南非的林波波省——这是一个由于土壤湿度异常导致碳吸收量减少的半干旱地区。这一下降趋势预计会持续整个21世纪。
2018年，全球二氧化碳排放量达到了历史新高，仅在美国就增加了约3.4%。这一趋势令科学家、政府官员和行业领导人更加担忧地球的未来。正如联合国秘书长António Guterres在12月3日举行的第24届联合国气候大会开幕式上所说，“我们深陷气候变化的困境。”
2019年1月23日，《自然》杂志上发表的一项哥伦比亚工程研究证实了应对气候变化的紧迫性。尽管我们已经知道极端天气会影响碳吸收的年际变化，一些研究者认为可能存在更长期的影响。但这项研究第一次量化了整个21世纪的影响。研究表明，较湿润的年份不会补偿由诸如干旱或热浪造成的较干旱年份的碳吸收损失。
人为二氧化碳排放，即由人类活动造成的二氧化碳排放，正在增加地球大气中的二氧化碳浓度，并对地球的气候系统造成非自然的变化。这些二氧化碳排放对全球变暖的影响只有一部分被陆地和海洋缓和。目前，海洋和陆地生物圈（森林、稀树草原等）吸收了这些二氧化碳排放的约50%。这解释了海洋的酸化和珊瑚礁的白化现象，以及森林中碳储量的增加。
“但是，我们不能确定陆地能否继续以当前的速率吸收人为排放的二氧化碳。” Pierre Gentine说。他是地球与环境工程的副教授，同时也是领导该项研究的地球研究所的附属教授。“如果陆地吸收二氧化碳的速率达到了最大，那么全球变暖就可能加速，这将为人类和地球环境带来巨大的影响。所以我们所有人都必须从现在开始行动起来，努力避免气候变化带来更大的影响。”
为了定义植被和土壤中存储的二氧化碳的量，Gentine与他的博士生Julia Green分析了净生物群落生产力（NBP）。这一指标由政府间气候变化专门委员会定义，它是一定区域内碳的净增益或损失，等于生态系统净生产减去诸如林火或森林采伐等扰动带来的碳损失。
研究者使用的数据来自GLACE-CMIP5（全球陆地大气耦合实验 - 耦合模型比对项目）的地球系统模型。他们利用这些数据进行了一系列实验来严格分离由土壤湿度变化造成的NBP减少量。他们还可以分离由长期土壤湿度趋势（比如干旱）以及短期变化（比如洪水和旱灾等极端天气的影响）对陆地吸收碳能力的影响。
“我们看到的NBP值，在这个例子中是陆地表面碳的净增益，如果在土壤湿度没有这些变化（长期趋势和短期变化）的情况下，可能会是现在的两倍之高。”文章第一作者Green说，“这非常重要！如果土壤湿度继续以当前速率造成NBP的减少，并且陆地吸收碳的速率在本世纪中叶开始下降——我们在模型中看到的就是这样——我们有可能会看到大气二氧化碳浓度大幅上升，以及相应的全球变暖和气候变化效应的增强。”
Gentine和Green指出，土壤湿度变化显著降低了当前土地碳汇。他们的研究结果显示，短期变化和长期干旱趋势都将会降低土壤湿度。通过量化土壤-水变化对陆地碳循环的重要性，以及由于土壤湿度的变化造成的碳吸收量的减少，研究结果强调了在地球系统模型中实施改进的植被水分胁迫的响应和陆地-大气耦合模型的必要性，以约束未来陆地碳通量并更好地预测未来的气候。
“基本上，如果没有干旱和热浪，且在下个世纪没有任何长期干旱，那么大陆将能够储存几乎两倍于现在的碳。” Gentine说，“由于土壤湿度在碳循环，在土地吸收碳的能力方面发挥着如此重要的作用，把模型中表示的它的相关过程作为首要的研究重点，这至关重要。”
植物如何应对水资源压力仍存在很大的不确定性，因此Green和Gentine将继续致力于改善植被水分胁迫的响应的表达。他们现在专注于热带地区以确定土壤湿度和大气干燥度的变化是如何控制植被活动的，这是一个充满未知的地区，这里也是最大的陆地碳汇。这些研究结果将为改善热带地区植物水分胁迫的表达提供指导。
编译：李华
审稿：阿淼
责编：南熙
