植物決定人類未來之水

巖雪松

美國《自然》雜志上發表了一項研究結果，認為植物是地球陸地水循環的主導力量。根據該項研究指出，大氣中80%～90%的水蒸氣來源于陸地本身的蒸散發，這與以前人們的估計大不相同。

這一發現意味著，植被情況將是未來人類淡水獲得的重要依據，尤其是將來人類會向空氣中釋放更多的二氧化碳氣體，而二氧化碳是一種吸收熱量的氣體，它會改變植物生長的基本條件。農業已破壞了原有地球生物圈的結構，在陸地水循環的研究中，不能忽視人類農業這一重要人為因素，因為地球上40%的土地由農田和牧場組成。

總而言之，要了解有多少水能夠進入河流，科學家們需要更好地了解地面上到底都生長了些什么樣的植物。“我們應該關注植物的生態變化，因為人類的土地利用方式和生態系統的變化，將會決定人類的未來之水?！敝饕芯咳藛T美國新墨西哥大學的博士生斯科特·杰斯喬克說。

蒸發和蒸騰

植物生長需要水，這一點很明顯，這正是美國干旱西部的土地管理者花費數百萬美元，以清除河邊鹽雪松和其他吸水植物群落，以增加河流流量的原因。但是杰斯喬克和他的研究團隊卻驚奇地發現，全球植物每年蒸散發所產生的水量大約有100個密西西比河的徑流量那么多。“當我們知道有多少水量經過植物的時候，我們會感受到震驚?！苯芩箚炭苏f。

液體水蒸氣進入大氣層主要有兩種方式，要么是通過土地和水體的蒸發，要么是通過植物葉和莖的蒸騰作用。而植物的蒸騰作用所造成的水量損失主要受制于植物的生物調控，即植物葉面氣孔的開閉，而植物葉面氣孔的開閉又受氣候等因素的影響，例如溫度、風速和濕度等。

土地和水體的蒸發，以及植物葉和莖的蒸騰作用，這兩種水循環的測量方式都是使用同一種方式進行測量的，即蒸散發測量。

自下而上

人們一直在研究蒸散發的精確測量，但早期的研究也僅限于氣候模型，所計算的蒸散發量結果只介乎總蒸散量的20%～65%。然而，在杰斯喬克的最新的研究中，研究人員試圖使用自下而上的方法進行測量，他們分析水分子中氫和氧同位素的含量，這些水分子樣品涵蓋世界主要的河流和湖泊。

氫和氧是組成水分子的兩個重要元素，而同位素是一種元素的另一種存在形式。無論是土地和水體的蒸發，還是植物葉和莖的蒸騰作用，同位素都能夠進行很方便的跟蹤。蒸騰作用改變了水中氫和氧的組合，這樣就留下了所經過的印跡，而土地和水體的蒸發卻不能改變水分子的同位素結構。根據這個關鍵性的差異，科學家可以判斷哪些水是來自地面和水面蒸發，哪些水是來自植物的蒸騰作用。杰斯喬克說，使用同位素對水的蒸散發進行研究的思想可以追溯到20世紀70年代，但是，這項研究產生的結果需要推廣到一個更大的規模才有實際意義，因為流域湖泊的覆蓋的面積僅占地球陸地表面的10%。美國科羅拉多大學的大衛·來恩是一位大氣研究方面的科學家，他說：“該項研究的數據收集方法精巧而有說服力。研究人員在一個封閉的系統中研究一個個的碎片，又將碎片組成起來，成為一個完整的整體。”

因為碳和水循環通過植物的光合作用聯系到了一起，研究人員有一個方法來檢查植物蒸騰作用所釋放的水量：計算與蒸騰作用相關的二氧化碳的吸收量就知道了植物蒸騰作用所釋放的水量了。

淡水流量

這項研究并沒有考慮海洋上的蒸發，雖然海洋的蒸發量是陸地的6～7倍。但是，杰斯喬克說，大部分的海洋蒸發在到達大陸以前都以海洋降雨的形式消失了?！皬哪芰科胶夂腿蛩科胶獾慕嵌葋砜?，海洋是關鍵，”他解釋說，“但是，當我們只研究地球陸地上這一小部分淡水時，這部分水量只占全球總水量的2.5%左右，海洋作用就可以忽略。我們可以說，植物在陸地的淡水運動中起主導作用，生物圈在陸地水循環的過程中發揮了很大的作用，它能決定有多少水能夠進入河流?！?/p>

現在，研究人員已經建立了新的計算模型，以探討在特定的土地利用或植被變化情況下人類水資源的獲得情況?！拔覀儽纫郧坝懈嗟膯栴}要問，”杰斯喬克說，“人們期望生態系統向著哪個方向改變？生物圈如何變化，才能使更多的水進入河流？”這些都是大問題。人們關心河流，是關心河流中的水量，人們之間的河流協約都是基于水量的，至少在美國西部是這樣的。然而，真正決定河中的水量的卻是植物，植物不僅決定著河中的水量，還決定著河中魚、青蛙等的生態健康，以及其他生態經濟的價值。