对未来多样化热带森林的一瞥

Cavanillesia Platanifolia

(点击图片查看全貌。)长寿先驱者的树干和幼苗(扁豆树)。长寿的巨型拓荒者将大部分的生物量储存在这片热带森林中,尽管它们的幼苗很少能存活下来并长到树冠上。信贷:基督教齐格勒

新方法使得能够预测物种丰富的森林的发展。

热带森林是生物多样性的热点。在气候变化的背景下,他们的保护起着特殊的作用,重要的是预测这种多元化的森林可能会如何变化几十年甚至几个世纪。这正是德国综合生物多样性研究(IDIV),莱比锡大学(UL)和其他国际研究机构的研究人员。他们的结果已在科学期刊上发表科学

世界上无处可行的是失去所谓的主要森林的推动得比热带地区更快。迫使自然林被迫让养殖和畜牧业养殖,而且由于清理,重要的栖息地丢失了。此外,储存在树中的碳被释放为CO2。当清理区域不再使用时,新的“二级”森林在它们上生长,然后这些森林在它们中捕获了前面释放的二氧化碳的一部分。因此,促进此类天然林区可以提供从大气中减轻气候损害二氧化碳的廉价方式,同时促进生物多样性。

但是,并非所有森林都以同样的方式发展。为了管理热带森林的复苏和复兴,有必要能够预测森林如何发展。为此,必须知道某些参数;树木的成长有多迅速,他们死得多?它们产生了多少个后代,然后反过来确保持续存在物种?这正是在过去的40年里在巴拿马录制的数据,以在世界上最受研究的热带雨林之一,282种树种。

热带雨林树权衡

研究小组发现,热带雨林的组成随着时间的推移取决于每种树木如何平衡两种不同的权衡:生长与生存(例如,一种树可能长得快但寿命短)和身高与繁殖(另一种树可能长得高但繁殖悠闲)。该团队还发现,生活在巴拿马巴罗科罗拉多岛(灰色点)的近300种独特树种可以在他们的计算机模型中仅用5个功能群来表示,并且仍然可以随着时间的推移准确预测树木组成和森林生物量。资料来源:德克萨斯大学奥斯汀分校/德国综合生物多样性研究中心(iDiv)

使用此数据,研究人员能够在发展期间表明树木追求不同的策略。一方面,它们的生活步伐不同;虽然“快速”种类既快速生长和死亡,但“慢速”种类慢慢增长,达到较晚。另一方面,无论生命的步伐如何,树木都会有所不同。这些“不孕巨头”,也被称为长期的先驱,相对较快地生长,并且达到了巨大的身材,但每年只生产几个后代,与“肥沃的矮人”形成对比;小灌木和三脚速度慢慢生长,不长久,但产生大量的后代。

但是人口多样性的多少因素,以及哪些因素必须被考虑进去才能让我们能够预测森林多样性的发展?一个国际研究小组用数字实验回答了这个问题。在一个计算机模型中,他们模拟了树木如何生长、死亡、繁殖和争夺光线,就像在真实的森林中一样。它们允许模型的不同配置相互竞争;这些物种要么包括了所有282种来自巴拿马的物种,要么只有少数被选中的“策略类型”。这个物种只在一两个方面不同;他们的生活节奏和地位。然后,将各自的模型预测与实际再生次生林的发育情况进行比较。

研究人员发现,他们的模型只适用于五种策略类型,但两种策略维度都必须考虑在内。“特别长寿的先锋很重要,因为它们占大部分的生物量和碳-在这个几乎所有年龄段的森林类型,不仅在中年森林认为到目前为止,”第一作者娜迪亚鲁格博士说,初级研究小组组长iDiv和UL。

经过多年的研究,Ruger和她的同事现在已经能够建立一个完全由数据驱动的建模方法,可以用来预测物种丰富的森林的发展,而不需要常规的、繁琐的调整和校正未知的模型参数,从而节省时间和资源。鲁格说:“基本上,我们能够还原森林的本质,这是唯一可能的,因为我们对巴拿马森林的树种了解太多。”

虽然森林受到气候变化的影响,但它们也显著减缓了其速度——据估计,地球上的植被每年吸收了我们排放的大约34%的碳分子。然而,科学家们不确定我们将来是否能够依赖这种重要的生态系统服务。“通过推进我们的能力来预测森林碳储存和代表了丰富的生物多样性在热带森林中,我们现在在一个路径更准确地捕捉重要生态过程在全球政策制定者所使用的模型,预测气候变化的步伐”,作者卡洛琳Farrior说,德克萨斯大学奥斯汀分校的助理教授。

有关此研究的更多信息,请阅读漫长的热带树木在碳存贮中起比以前认为的更大角色

参考:《人口权衡预测热带森林动态》作者:Nadja Ruger, Richard Condit, Daisy H. Dent, Saara J. DeWalt, Stephen P. Hubbell, Jeremy W. Lichstein, Omar R. Lopez, Christian Wirth和Caroline E. Farrior, 2020年4月10日科学
DOI:10.1126 / scelscem.AZ4797

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