森林可以适应气候变化，但速度不够快

美国的森林对他们来说是一个艰难的时期。气候变化正在全国范围内增加温度和降低湿度水平，这不是树木的成功组合。

加州大学圣巴巴拉分校和犹他大学的研究人员试图确定我们的森林生态系统在不久的将来会如何发展。作者结合了数学模型和美国林务局和植物生理学家收集的数据，以了解林地对干旱的脆弱性。他们的研究结果表明，虽然大多数森林都有可能适应更热、更干燥的条件，但它们的变化速度不够快，无法避免即将到来的压力。这项研究发表在《全球变化生物学》上，是未来森林研究的基准，也是保护和管理的指南。

“我们担心发现森林的变化速度不够快，无法避免因气候变化而增加的水资源压力，”第一作者，UCSB地理系助理项目科学家Greg Quetin说。“但有希望，因为美国大陆的大多数森林都包含足够的功能多样性，可以通过物种组成的变化来提高其耐旱性。

森林有几种方法可以适应更干燥的条件。单个树木可以改变它们的活动，生理和基因表达，以适应它们面临的新条件。生态系统中已经存在的耐旱物种也可以变得更加占主导地位。森林成分也可以发生变化，随着更脆弱的物种死亡，更坚强的物种会迁入。进化也可以通过自然选择改变物种，尽管在下个世纪，这种长寿生物的影响可以忽略不计。

奎廷和他的合著者调查了该国森林中已经存在的特征和物种是否足以让他们适应未来的气候变化而不会造成广泛的死亡。大部分数据来自森林清单和分析计划，这是一个由美国林务局运行的综合数据库，自2000年以来一直标准化。该数据库包括森林清查图，记录树木的位置、树种、大小、密度和健康状况，以及树木的生长、死亡率和采伐情况。Quetin和他的同事还使用了来自木质部功能性状数据库的数据，该数据库汇编了树木生理学和水力性状的测量结果，并将该数据库与森林清单进行了交叉引用。

最后，该团队开发了一个模型，模拟森林对水资源压力增加的反应。该模型预测光合作用（或CO 2输入），呼吸和生长（CO₂输出）以及植物胁迫。它们还包括一种优化技术，以研究叶面积的变化如何介导环境条件变化引起的压力。

“迄今为止的所有数据都表明，叶面积只是每棵树可以管理水资源压力的最大杠杆，”共同作者，生态学，进化和海洋生物学系助理教授Lee Anderegg说。较干燥地区的森林往往倾向于较稀疏的树冠，而潮湿气候的森林可以承受厚厚的树叶。

研究人员发现，美国的许多森林都有适应能力。该模型显示，美国大陆88%的森林具有适应气候变化的特征和物种多样性，并且它们已经开始适应气候变化。然而，大多数人并没有像模型预测的那样迅速适应，以避免增加水资源压力和随后的死亡率。

“令人担忧的是，我们没有看到我们的模型预测需要发生的所需转变，”共同作者，地理系助理教授安娜·特鲁格曼（Anna Trugman）说。“但我认为仍有希望的空间。例如，生物多样性在缓冲气候变化对特定森林的影响方面表现突出。

“正如我们所知，树木是缓慢移动的，”特鲁格曼继续说道。“我在《指环王》中看到了那些Ents的节奏。

“他们目前仍然持有Entmoot，”Anderegg补充道。

较高的二氧化碳浓度在团队的计算中引入了一个混杂因素。植物通过它们用来吸收二氧化碳的相同孔隙失去水分。因此，如果大气中有更多的CO₂ ，植物可以减小这些孔隙开口的大小，并仍然获得光合作用所需的碳。这减少了从叶子中逸出的水量。

但安德雷格解释说，在气候变暖的情况下，大气也很干燥，所以叶子会失去更多的水分。这是一个复杂的系统，有很多不确定性和补偿因素，需要细致入微的模型来解开。正如作者在之前的一篇论文中发现的那样，运输这些水所涉及的能量远非可以忽略不计。

该团队现在正在收集自己的红杉国家公园气候火灾后树木生理变化的数据，试图从经验上验证树木可以在多大程度上调整其生理机能。作者还在研究树木是否可以通过改变叶面积来完全避免未来的水资源压力，以及最大化碳增益或避免压力是否更具限制性。

森林已经开始发生变化。随着大气变得更加干燥，稀疏的树冠将变得更加普遍。林地也可能拥有与历史上不同的物种组合。这些因素也会影响森林碳储存。森林目前封存了约30%的人为排放，但该组织最近发现，在气候变化下，这种情况可能会减少。

鼓励森林适应的管理战略至关重要。“我们需要将这些森林视为需要像现在这样存在的静态事物，而不是需要改变以跟上气候的健康事物，”安德雷格说。促进渐进式变化将有助于防止突然的灾难性变化，如野火和死亡，这些变化对森林、野生动物和附近居民有害。

资源管理者可以开始种植更耐旱物种的区域，并进行规定的燃烧以促进健康的林地。但最重要的是，我们需要缓解气候变化，作者说。

我们的未来取决于社会的排放轨迹。奎廷指出，气候适应并不比减缓气候变化容易。更少的气候变化意味着更少的适应需要。