“太空望遠鏡”，打開看森林的新視野（嘮“科”）

張永光《人民日報》（2025年11月8日第7版）

如果我們把一臺望遠鏡架在江蘇南京紫金山上，就可以觀察山中樹木在春天漸漸變綠；如果把望遠鏡架到空中，清晰度放大1萬倍，就能看到全球森林隨著光陰流逝如何被“染綠”；如果再借助一臺特殊的“太空望遠鏡”，從太空中看向地球，就能捕捉到肉眼無法看清的細節(jié)——森林自身發(fā)出的微弱熒光。

森林也會發(fā)光嗎？沒錯。植物在白天進行光合作用時會發(fā)出熒光，叫作葉綠素?zé)晒?。不過這種光太微弱，只有太陽光強度的1%，被強烈的“背景光”掩蓋，肉眼難以看到。

11月8日，《人民日報》第7版版面

我們所借助的“太空望遠鏡”，就是遙感衛(wèi)星。這些衛(wèi)星繞地球運動，搭載著高分辨率光譜儀，這是由光柵等組成的分光系統(tǒng)。太陽光其實是由多種不同波長的色光組成。透過普通望遠鏡，我們只能看到紅黃藍三原色，但特殊望遠鏡的分光系統(tǒng)就像篩子，可以根據(jù)波長的細微差異，將太陽光“梳理”出幾十萬種顏色?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些不同顏色之間夾雜著許多細細的“黑線”。這些“黑線”是太陽光被大氣層吸收后留下的“空白地帶”，給我們觀察微弱的葉綠素?zé)晒饬粝铝恕按翱凇?。當我們借助特殊望遠鏡觀察，會發(fā)現(xiàn)原本應(yīng)該是“黑線”的位置，出現(xiàn)了淡淡的偏紅色熒光。這些微弱的熒光是植物進行光合作用的指征，它們的強弱反映出光合作用的大小。掌握了這一秘密武器，科學(xué)家就可以進一步分析由哪些因素決定了光合作用的大小——這項研究日益重要。

植被的光合作用直接決定了陸地生態(tài)系統(tǒng)對大氣中二氧化碳的吸收能力?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，全球森林正在經(jīng)歷物種多樣性喪失，樹種越來越少，結(jié)構(gòu)也越來越單一。物種多樣性的變化是否會影響生態(tài)系統(tǒng)光合作用的能力？長期以來，相關(guān)研究難以跨越時空局限，缺乏對大尺度自然生態(tài)系統(tǒng)的直接觀測證據(jù)。

我們借助“太空望遠鏡”及先進的衛(wèi)星遙感探測技術(shù)，結(jié)合全球科學(xué)家在過去20年積累的海量數(shù)據(jù)，打通了觀測壁壘，還利用人工智能機器學(xué)習(xí)等，深入挖掘分析海量數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)樹種多樣性是全球森林光合作用的重要決定因子，其作用強度僅次于溫度——樹種越豐富的森林，光合作用能力越強。這也是科學(xué)家首次在全球尺度明確揭示：樹種多樣性是促進森林光合作用的關(guān)鍵因子。

為什么樹種多樣性能促進森林光合作用呢？我們進一步研究發(fā)現(xiàn)，生物多樣性通過兩大路徑增強光合作用。首先，向“上”看，生物多樣性豐富了森林冠層的復(fù)雜性，不同季節(jié)生長的植物，錯開了需要光照的時間，高矮不同的樹種，也錯開了樹冠需要光照的空間，確保更多葉片能參與光合作用。其次，向“下”看，生物多樣性可以讓樹木在泥土中充分吸收不同層次的營養(yǎng)，有利于提高葉片氮含量，改善葉片的生理特性，從而增強光合作用的能力——換句話說，森林生物多樣性提升光合作用能力，主要依靠讓它們長得高、活得好。

在修復(fù)和改善生態(tài)時，我們可以模仿天然生態(tài)系統(tǒng)，種植混交林。在我國南方地區(qū)提升森林的生物多樣性，對形成碳匯、減輕碳排放壓力有著顯著的效果；而在寒冷的東北，可以有針對性地培養(yǎng)耐寒樹種，加強維護和管理，讓更多樹種在黑土地上存活下來。

（作者為南京大學(xué)國際地球系統(tǒng)科學(xué)研究所副所長、教授，本報記者姚雪青采訪整理）

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