大气圈二氧化碳含量增长停滞？陆地吸收增加或为主因

地球表面的温室气体二氧化碳含量一直是人们关注的一大环境问题。根据研究显示，海洋和陆地生物圈每年吸收45%的人类活动引起的碳排量。二氧化碳的吸收量每年都不一样，会受到比如火山喷发、厄尔尼诺现象或者其他自然活动的影响。其中最主要的因素是来自陆地的因素。这种影响会反馈到大气圈中二氧化碳的含量，并且最终反映到全球变暖的速率上去。

在过去的50年间，每年被海洋和陆地吸收的二氧化碳的量翻了两倍还多。尽管对于生态系统的破坏的力度和严重程度每年都有所增加，比如说干旱、野火和虫害，但是研究者将观测到的海洋和土地碳吸收仍然归因于海洋和陆地吸收量的增加。目前，陆地吸收量增加的现象没有被量化研究过。

最近，来自劳伦斯伯克利国家实验室的Trevor F. Keenan等人发现，大气圈的二氧化碳含量增长目前出现暂时性停滞。他们把这一现象的原因归于陆地碳吸收量的增加。他们通过全球碳排放预算测算、陆地、大气以及卫星观察，加上多样性的全球植被模型，系统研究了陆地碳吸收含量加强的机理。文章最后强调有必要保护好现有碳存量和吸收碳的区域，尤其是那些碳吸收量迅速增加的地方，这一工作发表在了Nature Communications上。

图1，(a) 观测到大气中二氧化碳含量以及变化速率 (b)化石燃料排放量以及大气中剩余CO₂量。图片来源：Nat. Commun.

Trevor F. Keenan等人的数据表明（图1b），1960s到1990s大气中二氧化碳含量一直在以每年1.8%的速率稳定提高（虽然存在年度波动）。然而21世纪以来，其含量开始以2.2%的速率下降。在同一时间内，人类活动产生的化石燃料排放量一直在快速提高。二氧化碳含量的变化导致了二氧化碳增长速率的变化。图1a显示，从有数据的1959以来的三十年，二氧化碳含量增速从0.75到1.86 p.p.m.。2002-2014年二氧化碳增长速率已没有显著改变，明显偏离了最开始的线性预测。

图2，陆地碳循环的长期变化。图片来源：Nat. Commun.

然而，根据卫星观测的数据和DGVMs（dynamic global vegetation models）全球的模拟来看，陆地的二氧化碳吸收量一直处于稳定的增长。我们可以从图2中看出，陆地的吸收量已经从1950s的1-2 PgC/year到 2000s 的 2-4 PgC/year, 这与已有的一些数据相一致。

图3，地球变暖对于陆地表面以及全球生物系统呼吸作用的影响。图片来源：Nat. Commun.

2002-2014年二氧化碳增长率停滞的时间段与全球变暖对植被土地的升温影响显著减缓相重合，如图3所示。本世纪初以来，全球变暖使得植被土地的温度十年间上升了0.10 ℃。而对比前两个世纪，升温速率是十年间上升了0.32 ℃。根据卫星数据的估测，全球变暖的停滞大约使得温度驱使的生物系统呼吸作用减弱了60%。全球变暖的影响存在地区差异，比如说美国西部和亚洲大部已经能观测到明显的变暖减缓，而美国东部仍然在加速变暖（图 4）。光合作用-呼吸模型显示，在全球范围内，温度驱动的植物呼吸作用降低，以及碳总量（GPP）增加的刺激可能合力促进了全球生物系统的净吸收量。

图4，不同因素对碳循环长期改变的影响。图片来源：Nat. Commun.

从图4中还可以看出，虽然缺乏直接证据显示全球升温促进了大气中二氧化碳增长速率的停滞，但是DGVM模型显示，温度升高是碳吸收量升高的首要驱动因素。最后作者用碳含量与呼吸作用以及光合作用之间的关联，并借助以前的数据在这二者之间建立了联系。

—— 简评 ——

作者通过一些收集和观测数据从一个比较反常的现象出发，首先通过对数据的逐步量化分析建立一些初步的结论，再与模型计算和前人已有的实验结果进行比较，在没有直接联系的现象和机理之间巧妙地建立了逻辑关系，对二氧化碳的动态变化这一复杂的体系进行了系统的阐释，方法巧妙，结论也较为新颖。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Recent pause in the growth rate of atmospheric CO₂ due to enhanced terrestrial carbon uptake

Nat. Commun., 2016, 7, 13428, DOI: 10.1038/ncomms13428

（本文由殢无伤供稿）