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预测地球森林的未来
目前,森林吸收二氧化碳,这是一个重要的缓冲气候变化的缓冲。了解森林动态将使森林的更好管理和评估它们如何变化的能力。

树是最引人注目的陆生植物生活形式。他们有助于维持人类以及许多哺乳动物和鸟类,而且它们几乎到处都会增长。然而,我们倾向于将他们视为理所当然。集体,树木是森林 - 可能是60,000种不同的物种,从快速生长,短暂的品种到高耸的红木,可以活数几个世纪。超过一半的所有已知的陆生植物和动物物种也住在森林中,因此他们是生物多样性的仓库;他们还为巨大的人类提供药品,食物和燃料。森林也在气候和水文周期中发挥重大作用,他们储存了世界上一半的陆地碳。

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森林覆盖了地球的大部分地面,在沙漠和地区之外。但森林以我们完全理解的方式迅速变化。金点是森林地质研究工作的当前观察部位。来源:林业。

目前,森林通过人类活动吸收了每年每年排放的四分之一的二氧化碳 - 因此有助于减轻气候变化的影响。但是,这将继续是不确定的,因为森林正在通过伐木和过度剥削,污染,疾病,侵袭性物种和温暖的气候的综合影响迅速变化。预测模型 - 森林覆盖和碳吸收 - 几乎是不可能的,因为我们只是开始了解森林生态系统的复杂性,充分映射他们的多样性,并解开森林的实际工作原则。提高我们理解和预测能力的关键是制定系统数据收集和建模的综合计划。

通过模拟和预测世界森林的未来的尝试因缺乏林业工作的基本数据而受到严重限制。最普遍和简单的森林生态系统模型,所谓的“大叶”模型,表征了一组生理属性的森林中的整个种类。更先进的模型可能包括两个不同的功能类别(例如,常绿和落叶物种),但即使这些差异远远不代表森林的实际多样性和复杂性。预测的森林和气候从事这些目前的气候的预测结果仍然不确定。实际进步需要模型,这些模型在驾驶森林的过程中纳入了巨大的现实主义。这样做的唯一方法是通过综合数据收集和模型开发程序。

在过去的30年中,系统数据收集一直是森林全球地球天文台(林业)的任务,由Smithsonian机构领导的全球科学家网络,现在包括25个热带和温带国家的100个合作组织。林业在64个受保护的森林地块中进行详细和常规测量。测量追踪跨越12,000种物种的六百万个单个树木的出生,增长和死亡,以及其生态背景的变化:土壤成分,海藻微生物和动物物种,营养流量和其他因素。核心数据是标准化和共享的,从而实现比较分析。此外,该网络通过培训数百名研究人员建立了当地的科学能力。我们的目标是扩大到100个观察网站,足以涵盖所有主要森林和森林类型,并将网络转化为世界森林的永久全球观测系统。

这些努力已经为森林类型的不同动态和压力产生了新的见解:

  • 也许令人惊讶的是,树木在北极地区的永久冻土中变得非常好。随着气候变化的迅速上升,这些北欧森林正在欣赏季节增长越来越长,潜在范围的扩大,如前肢移动到北方。但随着温度升高,永久冻土解冻,引起地面沉降和土壤涝,有效淹没树木。结果是净森林损失。
  • 全世界温带森林(特别是在美国)正在迅速扩展,因为它们从早期的几个世纪从繁重的伐木中恢复并从更高的大气二氧化碳水平升高,较长的季节,以及增加土壤营养素。在缺点,这些条件也有利于森林害虫和疾病。例如,在欧洲,真菌疾病造成了许多欧洲灰树,现在正在向英格兰传播。在北美洲,铁杉树正在从一个臭氧,非常敏感的昆虫中死亡,这起源于日本,在过去的几十年里一直在北方移动。山地松树甲虫正在杀死以前受到寒冷的温度保护的高空白皮杉树。
  • 全球许多地区的热带森林正在伐木,陆地清算和狩猎实践中失去地面。在马来西亚砂拉瓦,过度的狩猎压力已经消除了地面居住和树栖动物,这些动物分散了种子,从而降低了森林对再生树木的能力。在马来西亚的另一部分,野猪人口(哪些穆斯林人口不吃,因此不要捕猎)在邻近的森林中摧毁了巢穴的幼树。由于热带森林吸收最多量的二氧化碳,因此这些压力对森林提供缓冲措施免受气候变化的能力具有重要意义。
  • 营养成分发挥着重要作用,但它们的可用性变化很大。亚马逊地区中央的土壤是如此糟糕的是,营养物质在活生物量被再循环。当这些森林被削减以种植作物时,农作物通常在几年内失败。相比之下,在西亚亚马逊地区,土壤富含养分,并在哥伦比亚时代支撑了非常富有成效的农业。详细了解此类模式可以提供更有效的指导发展政策。
  • 森林因世界的一个部分而异。婆罗洲的热带森林和亚马逊都是数千种物种的家,但没有一个共同的单一物种。着名的红木和较鲜为人知但极度长的古典龙龙(有些旧的旧版)仅在美国西部地区发现
  • 森林往往是非常丛生的。无论是从特定的栖息地要求还是种子分散的动态,种类都远非均匀分布在一个小森林内。此外,森林的功能也是多样的,因为不同类型的树木做不同的东西;一些在山谷中茁壮成长,有些在山丘上,一些只在较高的树下的阴凉部位。土壤营养素和水可用性的变化有助于推动这些模式。这使得可持续的森林管理 - 和建模森林动态 - 更复杂。

能够处理此类地理变异性和生态复杂性的预测模型将需要更多关于营养循环的更详细数据,不同树种的功能生物学,实际碳通量进出土壤和树木,以及当地动物物种之间的相互作用模式和树木(无论是吃叶子还是分散他们的种子)。这反过来不仅需要重新衡量数百万个单个树木的增长并每五年收集其他数据,也需要每五年收集其他数据,而且还培训更多科学家和支持跨学科团队来分析,理解,模型和解释这些数据。通过在这些研究人员之间开发综合合作,建模者可以帮助指导模型改进所必需的数据,并且实地研究人员可以确保驾驶森林动力学的关键过程并未离开模型。实际上,它需要创造一种新的森林动态的新定量科学。它还需要长期承诺。

同样重要的是需要将基于地面的森林数据集成到不断增长的基于空间的监控能力。这需要与相关空间机构的伙伴关系以及与从上面观察到的许多不同波长的光谱签名与互相生物和生态数据相互关联的跨学科能力。完成这将允许“实时”森林变革和更加全球覆盖的证据,为测试森林模式提供重要的基准,并可能为政府提供更有效的保护森林和规划可持续使用的工具。

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如何创建全球森林观测系统
淮喀基,泰国,泰国森林地质研究现场的研究人员,测量树生长,营养流等于该计划的超过500万树的其他生态数据。资料来源:基督教齐格勒,Stri。

森林动力学在影响气候变化率时发挥复杂但不太理解的作用。那是因为森林正在迅速变化,因为额外的人造碳排放的一小部分强迫气候变化,森林将吸收遗骸。虽然气候问题是了解森林动态的重要理由,但森林也很重要,作为生物多样性的商店,并对流域和水供应的影响。

只有通过重复的,在多个地点的各个树木和周围环境的标准化观察只能收集能够为森林动态的科学了解和建立与全球气候的互动的预测模型。为了确保我们正在地理上监测所有森林类型并覆盖所有主要森林的地理位置,我们需要将目前的观察站点扩展到64到100.创建和维护这种扩展的观察系统,重复测量约为1000万个单个树木,需要禀赋1亿美元。这将在森林中启用必要的全球数据集。

分析和解释这些数据需要建立和维护具有各种专业知识的跨学科林科学家的扩大全球研究团队。包括与太空机构和气候建模者的合作。我们预计这项研究将对森林演化,物种相互作用,大规模景观变化,不同物种的生理反应提供新的定量见解,以改变森林生态系统内的条件,能量和质量平衡以及碳通量和储存。我们估计在十年内需要额外的1亿美元才能培养和维持所需的科学人才。

结果将是强大的,预测的森林动力学模型,适用于改善的管理和定量见解林业如何缓冲或有助于气候变化。这是私人慈善事业的非凡机会,可以最好地解决长期承诺,跨国研究重点和跨越许多不同学科的知识宽度的需求。

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