科学家试图确定随着雨林干涸大量碳储存会发生什么

热带雨林储存了全球 25%-40% 的土壤碳，尽管它们仅占地球陆地面积的 7%。通过充当碳汇，热带森林可以防止气候变化造成更严重的影响。

由科罗拉多州立大学科学家领导的一个研究小组发现，气候变化将影响热带森林储存碳的能力。他们的研究表明，热带森林的持续干燥是气候变化的预期结果，会导致最肥沃的土壤中的碳流失——而土壤养分在释放碳的量和时间方面起着重要作用。

“热带森林对降雨量的减少非常敏感，”生态系统科学与可持续发展系的主要作者兼副教授丹妮拉库萨克说，“它们拥有地球上最大的碳储量。随着气候变干，碳很脆弱。”

气候变化正在减少一些地方的降雨量，并导致更多的年际变化。一些热带森林已经被记录为干燥。

“现在雨林中储存的所有碳就像一个银行，”库萨克说。“我们正在储存所有的碳和任何释放碳的东西，这些碳会加剧气候变化并影响到每个人。”

意想不到的结果

Cusack 和她的团队评估了自然季节性干燥和降雨量长期减少对热带森林碳通量的影响。他们发现自然的季节性干燥抑制了二氧化碳的释放。

“起初有一些恢复力，这是有道理的，因为这些是季节性森林，所以它们已经习惯了旱季，”库萨克说。“但似乎在最初的恢复力之后，我们正在触及一些热带森林中变化更快的门槛。”

他们在研究中使用的生态系统模型预测，持续干燥会增加更肥沃和更湿润的热带森林释放的二氧化碳，但会减少更干燥的热带森林的二氧化碳通量。

“我们曾预测最潮湿的地方对干燥最敏感，”库萨克说。“它最不适应干燥的条件。”

人们的预期是，随着较湿润的地方稍微干涸，它们会变得更适合微生物生长，微生物会分解土壤中的碳，将其转化为二氧化碳。

“我们所看到的与这些热带森林的假设相反，”库萨克说。他们预计碳损失最大的地点实际上损失的碳最少。

库萨克说，也许微生物无法在贫瘠的土壤中茁壮成长，或者也许微生物活动在最潮湿的土壤中生长缓慢，因为它们需要更长的时间才能变干。Cusack 说需要更多的研究来确定结果与模型不一致的原因。

在更肥沃的土壤中，随着持续干燥，通过呼吸作用造成的碳损失确实显着增加，这表明养分在 CO2 通量中起着重要作用。

为雨林挡雨

这项名为 PARCHED for PAnama Rainforest CHanges with Experimental Drying 的研究测量了自然季节性干燥和实验性慢性干燥对巴拿马四个不同热带森林土壤碳储存的影响。

森林涵盖范围广泛的自然降雨和土壤肥力。这使研究人员能够比较不同种类的热带森林对干燥的反应。

在国家科学基金会的初始投资下，他们从 2015 年开始进行了两年的基线测量。然后，在能源部的资助下，该团队于 2018 年开始监测热带雨林试验性干燥条件下的碳通量。

为了诱导人工干燥，该团队在四个森林中的每一个的 10 米乘 10 米的地块上建造了部分温室屋顶。位于森林冠层下方的屋顶从每个地点的土壤中转移了大约一半的降雨。衬有塑料的沟槽防止水分渗入研究地块。

这项 发表在 《全球生物地球化学循环》上的研究表明，不同的热带森林将在不同的时间范围内对气候变化做出不同的反应，而肥沃的土壤可能首先对整个热带地区的大量碳损失做出反应。

研究人员感到惊讶的是，土壤养分似乎与土壤水分具有同样大的影响，这需要更新预测模型。

“如果没有足够的营养，微生物似乎不会对水分的变化做出如此大的反应，”库萨克说。

库萨克说，科学家们还没有观察到植物生长或二氧化碳通过光合作用转化为氧气的变化，这是有道理的，因为植物是更大的生物体，需要更长的生长时间。

“微生物是小生物，它们往往对气候变化和其他类型的干扰反应更快，”她说。

库萨克说，随着实验性干燥的持续进行，其他地块也有碳损失的趋势——这是解决排放问题和增加碳封存计划的另一个原因。

“每个人都在考虑温度变化，但我认为降水变化可能更令人困惑，”库萨克说。“它的变化更大，而且在不同的地方变化也不同。但就这些碳储存而言，热带地区的干燥是一个真正令人担忧的问题。”

改进的预测

Cusack 和她的团队的成果有助于改进雨林碳循环的模型。

生态系统规模的土壤碳模型是为温带森林开发的，这就是为什么它们不能很好地模拟饱和、贫瘠的热带土壤。研究人员更新了他们使用的碳模型，以更好地匹配他们的观察结果。

在许多生态系统碳模型中，土壤肥力并未得到充分体现，尤其是对于热带森林中最稀缺的养分，如磷。在许多现有的土壤碳模型中，碳损失预测主要基于土壤水分。库萨克说，在生态模型中更好地代表营养素是这项研究的重要下一步。