根据明尼苏达州一项长期生态田间试验的数据，温暖干燥的气候下的草原可能随着二氧化碳水平的升高而更快地生长。这一发现与关于植物如何对温室气体做出反应的长期观念背道而驰，该发现表明草原可以为应对气候变化提供缓冲。
这项研究于4月19日发表在《科学》杂志1上，探讨了一个长期存在的问题，即地球上两大类植物将如何应对大气中不断增长的二氧化碳水平。最大的一类是C3植物，占所有植物物种的97％。这些物种通过光合作用产生能量，利用阳光从二氧化碳和水中合成糖。从理论上讲，给这些植物额外的二氧化碳将提高其能源生产。
另一类植物-所谓的C4物种-在光合作用发生之前使用两步过程提高其内部CO2水平，从而使能源生产更加有效。几十年来，科学家一直认为C4植物不会因为大气中的二氧化碳而受益，因为它们已经被涡轮增压了。但《科学》杂志提出相反的说法可能是正确的。
位于科罗拉多州柯林斯堡的美国农业部生态学家达娜·布卢门撒尔（Dana Blumenthal）说：“最主要的信息是不算出C4草原。”由于C4植物进化为生活在炎热和干旱的条件下，因此科学家长期以来一直预计该物种将随着气候变暖而扩大其范围。现在，事实证明它们也可能将更多的二氧化碳从大气中排出。
越来越多的问题
最新发现来自生物多样性，二氧化碳和氮（BioCON）实验。从1997年开始，研究人员在明尼苏达州明尼阿波利斯以北约50公里的88个露天土地上种植了C3和C4植物。然后，研究小组向其中一些地块注入了足够的二氧化碳，以将气体的平均大气浓度提高到大约百万分之550，这是工业时代之前空气中水平的两倍。在最初的12年中，暴露于额外的CO2的C4植物的生长速率没有增加。但是在接下来的八年中，该小组的表现优于在高CO2环境下无法生长的C4植物。
目前尚不清楚为什么会发生这种情况，但是科学家注意到，随着二氧化碳水平的升高，植物体内可利用的氮量也随之增加。氮是对光合作用至关重要的必需营养素。一种可能性是土壤微生物组成的变化推动了氮的增加。明尼苏达大学圣保罗分校的生态学家彼得·赖希（Peter Reich）说：“这真是一个巨大的惊喜。”“难道，世界上任何科学家都不会预料到这一点。” / p>
科学家估计，植物每年大约吸收人类碳排放量的四分之一，明尼苏达州的实验是试图确定这种趋势是否随着大气中二氧化碳水平上升而持续的几种实验之一。许多研究集中在以C3为主的森林中，该森林从大气中吸收大量的CO2。
科学家曾认为，如果暴露于大气中较高的二氧化碳水平，森林的生长速度可能会更快。但这不是实验所显示的。当C3植物暴露于较高的CO2水平时，它们的生长速率会增加一段时间，但最终，由于氮和磷等营养素的有限利用而使植物陷入困境。
赖希和他的同事们发现，暴露于高二氧化碳水平的C3植物具有相似的效果：生产力的最初提升完全在受精C4植物开始更快生长的同时完全消失了。
田纳西州美国能源部橡树岭国家实验室的生态学家理查德•诺比（Richard Norby）说：“教训是，光合作用并不等于增长。”他说，如果科学家想了解生态系统植物将如何应对增加的二氧化碳，则需要研究养分循环如何随时间变化。“渊源”可以通过简短的实验获得。
全球视野
除了明尼苏达州的场地外，两个类似的二氧化碳田间试验还在英国伯明翰和澳大利亚悉尼以外的森林中进行。巴西已经努力了好几年，在原生热带森林中建立了第一个这样的实验，尽管诺比说该项目遇到了资金问题。美国能源部一直在波多黎各，巴拿马和巴西的热带生态系统中进行实地调查，但计划尽早关闭这项研究。
Reich和他在明尼苏达州工厂工作的同事现在关注的是那里的微生物群落如何在地下发生变化。其中包括居住在植物根部的真菌，以及分解死植物并释放诸如氮等养分的微生物。确定这些细节将有助于科学家更多地了解为什么C4植物会随着CO2水平的升高而蓬勃发展，但是Reich说，他的实验结果将足以确定发生的事情。
他说：“我们可以说的是，这在全球范围内确切地意味着我们确实需要十几个这样的实验，而不仅仅是一个。”
