“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）

如果我們把一台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”﹔如果再借助一台特殊的“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——森林自身發出的微弱熒光。

森林也會發光嗎？沒錯。植物在白天進行光合作用時會發出熒光，叫作葉綠素熒光。不過這種光太微弱，隻有太陽光強度的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”，就是遙感衛星。這些衛星繞地球運動，搭載著高分辨率光譜儀，這是由光柵等組成的分光系統。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就像篩子，可以根據波長的細微差異，將太陽光“梳理”出幾十萬種顏色。科學家發現，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熒光留下了“窗口”。當我們借助特殊望遠鏡觀察，會發現原本應該是“黑線”的位置，出現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系統對大氣中二氧化碳的吸收能力。科學研究發現，全球森林正在經歷物種多樣性喪失，樹種越來越少，結構也越來越單一。物種多樣性的變化是否會影響生態系統光合作用的能力？長期以來，相關研究難以跨越時空局限，缺乏對大尺度自然生態系統的直接觀測証據。

我們借助“太空望遠鏡”及先進的衛星遙感探測技術，結合全球科學家在過去20年積累的海量數據，打通了觀測壁壘，還利用人工智能機器學習等，深入挖掘分析海量數據。研究發現樹種多樣性是全球森林光合作用的重要決定因子，其作用強度僅次於溫度——樹種越豐富的森林，光合作用能力越強。這也是科學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鍵因子。

為什麼樹種多樣性能促進森林光合作用呢？我們進一步研究發現，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雜性，不同季節生長的植物，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，有利於提高葉片氮含量，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。

在修復和改善生態時，我們可以模仿天然生態系統，種植混交林。在我國南方地區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。

（作者為南京大學國際地球系統科學研究所副所長、教授，本報記者姚雪青採訪整理）

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