Nature正刊！亚利桑那大学博士生陈舒立一作兼通讯最新成果！揭示亚马逊雨林干旱响应的生物地理学机制

news2024/10/23 4:52:06

2024年6月19日，国际知名学术期刊《Nature》发表了一项美国亚利桑那大学Scott Saleska教授团队的最新成果“Amazon forest biogeography predicts resilience and vulnerability to drought”。通过将森林样地调查数据与遥感观测相结合系统揭示了亚马逊雨林干旱响应的生物地理学机制。

亚马逊热带雨林是全球最大、生物多样性最丰富的雨林，因其强大的光合作用与固碳能力，常被誉为“地球之肺”。但亚马逊河流域大气中二氧化碳的碳汇正在减少，因为森林砍伐和与气候变化相关的干旱威胁着将这些森林推过崩溃的临界点（Science 封面文章 | 亚马逊雨林退化的驱动因素和影响；Nature正刊重磅！热带雨林正接近临界温度阈值：气候变化可能会使热带森林太热而无法进行光合作用；Nature Climate Change | 北京大学陶胜利课题组揭示亚马逊雨林长期内稳性变化）。森林表现出复杂的干旱响应，在不同景观尺度上存在完全相反的响应，包括显著的正面响应（“绿度提升”）和负面响应（“绿度下降和树木死亡”）。这些响应单靠气候因子难以解释。

基于此，美国亚利桑那大学Scott Saleska教授团队将遥感光合指数与地面测量的树木调查数据相结合，以确定不同完整森林生态区(由地下水位深度、土壤肥沃度和质地以及植被特征定义)的干旱恢复/脆弱性机制。在肥力较高的亚马逊南部地区，干旱响应是由地下水位深度决定的，浅地下水位森林具有弹性绿化(在那里，更多的水可用性增强了对过量阳光的响应)，与较深地下水位森林的脆弱性(褐变和过量树木死亡)形成对比。值得注意的是，浅水地下水位森林的恢复能力随着干旱的延长而减弱。相比之下，低生育率的亚马逊北部，生长缓慢但更顽强的树木(或者，有深层水源的高大森林)，支持了不受地下水位影响的更具抗旱能力的森林。这种干旱响应的功能生物地理学为保护决策提供了一个框架，并改进了对未来气候变化异质森林响应的预测。

该研究对理解森林对气候变率和变化的响应具有重要意义。首先，由于亚马逊地区的浅水地下森林分布广泛(占亚马逊南部的30-40%，在干旱期间它们被发现具有保护作用)，但被大多数先前的森林干旱敏感性研究所忽视，亚马逊南部森林对干旱的适应能力可能比气候敏感性的一般估计所暗示的更强。对干旱导致亚马逊森林碳汇下降的大规模基于绘图的估计可能需要进行调整，以考虑到这些抗旱能力更高但被忽视的森林。

然而，这一分析也警示，气候变化可能同时破坏了抗旱的不同策略和能力，并强调了特定的机制和亚马逊地区可能容易受到临界点失效的影响:在不断增长的气候变化下，某些地区浅水地下水文环境所传达的抗旱能力可能受到限制。浅水层的缓冲作用似乎仅限于短期干旱(< 3个月)，它们持续的时间不足以耗尽地下水位。当这些干旱频率增加到5年或10年的干旱时(正如最近所看到的，并预计在不久的将来还会继续)，迅速重新种植那些因百年一遇的干旱而失去的树木(无论是否受到浅水层的保护)的好处就会大大减少。重要的是，这些肥力结果表明(与最近一项基于地面的水力特性研究一致)亚马逊地区最高产、肥力最高的森林最容易受到未来气候变化的影响。

最后，我们注意到，这些最脆弱森林的地理分布对维持盆地内外关键生态系统的完整性具有重要的警告作用。首先，这些脆弱的森林面临毁林的高风险(与“毁林弧线”有很大重叠)。重要的是，由于它们主要位于将湿润的亚马逊空气带到南方的盛行风之下，它们对于维持为“大气河流”提供(并可能放大)的蒸散作用至关重要，而“大气河流”从亚马逊地区带来森林循环的可降水量，以维持巴西农业地区的南美粮仓。

这种对亚马孙干旱反应功能生物地理学的统一理解，为建立全流域保护规划的优先次序，以及提高对热带森林对当前干旱、威胁临界点和未来气候变化的脆弱性的理解和预测提供了基础。