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【中國科學報】小昆蟲吃老枯木,放多少碳?

文章來源:中國科學報  |  發布時間:2021-09-13  |  作者:韓揚眉,高雅麗  |  浏覽次數:  |  【打印】 【關閉

 

昆蟲正在啃食枯木。塞巴斯蒂安·塞伯德供圖

  ■本报记者 韩扬眉 高雅丽 

  森林被譽爲“地球之肺”,是公認的陸地生態系統中最大碳庫。然而,人們可能忽略了森林中的枯木,全球預計約有8%的森林碳彙以枯木形式儲存于大自然中,其分解産生的二氧化碳量遠超人類活動所産生的量。

  是什麽影響著枯木的分解效率?全球枯木的碳排放貢獻如何?這些問題對于全球森林管理、實現《巴黎協定》溫控目標等具有重要意義。

  近日,由德國科學家塞巴斯蒂安·塞伯德領銜的國際合作團隊研究揭示,在熱帶和亞熱帶地區,昆蟲對枯木的分解貢獻達29%,氣候變化和生物多樣性的喪失將對碳循環和養分循環産生重要影響。相關研究成果發表于《自然》。

  昆蟲不可或缺 

  過去的研究表明,微生物是森林碳循環的主要分解者。但塞伯德和同事在全球尺度上對生活在枯木中的昆蟲等進行系統研究,發現生物多樣性對枯木非常重要。一些局域的研究已表明,昆蟲在木材分解中的作用不可忽略。

  昆蟲是地球上種類、數量最多的動物,它們對氣候變化十分敏感。

  論文作者之一、華東師範大學生態與環境科學學院青年研究員劉宇告訴《中國科學報》,隨著全球氣候變化,昆蟲的多樣性不斷下降。與此同時,在穩定的生態系統中,全球氣候變化還可能導致一種有益于分解的昆蟲消失,另一種昆蟲大爆發。這些變化對枯木有著較大影響。

  “有人可能會說,昆蟲數量少是好的,因爲碳在木材中儲存的時間更長。”論文通訊作者塞伯德告訴《中國科學報》,“事實並非如此,在分解過程中,昆蟲和其他分解者也釋放出森林生長所需的養分。沒有它們,木材就不會被分解,而木材中儲存的所有營養物質都將丟失,森林將無法繼續生長。只不過,這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。”

  那麽,從全球尺度看,昆蟲對全球枯木分解速率的貢獻如何、昆蟲在不同地理區域中如何變化,是該研究要解決的問題。

  “揭示昆蟲對枯木碳排放貢獻及這種貢獻的地理分布格局對了解全球碳循環,以及預測全球變化背景下的枯木碳釋放具有重要意義。”論文作者之一、中科院昆明植物所副研究員劉傑告訴《中國科學報》。

  全球合作開展實驗 

  爲了更加明確昆蟲對枯木的分解貢獻,全球六大洲、55個研究小組按照統一的規範開展實驗,持續近7年時間,“這是一次真正的集體努力下取得的成果。”塞伯德說。

  塞伯德等人設計了實驗,整合了全球55個實驗樣地的木材分解實驗數據,對全球枯木碳儲量及變化進行了預估。

  劉傑和論文作者之一、中科院昆明植物研究所副研究員羅亞皇研究團隊在其2013年建成的高黎貢山樣帶和玉龍雪山樣帶兩條海拔梯度樣帶開展實驗,這兩個樣點代表了中國兩種典型的植被類型——高黎貢山是亞熱帶常綠闊葉林,玉龍雪山則爲亞高山針闊混交林。劉宇研究組則在中國典型的亞熱帶常綠闊葉林植被類型開展實驗。

  在每個地點,他們選擇3個本地樹種,與對照樹種歐洲水青岡一起,設置了自然、半開放、封閉3種處理方式,開展了3年的監測工作。每年回收一次枯木,並對其進行處理和測量。

  “我們發現,水分越充足、溫度越高,木材分解的速度越快。”塞伯德表示,“也就是說,氣候變化和生物多樣性喪失都會影響木材分解,從而影響碳循環和養分循環。”

  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,并且这些排放中的93%都来源于热带森林,其中,昆虫的贡献率可能达到29%。

  不過,在低溫情況下,降雨對分解速率影響小甚至可能有負向作用,數據顯示,昆蟲對木材的分解效率在溫帶和北方森林中僅爲0.9%和-0.1%。

  劉傑解釋道,上述結果表明,木材分解受氣候和分解者群落雙重影響,氣候變暖可能通過增加昆蟲和微生物的活動加速濕潤地區木材分解速率,而幹旱的增加可能會阻止分解過程。昆蟲在木材和枯木的分解中扮演重要角色,昆蟲多樣性的喪失將會影響枯木的分解過程,但影響程度存在區域異質性,未來應該重點關注溫暖濕潤的地區(如熱帶雨林)分解者群落變化的功能效應研究。

  枯藤老樹也有價值 

  該研究首次量化了昆蟲在全球木材分解中的作用。

  羅亞皇表示,在未來氣候變暖背景下,熱帶森林中的枯木分解更爲敏感,分解速率可能呈現加快的趨勢。與此同時,熱帶地區的昆蟲比如白蟻等在加速分解中可能扮演重要角色。

  “森林碳庫動態的預估研究,需要同時考慮枯木的産生和分解過程。每個森林都有一定的壽命,特別是在熱帶,成熟的森林並不能起到很好的碳彙作用,需要對森林進行合理的規劃與調整。”劉宇指出。

  劉宇團隊在浙江麗水市百山祖國家公園有類似的發現,如果枯枝落葉不能得到降解,久而久之厚積而覆蓋土壤,導致種子無法“落地”,不能存活,森林也無法得到更新。

  那麽,我們需要清除這些枯木老樹嗎?

  “枯樹和枯木不是壞事,而是對大自然有價值的東西。”塞伯德說,“我們需要承認枯木在生物多樣性維持中的重要作用。如果我們清除森林中的枯木,或者不讓老樹自然死亡,那麽森林生態系統就會逐漸退化——即使它們看起來仍然是綠色的。更重要的是,人類需要保護森林中的生物多樣性及其帶來的一切。”

  相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03740-8 

  《中国科学报》 (2021-09-06 第1版 要闻)
  來源:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2021/9/365084.shtm

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