在澳大利亚悉尼西部的一片桉树林中，有6座由25米高的白色管道组成的开放塔楼耸立在树梢之上。在2012年,二氧化碳气体开始流动这将使环内的二氧化碳浓度比全球平均水平(约为百万分之405)高出近40%。在四年的时间里，树木浸泡在碳浴中，把一部分碳融入树叶、树根和木材中，然后呼吸其余的碳。西悉尼大学的生态学家姜明凯(音)和他的同事们测量了所有这些活动的结果，他们震惊了。尽管树木以二氧化碳的形式大量摄取植物的食物，但它们并没有长得更大，研究人员于今年4月发表了研究报告自然。
世界各地几乎中途，电线蛇通过巴拿马的Barro Colorado Island的叶子泥土土壤。电力通过电线经过两年，将土壤温度升高4摄氏度，模仿可能的未来。再次调查结果：升温，温暖的土壤比没有温暖的对照图更加碳，表明热带土壤可能成为一个温暖的未来中有效的二氧化碳源。
自从全球气候变化被认为是一个主要威胁以来，科学家们一直在努力确定，随着二氧化碳水平和气温的上升，生态系统，特别是森林，能够从大气中吸收多少碳。基本的植物生理学和小规模的树苗实验表明，在其他条件不变的情况下，随着二氧化碳的增加，光合作用也会增加。在一定程度上，温度也会影响植物生长，任何在温室里种植过植物的人都知道这一点。如今森林吸收了人类四分之一以上的二氧化碳排放，而且超过一万亿吨的碳自从工业革命开始以来，居住在树木和森林土壤中 - 超过人类发出的碳。
一位专家说:“看起来温度的后果超过了二氧化碳的好处。”
但是，在未来几十年里，随着热浪、干旱、火灾、风暴以及昆虫和疾病爆发的加剧，真正的生态系统中的碳将会发生什么呢?这要复杂得多。新一代的野外实验和计算机模型正在解决一些关于森林未来的最大的未决问题。
他们的结果似乎融合在坏消息:高二氧化碳浓度不一定加速森林增长,土壤变暖似乎比以前认为的排放更多的二氧化碳,和由气候灾难威胁杀死树木的速度比他们可以成长,全球森林变成了来源,不下沉,碳。最令人担忧的是，更高的温度本身可能导致植物发生生理变化，从而降低它们的光合作用和生长能力。位于华盛顿里奇兰的太平洋西北国家实验室的地球科学家内特·麦克道尔说:“看起来，温度的后果超过了二氧化碳的好处。”
最重要的是，气候变化已经重创了世界各地的森林，未来的影响可能会严重到完全抵消森林吸收碳的能力。
但一些科学家担心，他们的同行正在错失即使是受到破坏的森林也能提供的巨大气候好处。大自然保护协会的森林碳科学家彼得·埃利斯说:“我担心我们学术上对碳汇下降的痴迷会被公众误解，从而意味着保护森林不重要。”“森林里的一吨碳永远是森林里的一吨碳。”
白色管的戒指在澳大利亚悉尼附近的研究现场泵浦桉树植物升高。贝琳达·梅德林的好意
许多科学家认为，森林可以通过将碳储存在长寿的木材和树根中来维持甚至增加碳封存，在未来几十年里，这可能会对气候变化起到实质性的抑制作用。没有一位严肃的科学家认为，这种“自然气候解决方案”可以免除各国削减化石燃料排放的责任，但一些科学家希望，它们至少可以提供关键的喘息空间，阻止气候变化最糟糕的影响。
有好几条证据支持这一观点。在自由空气二氧化碳富集(FACE)实验中，高浓度的二氧化碳淹没了美国东南部的年轻森林，树木加速生长至少在它们达到另一个生长极限(比如土壤养分)之前是这样。2011年的一项重要研究发现:世界森林中的一个大而持久的碳汇“并将大部分水槽归因于成熟的热带和北方森林。基于卫星进行的测量的研究已经揭示了地球表面主要的绿化区域自1980年以来一些科学家解释说，这表明森林正在从大气中吸收大量的碳。气候怀疑论者有时会利用这些发现，对全球变暖是一个主要威胁的科学共识提出质疑。
尽管气候科学家们完全否定了这种观点，但许多人热情地提倡森林吸收碳的能力。去年夏天，一篇著名论文的主要作者把植树称为“当今可获得的最佳气候解决方案”，尽管作者随后澄清它不能取代减排。
现在，许多乐观情绪似乎正在消退，越来越多的研究表明，森林砍伐、火灾、干旱和昆虫爆发等原因导致的树木死亡人数正在惊人地增加。在过去的两年里，两个论文根据长期的实地数据发现，在整个美洲，树木死亡的速度正在赶上生长的速度。和最近的300,000棵树的研究由英国利兹大学(University of Leeds)和中非皇家博物馆(Royal Museum for Central Africa)的研究人员领导的研究小组估计，到2030年，完整的非洲森林消除碳的能力将下降14%。与此同时，亚马逊最早可能会在2035年停止完全清除二氧化碳，因为树木开始迅速死亡，森林开始以同样快的速度排放碳。其他人已经发现证据表明亚马逊雨林的部分地区已经翻了翻转从碳汇到碳源。
最近的一项研究发现，世界各地完好无损的森林中的树木死亡速度是过去的两倍。
与此同时,更仔细地分析卫星数据波士顿大学地球科学家Ranga Myneni及其同事揭示，此前研究中看到的绿化现象，很大程度上不是由于森林生长加速，而是由于中国长达数十年的大规模植树计划，再加上中国和印度的农业快速集约化，种植者获得了资金，广泛采用化肥和灌溉。
在今年5月，一份研究报告发布到预印本服务器上Myneni的团队走得更远，报告说，卫星数据显示的长期绿化趋势可能开始下降，这与实地森林研究一致。“我们已经开始看到正在出现的褐变信号，”Myneni说。
发表于科学,五月一个和一个6月他试图理清各种各样，有时甚至相互矛盾的证据。两者都找到了令人担忧的原因。
分析了先前的研究和树人口统计数据集的五月纸的作者报道，世界周围的完整森林中的树木随着过去的两倍而死亡，减少了多少碳，这些森林可以吸收多少，碳多长时间保持锁定。
领导这项研究的太平洋西北国家实验室的麦克道尔说，虽然火灾、干旱和其他因素也在起作用，但森林似乎也在从一个以碳施肥为主的时期转向一个以水汽压不足为主的时期。蒸汽压赤字量化了在给定的地点和时间空气能容纳多少水和它能容纳多少水之间的差异。当蒸汽压不足上升时——例如，当温度升高而湿度不随之增加时——植物通过关闭气孔来避免水分流失。气孔是叶子上的口状细胞，可以让水分和二氧化碳进入。这会减缓光合作用，并在长期内减缓生长和二氧化碳吸收。
科学家布鲁诺·波特拉(Bruno Portela)和伊恩·哈特利(Iain Hartley)从土壤湿度探测器上提取数据，这是亚马逊脸项目的一部分。若昂·m·罗莎/ AmazonFACE
蒸汽压不足“是植物真正的反应，”麦克道尔说。“可以说，这是在全球范围内推动死亡率趋势的最关键变量。”
另一个科学今年6月发表的一篇论文对希望通过植树或恢复森林来应对气候变化的政府和其他实体提出了明确的警告。这组作者写道:“在21世纪，气候驱动的风险可能从根本上损害森林碳汇。”
领导这项研究的犹他大学生物学家威廉·安德雷格(William Anderegg)说:“如果我们完全忽视这些由气候驱动的干扰给森林带来的风险，它们就可以抵消特定政策带来的碳吸收效应。”
然而，尽管森林数据集和卫星研究最近取得了进展，科学家们发现，他们的预测受到缺乏能够显示现实世界的森林如何对未来条件作出反应的实验的阻碍。这样的实验既昂贵又耗时，而且需要大量的后勤保障——尤其是在热带地区，那里强烈的湿度和降雨会破坏设备，动物也会。德国慕尼黑工业大学的生态学家卡特琳·弗莱舍(Katrin Fleischer)说:“那里的一切都对你不利。”
热带土壤的努力说明了挑战。和rew Nottingham, an ecologist at the University of Edinburgh in the U.K., launched the Panama study to fill a major gap in the scientific literature: Dozens of soil warming experiments in temperate and boreal forests had found increasing carbon losses, but about a third of all forest soil carbon is in the already-warm tropics. Nottingham got permission to wire up a piece of ground at the venerable Smithsonian Tropical Research Institute, which sits in the Panama Canal zone. After collecting and analyzing two years’ worth of data, he found that soil emissions had soared by more than half, an effect not predicted by theory. His study will be published soon. “[Climate] models are missing a large source of CO2 under warming from tropical soils,” Nottingham says.
不管未来森林吸收了多少碳，保留森林对于稳定气候至关重要。
悉尼以外的研究是在任何地方成熟的森林中完成的第一次碳施肥实验之一。三个管道泵出二氧化碳，而另外三个没有，用作控制;另外三个控制区域根本没有环。四年来，科学家们追踪了碳，因为它穿过树叶，茎和根。大约一半的额外碳进入了土壤，并通过微生物呼吸回到大气层;其余的大部分时间都是由树木本身的呼吸，类似于我们的呼气释放CO2。树木在实验地块中没有比在控制图中更长。
这项实验产生了迄今为止反对成熟森林碳施肥效应的最明显证据之一。(之前在瑞士一个成熟的落叶林进行的一项研究得出了类似的结果，但那项实验只把二氧化碳输送到树干上，而不是整个森林。)第三个伯明翰附近的碳富集实验在英国已经运行了三年多，并将增加额外的数据。
然而，即使这些实验也不能回答所有的问题。到目前为止研究的森林都比较单调——悉尼森林里只有一种桉树——而在一些热带森林里，一公顷就有200多种树种混杂在一起。这些森林全年阳光充足，气候温暖，生长速度加快。
出于这个原因，一组研究人员多年来一直在寻求在巴西玛瑙斯附近的亚马逊河中心地带建立一个面部实验，以检验成熟的、多样性巨大的热带森林在未来富含碳的环境下将如何生长。其中一个重要的问题是，磷枯竭的土壤——在热带森林中很常见，但在其他地方不常见——在调节森林生长方面发挥了什么作用。
研究人员安德鲁·诺丁汉在巴拿马巴罗科罗拉多岛的一处研究地点。该实验将土壤温度提高了4摄氏度，以模拟未来的环境，并跟踪碳输出。史密森档案馆提供
“As long as we do not experiment with the forests in a systematic and controlled way, I don’t think we’ll be able to reduce the uncertainty,” says David Lapola, a climate scientist at the University of Campinas in Brazil who is leading the Amazon FACE effort. Uncertain funding and the反科学的政权拉波拉说，巴西总统雅伊尔·博尔索纳罗(Jair Bolsonaro)的竞选让这项努力变得更加复杂，但巴西和德国投资方之间的潜在合作伙伴关系(细节仍有待制定)为这个数百万美元的项目注入了新的活力。
最终，从实验，卫星研究和森林绘图网络的见解流入了极其复杂的地球系统模型，该模型如政府间气候变化（IPCC）的群体（IPCC）用来预测未来的气候变化。目前正在为下一年到期的下一个IPCC报告评估的模型的产生已经在几十年内大大提高。他们现在明确地代表了许多森林类型，许多包括动态氮循环和改善的树死亡率统计。
由于剩余不确定性,然而,一些地球系统模型项目,在2100年,陆地生态系统可能会削减367亿吨二氧化碳——每年大约四倍他们现在做的,而另一些预测释放多达220亿吨。这590亿吨的巨大范围远远超过了今天全球所有来源的年排放量，这可能导致可怕但可控的气候和全球灾难之间的区别。
大自然保护协会的埃利斯说，不管未来森林将吸收多少碳，保持森林的存在和生长对气候稳定仍然是至关重要的。大自然保护协会大力推动自然气候解决方案在森林中储存碳，农田和其他生态系统。他的团队已经限制了对这类解决方案的碳排放潜力的估计，他们认为这类解决方案的碳排放潜力相当肯定会被锁定，并没有指望通过二氧化碳施肥来增加碳排放。他担心，对科学细节的进一步争论可能会推迟已证实的解决方案的实施。
但是犹他大学的安德雷格警告说，如果促进自然气候解决方案的组织不能更好地考虑到森林保护的未来风险，他们的努力可能最终在应对气候变化方面收效甚微或一事无成。
“我担心我们在没有最好的科学指导我们的政策和行动的情况下过快地介入，”安德雷格说。“我宁愿看到我们把事情做好，但再慢一点，而不是做得快一点，但做得差一点。”
