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中国学者的最新研究成果,烟雾越多,森林生长越快
时间:2019-09-11 17:34:39 来源:科学实验在线 作者:匿名



气溶胶散射光施肥效果示意图(图片由受访者提供)

王鑫在现场观察

森林在阴霾中生长得更快。在今年6月,这一结论与许多人的印象相反,发表在《气候变化生物学》(全球变化生物学)。王欣,博士中国科学院植物研究所的学生说,在科学界,这并不奇怪。

雾霾是一种大气气溶胶。气溶胶和胶水与质地几乎没有相似之处。它们更像是一团迷雾。它们是“悬浮在大气中的固体和液体颗粒的总称”。过去30年的观测表明,气溶胶影响全球森林的光合作用效率,浓度越高,效率越高。

王新收集的数据为这一趋势提供了实地证据。从2012年到2014年,她几乎每天都住在北京香山脚下,在她种植的杨树林里。——这是中国北方最常见的树种之一。当烟雾严重时,不远处的香山是完全看不见的。

她的观察将有助于人类进一步了解雾霾。在此之前,科学家对烟雾的大部分研究都集中在对人类健康的影响上,而对它在整个生态系统中引起的变化知之甚少。

森林生长得更快,光合作用更有效,并为地球吸收更多的二氧化碳。这种积极的效果不能成为阴霾的借口。事实上,在王欣的中国科学院植物研究所的讲师兼研究员刘玲丽看来,环境保护将面临更严格的要求。

看到一片叶子上的全球生态变化

“从长远来看,这一结论将使世界上所有国家的碳减排任务变得更加困难。”刘玲丽告诉中国青年报和中国青年在线。

世界正在努力减少温室气体排放。在《联合国气候变化框架公约的京都议定书》中规定的六种温室气体中,二氧化碳是减排的最重要任务。——国家设定减排配额,中国正在建设世界上最大的碳排放交易市场......除了气象会议上的争议外,森林还不是通过光合作用将二氧化碳转化为氧气。

王欣和刘玲丽的研究表明,烟雾越严重,森林生长和努力就越快。这意味着烟雾入侵减少,光合作用减弱,森林生长速度必然减缓,人类进行碳减排任务的能力将下降。因此,在制定碳减排计划时,应考虑到森林的作用。随着计划的推进,碳减排配额将增加,以确保每个阶段达到预期目标。水,风,阳光,生物......全球生态是一个整体,它需要一个整体。这是刘玲丽在她22年的研究生涯中更深刻的“地球哲学”。

这项关于烟雾的研究始于一封电子邮件。十年前,刘玲丽获博士学位。在北卡罗来纳州立大学的学生,讲师问她:大规模火山喷发后,全球大气二氧化碳浓度是增加还是减少?

“怎么可以减少?”她想,她的想法是火山口和烟雾中浓厚的二氧化碳,一氧化碳和硫化合物。

她错了。自20世纪80年代以来,卫星观测已帮助科学家积累了大量的第一手资料。其中,1991年菲律宾皮纳图博火山爆发的信息量最大。数据显示,在20世纪最大规模的火山爆发消退后,随着火山爆发参与全球大气环流,世界各地都出现了二氧化碳浓度显着下降的观测结果。

围绕这一现象出现了许多假设,目前学术界广泛接受的理论围绕着大气气溶胶。由火山喷发产生的大量固体硫酸盐颗粒形成气溶胶。

它就像一块遮挡阳光和生物之间的毯子,减少了辐射的总量,但它不是密闭的。它含有无数的小颗粒,可显着增强光散射,最终促进生态系统的光合作用。

如果将光线视为子弹,则没有气溶胶外壳的直接射击就像两个牛仔在露天场地中的对峙,直线和笔直,目标是清晰的。气溶胶环境中的散射就像是酒吧里的埋伏。子弹在瓶子的桌子和椅子之间反弹,任何人都可以被欺骗。

树上的叶子平均不会受到阳光照射。树冠外面的直射阳光称为太阳叶,而树冠内的内叶则不称为太阳叶。气溶胶允许光从各个方向传播,反射到树冠的下层和内层,使树叶的阴影发光。整个树冠的光利用效率得到提高,这被称为气溶胶的散射光施肥效应。

当他在美国环境保护局环境评估中心担任博士后研究员时,刘玲丽的研究方向是空气污染对生态环境的影响。气溶胶由于其复杂的颗粒结构而难以在实验室中制造。中心研究主要是在宏观层面。气溶胶的散射光施肥效应已得到证实,但树木如何生长以及叶片如何提高光合作用效率的具体证据仍然是空白。

刘玲丽的好奇心是有动力的,她希望在较小的范围内找到证据,即“看到一片叶子上的全球生态变化”。

她意识到与蟑螂撕裂的地方应该是“理想的试验场所”。

树在农田的重症监护病房

“那些年来,北京的烟雾太过规律了。”刘玲丽回忆说。每次访问,霾几乎总是持续一个星期左右,浓度在第三天和第四天达到顶点,并逐渐减弱,最后撤退,直到下一波入侵。在一个循环中,气溶胶中的颗粒首先吸引灰尘,它们滚动的越多,它们落下的越多,它们就越多。其他研究人员的观察也证实了这一定律。

王昕是刘玲丽回国后教的第一个博士生。在野外,她穿着长袖长裤和手套,帽子被拉下来遮住脸颊。远近都是农田,野外工作的人都知道她是一名大学生,但她仍然不明白她在忙什么。

在北京郊区的一小片杨树林中,王新和刘玲丽为植物创造了一个“护理病房”。细长的电线位于林地中,与大型和小型仪器相连。光合测试仪,就像在手术过程中放大的相机一样,始终记录叶片的光合速率。观察树木体液流动的导管穿入树干并滴落。森林边缘的一排漏斗记录了降雨,而高悬的探测器则注重太阳的强度。

王欣的观察是不间断的。有时天气晴朗,可以看到象山郁郁葱葱的轮廓;有时候污染很严重,而且更远的叶片隐藏在灰色中。对于他们的学徒来说,恶劣的环境有利于科学研究。

在2014年春节前,王新分析了数据,发现在时间维度上,遮荫叶片的光合速率与气溶胶浓度的变化密切相关,这是预期的。

她没想到的是另一条曲线。空气湿度的变化似乎与气溶胶浓度和生长速率非常相容。

“北京的大雾天似乎总是多云,不是吗?”刘玲丽告诉记者。空气中的颗粒就像胶水,吸收水蒸气。通常,雾度越严重,植物水蒸气的蒸发速率越低。“工厂一生忙于两件事:获得更多光线,减少水分蒸发。”树冠外面的太阳光并不缺少阳光,雾霾带来的水蒸气减少了蒸发速度。孔隙扩大,光合作用效率更高。

为了应对这一意想不到的发现,王欣和刘玲丽增添了实验设计。在接下来的两年中,茎生长的检测增加了。植物茎生长传感器像躯干一样箍在树干上,记录着身体的变化。其精度高达10微米,可以记录一层细胞。

对传感器进行为期两年的观察证实了他们的猜想:雾霾越严重,茎干越多。

学术三轮车场

“故事的逻辑更完整。”北京郊区植物细胞的生长为全球生态变化的大趋势提供了证据。大气气溶胶对光和湿度有影响,改变了森林的生长速度和光合作用效率。

刘玲丽松了一口气。她一直担心这个实验做得不好,影响王欣的毕业,“让孩子起来”。出于“保存考虑”,她还指示王欣完成另一个主题,并发送了一篇好文章,以确保她的博士学位。

导师没有让学生知道她的沉默问题。王昕出生于1986年,他觉得自己一直都有一种年轻的勇气,这种勇气并不具备挑剔性,“愚蠢”。在种植杨树林的树苗之前,她是单身,喜爱的植物。当她分析和写论文时,她结婚了。在收到出版物接受通知的前夕,她生了一个女儿。

原来的树林不见了。当时这些土地是由工厂租来的。后来,土地价格上涨,人们收回了它。据说有必要盖房子。整块杨树林被砍伐,只留下一个拳头大小的树桩,收集在刘玲丽的办公室里。

那个残骸,她一直开玩笑说她会给王欣一个嫁妆。做一个妻子,做一个母亲,做学习都是大事。

两人仍然感到遗憾。在文本上进入最核心出版物的最终审查,但未被接受,另一方认为实验中使用的树只是单一的。当时实验室的预算没有机会进行更大的实验设计,现在很难重现这种情况。随着北京近年来的不断努力,严重的污染天气已不复存在。王昕继续研究工厂助理教学的地位。有一个弟弟和妹妹,每个人都有黑皮肤。在美国一鸣惊人的火星上繁殖马铃薯幸存下来的宇航员是植物学家。在刘玲丽的眼中,这些学过的植物的孩子们的动手能力特别强,特别擅长解决问题。测量雨水的漏斗很容易被大量灰尘堵住,并且它们被窗户遮盖,以阻挡灰尘和雨水,这是便宜和有效的。现场的大型仪器需要散热24小时,覆盖雨水的塑料布不透气。它们用一定程度的倾斜百叶窗围绕仪器,以防止风雨。

实验室有一台“学术三轮车”,电动,是“设备升级”之后的车辆。弟弟驾驶它,博士大师坐在身体的金属桶里。——一般农民的位置是农民拉豌豆的地方,从植物建筑到实验田。前车辙曾经出现故障,无法控制地扭曲。

据刘玲丽介绍,孩子们正在继续研究气溶胶和生态环境。下一个研究方向之一是玉米在雾霾环境中的生长。玉米是中国最重要的经济作物之一。将采用更高精度和更灵敏的观测工具来应对不再极端的烟雾环境。

刘玲丽是唯一一个研究农业的大三学生。她从小就熟悉农田,她的父亲是贵州毕节农业研究所的工作人员。她正在办公室里种植绿色植物。 “什么样的死亡?”——这是育种专家的领域。生物学是一个广阔的领域,她更关注这些变化。现在,她正在为资金而战。 “在北京海淀区种植土地仍然很奢侈。”

在北京盛夏的阳光下,他们绕过了植物的花园。——有北京最完整的华北植物收藏。他们用路边的白毛巾迎接农民,开车进入一片空地。这些领域分为属于各种实验室的广场。管道在黄土中,花朵,水果和树木在炎热的风中摇摆。实验室已经远离田地种植了一片新的杨树林。

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