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大树的三个“杀手”

来源:中国科学报 作者: 人气: 发布时间:2019-09-10 08:59:52

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巴拿马运河巴罗科罗拉多岛热带森林中一棵大树在2018年遭雷击后死亡。图片来源:EVAN GORA

一些最大的树在暴风雨和严冬中挺立着,看起来不可战胜。但最近围绕闪电、干旱和入侵性害虫等对森林的影响进行的一系列分析研究表明,对树木来说,个头大并不代表强大,森林中的大树反而更易受到伤害。

“一直以来都有一个基本的假设,那就是大树在某种程度上可以缓冲环境压力。”美国缅因大学森林生态学家Andrew Barton说,“这项新研究表明这可能不是真的。”在近日举行的美国生态学会年会上,科学家充分讨论了这个问题。

澳大利亚国立大学森林生态学家David Lindenmayer说,由于这三种压力都可能增加,大树在陷于困境的森林中异常脆弱。大树是碳的主要储藏库——大树很可能储藏了森林中50%的碳,伴随它们的死亡碳释放到大气中,可能会加剧气候变化。

闪电的袭击

闪电袭击最大的树木是有道理的,但直到巴拿马运河中部巴罗科罗拉多岛的一个项目公布了损失情况,其严重程度才浮出水面。在温带地区,雷击会使树干变黑或烧毁树木,所以很容易看到它的影响。但在像巴拿马这样的热带森林中,闪电并没有留下明显的痕迹。这可能是因为树木携带了更多水分,树木一旦被击中,可能会在数周或数月后死亡。

美国路易斯维尔大学生态学家Steve Yanoviak和同事最近为岛上的科学考察站配备了摄像头和传感器,这样他们就可以对雷击进行三角测量,并寻找倒下的植被和其他树木被击中的细微迹象。博士后Evan Gora会密切关注一棵被击中的树与其邻树,并记录下有多少倒下的树木。Gora在年会上报告说,到目前为止,该项目已经确定了70次雷击。每次雷击平均“杀死”5棵树,当闪电电流从一棵树跳到另一棵树时,还会造成16棵树受损。

Gora和Yanoviak将巴罗科罗拉多岛上的所有树木按直径分成三个大小等级,这与其总体大小相对应。他们发现,最大、最高的树木遭受了不成比例的破坏。“闪电造成了40.5%的大树死亡。”Gora说,“这比我们预期的高得多。”相比之下,闪电只导致5.4%的中型树木和2.9%的最小树木死亡。如果像许多研究人员预计的那样,气候变化会让雷暴变得更常见或更猛烈,那么大树的死亡数量可能会上升。

干旱的威胁

干旱会使情况恶化。一些研究表明,由于小树根太浅,无法接触到地下水,它们可能比森林中的大树更容易遭受干旱。不过,美国宇航局戈达德太空飞行中心的森林生态学家Atticus Stovall在研究了加州内华达山脉两个地区(总面积达4万公顷)8年来的航拍照片和激光测量的树木高度和树冠密度后,得出相反的结论。利用定制的计算机程序,Stovall追踪了180万棵树木的命运。

2014年和2015年,该地区遭遇了1200年来最严重的干旱,天气异常炎热。Stovall通过研究森林冠层的变化发现,在干旱之前,所有的树木都以相同的速度死亡。但他在年会上报告说,2014年严重干旱开始后,30米以上的树木中有40%死亡,而中型树木和小型树木的死亡率分别为28%和16%。

“一棵树能否在干旱中存活,高度比其他任何因素都重要,包括降雨量和温度。”Stovall计算出,一棵树的高度每增加10米,其死亡率每年会增加2.4%。

Stovall和其他科学家认为,较高的树木更容易受到伤害,部分原因是它们从根部到树冠的引水距离较长。如果树叶中的水分逸出过快,树干的导水通道就会形成气泡,扰乱水流。他说:“一旦一棵树有太多的气泡,它就完了。”干旱还削弱了树木对树皮甲虫的抵抗力,而树皮甲虫携带的病原体能杀死树木,斯托瓦尔称之为“死亡螺旋”。

全球约14%的针叶林生长在易干旱的地区,比如内华达山脉,而全球变暖预计将使这些地区的干旱更加普遍。“我们认为这可能是森林的一个主要问题。”Stovall总结道。

入侵性害虫的肆虐

美国普渡大学西拉法叶分校的森林生态学家宋林霏(音译)发现,由于人类活动,侵入性害虫的数量也在上升,这是另一个危害大树的因素。在看到自家院子里一棵心爱的白蜡树死于白蜡虫感染后,他开始思考这些害虫对树木碳汇的影响。他从美国林务局(USFS)的一个项目中收集了数据,该项目跟踪了全美12万处森林,记录了树木受损或死亡的情况。此外,他和同事还利用了一个联邦数据库,该数据库记录了森林害虫的情况。大约15种非本土生物——昆虫、真菌和其他微生物已经成为美国森林的主要威胁。研究人员在近日发表于美国《国家科学院院刊》的报告中说,根据这15种害虫对USFS监测的地块造成的破坏,每年入侵害虫造成的碳排放相当于500万辆汽车排放的碳。

宋林霏用这项研究的数据计算了不同大小的铁杉、白蜡树和桦树的死亡率。最大的树木遭受的破坏最大,他认为这在意料之外。最大的白蜡树被白蜡虫蛀坏后死亡的可能性是其他树的5倍,而较小的白蜡树的死亡率仅增加了3倍。“一般来说,直径较大的树木更容易死于害虫的入侵。”他怀疑,和老年人一样,老树通常不那么健壮,也不太可能从入侵性昆虫和病原体等破坏中恢复过来。

Lindenmayer说:“我们必须比以前更好地保护大型古树。”在它们周围建立植被缓冲带会有所帮助。他说,生长着最大树木的原始森林应该受到保护,避免遭遇火灾或伐木的伤害。除了最为脆弱之外,最大的树木再生速度也最慢。Lindenmayer说:“许多高大的古树确实是不可替代的。”

(编辑:逍遥客)

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