三十年前，美国能源部橡树岭国家实验室的化学家小查尔斯·F·贝斯写道，地球正在经历一场巨大的“不受控制的实验”，这场实验很快将揭示温室气体浓度上升的全球性后果。今天，科学家们知道，森林砍伐、土地利用和化石燃料的燃烧正在使我们的星球变暖。然而，我们不太确定气候变化将如何改变森林和草原，以及这些生态系统为社会提供的商品和服务。
大众媒体中大部分关于气候变化的新闻并非来自实验，而是来自观察。科学家们监测北极海冰、冰川和自然事件，例如树叶出现的时间，并在变化超出正常预期时告知公众。随着时间的推移记录这类信息非常重要。但是，气候变化生物学家并没有等待观察不断变化的气候如何缓慢地改变生物圈，而是在进行实地实验，通常是在大规模范围内进行，以观察生态系统将如何应对更多或更少的降水、二氧化碳 (CO2) 浓度升高和温度升高。实验数据是确定生态系统是否以及在多大程度上会受到 10 年、50 年或 100 年后的气候变化影响，以及这些变化可能如何反馈以进一步推动变化的关键。结果可以帮助在充满情感的气候辩论中区分事实与虚构。
多年来，研究人员调查了单个植物（通常在气候受控的室内培育数月）如何对各种条件做出反应。了解这种尺度的机制是必要的。但我们也必须在植物的适当背景下研究植物：实际的生态系统。公众在很大程度上不知道，一些涉及改变降水和二氧化碳浓度的大型户外实验已经进行了十多年，包括以下几页方框中描述的那些实验。温度实验也已经开始。现在已经生成了足够的数据来改进预测气候和植被变化的模型，从而更准确地描绘出在日益温暖的世界中，随着降水模式的变化和更多二氧化碳的覆盖，林地、草原和农作物可能会发生怎样的变化。
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全球各地的发现
在全球范围内进行的实验表明，植物和生态系统具有适应新条件的非凡能力。但科学家预计，存在阈值，一旦超过这些阈值，就会发生重大且可能具有灾难性的反应。当我们探索这些边界时，我们会发现惊喜，但一些基于实地实验数据得出的结论已经可以得出
较高的二氧化碳浓度可以提高小麦、水稻、大麦、大豆和棉花等商品的产量，但同时发生的气候变暖，以及某些地区的臭氧污染，很可能会降低或抵消“二氧化碳施肥”效应。气候变化还将改变作物、杂草、病原体和昆虫之间的相互作用，害虫的胜出频率往往不亚于作物。
美国东部地区的落叶林（那种季节性落叶的森林）对干旱相对不敏感。深厚的土壤储存了充足的水分，足以支持大型树木在一年中的大部分时间里生长。但表层土壤含水量很少且很快就会干燥，导致幼苗和小树苗（未来的森林）的死亡率很高。
在富含二氧化碳的大气中，更多的根系生长可以提供更多的养分，从而提高发育中森林的生产力。更深层的根系也可能通过增加获得土壤水分的机会而使干旱和旱地生态系统中的植物受益。
全球变暖和二氧化碳浓度升高可能会促进许多农业杂草的入侵性，包括加拿大蓟，从而降低作物产量或需要更多的除草剂。外来物种也可能构成问题。例如，内华达大学拉斯维加斯分校的斯坦·史密斯最近在莫哈韦沙漠进行的实验表明，在降雨量异常高的一年中，二氧化碳浓度升高刺激了雀麦（一种又名“杂草”）的蔓延，这降低了植物物种多样性，改变了食物链，并增加了火灾的可能性。
尽管过去 200 年世界草原中木本植物的入侵主要是由过度放牧和火灾抑制造成的，但大气中二氧化碳浓度的升高可能正在促成树木和灌木在美国西部地区的蔓延。
未来的二氧化碳浓度将以可能影响公众健康的方式影响植物，包括产生更多的花粉，从而引发过敏，以及毒葛和其他入侵物种的更多生长和毒性。
复杂的问题
大型户外实验的结果令人信服，但大多数调查都是在中纬度地区进行的，而且主要是在美国和欧洲。需要更广泛纬度的新实验来清楚地预测北方森林、苔原和热带植物和生态系统的反应。准备这些实验需要数年时间，因为它们很可能在科学上很复杂，并且位于偏远地区。它们将需要大量的工程设计，以确保改变的条件均匀施加，并且基础设施足够坚固，可以持续多年。
生物学家还必须建造不仅改变二氧化碳浓度、温度或降水模式，而且将所有三个因素结合起来的装置。到目前为止，我们只触及了皮毛。在怀俄明州夏延附近进行的一项新实验正在评估北部混草草原中的植物在二氧化碳浓度和温度同时变化的情况下将如何生存。在美国农业部农业研究服务处的杰克·摩根进行的草原加热和二氧化碳富集实验的第一年，他发现迹象表明，变暖与较高的二氧化碳浓度相结合可能会增加大平原地区暖季草的丰度，从而以牺牲冷季草为代价。
如何在模型中最好地操纵多种因素以及如何解释这些组合以及可能的反馈是复杂的问题。如果我们想要帮助社会预测、计划和适应已经快速变化的气候，我们将很快需要实验得出的数据。