最近，來自美國(guó)的一則消息給人類試圖通過造林減少二氧化碳排放、延緩全球變暖的努力，籠罩了一層陰影?？茖W(xué)家們連續(xù)7年的觀測(cè)表明，依賴樹林來儲(chǔ)存人類過度排放的二氧化碳(CO₂)相當(dāng)困難。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、杜克大學(xué)著名生物地球化學(xué)家施萊辛格，甚至直截了當(dāng)?shù)卣f：“我不會(huì)對(duì)此抱有任何希望?！?/p>

這個(gè)試驗(yàn)在北卡羅來那州郊外的一片松樹林內(nèi)進(jìn)行，科學(xué)家們利用一種自由CO₂氣體施肥試驗(yàn)(FACE)裝置研究森林植物對(duì)模擬CO₂濃度升高的響應(yīng)。他們將CO₂濃度由幾年前的350ppm(ppm是濃度單位，為百萬分之一，現(xiàn)在大氣的CO₂濃度為380ppm)，提高到700ppm(科學(xué)家預(yù)計(jì)2050年全球CO₂濃度將達(dá)到的值)，每天將數(shù)噸CO₂從一圈豎立的鋼管(鋼管面向植物的一面有一排開口)向森林釋放，并觀察森林生長(zhǎng)狀況及對(duì)碳的固定能力。

FACE試驗(yàn)最早由亞歷桑那州的鳳凰城美國(guó)農(nóng)業(yè)部水土保持實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)，開始是應(yīng)用于棉花、小麥等農(nóng)作物。1995～1996，年筆者在美國(guó)哥倫比亞大學(xué)生物圈二號(hào)從事合作研究時(shí)，曾經(jīng)對(duì)該設(shè)施進(jìn)行過考察。CO₂濃度通過計(jì)算機(jī)控制，由一圈垂直的管道直接通入大田，形成一個(gè)直徑約23米的高濃度CO₂人工圓形場(chǎng)。其他環(huán)境條件如溫度、濕度、風(fēng)速、光照等保持不變。維持這個(gè)項(xiàng)目的費(fèi)用很高，僅CO₂一項(xiàng)每年約耗資100萬美元。這是目前公認(rèn)的研究植物對(duì)高CO₂濃度響應(yīng)的最理想手段。后來聽說有人加高了FACE裝置的高度，對(duì)較大面積的森林進(jìn)行試驗(yàn)。

應(yīng)當(dāng)說，從試驗(yàn)手段的先進(jìn)程度來看，施萊辛格他們對(duì)森林的試驗(yàn)結(jié)果是可信的。那么植物出現(xiàn)的反應(yīng)說明了什么?其實(shí)，他們的發(fā)現(xiàn)早在十幾年前就已經(jīng)有人提出來?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)的不過是植物的一種正常反應(yīng)，我們稱之為光合作用馴化、光合適應(yīng)或者光合作用下調(diào)。

植物光合作用的原料是CO₂和水分，產(chǎn)物是碳水化合物和氧氣。因此，理論上說，空氣中CO₂的濃度升高對(duì)于植物的光合作用來說是個(gè)好消息，具體到農(nóng)業(yè)上可以增產(chǎn)，在林業(yè)上可以獲得更多的木材。換句話說，如果固定到木材、根系以及土壤中的碳增多，多栽森林就可以減少大氣中的CO₂濃度，進(jìn)而達(dá)到減少溫室氣體，為地球降溫的目的。這正是《京都議定書》規(guī)定各締約國(guó)采用植樹造林完成溫室氣體減排的重要理論依據(jù)之一。

那么，問題出在什么地方呢?人類目前還沒有辦法模擬長(zhǎng)期(幾百年甚至幾萬年)空氣中CO₂濃度升高對(duì)植物的影響。一些短期的試驗(yàn)(筆者十年前也曾對(duì)森林植物、農(nóng)作物做過大量的試驗(yàn))，時(shí)間尺度都局限在秒、天、月，或最多幾個(gè)特定季節(jié)(包括美國(guó)人的試驗(yàn))。短期試驗(yàn)中，植物給出的信號(hào)是生長(zhǎng)迅速，驗(yàn)證了《京都議定書》的理論。然而，遺憾的是，科學(xué)家們后來發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，植物的光合增加開始減緩，后來甚至?xí)陆?。圍繞著這一現(xiàn)象，科學(xué)家們從微觀的分子結(jié)構(gòu)到宏觀的群落學(xué)做了大量分析，最終得出比較一致的結(jié)論：雖然CO₂濃度升高可以刺激光合生長(zhǎng)，但是，光合作用馴化、適應(yīng)或者光合作用下調(diào)最終難以避免。這好比一個(gè)饑餓的人，突然給他大量的食物，開始效果很好，一旦吃飽了，再多吃非但沒有好處，反而有害了。

從生態(tài)學(xué)的角度來看，任何生態(tài)因子包括CO₂在內(nèi)，不是單獨(dú)對(duì)植物發(fā)生作用的，生態(tài)因子對(duì)植物的影響也不僅局限在植物本身，而是對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)影響，并最終波及到人類，因?yàn)槿祟愐彩堑厍蛏锶Φ某蓡T之一?？茖W(xué)家們?cè)缇妥⒁獾剑夂献饔锰岣吆?，土壤營(yíng)養(yǎng)元素尤其是氮的供應(yīng)必須跟上來，這在農(nóng)業(yè)上可以通過施肥解決，但在廣闊的草原和森林區(qū)域就難以實(shí)現(xiàn)。即使解決了氮的供應(yīng)問題，其他土壤營(yíng)養(yǎng)元素磷、鉀、鐵、鋅等，以及水、溫度、光照也都會(huì)出現(xiàn)問題，這里還沒有考慮到物種的復(fù)雜響應(yīng)?？梢?，人類如果通過干預(yù)生態(tài)系統(tǒng)來達(dá)到自己的目的將會(huì)手腳忙亂，徒于應(yīng)付。更危險(xiǎn)的是，生態(tài)平衡一旦打亂，就像當(dāng)年澳大利亞引進(jìn)兔子造成生態(tài)災(zāi)難一樣，最終會(huì)事與愿違，令人類的美夢(mèng)難以成真。

美國(guó)人對(duì)森林的FACE試驗(yàn)驗(yàn)證了上面的假設(shè)：試驗(yàn)林的樹木在高濃度CO₂環(huán)境下，持續(xù)了4年快速生長(zhǎng)之后，其生長(zhǎng)速度慢了下來，僅比對(duì)照樹木的增長(zhǎng)幅度高6％左右，這在統(tǒng)計(jì)學(xué)上就沒有多大意義了?？焖偕L(zhǎng)的樹木很快就把土壤中的養(yǎng)分耗盡了，持續(xù)增長(zhǎng)后勁不足。

另外，令科學(xué)家們始料未及的是，由于樹木將更多的碳通過根系轉(zhuǎn)移到土壤中，土壤中的微生物大量繁殖，這些微生物不是將碳蓄積在土壤中，而是把植物吸收的碳再以CO₂的形式排回到大氣中，致使樹木好不容易“俘虜”的碳又讓微生物給“釋放”了。除了微生物，筆者在美國(guó)生物圈二號(hào)的試驗(yàn)還證實(shí)，植物的呼吸也釋放大量的碳，前者可將植物固定的碳(比例為30％～50％)重新返回大氣。

CO₂是重要的溫室氣體。以前科學(xué)家們擔(dān)心它的濃度過低會(huì)影響作物產(chǎn)量，現(xiàn)在則是懼怕它的快速增加會(huì)使地球增溫。這一認(rèn)識(shí)過程的變化，前后不到30年的時(shí)間。那么，CO₂為什么會(huì)使地球變暖呢?原來，CO₂、CH₄、NOx以及大氣中的其他一些痕量氣體，科學(xué)家們稱它們?yōu)闇厥覛怏w，它們就像一層塑料膜罩在地球表面，當(dāng)太陽光中的紅光或者紅外光穿透了這層“罩”后，就不容易返回太空了。熱的光線只進(jìn)不出，打亂了熱量平衡，就使得地球增溫。我們常說全球變化，或者全球變暖，指的都是以CO₂為主的溫室氣體增加所誘發(fā)的人類氣候?yàn)?zāi)難。這個(gè)過程可以簡(jiǎn)要總結(jié)為：生物進(jìn)化—人類出現(xiàn)—工業(yè)革命—溫室氣體增加—全球變化—生物圈改變—人類滅亡—生物再進(jìn)化。

解鈴還需系鈴人。既然我們知道CO₂是使地球增溫的主要元兇，就要千方百計(jì)減少它在大氣中的含量。CO₂增加是工業(yè)革命以后的事，主要原因是人類將地下沉睡了幾億年的煤炭、石油、天然氣在很短的時(shí)間內(nèi)挖出來燒掉，其中以火力發(fā)電廠的“貢獻(xiàn)”最大。因此，減少CO₂排放最明智做法是，集中精力減少煤炭等化石燃料的使用。

陸地植物能夠固定CO₂，這一點(diǎn)是毫無疑問的。由于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的嚴(yán)重不平衡，非洲等地的熱帶森林砍伐嚴(yán)重，使其固定碳的作用下降；中國(guó)的北部、西北部荒漠化嚴(yán)重，大量土壤以及土壤中的碳被釋放，這都會(huì)造成空氣中的CO₂增加。盡管如此，地球上碳的最大儲(chǔ)藏庫在海洋而不是陸地，即使將陸地都用綠色植物覆蓋，固碳作用也不如海洋，況且陸地上許多地方根本不能生長(zhǎng)林木，甚至連草都不能長(zhǎng)。所以，依靠造林固碳為地球降溫是下策。

那么，人類是否在全球變暖面前束手無策呢?顯然不是。當(dāng)務(wù)之急是發(fā)展替代能源和可再生能源，減少煤炭的燃燒量；在能源利用上發(fā)展小水電，發(fā)展沼氣、太陽能、風(fēng)能、潮汐能發(fā)電，發(fā)展有安全保障的核電，各地解決自己的能源問題。另一方面，人類要節(jié)約能源。富裕國(guó)家、富裕人群對(duì)能源的浪費(fèi)非常嚴(yán)重，節(jié)能甚至比造林固碳更加重要。第三是維護(hù)生態(tài)平衡，減少人類活動(dòng)對(duì)陸地的干擾，保護(hù)海洋。

此外，植樹造林要選擇適合的物種和地點(diǎn)，恢復(fù)天然植被，盡量避免單一物種造成的“綠色荒漠”。轉(zhuǎn)變土地使用功能，想盡各種辦法固定土壤，有了土才能有植被，才能固定空氣中的碳。有人說，沙塵暴可以為海洋帶來養(yǎng)料，中和酸雨危害，這個(gè)觀點(diǎn)是非常錯(cuò)誤的。沙塵暴損失的是寶貴的土壤，土壤的大量損失只能加劇全球變暖災(zāi)難。

[實(shí)習(xí)編輯] 趙菲