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研究人员试图窥探森林的未来

劳伦·尼科尔斯在暖房里。图片来源:Lauren Nichols, YourWildlife.org。

来自数十家研究机构的数十名科学家正在北卡罗来纳州中部的一片森林中,采集从蚂蚁、螨虫到轮虫、缓步动物等各种生物的样本,他们希望这些样本能让人们看到森林生态系统的未来。

这一连串的数据收集代表了一个雄心勃勃的项目的最后几天:在森林生态系统中进行的规模最大、最有力的变暖实验。

杜克森林的暖室。图片来源:Lauren Nichols, YourWildlife.org。点击放大。
杜克森林的暖室。图片来源:Lauren Nichols, YourWildlife.org。点击放大。

实验的核心是一组所谓的暖室——一打直径5米的八角形房间,散布在杜克森林里。这些房间既没有屋顶也没有地板,四周都是透明的塑料管道系统,将热空气泵入每个房间。其中三个房间与周围的森林保持相同的温度。其他9个腔室温度较高,内部温度比环境温度高1.5摄氏度至5.5摄氏度。马萨诸塞州哈佛森林的一个姊妹站点也有一个类似的暖室集合。

2010年1月,北卡罗莱纳暖房里发生了热,来自能源部和后来的国家科学基金会。在这个地点进行的研究为科学家们提供了大量关于各种生物如何对温度升高做出反应的信息,从而导致二十多篇期刊文章过去的五年里。

他说:“例如,我们知道蚂蚁是森林生态系统的重要组成部分,我们发现气候变暖对森林中蚂蚁的多样性有重大影响。”克林特潘尼克他是北卡罗来纳州立大学的博士后研究员。“一些蚂蚁种群数量急剧下降,而其他蚂蚁种群数量增长。一种在较高温度下表现不佳的蚂蚁是簸扬蚁(Aphaenogaster鲁迪) -一种在美国东部森林中常见的蚂蚁,在种子传播中起着至关重要的作用。另一方面,一种杂技蚂蚁正变得越来越常见。”还有一些物种,如入侵的针蚁,似乎不管温度如何都能茁壮成长。

朱莉娅·史蒂文斯正在收集土壤样本。图片来源:Lauren Nichols,yourwidlife.org。点击放大。
朱莉娅·史蒂文斯正在收集土壤样本。图片来源:Lauren Nichols,yourwidlife.org。点击放大。

对于蚂蚁和树木,研究人员已经能够识别出在气候变暖中成功的物种和失败的物种的关键特征;总的来说,他们在房间里看到的与城市热岛上发生的情况相吻合,也与过去一百年来东南部气温变化引起的生态变化相吻合。研究人员还了解到,气候变化对北卡罗来纳州等地区的影响与马萨诸塞州等较冷地区的影响似乎大不相同。这表明,至少对于研究小组迄今为止所研究的物种来说,温度的升高可能会对原本较为温暖的地区产生更大的生态影响。

尽管他们已经学到了很多,但仍有许多问题没有被研究人员解决,原因有二:一是这需要扰乱研究地点;二是即使他们的团队规模庞大,但他们在某些生物和过程方面是专家,而不是全部。现在网站被关闭了,他们用一种独特的方法跳过这些障碍。

在美国地质调查局东南气候科学中心(位于北卡罗来纳州立大学)的资助下,该团队已经联系了世界各地的学者,帮助他们研究每个房间里的整套生物。数十名研究人员响应了这一呼吁。

他说:“当我们离暖室地点的结束日期越来越近时,我们邀请了一批对多样性问题感兴趣的科学家,从暖室收集样本。”劳伦·尼克尔斯他从一开始就参与了这个项目。“总的来说,它应该给我们一个很好的概述,从微生物层面上看,温度的变化可能会如何改变森林。”

在某些情况下,必要的专门知识在北卡罗莱纳州。例如,来自该大学昆虫系的研究团队正在收集关于温度(以及蚂蚁多样性的变化)如何影响其他节肢动物物种的数据,比如会损害植物健康的食草动物和害虫物种。

克林特·佩尼克,在暖房采集样本。图片来源:Lauren Nichols, YourWildlife.org。点击放大。
克林特·佩尼克,在暖房采集样本。图片来源:Lauren Nichols, YourWildlife.org。点击放大。

在其他情况下,专家们在世界其他地方。来自9所大学的研究人员也在研究土壤核心样本的不同方面,以了解微生物群落在不同温度下随时间的变化。

“我们想看看这些微生物种群是否发生了变化,以及任何变化是如何影响它们的功能的,”他说朱莉娅·史蒂文斯他是北卡罗来纳州和北卡罗来纳州自然科学博物馆的博士后研究员这些微生物系统在分解和固氮中扮演着重要的角色——从空气中提取氮,并使其对植物具有生物可利用性。基本上,他们负责创造健康的土壤。”

他说:“由于植物、土壤和昆虫的样本正在被保存和管理,就像博物馆标本一样,这些样本可以也将被尚未参与该项目的人研究。”罗伯•邓恩他是北卡罗来纳州的生物学教授,也是暖室项目的主要研究者之一当这一切都说了,做了,这些商会可能不仅是最大的变暖实验在森林,但也是最密集和合作研究的任何一片森林,”邓恩说。邓恩的合作伙伴是哥本哈根大学的Nate Sanders、哈佛森林大学的Aaron Ellison和佛蒙特大学的Nick Gotelli。

佩尼克说:“我们将在未来几年看到这项工作的成果。”

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