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近日，清華大學地球系統(tǒng)科學系副教授王焓團隊聯(lián)合澳大利亞、英國、美國等多國科研人員，首次提出基于生態(tài)進化最優(yōu)性原則的理論模型，解釋和預測了樹干呼吸的熱適應性，同時構建了全球植物樹干呼吸數(shù)據(jù)庫。相關研究證實了樹干呼吸存在普遍的熱適應現(xiàn)象。相關成果近日在線發(fā)表于《科學》。

研究發(fā)現(xiàn)，到2100年，樹干呼吸熱適應有望降低陸地生態(tài)系統(tǒng)24%至46%的碳排放，對緩解氣候變化具有重大意義。

近年來，王焓團隊基于生態(tài)進化最優(yōu)性原則，將樹干呼吸與葉片水分供應動態(tài)關聯(lián)，提出了水分黏滯阻力和蒸騰速率驅動調節(jié)全球樹干呼吸時空變異的全新理論模型。在該理論中，樹干呼吸速率應與蒸騰速率呈正比并受水分黏滯阻力的影響，從而確保植物碳利用效率的最大化。基于該理論模型，研究團隊作出關于樹干呼吸熱敏感性的關鍵預測，即環(huán)境溫度每升高1攝氏度，單位質量的基礎呼吸速率下降約10.1%，生長溫度下的呼吸速率下降約2.3%。

為進一步驗證理論，研究團隊構建了全球植物樹干呼吸數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫涵蓋了全球各氣候區(qū)68個野外站點、187個物種的8782組觀測數(shù)據(jù)以及一項升溫實驗數(shù)據(jù)。觀測結果證實了理論模型的可靠性。

隨后，研究團隊通過季節(jié)性觀測和溫室增溫實驗，在個體尺度驗證了樹干呼吸的熱適應現(xiàn)象。此外，在5項樹種幼苗的增溫實驗中，所有實測結果均與理論預測值高度一致。

研究團隊進一步評估了樹干呼吸熱適應對全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量的影響。結果顯示，當前全球樹干呼吸年碳排放量約為270億噸，相當于人為排放的2至3倍。應用于未來氣候變化情景分析，在考慮熱適應的機制下，至2100年，樹干呼吸預測值將降低24%至46%的碳排放。

研究表明，現(xiàn)有地球系統(tǒng)模型因忽略樹干呼吸熱適應機制，可能顯著高估氣候-碳正反饋效應。這一發(fā)現(xiàn)為修正全球碳預算和氣候預測提供了關鍵理論基礎和數(shù)據(jù)支持。

下一步，研究團隊將深入探究土壤水、二氧化碳濃度等環(huán)境因子及植物水力特征等內在因素的影響，闡明樹干呼吸熱適應的具體機制，并將生態(tài)進化最優(yōu)性理論框架及樹干呼吸的熱適應特性整合到地球系統(tǒng)模型中。這些工作將顯著提升全球碳循環(huán)動態(tài)模擬的準確性，助力氣候治理決策。