南京大学2023年本科生中美波多黎各生命科学综合国际科考与科研训练项目成果“被低估的气候守护者：热带森林叶片通过调节地面温度影响全球变暖”以封面文章在The Innovation Geoscience上发表。
温室气体排放长期以来被视为全球变暖的主要驱动力，而土地利用变化导致的地面辐射变化对大气温度的影响则被低估。植被覆盖不仅通过光合作用影响大气温度，还通过生物物理和生理过程调节地面温度，从而影响局部气候。
2023年8月，在南京大学本科生院国际科考专项资金的支持下，由南京大学生命科学学院牵头，联合复旦大学生命科学学院、浙江大学生命科学学院和中国科学技术大学生命科学学院，组队赴波多黎各开展了为期16天的生命科学综合国际科考和科研训练。通过测量和分析波多黎各热带森林叶片和地面温度数据，科考团队研究了不同海拔、植物物种和森林类型对地面温度调节的差异。研究发现，植被覆盖对地面温度具有大幅削减作用，提示森林覆盖对地面温度的调节具有重要作用，而砍伐森林可能是引起全球变暖重要因素之一（图1）。这一发现对制定更有效的气候应对策略具有重要意义。
图1. 图文摘要
该研究测量了波多黎各2023年8月14-20日热带森林中9个典型植被类型的日间叶片温度（TLeaf）、植被覆盖地面温度（TCover）和植被附近裸地温度（TBare）。这些植被类型涵盖了从干旱到湿润、从草原到森林等典型植被，检测的对象包括了双子叶植物、单子叶植物和蕨类植物等代表性生活型。为了量化森林植被对地面温度的影响强度，我们通过两个森林生态系统功能参数来表征森林对地面温度的影响：
森林降温效应（FCE）= TBare - TCover
相对森林降温效应（RFCE）= (TBare - TCover)/TBare ×100%
研究结果显示，TLeaf和TCover随海拔升高而降低，且符合逻辑斯蒂模型。值得注意的是，TLeaf在接近海平面时达到最高值44.2℃。这种非线性关系可能与植物的生理调节机制有关，在高温环境下，植物叶片通过加速蒸腾作用来降低温度，从而避免因高温对光合作用相关酶的损害。相比之下，TBare随海拔升高呈线性降低。该结果证实了热带植被覆盖对地面温度调节起到了关键作用。此外，TBare与TLeaf和TCover拟合曲线在海拔849.8m处相交，说明热带森林功能在低海拔处表现为降温效应，在高海拔处表现为增温效应。这可能是由于高海拔处TBare受大气温度影响显著本身偏低，而植被的存在降低了反照率、释放了代谢热量，从而使得TCover高于TBare。
通过比较FCE和RFCE，该研究发现不同植被类型对地面温度的降温效应存在差异。其中双子叶植物的降温效果最为显著，而单子叶植物和蕨类植物的降温效果相对较弱。这一结果可能与植物的生理结构和功能特性有关。双子叶植物具有更发达的次生木质部，能够更有效地进行蒸腾作用，从而表现出更强的降温效果。这一发现对植树造林具有重大参考价值，通过选择合适的树种，可在有限土地面积上实现更强的降温效应，从而缓解全球变暖。
该研究还探讨了热带森林干湿条件与降温效应的关系。干热森林表现出最强的降温效应，其次是湿润森林，最后是雨林（图2）。该发现提示，干热森林植物与其周围环境之间可能存在某种协同进化机制，以维持生态稳定性。生活在干燥炎热环境的植物叶片通常具有较小的尺寸、较高的反照率、较高的叶脉密度和较高的气孔面积指数，这些特征增强了它们的物理降温效应和蒸腾率。在森林保护方面，研究者往往更关注雨林，但该研究结果显示干热森林的温度调节能力远强于雨林。先前研究发现干热森林是所有主要热带森林类型中受威胁最严重的，可见我们对干热森林的保护力度与其重要性远未匹配。
图2. 不同森林类型的FCE和RFCE比较以及TLeaf、TBare和TCover分布情况
该研究验证了热带森林对日间地面温度的关键调节作用，并探究了降温效果与海拔、植物物种和森林类型的关系。随着热带森林砍伐比例不断上升，除了温室效应以外，森林砍伐的生物物理效应对全球变暖的贡献值得人们关注。植树造林是缓解全球变暖的有效策略，土地管理者可通过选择合适树种增强降温效应。未来研究需纳入更多微气候变量和时间点观测，以全面理解植被对地表温度的影响。
相关研究成果于2025年11月25日以“Plant modulation on daytime ground surface temperature: An overlooked mechanism in climate warming regulation”为题，作为封面文章在The Innovation Geoscience上正式发表（图3）。参与南京大学2023年中美生命科学综合国际科考与科研训练项目的南京大学生命科学学院本科生李家鑫、顾姝恬、曹明晰、谈笑、禤锟和隽之祎为共同第一作者；复旦大学本科生曹炜毅，浙江大学本科生林言，中国科学技术大学本科生王一如，南京大学本科生夏璟尧、张嘉晨、巴丽巴拉·肯加太和波多黎各大学博士研究生杨思为共同作者。波多黎各大学邹晓明教授（现为江苏农业科学院研究员）和南京大学生命科学学院田兴军教授为共同通讯作者。本项目得到了南京大学本科生全球科考与科研训练项目（2023-14805001）的资助和波多黎各大学的大力支持。
图3. 2025年第3卷第4期The Innovation Geoscience封面