氣候變遷與乾旱下的森林碳封存：光合作用與樹木生長不同步機制
科技產業資訊室 (iKnow) - 廖雅韻 發表於 2026年7月28日
圖、氣候變遷與乾旱下的森林碳封存：光合作用與樹木生長不同步機制
森林是全球碳循環的重要組成，每年約可吸收並抵消人類燃燒化石燃料及土地利用變遷所產生近三分之一的CO2排放，因此被視為減緩氣候變遷的重要天然碳匯。現行地球系統模型（Earth System Models, ESMs）多假設隨著大氣CO2濃度增加，植物會因「CO2施肥效應」提高光合作用效率，進而增加木質生物量及土壤中的長期碳儲存。
近期發表於《Science Advances》期刊，整合微型木芯、葉綠素螢光、自動樹徑計、冠層物候攝影、通量觀測塔、衛星遙測及樹輪紀錄等多元資料，串聯從細胞到森林生態系、由日內至數十年尺度的觀測資訊，建立完整的跨時空證據鏈，為光合作用與樹木生長不同步現象提供更完整的機制性實證，並有助於提升森林碳匯評估與氣候預測模型的準確性。
研究團隊以北美8種溫帶落葉橡樹為研究對象，整合137個樹木年輪站點及跨尺度觀測資料，從細胞、個體到森林生態系統，並涵蓋日內、季節、年際至數十年尺度，全面分析光合作用與木質部生長的時序變化。
結果顯示，在日夜尺度上，樹木徑向生長主要發生於深夜至清晨（約00:00至07:00），此時氣溫及大氣蒸氣壓差（Vapor Pressure Deficit, VPD）較低，樹體重新補充水分，形成層細胞膨壓提高，有利於細胞分裂與擴張；相較之下，光合作用則於上午至正午達到高峰，但較高的溫度與VPD會增加水分蒸散並抑制木質部生長，顯示兩者在一天中的最佳生理條件並不一致。
在季節尺度上，光合作用與樹木生長的不同步現象更為明顯。研究指出，樹冠展葉、光合作用及木質部生長皆於春季同步開始，但木質部生長約於7月底即已結束，光合作用則持續至秋季。分析137個樹木年輪站點發現，橡樹全年約26%至36%的總初級生產力（Gross Primary Productivity, GPP）產生於8月至12月，但這段期間所固定的碳並未顯著轉化為當年度新增的木質生物量。換言之，植物雖持續吸收大量CO2，卻未立即轉化為樹木生長，顯示光合作用增加並不代表森林碳封存能力會同步提升。
研究進一步指出，大氣乾旱是造成光合作用與樹木生長不同步的關鍵因素。高溫及VPD升高會加速植物水分流失，降低形成層細胞膨壓，使木質部生長率先受到抑制；相較之下，光合作用仍可維持一定程度的碳吸收。研究亦發現，大氣乾旱變異越劇烈，光合作用與樹木生長的不同步現象越明顯，顯示極端氣候將縮短兩者同步進行的時間，進而影響森林碳封存效率。
整體而言，研究顯示光合作用季與生長季代表不同的生理過程。在高溫與乾旱事件增加的情境下，樹木即使仍能維持一定程度的光合作用，固定的碳也可能優先分配至非結構性碳水化合物（Non-structural carbohydrates, NSCs）、根系生長或呼吸作用，而非形成可長期儲存碳的木質生物量。此結果顯示，森林長期碳封存潛力除取決於碳吸收能力外，也可能受到持續高溫與乾旱對樹木生物量形成及碳分配機制的影響。(1066字)
參考資料：
Climate Models May Be Wrong About How Trees Store Carbon. SciTechDaily, 2026/06/17
Decoupled carbon assimilation and growth responses to aridity in temperate deciduous oaks. Science Advances, 2026/6/12
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