係更加複雜。雖然樹木可能持續吸收額外的碳，但其中大部分不一定會轉化為新的木材。相反，這些碳可能用於生產葉片、支持短壽命的代謝過程，或用於其他功能，從而減少森林儲存的碳量，與先前的預期相比。
這些結果可能對氣候預測產生重要影響。
「目前，大多數模型假設光合作用就意味著生長。我們發現事實並非如此，」該研究的主要作者、哥倫比亞大學氣候學院 Lamont-Doherty 地球觀測站的生態氣候學家 Mukund Palat Rao 表示。「僅僅因為有更多的光合作用，並不一定意味著未來樹木的生長會更多。」
為何光合作用與生長不同
在光合作用過程中，植物利用陽光將二氧化碳和水轉化為糖，同時將氧氣釋放到大氣中。捕獲的碳保留在植物體內，但並非全部用於建造木材。
其中一部分碳會轉化為樹幹、樹枝和根部的木質組織，這些組織可以儲存數十年、數百年甚至數千年。其餘的碳則支持葉片和果實的生產，暫時以澱粉的形式儲存，或轉化為釋放到土壤中的化合物，以滋養微生物群落、改善養分吸收，並幫助樹木抵抗疾病。
由於木材能夠長期儲存碳，因此了解通過光合作用捕獲的碳有多少最終轉化為木質生物量，對於估計森林如何幫助減緩氣候變遷至關重要。
「從理解森林如何長期儲存碳的角度來看，了解光合作用與生長之間的聯繫非常重要，」Rao 說。
追蹤美國的樹木
科學家先前曾懷疑碳吸收與樹木生長並不總是同步的，但過去缺乏足夠詳細的觀察來充分理解原因。
為了進行調查，Rao 和他的同事結合了多種數據來源。他們分析了能夠偵測美國東部和加州 137 個橡樹林地光合作用的衛星影像。他們還使用了每小時測量樹冠二氧化碳濃度的儀器，以及附著在樹幹上追蹤樹幹尺寸微小變化的感測器（樹木傾向於在夜間因根部吸收水分而膨脹，白天因蒸騰作用而略微收縮，長期趨勢累積成生長）。該團隊還納入了涵蓋 1950 年至今的樹木年輪記錄和溫度數據。
總之，這些數據集提供了光合作用、碳吸收和樹木生長的每日測量數據。
樹木在光合作用結束前數月停止生長
研究人員發現了生長與光合作用之間的明顯區別。
在美國東部的地點，橡樹通常在 5 月至 7 月生長，但光合作用一直持續到 10 月。在其生長在夏末停止後，仍有約 36% 的年度碳同化發生。
加州的橡樹顯示出不同的季節性時間表，但總體模式相同。生長通常發生在 12 月至 4 月之間，然後在夏中期減緩並在 8 月結束，儘管光合作用仍在繼續。約有 26% 的樹木年度碳吸收發生在其生長停止之後。
根據 Rao 的說法，解釋很簡單。樹木生長取決於內部的水壓，而在炎熱乾燥的條件下，這種壓力會迅速下降。
「一旦出現乾燥炎熱的條件，生長活動幾乎會立即停止，而光合作用似乎會以略微降低的速率繼續進行，」Rao 說。
生長停止後捕獲的部分碳會被儲存起來，以幫助在下一個生長季節開始時促進生長。其餘的碳則用於生產新的根和葉，或被氧化以維持活細胞在冬季的運作。
研究人員仍然不確定有多少碳最終會轉化為長期的木質生物量，又有多少會在較短的時間內返回大氣。然而，研究結果表明，對於預測在溫暖、富含二氧化碳的世界中，森林將變得更大並儲存更多碳的觀點，可能需要重新考慮。
該團隊還發現，在當地天氣在異常濕潤和異常乾燥條件之間擺動的年份裡，光合作用與生長之間的脫節變得更加明顯。由於預計氣候變遷將增加許多地區這種變異性，這種模式在未來可能會變得更加普遍。
Rao 和他的同事們目前正在調查類似的模式是否也發生在其他樹種、森林生態系統和氣候中。他預計光合作用與生長之間的分離程度會因森林而異，但他表示仍有許多問題有待解答。
「我還沒有答案，」他說。「還有很多問題需要解決。」
