我们听说过温室气体排放将如何推动人们体验温度和降水量变化的预测。 但是，这些变化如何影响世界森林，对未来也有广泛的影响。

温暖的冬天，因此更长的季节，导致树木增长更快？ 如果是这样的话，树木的快速增长可能会减缓气候变化的速度，因为树木在成长过程中会吸收碳排放。

或者也许炎热的夏季将意味着更多的干旱状况，从而阻碍了树木的生长能力，从而导致我们的林地恶化。

在一个 最近的一篇文章，我和我的同事们着手绘制一张气候变化如何影响整个北美大陆树木生长的地图。 为了做到这一点，我们挖掘了许多专业领域生态学家在过去几十年收集的1900-1950期间树木生长的历史记录， 国际树木年轮数据库.

我们发现，北美大部分地区树木的日常生活将变得更具挑战性，尽管二氧化碳浓度上升可能会对树木造成潜在的益处。 这与一些科学家希望气候变化将对北纬森林有很大好处是相矛盾的。

树木如何应对气候

预测未来树木生长的第一个障碍是了解不同生态系统中的树木如何对气候波动做出反应。

你可能猜测，在寒冷的北方森林里，有一点热量可能会帮助树木生长，而西南沙漠地区更多的热量很可能是树木最不想要的东西。 这一观察促使以前的科学家们制定了“北方绿化” 假说 - 全球变暖将导致北方北方森林发展得更快，有助于缓解气候变化。

我们使用历史树木年轮数据来绘制区域气候和树木生长之间的关系。 将每个年轮与相应年份的天气模式相匹配，我们可以了解树木如何应对气候波动。 例如，我们看到6月份以上的气温高于平均气温的阿拉斯加州费尔班克斯地区的树木生长速度较快，但在类似菲尼克斯的气候下增长较慢。

随着气候变化，我们可能会期待树木的反应也会发生变化。 例如，在费尔班克斯，我们的模型实际上预测，未来6月以上的气温高于平均水平将对树木生长造成不利影响，这与历史关系相反。 为什么？ 费尔班克斯变得如此热情，以至于转移到一个新的气候带，在这个气候带中，额外的变暖已经成为一种损害。 其他研究人员实际上已经开始看到这样一个 移位发生在地面上 在阿拉斯加。

一旦我们描述树木如何应对整个非洲大陆的气候变化，我们可以使用联合国的预测 政府间气候变化专门委员会 （IPCC）预测整个非洲大陆树木生长的相应变化。 对于北美地图上的每个像素，我们都预测了森林将如何根据这两套信息 - 即通过树木年轮分析建立的增长 - 气候关系以及非洲大陆气候变化的预测而发生变化。

碳肥

我们研究的这个难题还有一个问题。 气候变化主要是由于二氧化碳的积累，植物利用二氧化碳进行光合作用。 就像我们呼吸着氧气一样，植物呼吸着二氧化碳来生存。 因此，增加二氧化碳量可能直接加速树木生长。 这被称为“二氧化碳施肥“因为这就像我们正在通过空气向植物施肥以帮助它们生长一样。

科学家们 深深分裂 关于这种类型的碳肥是否真的会造成增长，如果是的话，多少。 在我们的文件中，我们并没有试图解决这个问题。 相反，我们只是将多种不同的可能性包括在碳肥的强度中。

为了模拟碳肥，我们使用了教授提出的一个巧妙的小技巧 Graham Farquhar 澳大利亚国立大学。 诀窍依赖于植物呼吸二氧化碳的事实，水分逃逸。 想想叶子上的毛孔就像张开和闭合呼吸的小嘴巴。 植物需要张开的呼吸越多，水越多。 所以植物尽量保持嘴巴尽量闭合。

如果二氧化碳在空气中漂浮的浓度非常高，植物只需要一小口空气就可以开口，而不会损失太多的水。 因此，当我们用空气中的碳对植物施肥时，这直接减少了植物能够保留的水量 - 使用更多的CO2，叶子的毛孔将更有效地吸收气体，并且在此过程中损失更少的水。

我们可以假装植物得到更多的雨水，而不是试图模拟更多的空气中漂浮的碳。 对生长的最终影响应该基本相同，因为碳吸收和水分保持直接相关。

在沙漠地区，水资源非常丰富，植物高度保持闭门造车的动力，为了帮助植物生长，有一点点的碳肥（或者多一点的雨水）应该会有很大的帮助。 相反，在热带雨林里，植物可以用很少的成本保持张开嘴，但是施肥（或者额外的雨）可能对帮助植物没有太大帮助。

在我们的研究中，我们通过简单地将更多未来降水添加到我们的模型中来模拟碳肥。 为了满足那些强烈相信碳肥将会被淘汰的科学家们的需求，在一些模拟中，我们增加了额外的水分，这些额外的碳元素与预计释放到大气中的额外碳的数量成比例。 为了满足那些不相信碳肥效应的科学家将会淘汰，我们也在没有任何增加水的情况下进行模拟。 我们之间进行了各个层面的模拟。

我们的模型的预测

在一天结束的时候，我们关于树木增长如何应对气候变化的地图是令人震惊的。

在大陆西部和中部的大部分地区，我们看到树木生长速度大幅度下降，到本世纪下半叶，树木生长速度减缓到75。 但是，在太平洋西北部，加拿大西部和美国东南部等大陆海岸附近的一些地区，我们看到一些地区的树木增长率有所上升。

平均而言，在没有碳肥效应的情况下，我们的模型预测，在气候变化委员会提出的最坏的气候变化情景下，整个非洲大陆的增长率将近20百分比（这种情景在整个非洲大陆的变暖预测为6摄氏度） 。

我们发现，要消除这种放缓，需要一个非常大的碳肥效应（根据我们几个研究的共同作者的观点，这是非常大的）。 而且，在整个大陆的大部分地区，无论碳肥施用效果如何，我们的模型都预测增长速度将会放缓。

另外，在我们的模拟中，我们没有看到北部冷林增长速度的大幅增加。 所以平均而言，我们没有看到“北方绿化”。如果有的话，我们看到这些森林的放缓。 这很大程度上是由于树木如何应对费尔班克斯地区的气候变化所驱动的。

这是什么意思

我们分析的含义是，森林似乎并没有准备好将我们从气候变化中拯救出来。

我们的模型表明，我们大部分的森林将在未来增长缓慢。 当然，这将直接影响我们和其他物种依赖树木的所有方式。 但它也将反馈到气候变化本身。 由于全球变暖导致树木吸收较少的碳，空气中会留下更多的碳，造成更快的变暖，从而形成一个加速周期。

此外，树木生长持续多年可能会耗尽生存所需的资源，使它们容易受到严重的干旱或昆虫爆发。 这可能意味着我们预测的增长放缓可能会导致大面积死亡。 换句话说，森林的图片可能比我们的模型暗示的更为暗淡。

在我们的模型中，我们没有考虑森林采伐方式或森林经营方式的变化。 在很多地区，森林正在快速恢复，因为我们最近停止了采伐。 这些因素应该被认为是在我们的预测之上增加的另一层。

这项研究，就像任何一种类似的，实际上是对未来的估计。 我认为这样的预测并不是对即将发生的事情进行艰难的预测，而是作为合理的可能性。 有这么多的未知因素，其中包括未来的气候可能会和我们过去所看到的完全不同。

当然，最大的不确定因素是我们的人类社会将如何减少温室气体排放。

关于作者

Noah Charney，生态学和进化生物学博士后研究助理， 亚利桑那大学

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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