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树木年轮分析解释了干旱不耐受背后的生理学澳

来源:http://www.yihekongjian.com 作者:新澳门萄京娱乐场官网 时间:2019-12-11 22:28

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研究人员在2010年至2014年间从这些地点收集了种子,并结合之前公布的数据,分析了这些地块的幼苗存活和密度状况。通过将这些数据与未被烧毁的地点的幼苗数据进行比较,研究人员确定了森林的再生能力。此外,他们还将这些数据与气候温度和水分信息结合起来,以了解它们如何对树木再生造成影响。

发表在“全球变化生物学”上的研究结果表明,随着树木在过去一个世纪中变得越来越厚,树木被迫逐渐使用更多的较重的碳稳定同位素进行光合作用,这表明干旱压力增加,因为它们限制了气体进入他们的叶子。

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野火烧得尽 春风吹不生 研究表明生态系统在火灾后或难恢复

俄勒冈州立大学和犹他州立大学的科学家在俄勒冈州中部研究了2800公顷的混合针叶林,研究区内的许多黄松松树可追溯到1910年之前数百年,当时野火成为联邦政策。

  1月9日,普林斯顿大学的研究人员在《生态学杂志》中发表道:“位于火灾易发区树木的树皮更为厚实,比如美国东南部的草原地区和北部的森林地区,而热带雨林地区的树木其树皮明显较薄。”树皮能够保护树干内部免受高温伤害,使得树木在火灾中幸存下来。研究结果表明,树皮的厚度能够帮助预测哪些树木能够在高温下生存,从而在火灾易发区增加其种植密度以保证森林灾后恢复和森林覆盖率。

野火是许多环境中的自然组成部分。它们是大自然清除森林地表上死去的生物的一种方式。这使得重要的营养物质得以返回土壤,从而为植物和动物提供了一个新的健康的开始。野火同时也在一些植物的繁殖中起着重要的作用。例如,一些松果中的种子被树脂密封起来,而野火会使后者熔化并释放出种子,进而开始新的生长。

  • 这两个领域并没有像他们应该的那样经常见面。”

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研究表明,尽管在2000年之前被烧毁的森林需要更长的时间生长,但是在头5年出现的树苗可以很好地说明未来的生长趋势。

  • 与放牧,伐木和土地利用变化相一致 - 导致了老树林的重大结构性变化,因为耐荫和不耐火的物种已经进入。

  提及森林,想必你脑海里定会蹦出“天然制氧厂”、“大自然的肺”、“天然消音器”等字眼,但是近年来由于全球变暖,干旱频发,森林火灾成为了森林的“头号敌人”。如何让森林里的树木在火灾中幸存?有人把希望放在了树皮上面。树皮对于树木来说不仅具有防寒防暑防病害的保护作用,也是给树木运输养分的主要通道,那么究竟树皮与“抗火”有什么关联呢?树皮越厚的树真的抗火灾能力越强吗?

“从本质上说,要么你有大量的幼苗并持续生长,要么你什么也没有并且很少有一个地方被填满。”Stevens-Rumann说。最炎热和最干旱地区的森林通常最容易受到影响。因此发生在这些地区的火灾可能导致景观和生态系统发生变化,例如,从森林变成草原或灌木丛。

在1910年之前,频繁的低强度地面火灾在维护美国西部干旱山区森林方面发挥了关键作用。几十年以来,联邦政策导致的火灾赤字

  由此也产生了一个问题:究竟是树木的树皮为了能在火灾易发区生存而进行的演化?还是这些树种都倾向于生长厚树皮,而并非火灾的原因所致呢?

但并不是所有的森林都面临着完全毁灭的危险。正如Stevens-Rumann所承认的那样,她和同事研究了23年的时间跨度,这与一片森林的寿命相比是非常短暂的。

该地区的其他树木,其中火灾历史已被广泛研究,是较年轻,相对火灾和干旱不容忍的盛大冷杉。

  从近几年的气候情况来看,热带雨林地区的干旱越加严重,“地球的肺”所面临的火灾风险也随之增加,如果火灾风险增加,那么目前火灾频发区的树木也仍然可能变得脆弱,那么这个时候树皮是否厚到足以帮助树木存活下来呢?

位于更潮湿、更高海拔地区的一些森林可能不会重新生长老树种,转而可能会生长适合于更炎热、更干燥天气的新树种。这可能是未来森林管理的一条思路,Stevens-Rumann说。她说,管理人员可能会希望种植适应当前和未来气候——而不是过去的气候的物种。

该研究还表明,自工业时代开始以来,二氧化碳含量不断上升 - 大气中二氧化碳含量增加了40% - 无法帮助树木克服森林变得更加密集而没有火灾的影响。

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为了找到问题的答案,柯林斯堡科罗拉多州立大学生态学家Camille Stevens-Rumann和同事研究了美国落基山脉针叶森林的约1500处地点,这些地方在1988年到2011年间曾发生过52次山火。这些地区的海拔高度从700米跨越到2800米,组成了各种类型的干湿松树林。

  • 树木为呼吸提供氧气和为光合作用提供二氧化碳。

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这可能会形成一个恶性循环。大火向大气中排放了更多的碳,加剧了气候变化,而大火也使树木大量减少,这些树木通常能够从大气中吸收碳。

新的研究表明,树木年轮讲述了生理上发生的事情,因为灭火使森林变得更加密集,对干旱,害虫和野火的抵抗力更强。

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《中国科学报》 (2017-12-28 第2版 国际)

研究报告的共同作者克里斯托弗说:“我们希望记录对干旱胁迫敏感性的轨迹,以应对不断增加的火灾赤字,以及林分占用的阈值水平,其中抗旱性和对干旱胁迫,树皮甲虫和野火的抵抗力下降。”仍然是俄勒冈州立大学林业学院。“这是一个火灾生态学与生理生态学的交汇点

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发生在科罗拉多州的野火是自然生态系统的一部分。图片来源:istock.com/milehightraveler

另一位研究报告的共同作者林学院研究生安德鲁·梅歇尔说:“长期以来我们都知道灭火导致拥挤的森林,这意味着更多的资源竞争。”“我们已经知道,因为这样,树木更容易干旱,这是有道理的

地下深处的水更少,更多的树木将它抽出来。我们的研究以生理方式显示正在发生的事情。我们认为会有是年度树轮中的信号,还有。“

一棵树为每年的生长添加一个环,在针叶树中,环由浅色的“早期木材”部分和深色的“晚期木材”组成。

环尺寸变化反映了生长发生时的温度和降水。每个环的化学过程也讲述了一个故事,包括树是否可以使用更多的更喜欢的碳-12同位素,或者不得不求助于使用相对较多的较重碳-13同位素进行光合作用。

树木年轮碳同位素记录也表明树木通过提高水分利用效率来应对干旱。

然而,尚不清楚的是,二氧化碳浓度上升对水资源利用效率的提高是否足以克服由于最近的年轻,不耐火树木的增长脉冲导致的干旱压力增加。

  火灾易发区树皮更厚,生存演化的结果

加利福尼亚州森林消防部门公布的最新统计数据显示,12月4日在加州南部文图拉县燃起的“托马斯山火”,过火面积已达约1106.4平方公里,成为该州有历史记录以来最大的山火。根据最新公布的统计数据,“托马斯山火”燃烧18天以来,已经烧毁了1063栋建筑物,导致2人死亡。虽然“托马斯山火”的过火面积已经超过2003年加州“锡达山火”创下的1105.8平方公里过火面积纪录,但幸运的是,它所造成的人员伤亡和财产损失远小于“锡达山火”。加州州长布朗9日在视察文图拉县灾区后表示,近期加州南部反常的干燥天气是造成山火频发的主要原因之一。加州可能遭遇越来越多极端天气,这是全球气候变化带来的“新常态”。

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  树皮,让树木成为火灾幸存者

研究人员发现,树木在发生于本世纪初的火灾后的再生情况与发生于上世纪后期的火灾后的再生情况出现了巨大的差别。该研究小组在12月出版的《生态学快报》上报告指出,2000年以后,没有出现树木再生情况的地区的比例几乎翻了一番,从19%上升到32%,这与气温升高和更加干旱的情况相吻合。

在同一时期,大气中的二氧化碳浓度不仅在上升,而且还在不断增加;较高的二氧化碳浓度对叶片气体交换有影响

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“如果我们通过增加的火情失去森林,并且树木再生很有限,便可能导致大气中存在更多的碳。”并未参与该项研究的莫斯科市爱达荷大学气候学家John Abatzoglou说。他说,这反过来可能会进一步改变气候,重塑景观。

“树木密度的增加似乎超过了二氧化碳施肥的好处,”Merschel说。“如果年轻的,干旱敏感的树木在火灾排除后死亡,那就不一定是因为这与这些森林看起来的方式一致

更加开放,让黄松松树活到600岁。树木减少,竞争减少经过几个世纪的干旱,昆虫和火灾的古老的防火树木作为干燥森林的结构支柱而存在。“

犹他州立大学的主要作者Steven Voelker指出,由于气候变化增加了无雪季节的长度,太平洋西北干旱山区森林的干旱敏感性可能会更加复杂。

“俄勒冈州立大学和其他机构最近的研究也显示,密度较大的森林减少了整个西北地区的积雪,”Voelker说。“我们无法准确预测影响森林的所有这些因素将来会如何相互作用,但可以肯定的是,低密度森林将有更多的降雪和更少的干旱压力。”

他说,如果没有“旨在减少林分密度的政策和管理方面的重大改变”,俄勒冈州中部的许多森林将越过一个门槛,使其对干旱的抵抗力降低,对野火和树皮甲虫暴发的抵抗力降低。

该研究小组今后的工作将把树木年轮同位素分析扩展到俄勒冈州和美国西部其他地区的不同地区,以评估针对可能干燥和更热的针叶林的竞争加剧的影响

  • 从而提供更多全面了解森林恢复力如何因火灾压制而发生变化。

  此项研究共计观察了全球572个树种,有火灾易发区的树木也有火情较少的热带雨林树种,发现大多数生长在火灾易发区的树木都比“低火区”树木的树皮要厚得多。这也意味着热带雨林地区的树木一旦遭遇火灾,将更难得到恢复,而树皮较厚的“高火区”则能够更好地抵御火灾。

本报讯 无法控制的地狱般的野火已经烧毁了约50万公顷的土地,超过10万人流离失所,这也使得今年成为美国加利福尼亚州最严重的火灾之年。在这些灰烬中,生态系统通常都会反弹,然而一项新的研究表明,这已不再是绝对的事情。由于气候变化,曾经野火肆虐的地区可能永远无法恢复,那里的整个生态群落被彻底摧毁了。

  诚然,周期性的火灾对于一些草原地区和森林地区来说是必要的,如果大火烧的得当,则会燃烧掉多余的植物,比如枯木和枯草等,当然也有利于淘汰掉火灾敏感型树种和肥化土壤,以促进抗火灾型物种的生长和繁衍。然而火灾也会使得储存的碳释放到空气中从而造成空气污染并导致几十年的碳储存系统的损失。

但是只有当为具体的目标服务时,野火才会起作用。如果它们燃烧的时间太长,或者地面干旱得太久,生态系统便无法恢复了。考虑到气候变化可能导致更多的火灾和更长的干旱,研究人员已经开始思考森林将会如何应对这种情况,以及它们是否能在成为新一茬树木的道路上取得良好的开端。

  为了找到答案,研究人员就生活在“高火区”和“低火区”的相关树种进行了比较研究,并得出结论:树皮的厚度是为了适应火灾发生而进行演化的结果。从另一个方面来讲,这也说明气候的变化可以给已经濒临崩溃的生态系统创造改善条件。

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Stevens-Rumann指出:“即使在我们选取的一些地点中,我们研究的一些森林也恢复得很好。”她说,虽然一些森林可能会重新生长,但至少我们可以说,它将会花费更长的时间。

  因此,发现抗火性强的树种便成为了当前的紧要任务,否则接下来热带雨林生态系统可能面临的是毁灭性的打击。

  寻找抗火性强的皮厚树种,防患于未然

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