你知道吗？树木不仅会呼吸还会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王焓副教授团队联合澳大利亚、英国、美国等多国科研人员首次提出基于生态进化最优性（EEO）原则的理论模型，解释和预测了树干呼吸的热适应性，构建了全球植物树干呼吸数据库，证实了树干呼吸存在普遍的热适应现象。相关成果以“树干呼吸热适应表明气候碳反馈作用的减弱”为题在《科学》（Science）期刊在线发表。

研究发现，到2100年，树干呼吸热适应有望降低陆地生态系统24%～46%的碳排放，对缓解气候变化具有重大意义！

打破传统！树干呼吸的热适应

树干呼吸释放的二氧化碳是陆地生态系统碳排放的重要来源之一。传统观点认为，温度升高会显著增强树木呼吸作用从而加剧气候变暖。然而，近年来的研究表明植物可通过热适应机制（thermal acclimation）来减弱呼吸作用对升温的响应。尽管叶片和根系的热适应已有较多研究，但树干是否存在类似的热适应现象？其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背景下的全球碳循环？这些问题的解答对准确预测未来气候变化至关重要。

近年来，研究团队基于生态进化最优性（EEO）原则，创新性地将树干呼吸与叶片水分供应动态关联，提出了水分粘滞阻力和蒸腾速率驱动调节全球树干呼吸时空变异的全新理论模型。在这一理论中，树干呼吸速率应与蒸腾速率呈正比，并受水分粘滞阻力的影响，从而确保植物碳利用效率的最大化。基于该理论模型，研究团队得出了关于树干呼吸热敏感性的关键预测，环境温度每升高1°C，单位质量的基础呼吸速率（rs25）下降约10.1%，生长温度下的呼吸速率（rs.gt）下降约2.3%。

全球68个站点、近万组数据

为进一步验证理论，研究团队构建了全球树干呼吸数据库，涵盖全球各气候区68个野外站点、187个物种的8782组观测数据以及一项升温实验数据。观测结果显示，在全球的空间温度梯度上，参考温度和生长温度下单位质量树干呼吸速率（rs25，rs.gt）的热敏感性分别为–9.8±0.3%K–1和–1.5±0.3%K–1，与理论预测值高度吻合，有力证实了理论模型的可靠性。

随后，研究团队通过季节性观测和温室增温实验，在个体尺度验证了树干呼吸的热适应现象。具体而言，基于季节性数据的偏残差分析表明，基础呼吸速率（rs25）的热敏感性，为–10.6±0.5%K–1，响应蒸腾速率的敏感性为103.8±1.8%。

此外，在5项树种幼苗的增温实验中，处理一周后基础呼吸速率（rs25）降幅约在10.6±1.6%K–1。所有实测结果均与理论预测值高度一致。

有望降低约1/3的碳排放

近年来，研究团队基于生态进化最优性（EEO）原则，创新性地将树干呼吸，与叶片水分供应动态关联，提出了水分粘滞阻力和蒸腾速率，驱动调节全球树干呼吸时空变异的全新理论模型。在这一理论中，树干呼吸速率应与蒸腾速率呈正比，并受水分粘滞阻力的影响，从而确保植物碳利用效率的最大化。基于该理论模型，研究团队得出了关于树干呼吸热敏感性的关键预测，环境温度每升高1°C，单位质量的基础呼吸速率（rs25）下降约10.1%，生长温度下的呼吸速率（rs.gt）下降约2.3%。

下一步，研究团队将深入探究土壤水、CO2浓度等环境因子及植物水力特征等内在因素的影响，阐明树干呼吸热适应的具体机制，并将生态进化最优性（EEO）理论框架及树干呼吸的热适应特性整合到地球系统模型中。这些工作将显著提升全球碳循环动态模拟的准确性，助力气候治理决策。

地球系统科学系2022级博士生张瀚为论文第一作者，王焓副教授为通讯作者，来自西悉尼大学、雷丁大学、帝国理工学院、埃克塞特大学、加州大学伯克利分校等科研单位的合作者参与了这项研究。

编辑：李华山