生态学家斯特凡·施尼策在巴拿马的巴罗科罗拉多岛上种植藤本植物,这是一种木质丛林藤本植物。

生态学家Stefan Schnitzer有莲花,一种木质丛林藤,在巴拿马的Barro Colorado岛。Sean Mattson/Smithsonian热带研究所

领域笔记

Liana藤的奇怪情况及其在全球变暖中的作用

莲花和其他葡萄藤在中美洲和南美洲的雨林中正在增强,他们的蔓延正在阻碍树木螯合二氧化碳的能力。现在,研究人员正试图确定这种现象对气候变化的影响。

1月一个闷热的早晨,马奎特大学(Marquette University)生物学家斯特凡施尼策(Stefan Schnitzer)在小臂上喷了驱虫剂,把卡其裤塞进齐膝的胶靴里,然后从史密森尼热带研究所(Smithsonian Tropical Research Institute)的实验室步行三英里,来到巴拿马丛林中的一个研究基地。在巴拿马加通湖的巴罗科罗拉多岛,蜱虫和偶尔携带登革热的蚊子在施尼策的地盘上肆虐。这里还栖息着世界上最痛苦的子弹蚁和一群手掌大小的金球蜘蛛。施尼策拿起一根PVC管,跟手杖一样长,用来拍打穿过路线的蜘蛛网。

施尼策迈着敏捷的步伐上了一个陡峭的斜坡,工人们在山坡上刻了台阶,铺了水泥路面,以方便进入森林。小路变平了,踏脚石逐渐消失,小径也越来越窄。远处一只咆哮的猴子向可能的入侵者发出警告。

施尼策是研究热带雨林藤蔓生态的世界顶级专家之一,徒步两小时后到达他的研究地点。他停下脚步,研究了一组藤蔓缠绕在一起的情况,这些藤蔓有六英尺高,两倍宽,主要由藤蔓的环状结构组成Coccoloba excelsa.这是岛上最丰富的藤本植物,它们随意地在土壤里长出根来,发出大量的新茎。在灌木丛的盘绕处,悬挂着几十条舞动着的橙红色横幅。

这些都是施尼策研究的一部分,他研究的是一种鲜为人知但很重要的现象,这种现象可能会影响气候变化的速度:在中美洲和南美洲的丛林里,葡萄藤变得越来越常见,随着它们的繁殖,它们也变得越来越普遍阻碍这种能力热带森林吸收二氧化碳并作为木材螯合它。

由于不完全清楚的原因,近几十年来的Liana Vines丰富了一倍。

出于的原因不完全清楚据此,莲花葡萄藤的丰富在近几十年上翻了一番研究施尼策和一个更早的研究.结果,这些迅速扩张的木质藤蔓越来越多地遮蔽和窒息雨林树木,减少了它们从大气中隔离的碳量。在他的丛林研究基地中,施尼策正在努力了解为什么藤本植物的生长速度要快于它们周围的树木,以及藤本植物的藤与树木相比能储存多少碳。树木和其他植物吸收了人类从汽车排气管和烟囱中释放的大约25%的二氧化碳。

史密森已经管理Barro Colorado森林自20世纪20年代以来,巴拿马的峡谷中间的中途。热带丛林在地球上最集中研究的雨林中。1980年,两位生态先锋,斯蒂芬·赫布贝尔和罗宾福斯特,布局是世界上最雄心勃勃的热带森林情节的密集,长期研究。它含有大约125英亩,包括约250,000棵树,每个树木都标有一个数字铝制标签。对于一对成年人牵着手来触及和触摸,几千人太广泛了。使用一支助手,Hubbell和Foster的团队测量了每棵树的直径。他们每五年重新人口普查,加入“新兵” - 已经长大的树木,足以被列入他们的学习 - 并去除已经下跌的树木。

热带藤本植物,如紫荆花(上图),正逐渐超过树木,减少雨林从大气中吸收的碳。

热带藤本植物,如紫荆花(上图),正逐渐超过树木,减少雨林从大气中吸收的碳。贝丝·金/史密森热带研究所

多年来,哈勃和罗宾斯都懒得调查藤本植物。“当你环顾四周时,藤本植物只是你所看到的很小的一部分,”施尼策尔说,他注意到它们包含的碳不到热带森林的5%。

但生态学家已经开始怀疑莲花可能在森林中发挥偏离作用。斯科尼策尤其兴趣对葡萄藤在树落下的树冠中的群体殖民群体。2007年,他和哈布尔,到那时他的导师开始了一块志同道国的莲花科罗拉多图。它变得越来越最大,是对单一的道具的最大调查。它需要14人全职工作12个月才能标记,衡量和纪录65,000葡萄藤。植物学师确定了每个样本,包括162种。

林务员传统上使用异速测量法计算他们能从树木中获得的木板的数量。异速测量法是一门研究物体尺寸(如线性尺寸和立方体积)相互关系的科学。生物学家采用同样的技术来计算树木和藤本植物中储存的碳。对于树来说,这个过程很简单。研究人员通过多年的研究得出了一个简单的公式,根据惯例,树干的直径大约是离地4英尺。

但是定量分析藤本植物中储存的碳是一项更具挑战性的工作。在他的研究基地里,施尼策找到了一棵树大小的生长物,上面有蜡状的叶子,只有经过训练的专家才会把它当成树。事实上,这是一棵像小树一样的藤蔓,Connarus Panmensis..“它会像一棵树一样生长,直到它相当高,”在抓住分支机构和中继线之前,为了支持正常的藤蔓,抓住了支撑,斯法利克说。他指出,与树木不同,这往往会直接成冠层,莲花遵循林下的更加不稳定和循环的路径。这种因素以及联纳测量研究的相对缺乏,已经复杂化了藤研究和碳储存的难度。尽管如此,斯科尼策开发了协议 - 现在广泛采用 - 用于测量莲花。

2015年,施尼策尔发表了一篇论文美国国家科学院院刊新证据表明,葡萄藤可以降低热带森林吸收二氧化碳的能力,减缓全球变暖。他和五名工作人员挥舞着大砍刀,将科罗拉多州巴罗附近的八处森林区域的藤本植物全部铲除。这花了一个星期。他们统计了没有葡萄树的丛林和相应的正常葡萄种植区的木材和叶子中碳的含量。

清除葡萄园的森林比葡萄藤自由增长的控制区域更多地吸收了75%的碳。

施尼策曾预言,没有遮荫和扼死的藤蔓,树木会生长得更茁壮。因为树木用藤本植物不需要的粗壮、富含碳的树干来支撑它们的树冠,施尼策推测,没有藤本植物的丛林可能比对照森林含有更多的碳。三年后,再次进行的人口普查证实了这一点。修剪过的区域比允许藤本植物和其他藤本植物自由生长的控制区每年多吸收75%的碳。“这太令人震惊了,”施尼策说。

在对比利时根特大学的生物学家汉斯·韦伯克的回应中,在比利时的生物学家们写了一篇后续的问题美国国家科学院院刊“藤本植物的繁殖对未来热带森林的碳循环具有潜在的高度影响。”他呼吁气候研究人员在未来的气候模型中包括藤本植物不断变化的流行情况,他自己也开始了这项任务。

尽管葡萄藤变得更加普遍,但施奈泽说他不确定葡萄园的热带森林是否会继续增加。预测需要解释 - 到目前为止缺乏 - 对于他和他人已经观察到的葡萄藤的增加。斯科尼泽嫌疑人认为,由于这种变化作为增强的风暴强度,一个罪魁祸首可能会增加树木频率和死亡率。一些科学家认为,大气中的二氧化碳增加可能有利于莲花在树上。但至少一项研究,由大卫马文,自然保护的生态学家和斯科尼策的前学生,否则建议。Marvin凸起树和莲花幼苗在腔室中,空气含有两倍的正常浓度的CO 2。莲花的增长速度比控制力快 - 但是树木也是如此。几乎没有区别。然而,实验只测试了少量物种并持续不到一年。更长的测试,具有更大的品种,可能已经不同。

Schnitzer的125英亩的土地包含了如此多的藤本植物,在重新普查完成后,他应该能够确定哪些特定的物种对观察到的藤本植物生物量的增加负有最重要的责任。然后,他计划研究是什么特征赋予了这些葡萄优势。但他说,即使在他的实验中,做出这样的决定也是困难的。在热带森林中,物种的巨大多样性和它们相互作用方式的无限变化,甚至可以挫败最有力的科学实验。

如果他的研究一无所获怎么办?

“我们将拥有生态历史上最严格的非发现,”他回复了。

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普利策危机中心报告为报告本文提供资金。