关注并发现温度(Temperature, T)对于植物生长发育的三基点特性(Cardinal temperature),距今已逾百年。生物物种多样,其基点温度上的差异很大,甚至同种的不同个体也迥然相异,所以基点温度的普适性认知还没有形成。
植物的光合作用(Photosynthesis, A)有明显的基点温度特征。光合作用仅在温度高于某一水平下方才进行,并且随着温度的升高,光合作用不断增强,直到某个特定温度水平,光合作用达到最大值,其后温度的进一步上升将导致光合作用下降。也就是说,∂A/∂T是一个单峰函数,∂A/∂T=0时对应的温度即为最适温度(Optimal temperature, Topt)。
热带森林的基点温度,特别是Topt,目前了解的还很少,却又非常重要。结构复杂、物种丰富、生物量巨大的热带森林,其Topt是否已经超过了环境温度?一旦超过,任何的进一步温暖化将减缓光合作用,降低碳素的蓄积,不利于缓解气候变化。
利用实测数据量化了7个热带森林生态系统的Topt,探讨了Topt和环境温度之间的关系。一般地,环境温度越高的生态系统,Topt也较高,呈现出空间上的温度驯化(Temperature acclimation)。为了深入探究生化因子(Vcmax、Jmax)、呼吸作用以及气孔过程在Topt温度驯化形成过程中的作用和贡献,使用模型参数反演的方法,追本溯源,发现气孔过程是其中最主要的控制因素。当环境CO2浓度的上升,叶片同化单位量碳素所需求的气孔导度降低,这种效应可以缓解温暖化对热带森林光合作用的影响。来看,全球变化(包含温暖化和CO2浓度上升)对热带森林的影响,并没有预想的那么严酷。这个观点,不论在模型模拟(Lloyd and Farquhar 2008)还是叶片尺度的实测数据(Slot et al. 2017)方面都获得了支持。