这一发现挑战了一个长期存在的假设，即较高的光合作用速率自然会带来更快的树木生长。如果树木持续吸收碳，却不将其大部分转化为新木材，长期来看，被锁定的碳可能会减少。
树木在生长停止后仍持续捕获碳
森林在减缓气候变化方面发挥着重要作用，因为树木从大气中去除二氧化碳（CO2），并将其大部分储存在树干、树枝和根部。科学家普遍预期，大气中CO2水平的上升将促进光合作用，从而导致生长加速和长期碳储量增加。
新的研究结果表明，这种关系更为复杂。虽然树木可能继续吸收额外的碳，但其中大部分并不一定会转化为新木材。相反，这些碳可能被用于生成叶片、为短暂的代谢过程提供能量，或服务于其他功能，这使得森林中储存的碳量低于先前的预期。
这些结果可能对气候预测产生重要影响。
“目前，大多数模型假设如果有光合作用，就会有生长。我们发现情况并非如此，”哥伦比亚气候学院下属拉蒙特-多尔蒂地球观测站的生态气候学家、论文主要作者穆昆德·帕拉特·拉奥（Mukund Palat Rao）说道，“光合作用增强并不一定意味着未来树木生长会更多。”
光合作用与生长为何不同
在光合作用过程中，植物利用阳光将CO2和水转化为糖分，同时将氧气释放回大气中。被捕获的碳留在植物体内，但并非全部用于构建木材。
其中一部分碳变成树干、树枝和根部的木质组织，可以在那里储存数十年、数百年甚至数千年。其余的碳则支持叶片和果实的生成，暂时以淀粉形式储存，或转化为化合物释放到土壤中，以滋养微生物群落、改善养分吸收并帮助树木抵御疾病。
由于木材储存碳的时间如此之长，了解通过光合作用捕获的碳最终有多少转化为木质生物量，对于评估森林如何帮助减缓气候变化至关重要。
拉奥说：“从理解森林将如何在长时间尺度上储存碳的角度来看，理解光合作用与生长之间的联系非常重要。”
追踪全美树木
科学家此前曾怀疑碳吸收与树木生长并不总是同步的，但由于缺乏详细的观测数据，无法完全理解其中的原因。
为了进行调查，拉奥及其同事结合了多种数据来源。他们分析了能够探测光合作用的卫星图像，覆盖了美国东部和加利福尼亚州的137个橡树林地。他们还使用了每小时测量树冠层CO2水平的仪器，以及附着在树干上全天追踪树干尺寸微小变化的传感器。（树木往往在夜间因根部吸水而膨胀，然后在白天因蒸腾水分而轻微收缩，其长期累积趋势即为生长。）研究小组还纳入了跨越1950年至今的树木年轮记录和温度数据。
这些数据集共同提供了光合作用、碳吸收和树木生长的每日测量数据。
树木在光合作用结束前数月停止生长
研究人员发现生长与光合作用之间存在明显的分离。
在美国东部的监测点，橡树通常从5月生长到7月，但光合作用持续到10月。它们约36%的年度碳同化发生在夏末生长停止之后。
加利福尼亚州的橡树表现出不同的季节性时间表，但总体模式相同。生长通常发生在12月至4月之间，然后在仲夏减缓，并于8月结束，尽管光合作用仍在继续。大约26%的树木年度碳吸收发生在生长停止之后。
据拉奥解释，原因很简单。树木生长取决于内部水压，而这种压力在炎热干燥的条件下会迅速下降。
拉奥说：“一旦出现干燥炎热的条件，生长活动几乎立即停止，而光合作用似乎以略低的速率继续进行。”
多余的碳去向何处？
生长停止后捕获的部分碳被保存下来，以在下一个生长季节开始时为生长提供燃料。其余的则用于生成新的根和叶，或被氧化以维持活细胞在冬季的功能。
研究人员仍不清楚究竟有多少碳最终转化为长期木质生物量，又有多少碳在较短的时间内返回大气。然而，研究结果表明，关于在更温暖、CO2浓度更高的世界中森林将变得更大并储存更多碳的预测可能需要重新考虑。
研究小组还发现，在当地天气在异常湿润和异常干燥之间波动的年份，光合作用与生长之间的脱节更为严重。由于预计气候变化将增加许多地区的这种变率，这种模式在未来可能会变得更加普遍。
拉奥及其同事目前正在调查类似的模式是否出现在其他树种、森林生态系统和气候中。他预计光合作用与生长之间的分离程度会因森林而异，但表示仍有许多问题尚未解答。
他说：“我还没有真正的答案。还有许多问题有待解决。”