作者:Manuel T. Lerdau 来源:《科学报告》 发布时间:2016/3/3 16:17:27
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臭氧蒙冤?
研究表明其对气候影响可能并非那样严重

 

最新研究显示,臭氧污染会改变森林中生长的树木类型,但可能不会减少它们吸收的碳总量。

图片来源:Kevin Kelley/Flickr

科学家一直担心,空气污染会通过损害森林生长及吸收大气二氧化碳的能力,放大气候变化的风险。不过,当谈到一种关键污染物低空臭氧时,一项最新研究就这种传统观点提出了质疑。过去的研究往往假设,所有树木对臭氧作出相同的反应,但最新研究显示,持续很久的臭氧暴露在森林中产生了赢家和输家,从而在不损害森林捕获二氧化碳能力的前提下,使天平向耐烟雾的树种倾斜。

并未参与此项研究的美国加州喷气推进实验室生态气候学家David Schimel表示,该发现朝更加全面地理解森林如何应对环境压力“迈出了非常重要的一步”。“不只是数量,树木的身份也至关重要。这项研究便是一个非常明显的例子。”

地面臭氧一直是污染监管者的目标,因为它会损害人类健康。不过,很多实验室的研究显示,这种污染物还会损伤树木——通过破坏细胞,或者减少其吸收二氧化碳以制造食物的能力。不过,越来越多的研究表明,并非所有树种都以相同的方式受到影响。包括橡树在内的一些树种会释放一种名为异戊二烯的化合物。研究发现,异戊二烯至少能部分帮助这些树种抵抗臭氧影响,尽管自相矛盾的是,异戊二烯本身可能会转化为空气中的臭氧。诸如松树等不产生异戊二烯的树种,更有可能受到臭氧的侵害。

然而,为理解整个森林,科学家需要研究的不只是树木。在现实世界中,理解整个森林如何应对臭氧是一项艰难的工作,部分原因在于树木通常会生存数十年。这意味着一种污染物的影响在生态系统中的传递会持续很长时间。

为了简单起见,过去的建模工作大多假设一片森林中的所有树木以相同的方式应对臭氧。通常,这些研究表明,森林的“生产力”——树木吸收二氧化碳和水并将它们转变成有机物质的速率——在持续很久的臭氧暴露中会逐渐下降。

弗吉尼亚大学生态学家Manuel Lerdau表示,这种假设忽视了生态系统运转的复杂方式。为克服这种复杂性,Lerdau和同事Bin Wang、Herman Shugart、Jacquelyn Shuman决定采用一个模拟森林树种动力学的现有计算机模型。不过,该模型缺少模拟臭氧影响的能力。他们希望升级这一模型,使其能让研究人员了解臭氧的影响,从而揭示森林的树种组成、树木质量和异戊二烯排放如何随着时间的推移发生变化。

不过,让这个模型和臭氧很好地互动并非易事。例如,臭氧对细胞的影响在几分钟内发生,但对整个森林的影响会持续数十年或几个世纪。“创建这种一致性是我们不得不遇到并克服的实际挑战之一。”Lerdau介绍说。

作为他们的实验“小白鼠”,研究人员选择了聚焦美国东南部的典型森林。首先,他们搜集了很多表明这些森林中的关键树种如何相互作用以及应对臭氧影响的现有研究。随后,该团队根据此前研究表明的树木易受臭氧侵害程度,将它们分成3类。Lerdau表示,在不至于假设所有树木以相同方式应对臭氧的情况下,这使得模型大大简化。

最后,研究人员让他们的模型在两种不同的臭氧处理情形下,生长出一片典型的美国东南部森林。在两种情形中,一种是没有任何来自人类活动的臭氧,另一种则含有浓度约为十亿分之八十的臭氧——这一浓度刚好高于美国针对人类健康的现有臭氧标准。为解释森林生长需要多久,研究人员让模型模拟了500年的生长情况。

他们发现,500年后,两片模拟森林中所有树木生命的总和几乎在相同数量上持平。有点自相矛盾的是,较之于未受污染的森林,拥有较高臭氧浓度的森林会短暂地飙升至更高浓度。不过,受到臭氧污染的森林在树种组成上经历了更大的变化,逐渐向能耐臭氧的树种转移。研究人员在日前出版的《科学报告》杂志上发表了这一成果。

研究表明,由于在较高臭氧浓度下森林作为一个整体成功维持了相同的总质量,其吸收二氧化碳的能力并未受到影响。这意味着臭氧对气候的影响可能并不像此前认为的那么严重。不过,研究人员的确发现,和丰富多样的森林相比,诸如农田等多样性较低的群落更容易受到这种污染物的侵害。

Lerdau表示,一个关键信息是“如果我们想制定保护生态系统的政策,就需要关注那些将会变得敏感的生态系统,也就是多样性很低的生态系统”。(来源:中国科学报 宗华)

 
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2016/5/19 4:29:36 eatbutthin
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2016/3/13 15:50:24 匿名
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