作者: 韩扬眉 高雅丽 来源:中国科学报 发布时间:2021/9/4 11:09:48
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没了昆虫,森林可能成为二氧化碳之源

 

 

森林被誉为“地球之肺”,是公认的陆地生态系统中最大碳库。然而,人们可能忽略了森林中的枯木,全球预计约有8%的森林碳汇以枯木形式储存于大自然中,其分解产生的二氧化碳远超过人类活动所产生的量。

是什么影响着枯木的分解效率?全球枯木的碳排放贡献又如何?这些问题对于全球森林管理、实现《巴黎协定》温控目标等具有重要意义。

近日,由德国科学家塞巴斯蒂安·塞伯德领衔的国际合作团队研究揭示,在热带和亚热带地区,昆虫对枯木的分解贡献达29%,气候变化和生物多样性的丧失将对碳循环和养分循环有着重要影响。相关研究成果发表于《自然》杂志。

昆虫不可或缺

过去的研究表明,微生物是森林碳循环的主要分解者。但塞伯德和同事们在全球尺度上对生活在枯木中的昆虫等进行系统研究,发现生物多样性对枯木非常重要。一些局域的研究已表明,昆虫在木材分解中的作用不可忽略。

昆虫是地球上种类、数量最繁多的动物,它们对气候变化十分敏感。

论文作者之一、华东师范大学生态与环境科学学院青年研究员刘宇告诉《中国科学报》,随着全球气候变化,昆虫的多样性不断下降。与此同时,在稳定的生态系统中,由于全球变化,还可能导致一种有益于分解的昆虫消失,另一种昆虫的大爆发。这些变化对枯木有着较大影响。

“有人可能会说,昆虫数量少是好的,因为碳在木材中储存的时间更长。”论文通讯作者塞伯德告诉《中国科学报》,“事实并非如此,在分解过程中,昆虫和其他分解者也释放出森林生长所需的养分。没有它们,木材就不会被分解,而木材中储存的所有营养物质都将丢失,森林将无法继续生长。只不过,这些生物的功能作用尚不清楚,尤其缺乏全球尺度的定量分析。”

那么,从全球尺度看,昆虫对全球枯木分解速率的贡献如何?昆虫在不同地理区域中如何变化?这便是该研究要解决的问题。

“揭示昆虫对枯木碳排放贡献及这种贡献的地理分布格局对了解全球碳循环,以及预测全球变化背景下的枯木碳释放具有重要意义。”论文作者之一、中国科学院昆明植物所副研究员刘杰告诉《中国科学报》。

全球合作开展实验

为了更加明确昆虫对枯木的分解贡献,全球六大洲、55个研究小组按照统一的规范开展实验,持续近7年时间,“这是一次真正的集体努力,才取得了成果。”塞伯德说。

塞伯德等人设计了实验,整合了全球55个实验样地的木材分解实验数据,对全球枯木碳储量及变化进行了预估。

刘杰和论文作者之一、中科院昆明植物所副研究员罗亚皇研究团队在其2013年建成的高黎贡山样带和玉龙雪山样带两条海拔梯度样带开展实验,这两个样点代表了中国两种典型的植被类型,高黎贡山是亚热带常绿阔叶林,玉龙雪山则为亚高山针阔混交林。而刘宇研究组则在中国典型的亚热带常绿阔叶林植被类型开展实验。

在每个地点,他们选择3个本地树种,与对照树种欧洲水青冈一起,设置了自然、半开放、封闭3种处理方式,开展了3年的监测工作。每年回收一次枯木,并对其进行处理和测量。

“我们发现,水分越充足、温度越高,木材分解的速度越快。”塞伯德表示。“也就是说,气候变化和生物多样性丧失都会影响木材分解,从而影响碳循环和养分循环。”

在热带森林中,昆虫加速木材的分解速率达到3.9%,通过全球尺度的枯木储量估算,预计每年有10.9 Pg C从枯木中排放,并且这些排放93%都来源于热带森林,其中,昆虫的贡献率可能达到29%。

不过,但在低温情况下,降雨对分解速率影响小甚至可能有负的作用,数据显示,昆虫对木材的分解效率在温带和北方森林中仅为0.9% 和-0.1%。

刘杰解释道,上述结果表明,木材分解受气候和分解者群落的双重影响,气候变暖可能通过增加昆虫和微生物的活动加速湿润地区的木材分解速率,而干旱的增加可能会阻止分解的过程。昆虫在木材和枯木的分解中扮演重要角色,昆虫多样性的丧失将会影响枯木的分解过程,但影响程度存在区域异质性,未来研究温暖湿润的地区(如热带雨林)分解者群落变化的功能效应予以重点关注。

枯藤老树也有价值

该研究首次量化昆虫在全球木材分解中的作用。

罗亚皇表示,在未来气候变暖背景下,热带森林中的枯木分解更为敏感,分解速率可能呈现加快的趋势。与此同时,热带地区的昆虫比如白蚁等在加速分解中可能扮演重要的角色。

“森林碳库动态的预估研究,需要同时考虑枯木的产生和分解过程。每个森林都有一定寿命,特别是在热带,成熟的森林并不能起到很好的碳汇作用,需要对森林进行合理的规划与调整。”刘宇指出。

刘宇团队在浙江丽水市百山祖国家公园有着类似的发现,如果枯枝落叶不能得到降解,久而久之厚积而覆盖土壤,导致种子无法“落地”,也就不能存活,森林也无法得到更新。

那么,我们需要清除这些枯木老树吗?

“枯树和枯木不是坏事,而是对大自然有价值的东西。”塞伯德说,我们需要承认枯木在生物多样性维持中的重要作用。如果我们清除森林中的枯木,或者不让老树自然死亡,那么森林生态系统就会逐渐开始退化——即使它们看起来仍然是绿色的。

更重要的是,我们需要保护森林中的生物多样性及其提供的服务。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03740-8

野外实验(来源:刘宇)

维尔茨堡大学生态站附近山毛榉林中的枯木(来源:塞巴斯蒂安·塞伯德

昆虫正在分食枯木(来源:塞巴斯蒂安·塞伯德

 
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