“太空望远镜”，打开看森林的新视野（唠“科”）

张永光

如果我们把一台望远镜架在江苏南京紫金山上，就可以观察山中树木在春天渐渐变绿；如果把望远镜架到空中，清晰度放大1万倍，就能看到全球森林随着光阴流逝如何被“染绿”；如果再借助一台特殊的“太空望远镜”，从太空中看向地球，就能捕捉到肉眼无法看清的细节——森林自身发出的微弱荧光。

森林也会发光吗？没错。植物在白天进行光合作用时会发出荧光，叫作叶绿素荧光。不过这种光太微弱，只有太阳光强度的1%，被强烈的“背景光”掩盖，肉眼难以看到。

我们所借助的“太空望远镜”，就是遥感卫星。这些卫星绕地球运动，搭载着高分辨率光谱仪，这是由光栅等组成的分光系统。太阳光其实是由多种不同波长的色光组成。透过普通望远镜，我们只能看到红黄蓝三原色，但特殊望远镜的分光系统就像筛子，可以根据波长的细微差异，将太阳光“梳理”出几十万种颜色。科学家发现，这些不同颜色之间夹杂着许多细细的“黑线”。这些“黑线”是太阳光被大气层吸收后留下的“空白地带”，给我们观察微弱的叶绿素荧光留下了“窗口”。当我们借助特殊望远镜观察，会发现原本应该是“黑线”的位置，出现了淡淡的偏红色荧光。这些微弱的荧光是植物进行光合作用的指征，它们的强弱反映出光合作用的大小。掌握了这一秘密武器，科学家就可以进一步分析由哪些因素决定了光合作用的大小——这项研究日益重要。

植被的光合作用直接决定了陆地生态系统对大气中二氧化碳的吸收能力。科学研究发现，全球森林正在经历物种多样性丧失，树种越来越少，结构也越来越单一。物种多样性的变化是否会影响生态系统光合作用的能力？长期以来，相关研究难以跨越时空局限，缺乏对大尺度自然生态系统的直接观测证据。

我们借助“太空望远镜”及先进的卫星遥感探测技术，结合全球科学家在过去20年积累的海量数据，打通了观测壁垒，还利用人工智能机器学习等，深入挖掘分析海量数据。研究发现树种多样性是全球森林光合作用的重要决定因子，其作用强度仅次于温度——树种越丰富的森林，光合作用能力越强。这也是科学家首次在全球尺度明确揭示：树种多样性是促进森林光合作用的关键因子。

为什么树种多样性能促进森林光合作用呢？我们进一步研究发现，生物多样性通过两大路径增强光合作用。首先，向“上”看，生物多样性丰富了森林冠层的复杂性，不同季节生长的植物，错开了需要光照的时间，高矮不同的树种，也错开了树冠需要光照的空间，确保更多叶片能参与光合作用。其次，向“下”看，生物多样性可以让树木在泥土中充分吸收不同层次的营养，有利于提高叶片氮含量，改善叶片的生理特性，从而增强光合作用的能力——换句话说，森林生物多样性提升光合作用能力，主要依靠让它们长得高、活得好。

在修复和改善生态时，我们可以模仿天然生态系统，种植混交林。在我国南方地区提升森林的生物多样性，对形成碳汇、减轻碳排放压力有着显著的效果；而在寒冷的东北，可以有针对性地培养耐寒树种，加强维护和管理，让更多树种在黑土地上存活下来。

(作者为南京大学国际地球系统科学研究所副所长、教授，本报记者姚雪青采访整理)

《 人民日报 》( 2025年11月08日 07 版)