探究气候变化对植物碳吸收的影响

科学时报2007年12月24日讯 1980~2000年间，地球经历了剧烈的环境变化，大气CO2浓度增加了9%，厄尔尼诺现象、季风波动明显增加，这些变化均对陆地植被净初级生产力（Net primary productivity，NPP）产生了影响，并由之综合表现出来。在此背景下，中国的气候变化对陆地植被生产力产生了怎样的影响？与全球情况相比，这种影响存在怎样的区域差异？

发表在《科学通报》（http://csb.scichina.com）2007年52卷第21期、由北京师范大学资源学院朱文泉博士担任第一作者撰写的《气候变化对中国陆地植被净初级生产力的影响分析》一文解答了以上问题，该项研究同时受到了国家自然科学基金和教育部新世纪优秀人才支持计划的资助。

该研究通过对长时间序列的遥感对地观测数据和气候数据进行系统分析，不仅找出了气候变化对中国陆地植被NPP综合影响的量化程度，而且阐明了这种影响的区域差异。同时，该研究还有助于理解植被NPP对环境变化的表征作用。为此，《科学时报》近日对朱文泉进行了专访。

对碳循环具有重要意义

植被净初级生产力是一个生态学概念，它是指绿色植物在单位时间和单位面积上所吸收碳的总量，或由光合作用（扣除自养呼吸后）所产生的有机物质总量。

朱文泉说：“植被NPP研究的一个重要意义在于了解碳循环。植被对大气CO2具有固定作用，如果气候变化真的有助于我国植被生产力积累，那么就相当于在植被中积累了CO2。”

植被作为陆地生态系统的核心要素，不仅在全球物质与能量循环中起着重要作用，而且在调节全球碳平衡、减缓大气中 CO2 等温室气体排放，以及维护全球气候稳定等方面贡献显著。

该基金项目研究表明，中国近20年来的气候变化使温度、降水、光照均朝着有利于植物生长的方向发展。中国陆地植被NPP总量增加了24.2%，其中气候变化导致NPP增加了11.5%。

“虽然气候变化对局部地区植被有恶化作用，但就整个中国大陆来说，近20年来的气候变化对植被生长是个好的趋势。”朱文泉总结道。

朱文泉认为，如果延伸至更深层次，植被生产力提高了，其通过光合作用所释放的氧气也会增加。植被生长茂盛，其防风固沙的能力也将增强，从而会对整个环境的改善都起到重要作用。

建立植被生产力模型很难

朱文泉介绍说，建立植被生产力模型比较难，因为可用的模型很多，全球常见的就有20多种，而每种植被生产力模型都有其利与弊。当前主要的植被NPP估算模型有三类。

第一类是气候模型，它是基于植被NPP实测数据和气候数据的估算。根据收集到的不同生态系统类型的植被NPP实测数据，估算全球NPP总量。“这类模型相对简单，就是运用气象因子和我们实际的调查数据作回归分析。”

第二类模型是机理性的，它利用植被生长和环境因子之间的生物物理关系，对植物光合作用、呼吸作用等过程进行模拟。这类模型的模拟结果相对准确，但建立较为复杂。

第三类是遥感模型。随着遥感技术的发展，全球范围内积累了大量的多种空间分辨率、多时相的对地观测数据。这为进一步研究NPP与气候变化的关系奠定了良好基础。

朱文泉说：“大多数遥感模型都是基于植物光能利用率建立的，其优势是可以覆盖大区域，而且具有重复性，可以建立一个时间序列。”

“做时间序列分析需要保证每一年的数据都比较准确，才能够反映出植被NPP的变化趋势。”朱文泉说，“遥感模型可以反映这样的趋势。虽然也会存在误差，但经过矫正后，这种较小的相对误差并不会掩盖年际尺度上的植被NPP变化趋势。”

人为因素影响有待探索

朱文泉的研究表明：18年来，气候变化对中国陆地植被NPP总增长趋势的贡献率为48.1%，而其他因素对同期的NPP总增长趋势贡献率为51.9%。这些其他因素包括气候—植被相互作用、土地利用变化、植树造林等。不难发现，人类活动也会对植被NPP的变化带来重要影响。

朱文泉说，我国近年实施了退耕还林、三北防护林等重大生态工程，这些活动肯定会对植被起到一定作用。现在只能通过对气候波动影响与植被波动情况的对比，从测量的NPP变化中扣除气候因子的贡献，从而间接对人类活动影响程度进行评估，但人为因素具体作用怎样？正反作用各为多少？还是有待解决的课题。

“这是非常关键的，人类还无法控制气候变化的大趋势，但是人为因素是可以适当加以控制的。”朱文泉强调说，“如果人为因素对植被的影响程度有一个可以度量的值，我们就可以知道某个地方是否人为破坏严重，那么就有可能为某些制度的制定，如奖励制度、干部考核制度等提供相应的标准和依据的参考。如果无法考量破坏率有多大，就很难支持政策法律的实施。”

朱文泉坦言，这项工作难度很大，需要长期的研究。现在只能先从一些相对简单的生态系统入手，如北方草原区的植被相对单一，人为影响因素也相对简单。(作者：罗熹)