植物还能有什么本领（植物也有生产力）

说起生产力，大家的第一反应是什么？工人？工厂？还是那句有名的“科学技术是第一生产力”？但是你知道吗，植物也有初级生产力，这是怎么回事呢？

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一、植物的“工钱”怎么算？——GPP与NPP

植物的初级生产力就是指固碳的能力。绿色植物通过光合作用将空气中的CO₂转化为葡萄糖，进一步转化成为植物体的碳化合物。化合物经过食物链的传递，进入动物体内。植物和动物进行呼吸作用把体内的一部分碳以CO₂形式释放回大气，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。动、植物死后，微生物将尸体分解将碳排入大气。大气中的CO₂这样循环一次约需20年。

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总初级生产力(Gross Primary Productivity, GPP)是指单位时间内生物(主要是绿色植物)通过光合作用途径所固定的有机碳量，又称总第一性生产力。GPP决定了进入陆地生态系统的初始物质和能量。净初级生产力(Net PrimaryProductivity, NPP)则表示植被所固定的有机碳中扣除本身呼吸消耗的部分，这一部分用于植被的生长和生殖（也称净第一性生产力）。两者的关系为：NPP= GPP-Ra（Ra：为自养生物本身呼吸消耗）。

二、梦想总是遥不可及？当初的愿望实现了吗？——巴黎气候大会

植物固碳影响到整个生物圈中的碳循环，包括对大气中CO₂浓度的调节。自工业革命以来，大气中CO₂浓度显著增加，化石燃料的大规模使用、土地利用变化等人类活动是导致温室气体浓度增加的主要原因，由此而来的全球变暖也给人类自己带来了诸如海平面上升、极端高温灾害、旱涝频发等诸多气候变化危机。

于是在2015年巴黎北郊举办的气候变化大会上，世界各国决定一起商议应对危机的办法，最终近200个缔约方一致同意通过作为大会成果的《巴黎协定》。各国在协定中一致承诺：把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度之内，并为把升温控制在1.5摄氏度之内而努力。全球将尽快实现温室气体排放达峰，本世纪下半叶实现温室气体净零排放。

然而理想总是很丰满，现实总是很骨感。如果想要达到《协定》中的目标，现在我们的年度碳减排量要达到7.6%，已是世界减排承诺总量的5倍。

如果从2010年开始采取有效措施，全球CO₂排放量只需逐年减少3.3%左右，即可实现将全球增温幅度控制在1.5℃的目标。（图片来自于联合国环境署。）

如果从2020年开始采取有效措施，每年碳排放量需要减少7.6%，才可实现将全球增温幅度控制在1.5℃的目标。（图片来自于联合国环境署）

如果拖延到2025年其采取有效措施，则必须逐年减少15.4%才能实现将全球增温幅度控制在1.5℃的目标。（图片来自于联合国环境署）

三、“曲线救国”——植物固碳能否胜任？

研究人员在研究全球植被净第一性生产力变化过程中发现，年际NPP与大气中CO₂浓度呈现明显负相关关系，表明NPP在降低大气CO₂中扮演重要作用。由于NPP在调节全球气候变化、影响全球碳通量中扮演着重要角色，国际生物圈计划、世界气候研究计划等许多国际研究计划均将其作为核心研究内容。

中科院大气物理研究所丹利研究员团队对全球1901～2005间长达一百年NPP时空变化进行了研究，其研究结果对生态系统的质量状况和生产能力，生态系统的碳源/汇功能和评价陆地生态系统可持续发展的判定提供了借鉴。其结果发表在气候与环境研究期刊。

他们利用6个地球系统模式模拟了NPP的时空变化，并结合气候因子分析了该变化与气温和降水的关系。结果表明：（1）近百年来全球NPP呈现上升趋势，北半球的趋势比南半球明显。（2）近百年来每年每平方米800 g(C)以上的NPP高值区主要分布在南美洲赤道地区、非洲赤道地区、中南半岛和印度尼西亚一带的热带雨林区；低值区主要分布在北半球高纬度地区、非洲北部地区、亚洲大陆干旱半干旱区以及青藏高原西北部地区。（3）在全球大部分地区，NPP与气温主要为正相关关系；仅在赤道附近的南美洲、非洲以及印度地区为负相关关系，这些地区主要是辐射限制了NPP。全球NPP与降水在大部分地区呈现正相关关系，在非洲北部到西亚中亚的干旱半干旱地区为负相关关系。

在变暖条件下，植被固碳增加可以减缓大气CO₂浓度,减缓温室效应；相反，如果植被固碳减少, 将给大气CO₂浓度的增加提供更多的碳,形成正反馈,导致大气温度的加速上升。想要积极应对全球增暖，一方面要减少排放，另一方面要增加碳汇。而陆地生态系统就是一个非常强大的碳汇，因此对减缓全球变暖有着重要的积极意义。

近百年来全球NPP（左中），北半球NPP（右上），南半球NPP（右下）变化趋势

1901—2005年6个地球系统模式与集合平均NPP的年平均值空间分布

6个地球系统模式与集和平均NPP与降水的相关系数分布图，黑点区域代表通过95%新都检验

参考文献：

1. 高冬冬, 丹利, 范广洲, 等. 2019 地球系统模式中植被净初级生产力百年尺度时空变化及其与气候的关系 [J]. 气候与环境研究, 24(6): 663-677.doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2018.18052

2. 裴FS，李X，刘XP，王世杰，何志坚。评估中国城市前和后城市土地开发之间的净初级生产力差异。农业与森林气象，2013，171-172：174-186。DOI：10.1016 / j.agrformet.2012.12.003

3. 王李娟，牛铮，旷达。根据MODIS数据的2002-2006年中国陆地NPP分析。国土资源遥感，2010（4）：113–116。DOI：10.6046 / gtzyyg.2010.04.23

4. Zhao MS，Running S W. 2000年至2009年干旱造成的全球陆地净初级生产的减少。科学，2010，329（5994）：940-943。DOI：10.1126 / science.1192666

5. 刘刚，孙睿，肖志强，崔天翔。2001-2014年中国再生净初级建设时空变化及其与气象因素的关系。生态学报，2017，37（15）：4936-4945。

来源：中国科学院大气物理研究所