樹木從大氣中吸收碳並儲存-直到死亡。 alsamua / Shutterstock
隨著世界變暖，並且大氣層中越來越多地註入二氧化碳，樹木的生長速度越來越快。 但是它們也正在年輕中死亡-總體而言，世界森林可能正在失去儲存碳的能力。 這是我們發表在雜誌上的新研究的關鍵發現 自然通信.
在一個沒有人類的世界中，森林將處於平衡狀態，從大氣中吸收的碳與其損失的碳差不多。 但是，人類通過燃燒化石燃料擾亂了這種平衡。 結果，大氣中的CO XNUMX水平增加，導致溫度升高和施肥植物的生長。 在過去的幾十年中，這些變化甚至完整地刺激了樹木的生長， “老樹”森林 沒有經歷過最近的人類騷擾。 反過來，這使得森林吸收的碳多於其釋放的碳，從而導致大量的淨積累-通常被稱為“碳匯”。
像我們這樣的地球科學家常常想知道森林能持續多久才能成為沈沒。 多餘的二氧化碳將使各地的樹木受益，而溫度升高將有助於樹木在較冷的地區生長。 因此，您可以期望森林會繼續吸收我們的大部分碳排放量-而這正是大多數 地球系統模型 預測。
像秘魯的那棵枯樹，當它們腐爛掉時，會將碳釋放回大氣中。 羅爾·布里恩（Roel Brienen）, 作者提供
但是，樹的使用壽命可能發生變化，可能會使扳手投入工作。 幾年前學習時 古老的亞馬遜森林，我們注意到最初的生長增加之後是樹木死亡率的增加。 我們假設這可能是由於更快的生長減少了樹木的壽命。 如果為真，則意味著對碳匯將繼續存在的預測可能過於樂觀，因為它們沒有考慮增長與壽命之間的權衡。 我們的新發現為這一假設提供了證據。
為了研究樹木生長與壽命之間的關係，我們使用了樹木年輪記錄。 每個環的寬度告訴我們樹的生長速度，而對環的計數則提供了有關年齡的信息，並允許我們估計其最大壽命。 我們分析了來自全球210,000多個不同物種的80多個單獨的年輪記錄。 得益於來自全球的樹木年代專家（樹木年輪專家）數十年的工作，這項大事業得以實現，他們公開了他們的數據。
兔子和烏龜
我們的分析表明，生長迅速的樹木會死亡。 長期以來，人們就知道生長速度更快的物種壽命較短。 例如，輕木可以快速生長到20米或以上，但只能存活幾十年，而一些剛毛松樹則已經緩慢而穩定地生長了近5,000年。
我們發現，不僅在比較不同物種時如此，而且在相同物種的樹木中也是如此。 令人驚訝地發現，這種折衷發生在幾乎所有類型的樹木和生態系統中，從封閉的冠層熱帶森林到冒著北極地區的強壯樹。 生長緩慢的山毛櫸樹的壽命可能比生長迅速的山毛櫸樹長幾十年。 這非常像野兔和烏龜的故事-緩慢但穩定生長的樹木是壽命最長的樹木。
為了研究其含義，我們比較了兩種樹木模擬模型下會累積多少碳。 一種模擬包括這種“快速增長，年輕化”的權衡，另一種模擬使用的模型中樹木的壽命相同，而不論其增長率如何。 我們發現樹木生長較快且早死的原因最初導致生物量的總體水平增加，但幾十年後也增加了樹木的死亡率。
因此，森林最終最終開始再次喪失生物量，並恢復到與開始時相同的水平，但樹木生長更快且壽命較短。 我們的模型表明，更快的生長導致更快的樹木死亡，而碳儲量卻沒有真正的長期增加。 一些研究人員預言了這一點 很久以前，我們的結果支持了他們的預測。
這些模型預測不僅與觀測到的變化一致 亞馬遜地區的森林動態 而且最近的一項研究報告了 樹木死亡增加 遍布全球。
為什麼搖滾明星會早逝？
一個令人著迷的問題是，為什麼快速生長的樹木（森林的“搖滾明星”）的壽命要短得多。 我們尚無定論，但我們已經研究了一些潛在的機制。 例如，可能更高的溫度和其他環境變化會刺激更快的生長，也會縮短樹木的壽命。 但是，我們發現壽命的縮短本身就是更快的增長的結果。
一個簡單的假設是，樹木一旦達到一定的最大潛在大小便會死亡，而樹木達到此大小的速度越快，其死亡的年齡就越小。 其他可能的解釋是，快速生長的樹木只會使木材價格便宜（就能源消耗而言），而在抗擊疾病和昆蟲襲擊方面投入的資源則更少，或者更容易遭受干旱的侵害。 無論是什麼原因，如果我們要對未來的碳匯以及大氣中的二氧化碳含量進行現實的預測，都需要將這種機制構建到科學模型中。
關於作者
NERC研究學者Roel Brienen， 利茲大學 和Emanuel Gloor，生物地球化學循環教授， 利茲大學
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