树木年轮研究如何助力应对气候变化

An aerial view shows the Amazon rainforest at the Bom Futuro National Forest near Rio Pardo in Porto Velho, Rondonia State, Brazil, September 3, 2015. The town of Rio Pardo, a settlement of about 4,000 people in the Amazon rainforest, rises where only jungle stood less than a quarter of a century ago. Loggers first cleared the forest followed by ranchers and farmers, then small merchants and prospectors. Brazil's government has stated a goal of eliminating illegal deforestation, but enforcing the law in remote corners like Rio Pardo is far from easy. REUTERS/Nacho Doce TPX IMAGES OF THE DAYPICTURE 1 OF 40 FOR WIDER IMAGE STORY "EARTHPRINTS: RIO PARDO" SEARCH"EARTHPRINTS PARDO" FOR ALL IMAGES - GF20000046394
Increased illegal logging and fires have destroyed vast swathes of the Amazon rainforest in recent years.Image: REUTERS/Nacho Doce
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  • 树木年代学(研究树木年轮的学科)能让我们更了解树木的生命历程,从而通过更好的土地管理帮助减少气候变化的影响。

  • 较宽的年轮通常表明当年生长条件良好,而较窄的年轮则意味着当年干旱、与其他树木竞争,生长条件较差。

热带森林是世界上最大的碳储库之一,有助于调节全球气候。但它们正以惊人的速度消失。2018年,森林砍伐造成的损失面积达比利时国土面积那么大。这些栖息地常被清理,以便改建为棕榈油种植园和牲畜放牧牧场。对大多数森林而言,如此大规模的破坏是相当现代的现象。

热带森林生态系统的生物多样性往往极为丰富,但丰富的生物多样性常出现在最出人意料的地方。研究发现,野生动物往往更多地出现在有悠久人类活动历史的区域。

那么,热带森林中的原住民如何在培育生物多样性的同时,还能驯化树种、建设城市并种植作物?一项新研究发表于《植物科学趋势》(Trends in Plant Science),指出答案或许就写在树木本身。

古老的时间胶囊

5万多年前,婆罗洲的人们利用火来管理热带森林植被。他们焚烧不断扩展的森林边缘,这种有针对性的干预足以阻止大量高大树种占据主导地位。由此,栖息地得以再生,野生食用植物丰富,也吸引了人们猎捕的动物。

其他传统森林管理方法包括有选择地砍伐树木,以打开森林冠层。这样,倾泻到林地上的光线便能促进野生薯蓣等可食用植物在再生植被间生长。这些做法与现代的食用森林和农林复合经营理念相似,能够维持相对较高的生物多样性,并保留土壤中的碳和养分储量。改建为工业化种植园或牧场时,其中许多都会流失。

传统森林管理有助于促进生物多样性,而现代方法则会侵蚀生物多样性。Image: Caeteno-Adrade 等/《植物科学趋势》

过去,世界上大片热带森林都曾由原住民以这种方式管理。树木将这段历史记录在自己的木质部中。人们一直认为热带树木寿命较短,通常不到400年。但近期研究显示,许多热带树木的寿命很长,其木材能够保存超过1,000年的历史。

你可能熟悉这样一种说法:数一数树皮下的年轮,就能测出树龄。通常一道年轮对应一年,因此树木年代学(研究树木年轮的学科)提供了一种相当简便的方式来了解树木的生命历程。较宽的年轮通常表明当年生长条件良好——阳光和水分充足;较窄的年轮则意味着当年干旱、与其他树木竞争,生长条件较差。

许多热带树木不会形成年轮,但在这项新研究中,树木年代学家确认有200多个树种会形成年轮。通常,较宽的年轮反映降雨量较高,但许多树木会在光照强度增加时迅速生长。这种现象称为释放事件;如果周围的树木被砍伐,更多光线得以穿透树冠,就可能出现这种现象。发现这些标记有助于研究人员识别并确定过去森林清理活动发生的时间。在亚马孙地区,这些记录帮助科学家了解哥伦布抵达美洲之前农业和森林管理的庞大规模。

研究人员提取木芯,测量树木年轮并确定树龄。Image: Victor Caetano-Andrade

树木年轮还通过沉积在木材中的氧和碳的不同同位素(类型),保存气候变化的证据。碳同位素通常反映光照条件以及其他影响光合作用的因素;氧同位素则帮助科学家追踪附近水源和年降雨量的变化。同位素研究显示,吴哥窟在14世纪被遗弃,恰逢严重干旱。

新的DNA研究也能揭示森林的历史。遭到大量伐木的树种会经历我们所说的“遗传瓶颈”,即许多个体死亡或无法繁殖、传递基因,导致该物种部分遗传物质流失。这会使基因库受到限制。

研究人员预计,在过去受到伐木或人为纵火严重影响的树种中,也会发现相同的模式。遗传学还可以识别出由古人传播的树种,例如巴西坚果树。

现存的热带树木在自身内部记录着人类活动及森林对此作出的反应。过去森林受到人类干扰后得以再生,为未来带来了一些希望,但前提是当前的森林砍伐速度能够得到遏制,让地球之肺重新焕发生机。

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