小型植物可能是改善气候变化预测的关键

作者:Rose Lefebvre，新的科学传播者

你仔细观察过苔藓吗?这些小植物，由F. E.特里普在他1868年的书中描述英国苔藓，它们的家，外形，结构，并使用就像“柔软的绿床，让我们的脚深陷其中”，几乎在世界各地都有生长。

然而，苔藓经常被忽视——在我们的日常生活和研究中也是如此。例如，科学家在他们的气候模型中并不总是考虑这些简单、小而普遍的植物，尽管这样做可以帮助我们更好地理解气候变化。

我的硕士研究的目标就是帮助填补这一空白。作为我在蒙特利尔大学地理学硕士学位的一部分，我将致力于将苔藓作为一种植被类型纳入加拿大的环境和气候变化的加拿大陆地表面计划，包括生物地球化学循环气候模型——简称CLASSIC。

苔藓——小而有力

大多数植物都是维管植物。这意味着它们可以通过气孔控制水分进出组织，气孔是叶片上的微小孔隙，有时是茎上的气孔，允许气体进出植物。维管植物在干燥条件下会关闭气孔以防止水分流失，而在下雨时则会打开气孔让水分进入。

然而，苔藓没有气孔。苔藓不是维管植物，不能控制水如何进入或离开它们的组织。尽管如此，在3亿年大约自从它们第一次出现在地球上以来，苔藓已经成功地适应了世界各地的各种栖息地和环境。

的9500 - 14500已知的苔藓种类泥炭藓Genus包括300个物种．

泥炭藓是加拿大北部最常见的苔藓物种。在这些高纬度地区，它们是泥炭这层有机质主要是由部分分解的植物组成的，包括泥炭内涝、低氧、高酸性、营养物质少的条件．

泥炭可以容纳在水中是其重量的20到30倍．当这些苔藓分解时速度慢得多而不是维管植物——它们使土壤更酸。这些独特的特征可以导致有趣的现象，如尸体在沼泽中保存了数千年．它们还有助于形成有利于泥炭形成的环境条件。

这些特征也意味着在气候模型中解释苔藓是具有挑战性的，因为维管植物的模型特征不能准确地解释泥炭藓。

永久冻土与气候变化

因为泥炭是由部分分解的有机物质制成的，泥炭地可以储存8000亿吨碳．这对我们的气候很重要:储存的碳不能形成导致气候变化的温室气体，如甲烷或二氧化碳。

我们要感谢永久冻土层将这些碳锁在土壤中。永冻层是至少连续两年被冻结的土地。许多永久冻土已经冻结几百年，甚至几千年．

但近几十年来，气候变化一直在使地球变暖。高纬度地区正在以更快的速度变暖，导致永久冻土融化。当这种情况发生时，这些土壤释放出长期锁住的碳储量，使它们可用于碳循环。通过重新分解、火灾和其他自然过程，释放的碳可以转化为温室气体，进一步加剧气候变暖，从而产生温室气体正气候反馈回路．

然而，由于气候模型给出了不同的结论，目前气候科学家们对气候变化下北方广阔的泥炭地会发生什么还没有达成明确的共识。永久冻土的融化最终会导致泥炭地变成要么是碳汇——吸收更多的碳——要么是碳源——向大气中释放更多的碳．尽管这里提出的正反馈循环表明泥炭地将成为一个碳源(释放更多的碳)，但气候变暖也可能导致更多的植被能够在高纬度地区生长。这些额外的植被可以捕获碳，使碳汇成为可能。

将苔藓纳入气候模型有助于提供更清晰、更准确的预测。

模特、数学和苔藓

模型是一种用数学方程和编程来解释现实生活现象的方法。这说起来容易，做起来却很难。

一个模型可以被认为是一个大的图表，其中许多不同的量，或“变量”，相互影响，并通过数学方程相互联系。为了让模型产生其他变量，需要给模型一些变量。变量之间的数学关系被编程到模型中。

由于组成模型的方程复杂而庞大，模型依靠计算机编程来运行和求解这些方程。

例如，当我们运行加拿大环境和气候变化经典气候模型，我们告诉它什么类型的植被覆盖的地点被建模，以及该地点的许多其他变量-温度，降水，湿度，等等。在经典中，植被类型被称为“植物功能类型”，或“pft”。对于包含的每个PFT变量，该模型计算出，例如，在给定地区产生了多少碳。

当所模拟的地点所覆盖的植被类型不能作为PFT变量时，问题就出现了。这种差距越大，模型预测中固有的不确定性就越大。

经典目前不包括苔藓作为PFT。当对加拿大北部等高纬度地区进行建模时，这种差距阻碍了准确的预测。包括微小的，不显眼的-但广泛的-泥炭藓作为模型中的PFT，将使北部地区的模型更准确。2017年，一个由气候模型研究人员组成的国际团队确定了这一差距优先领域用于模型开发。

我的目标是为经典做到这一点。

专题图片:苔藓在世界各地都有，但在加拿大北部尤其常见，在那里它们是泥炭地的重要组成部分。图像泥炭苔的Neeme Katt从Pixabay．

Rose Lefebvre在蒙特利尔大学地理系攻读理学硕士学位。她写这篇文章是北方科学2022年冬季Pitch & Polish的一部分，这是一个导师计划，将学生和研究人员与我们经验丰富的编辑之一配对，以产生一篇精美的科学写作。

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