全球气候持续变暖，极端高温事件日益频繁，森林能否在高温下维持稳定的碳吸收能力，是全球变化研究面临的重要科学问题。森林不仅通过光合作用吸收二氧化碳，还能依靠蒸腾和地表水热交换发挥自然降温作用。然而，这一“天然空调”在过去几十年究竟增强还是减弱？森林降温与光合作用抵御高温的能力又有怎样的联系？
近日，南京大学国际地球系统科学研究所张永光教授团队联合西班牙生态研究与林业应用中心（CREAF）等单位，在国际学术期刊《Nature Plants》发表研究论文。团队整合2001—2020年卫星遥感、气象再分析及地面观测资料，首次从全球尺度揭示森林地表温度调节能力长期增强的趋势，发现树种更丰富的森林通常具有更强的温度缓冲能力，且森林降温能力与生态系统光合作用耐热性密切相关。这一成果将生物多样性、森林生物物理降温与陆地碳吸收联系起来，为认识森林应对气候变暖的多重作用提供了新证据。
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图1 森林地表温度调节与光合作用温度响应示意图
全球森林降温能力在过去20年显著增强
森林通过蒸腾、反照率变化和地表能量分配调节温度，其生物物理气候效应与吸收二氧化碳的固碳作用相互补充。以往研究多关注不同森林之间降温能力的空间差异，对其全球长期变化仍认识不足。张永光教授团队基于MODIS卫星地表温度与ERA5-Land气温数据，采用两项互补指标评估森林地表温度调节能力：一是地表温度对气温变化的响应斜率β，二是高温时段地表与空气的温差ΔT。两项指标越低，分别意味着地表对大气升温越不敏感、相对降温作用越强。
研究发现，2001—2020年，全球森林β平均每年下降0.0014 ℃·℃⁻¹，ΔT平均每年下降约0.027 ℃。与2001—2010年相比，2011—2020年分别有54.6%和62.7%的森林区域表现出相应指标下降，热带等地区尤为明显。多套气象资料、地面通量观测与敏感性检验均支持这一趋势。进一步分析表明，全球树木覆盖度增加是温度调节能力增强的主要相关驱动因素，气温变化及大气蒸发需求变化也具有重要影响。研究从热调控视角拓展了对全球植被变绿及其气候效应的认识。
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图2 2001—2020年全球森林温度调节能力变化
树种越丰富，森林通常具有越强的温度缓冲能力
森林降温并非只由树木数量决定。研究团队结合全球树种丰富度、森林年龄、覆盖度和水热条件等数据发现，在考虑主要环境因素后，树种丰富度较高的森林通常具有更强的地表温度调节能力，林龄较大的森林也呈现类似特征。独立的欧洲林下微气候观测进一步显示，树种丰富的森林在生长季具有更明显的林下温度缓冲作用。
机制分析发现，树种丰富度与植物蒸腾占总蒸散发的比例呈正相关，表明多样化森林可能通过更有效的水分交换与潜热耗散加强降温。森林结构和水分利用互补性也可能发挥作用，但尚需进一步验证。这一发现提示，森林保护与生态恢复不应只关注面积和覆盖度，更应重视树种多样性、林龄与生态系统完整性。
森林降温与光合作用抗热性呈紧密关联
高温可能使光合作用偏离其适宜温度范围，削弱森林吸收二氧化碳的能力。研究团队利用太阳诱导叶绿素荧光（SIF）遥感估算全球森林光合作用最适温度，并结合独立的生态系统总初级生产力（GPP）数据，分析森林地表温度调节与高温期间光合作用表现的关系。结果显示，地表温度调节能力较强的森林往往具有更高的光合作用最适温度，并表现出更强的光合作用耐热性。过去20年中，温度调节能力增强的森林区域，其光合作用最适温度和耐热性的提升也更明显。这说明，森林地表热缓冲与光合作用高温响应之间存在生态系统尺度的紧密联系，蒸腾、冠层水分交换和能量分配可能是二者耦合的重要过程。
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图3 森林温度调节与光合作用耐热性的关联
从保护森林碳汇走向保护“降温系统”
该研究将森林气候效益的认识从“吸收多少碳”拓展到“如何调节热量、如何与高温下的碳吸收相联系”。研究表明，评价森林对气候变化的缓解与适应作用，既要关注碳储量和光合作用，也要考虑温度调节及其与生物多样性的联系。尤其在热带等高温胁迫较强的地区，保护成熟、物种丰富的森林具有重要意义。同时，持续干旱和水分不足可能限制蒸腾降温，森林恢复应兼顾生物多样性与水资源可持续利用。这些发现为优化生态恢复和陆地碳汇管理提供了新的科学视角。
南京大学国际地球系统科学研究所为论文第一单位，南京大学2021级博士研究生曹若臣为第一作者，南京大学国际地球系统科学研究所张永光教授为唯一通讯作者。该工作受到国家自然科学基金青年科学基金项目（A）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41477-026-02453-y
