（原標(biāo)題：霧霾越深，森林越壯）
氣溶膠的散射光施肥效應(yīng)示意圖(圖片由受訪者提供)
王欣在野外觀測(cè)
森林在霧霾天長(zhǎng)得更快。今年6月，這個(gè)和許多人印象相反的結(jié)論發(fā)表在《氣候變化生物學(xué)》(Global Change Biology)上。論文第一作者、中國(guó)科學(xué)院植物研究所的博士生王欣表示，在科學(xué)界，這不算令人驚訝。
霧霾屬于大氣氣溶膠的一種。氣溶膠和膠水在質(zhì)地上沒什么相似之處，它更像一團(tuán)灰霧，是“懸浮在大氣中的固態(tài)和液態(tài)顆粒物的總稱”。過去30年里的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，氣溶膠會(huì)影響全球森林的光合作用效率，濃度越高效率越高。
王欣采集到的數(shù)據(jù)為這種趨勢(shì)貢獻(xiàn)了野外證據(jù)。從2012年到2014年，她幾乎每天都待在北京香山腳下一片她親手種植的楊樹林中——這是中國(guó)北方最常見的樹種之一。霧霾嚴(yán)重時(shí)，不遠(yuǎn)處的香山完全隱身。
她的觀察將幫助人類進(jìn)一步認(rèn)識(shí)霧霾。在此之前，科學(xué)家對(duì)霧霾的研究大多集中于對(duì)人體健康的影響，對(duì)于它在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中引發(fā)的變化知之甚少。
森林加快成長(zhǎng)，光合作用效率更高，為地球吸收更多的二氧化碳。這種積極作用無法為霧霾開脫。實(shí)際上，在王欣的指導(dǎo)老師、中科院植物所研究員劉玲莉看來，環(huán)境保護(hù)將因此面臨更嚴(yán)格的要求。
一片樹葉上看到全球生態(tài)變化
“長(zhǎng)遠(yuǎn)來說，這個(gè)結(jié)論反而會(huì)讓世界各國(guó)的減碳任務(wù)更加艱巨。”劉玲莉?qū)τ浾哒f。
全世界都在為減少溫室氣體排放頭疼。在《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約的京都議定書》規(guī)定的6種溫室氣體中，二氧化碳是減排任務(wù)最重的——各國(guó)定下減排配額、中國(guó)在建全球最大的碳排放交易市場(chǎng)……在氣象大會(huì)上的爭(zhēng)論之外，森林不語，通過光合作用，將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)檠鯕狻?/p>
王欣和劉玲莉的研究表明：霧霾越嚴(yán)重，森林越是加快生長(zhǎng)拼命工作。這也就意味著，霧霾侵襲減少，光合作用減弱，森林的生長(zhǎng)速度必將變慢，為人類承擔(dān)減碳任務(wù)的能力將下降。因此，在制訂減碳計(jì)劃時(shí)要將森林的作用考慮進(jìn)去，隨著計(jì)劃的推進(jìn)提高減碳的配額，才能保證每個(gè)階段達(dá)到所預(yù)期的目標(biāo)。
水、風(fēng)、陽光、生物……全球生態(tài)是一個(gè)整體，牽一發(fā)而動(dòng)全身。這是劉玲莉在至今22年的科研生涯中體會(huì)越來越深的“地球哲學(xué)”。
這次有關(guān)霧霾的研究始于一封郵件。10年前，劉玲莉在美國(guó)北卡羅來納州立大學(xué)讀博士時(shí)，導(dǎo)師問她：大規(guī)?；鹕奖l(fā)后，全球大氣中的二氧化碳濃度是升高還是降低?
“怎么會(huì)降低呢?”她想，腦海里是火山口直沖云霄的黑煙和煙霧中濃密的二氧化碳、一氧化碳以及硫氫化合物。
她錯(cuò)了。上世紀(jì)80年代以來，衛(wèi)星觀測(cè)幫助科學(xué)家積累了大量一手資料。其中，1991年的菲律賓皮納圖博火山爆發(fā)的數(shù)據(jù)最為翔實(shí)。數(shù)據(jù)顯示，這場(chǎng)20世紀(jì)最大規(guī)模的火山爆發(fā)平息后，隨著噴發(fā)物參與全球的大氣循環(huán)，世界各地都出現(xiàn)了二氧化碳濃度顯著下降的觀察結(jié)果。
圍繞這個(gè)現(xiàn)象出現(xiàn)了多項(xiàng)假說，目前被學(xué)界所廣泛認(rèn)可的理論圍繞大氣氣溶膠展開。火山爆發(fā)產(chǎn)生的大量硫酸鹽固體顆粒會(huì)形成氣溶膠。
它就像一床毯子擋在陽光和生物之間，降低了輻射的總量，但卻并非密不透風(fēng)，其中包含的無數(shù)小顆粒能顯著增強(qiáng)光的散射，最終促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的光合作用。
如果把光線看作子彈，沒有氣溶膠籠罩時(shí)的直射好比兩個(gè)牛仔在空曠荒野上對(duì)峙，直來直往，目標(biāo)明晰。氣溶膠環(huán)境下的散射則好像酒吧里的伏擊，子彈在瓶罐桌椅間彈來彈去，誰都有可能中招。
一顆樹上的葉片從不能平均接受陽光。冠層外圍的那些能享受陽光的直射，被稱為陽生葉，冠層內(nèi)部的陰生葉則沒有這種待遇。氣溶膠讓光從四面八方而來，反射進(jìn)樹木冠層的下部和內(nèi)部，讓陰生葉也能陽光普照。整個(gè)樹木冠層的光利用效率都提高了，這被稱為氣溶膠的散射光施肥效應(yīng)。
在美國(guó)國(guó)家環(huán)保局環(huán)境評(píng)價(jià)中心做博士后時(shí)，劉玲莉的研究方向就是大氣污染對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。氣溶膠因?yàn)轭w粒結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以被實(shí)驗(yàn)室制造出來，中心的研究也大多處在宏觀層面。
氣溶膠的散射光施肥效應(yīng)已經(jīng)被證實(shí)，但具體到一棵樹如何生長(zhǎng)、一片葉子如何提高光合作用效率，觀測(cè)證據(jù)仍屬于空白。
劉玲莉的好奇心被激發(fā)，她想在更小的維度上尋找證據(jù)，也就是說，“在一片樹葉上看到全球生態(tài)變化”。
她意識(shí)到，正在與霾撕扯的地方應(yīng)該就是“最理想的試驗(yàn)場(chǎng)”。
農(nóng)田里的樹木加護(hù)病房
“那幾年，北京的霧霾太規(guī)律了。”劉玲莉回憶。每次來訪，霾幾乎總是賴上一周左右，濃度在第三、四天達(dá)到頂點(diǎn)，又逐漸減弱最終退去，直到下一波侵襲。一個(gè)周期里，氣溶膠中的大小顆粒先是吸引灰塵，越滾越大，最終因太重而紛紛掉落。這一規(guī)律也被其他一些研究者的觀測(cè)所證實(shí)。
王欣是劉玲莉回國(guó)任教后帶的第一個(gè)博士生。野外觀察時(shí)，她穿長(zhǎng)袖長(zhǎng)褲戴手套，帽檐耷拉下來能遮住臉頰。遠(yuǎn)近都是農(nóng)田，田間勞作的老鄉(xiāng)都知道她是個(gè)大學(xué)生，但始終不明白她究竟在忙些什么。
在京郊的一小片楊樹林，王欣、劉玲莉?yàn)橹参锎蛟炝恕凹幼o(hù)病房”。粗細(xì)電線蜿蜒在林間土地，連接著大小儀器。光合測(cè)定儀則像手術(shù)時(shí)放大觀測(cè)的攝像頭，時(shí)刻記錄著葉片的光合速率。觀測(cè)樹木體液流動(dòng)的導(dǎo)管深入樹干，打點(diǎn)滴似的。林邊一排漏斗記錄著降雨量，高高懸掛的探頭則關(guān)注著陽光的強(qiáng)弱。
王欣的觀察從不間斷。有時(shí)天氣晴好，能看見香山蔥郁的輪廓;有時(shí)污染嚴(yán)重，稍遠(yuǎn)一點(diǎn)的葉片都隱沒在一片灰白之中。對(duì)她們師徒而言，惡劣的環(huán)境反而對(duì)科研有利。
2014春節(jié)前，王欣分析數(shù)據(jù)，看見在時(shí)間的維度上，陰生葉的光合作用速率和氣溶膠濃度變化緊密相關(guān)，這是預(yù)料之中的。
她沒有料到的是另一條曲線。空氣濕度的變化似乎也與氣溶膠濃度和生長(zhǎng)速率暗暗相合。
“北京的霧霾天似乎總是陰天，是不是?”劉玲莉?qū)τ浾哒f。霾在空氣中的大小顆粒仿佛膠水一樣，吸聚著水汽。一般來說，霧霾越嚴(yán)重，植物的水汽蒸發(fā)率越小。
“植物的一輩子就忙兩件事：獲得更多的光，蒸發(fā)更少的水?！惫趯油鈬年柹~不缺陽光，霧霾帶來的更多水汽則降低了蒸發(fā)率，它敢于將氣孔張得更大，于是光合作用效率就更高。
針對(duì)這個(gè)意外的發(fā)現(xiàn)，王欣和劉玲莉補(bǔ)充了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在接下來的兩年里增加了對(duì)于樹莖增長(zhǎng)的檢測(cè)。植物莖干生長(zhǎng)傳感器像健康手環(huán)一樣箍在樹干上，記錄它們身材的變化。它的精度可達(dá)10微米，增長(zhǎng)了一層細(xì)胞都能被記錄下來。
傳感器兩年的觀測(cè)結(jié)論印證了她們的猜想：霧霾越嚴(yán)重，莖干長(zhǎng)得越歡。
學(xué)術(shù)三輪車的田野
“故事的邏輯更加完整了”。北京郊區(qū)這片小樹林的植物細(xì)胞生長(zhǎng)為全球生態(tài)變化的宏大趨勢(shì)提供了證據(jù)。大氣氣溶膠會(huì)對(duì)光照和濕度產(chǎn)生影響，改變森林的生長(zhǎng)速度，左右光合作用效率。
劉玲莉松了口氣。她一直擔(dān)心這個(gè)實(shí)驗(yàn)做不好，影響王欣順利畢業(yè)，“把孩子坑了”。出于“保全考慮”，她還指導(dǎo)王欣完成了另一個(gè)課題，發(fā)了一篇不錯(cuò)的論文，能保證她獲得博士學(xué)位。
導(dǎo)師沒讓學(xué)生知道她默默的擔(dān)憂。生于1986年的王欣覺得自己一直有種不辨利害的年輕之勇，“傻傻的”。在種下那片楊樹林的樹苗前，她還單身，一心喜歡植物。進(jìn)行論文數(shù)據(jù)分析和寫作時(shí)，她結(jié)婚了。收到刊物的錄用通知前夕，她誕下了一個(gè)女兒。
最初的樹林已經(jīng)不在了。土地是當(dāng)時(shí)植物所租用的，后來地價(jià)漲了人家收回去了，據(jù)說是要蓋房子。整片白楊林被砍倒，只留下一個(gè)樹樁，拳頭大小，收藏在劉玲莉辦公室里。
那個(gè)樹樁，她一直開玩笑說要給王欣當(dāng)嫁妝。做妻子、做母親、做學(xué)問“都是大事兒”。
兩人還是有遺憾。論文本來進(jìn)入一家更核心刊物的最終審稿環(huán)節(jié)，卻沒被錄用，對(duì)方認(rèn)為實(shí)驗(yàn)所用樹種只是白楊有些單一。實(shí)驗(yàn)室當(dāng)時(shí)的預(yù)算沒機(jī)會(huì)進(jìn)行更大型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，如今則難以復(fù)現(xiàn)曾經(jīng)的情況。隨著北京近年治霾力度加大，嚴(yán)重的污染天氣已不再常見。
王欣在植物所獲得了助教的職位繼續(xù)科研，有了一門師弟師妹，每個(gè)人都皮膚黝黑。美國(guó)大片里在火星上種土豆活下來的宇航員是個(gè)植物學(xué)家，在劉玲莉眼中，這些學(xué)植物的孩子“動(dòng)手能力特別強(qiáng)，特別善于解決問題”。測(cè)量雨水的漏斗容易被大?；覊m堵住，他們就在上面蒙一層窗紗，擋住灰塵留下雨水，便宜高效。野外的大型儀器24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)需要散熱，遮雨的塑料布不透氣，他們就在儀器外面圍上有一定斜度的百葉窗，透風(fēng)擋雨。
實(shí)驗(yàn)室有一輛“學(xué)術(shù)三輪車”，電動(dòng)的，是“裝備升級(jí)”后的交通工具。小師弟駕駛它，博士碩士們坐在車身的鐵皮斗里——一般農(nóng)民拉瓜菜的位置，顛兒顛兒地從植物所的大樓到實(shí)驗(yàn)的田地去。前車轱轆一度出了小故障，不受控地扭來扭去。
據(jù)劉玲莉介紹，孩子們正繼續(xù)進(jìn)行氣溶膠與生態(tài)環(huán)境的研究。下一步研究的方向之一是霧霾環(huán)境下玉米的生長(zhǎng)情況。玉米是我國(guó)最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一。精度更高、更敏感的觀測(cè)工具將被采用，應(yīng)對(duì)不再極端的霧霾環(huán)境。
劉玲莉是一家小輩中唯一一個(gè)學(xué)農(nóng)的。她從小熟悉農(nóng)田，父親是貴州畢節(jié)農(nóng)科所的工作人員。她在辦公室里養(yǎng)綠植“種什么死什么”——那是育種專家的領(lǐng)域。生物學(xué)是一片廣大的田地，她更關(guān)注風(fēng)云變幻。眼下，她正在爭(zhēng)取資金，“在北京海淀區(qū)種地，還是挺奢侈的”。
北京盛夏的陽光里，他們繞過植物所的花園——那里有北京最完整的華北植物收藏。他們和路邊頭搭著白毛巾遮陽的農(nóng)民打招呼，駛?cè)胍黄_闊的田野。田野被劃分成屬于各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的方塊，管線在黃土里蜿蜒，花朵、果實(shí)和樹木在熱風(fēng)中搖擺。在田野更遠(yuǎn)的地方，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)種下了一片新的楊樹林。
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