改善气候模型以解释植物行为会产生“好消息”的新闻

光合作用 - 非活动期的养分吸收占全球年吸收的很大比例。该图显示了在光合作用 - 非活动期间发生的一年生植物氮吸收的比例。

气候科学家尚未正确考虑植物在夜间所做的事情，事实证明，这是一个错误。能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的一项新研究发现，在没有光合作用的情况下，植物养分吸收会影响到大气的温室气体排放。

在今天发表在“自然气候变化”上的一项研究中，主要作者William Riley演示了如何改进气候模型以更准确地表示土地生物地球化学动态。利用他们开发并整合到能源部能源超大地球系统模型(E3SM)中的新的全球土地模型，莱利和他的团队发现，植物可以吸收更多的二氧化碳，土壤中的氧化亚氮损失比之前想象的要少。他们的全球模拟意味着陆地生态系统对大气的反馈比现有模型预测的要弱。

伯克利实验室地球与环境科学领域的科学家莱利说：“这对气候模型目前来说是个好消息。”“但这并不是一般的好消息 - 它不会解决问题。无论怎样，植物都无法跟上人为的二氧化碳排放量;只是它们可能比目前的模型表现更好。”

人类已经发射的创纪录的34亿吨CO的2每年，平均在过去十年中。其中大约一半留在大气中，而其余的则被海洋和陆地吸收(通过光合作用);后者的数量，称为陆地碳汇，根据火灾，干旱，土地使用和天气等因素逐年变化。

科学家们正在试图了解日益增加的全球二氧化碳排放量将如何影响陆地碳汇，估计当前是二氧化碳的11亿吨介于0和2每年，包括土地利用变化，大的年际变化。另一个复杂因素涉及陆地氧化亚氮，它是一种从土地和农业及工业活动中自然释放的强大温室气体。换句话说，植物在多大程度上能够改善人为二氧化碳排放量?

新伯克利实验室的研究发现，无法正常占在夜间和在非生长季做什么植物，气候模型可能是由二氧化碳2.4亿吨低估了陆地碳汇和高估氧化亚氮的释放，后者2-等同每年。“与目前的陆地碳汇相比，这个数字相当可观，”莱利表示，根据年份的不同，大约四分之一到100%以上。

植物微生物竞争营养素

植物吸收二氧化碳的能力受到土壤养分，特别是氮和磷的可用性的限制。营养越丰富，植物就越能利用大气中的二氧化碳。土壤中的微生物也是一个因素，因为它们与植物竞争营养。

事实上，微生物在碳循环中起着重要作用，植物，土壤和微生物之间的相互作用是复杂的，对气候科学家提出了挑战。大多数气候模型都认为植物只有在要求它进行光合作用时才能在土壤中竞争养分，而不是在夜间或非生长季节。

“大多数气候模型忽略的是这种非常强大的观测文献，显示植物即使在不进行光合作用时也能从土壤中获取氮，”莱利说。

伯克利实验室通过其微生物到生物群落计划一直专注于植物 - 土壤 - 微生物相互作用的主题，它将成为生物和环境计划整合中心的核心主题，或BioEPIC，这是一个可以容纳其中一个的拟议设施。 - 推动能源部在能源和环境科学领域的使命目标的实验能力。一个目标是以规模和受控的方式表示和研究这些过程。

“这项研究表明，在更加机械地代表对气候重要的陆地过程方面取得了进展，并且对于BioEPIC非常重要，”莱利说。

降低一氧化二氮的排放量

在这项研究中，该论文的共同作者，伯克利实验室研究员朱清，对120项植物短期氮吸收试验进行了荟萃分析，以测试其新的全球土地模型ELMv1。“我们还比较了夜间养分吸收与白天和非生长季节的观察结果，”莱利说。“我们非常有信心模型中的基本机制是正确的，这种荟萃分析和个别网站观察支持了这一点。”

他们发现，由于植物和微生物竞争营养，在没有光合作用的情况下，很大一部分营养吸收发生。“数量因纬度而有很大差异，但在高纬度地区，如北极地区，大约20%的植物每年的氮吸收量发生在生长季节之外。在热带地区，夜间吸收量达到55%，”他说。说过。“这对植物来说是一笔巨大的交易，并将促进大气中的碳吸收，目前在大多数气候模型中都被忽略了。”

“这种类型的模型的改进将帮助我们更好地了解未来的CO影响2排放量，”莱利说。

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