清华队新发现：树木竟知道“节能降耗”

您知道吗?树不但能呼吸，还能根据温度自动调节呼吸强度。

近日，清华大学地球系统科学系副教授王邈团队与澳大利亚、英国、美国等多个国家的研究人员联合，首次提出了基于生态进化最佳原则的理论模型，解释和预测了杆式呼吸热适应性，同时建立了全球植物杆式呼吸数据库。相关研究证实了杆式呼吸的普遍热适应。相关成果最近在《科学》杂志上发表。

研究表明，到2100年，预计将减少24%的陆地生态系统对树杆呼吸热的适应。～碳排放46%，对于缓解气候问题具有重要意义。

传统观点认为，温度升高会显著增强树木的呼吸功能，进而加剧气候变暖。然而，近年来的研究表明，植物可以通过热适应机制减弱呼吸功能来响应温度升高。

虽然已经有很多关于叶片和根系的热适应的研究，但是树杆有类似的热适应吗?背后的生理调节机制是什么?这种适应如何影响长期气候变暖环境下的全球碳循环?这些问题的答案对于准确预测未来气候问题尤为重要

近年来，基于生态进化的最佳原则，王锶团队动态地将杆呼吸与叶片供水联系起来，提出了一种新的理论模型，即水粘滞阻力和蒸腾速率驱动和调整全球杆呼吸时空变化。在这一理论中，杆呼吸速率应与蒸腾速率成正比，并受水粘滞阻力的影响，以最大限度地提高植物碳的利用效率。

基于这一理论模型，研究小组对树杆的呼吸热敏感性进行了重点预测，即每升高1摄氏度的环境温度，单位质量的基础呼吸速率降低约10.1%，生长温度下的呼吸速率降低约2.3%。

为了进一步验证理论，研究小组建立了全球树杆呼吸数据库。该数据库包括全球68个野外网站、187个物种的8782组观测数据和一个温度测试数据。

根据观察数据，在全球空间温度领域，参照温度和生长温度，单位质量树杆呼吸速率的热敏度分别为-9.8。±0.3%K-1和-1.5±0.3%K-结果与理论估计值高度一致，有力地验证了理论模型的稳定性。

随后，研究小组在个人尺度上通过季节性观测和温室加热试验验证了杆式呼吸热适应现象。具体来说，根据季节性数据的偏差分析，基本呼吸速率的热敏感度为-10.6±0.5%K-1.对蒸腾速率的反应敏感度为103.8.±1.8%

另外，在五种树种幼苗的加热试验中，经过一周的处理，基础呼吸速率下降约10.6±1.6%K-1。所有实测结果均与理论估计高度一致。

研究小组基于理论和观察的一致性，进一步评估了杆式呼吸热对全球陆地生态系统碳通量的影响。数据显示，全球杆式呼吸年碳排放量达到27.4±5.9 PgC，相当于人为排出的2～三倍。对SSP126和SSP585未来气候问题情景进行分析，在考虑热适应的机制下，到2100年，树杆呼吸估计将分别减少24%和46%。

研究发现，目前地球系统模型可能高估气候-碳正反馈效应，因为忽视了树杆的呼吸热适应机制。这一发现为全球碳预算和气候预测的调整提供了关键的理论基础和数据支持。

下一步，研究小组将深入探究环境因素的影响，如土壤水、二氧化碳浓度和植物水力特性，阐明树杆呼吸热适应的具体机制，将生态进化的最佳理论框架和树杆呼吸热适应特性整合到地球系统模型中。这些工作将显著提高全球碳循环动态模拟的准确性，帮助气候治理决策。