來源：中國(guó)科學(xué)報(bào)  作者： 韓揚(yáng)眉 高雅麗

森林被譽(yù)為“地球之肺”，是公認(rèn)的陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大碳庫(kù)。然而，人們可能忽略了森林中的枯木，全球預(yù)計(jì)約有8%的森林碳匯以枯木形式儲(chǔ)存于大自然中，其分解產(chǎn)生的二氧化碳遠(yuǎn)超過人類活動(dòng)所產(chǎn)生的量。

是什么影響著枯木的分解效率？全球枯木的碳排放貢獻(xiàn)又如何？這些問題對(duì)于全球森林管理、實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》溫控目標(biāo)等具有重要意義。

近日，由德國(guó)科學(xué)家塞巴斯蒂安·塞伯德領(lǐng)銜的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)研究揭示，在熱帶和亞熱帶地區(qū)，昆蟲對(duì)枯木的分解貢獻(xiàn)達(dá)29%，氣候變化和生物多樣性的喪失將對(duì)碳循環(huán)和養(yǎng)分循環(huán)有著重要影響。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然》雜志。

昆蟲不可或缺

過去的研究表明，微生物是森林碳循環(huán)的主要分解者。但塞伯德和同事們?cè)谌虺叨壬蠈?duì)生活在枯木中的昆蟲等進(jìn)行系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)生物多樣性對(duì)枯木非常重要。一些局域的研究已表明，昆蟲在木材分解中的作用不可忽略。

昆蟲是地球上種類、數(shù)量最繁多的動(dòng)物，它們對(duì)氣候變化十分敏感。

論文作者之一、華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院青年研究員劉宇告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，隨著全球氣候變化，昆蟲的多樣性不斷下降。與此同時(shí)，在穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中，由于全球變化，還可能導(dǎo)致一種有益于分解的昆蟲消失，另一種昆蟲的大爆發(fā)。這些變化對(duì)枯木有著較大影響。

“有人可能會(huì)說，昆蟲數(shù)量少是好的，因?yàn)樘荚谀静闹袃?chǔ)存的時(shí)間更長(zhǎng)?！闭撐耐ㄓ嵶髡呷赂嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“事實(shí)并非如此，在分解過程中，昆蟲和其他分解者也釋放出森林生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分。沒有它們，木材就不會(huì)被分解，而木材中儲(chǔ)存的所有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都將丟失，森林將無法繼續(xù)生長(zhǎng)。只不過，這些生物的功能作用尚不清楚，尤其缺乏全球尺度的定量分析?！?/p>

那么，從全球尺度看，昆蟲對(duì)全球枯木分解速率的貢獻(xiàn)如何？昆蟲在不同地理區(qū)域中如何變化？這便是該研究要解決的問題。

“揭示昆蟲對(duì)枯木碳排放貢獻(xiàn)及這種貢獻(xiàn)的地理分布格局對(duì)了解全球碳循環(huán)，以及預(yù)測(cè)全球變化背景下的枯木碳釋放具有重要意義?！闭撐淖髡咧弧⒅袊?guó)科學(xué)院昆明植物所副研究員劉杰告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

全球合作開展實(shí)驗(yàn)

為了更加明確昆蟲對(duì)枯木的分解貢獻(xiàn)，全球六大洲、55個(gè)研究小組按照統(tǒng)一的規(guī)范開展實(shí)驗(yàn)，持續(xù)近7年時(shí)間，“這是一次真正的集體努力，才取得了成果?！比抡f。

塞伯德等人設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，整合了全球55個(gè)實(shí)驗(yàn)樣地的木材分解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)全球枯木碳儲(chǔ)量及變化進(jìn)行了預(yù)估。

劉杰和論文作者之一、中科院昆明植物所副研究員羅亞皇研究團(tuán)隊(duì)在其2013年建成的高黎貢山樣帶和玉龍雪山樣帶兩條海拔梯度樣帶開展實(shí)驗(yàn)，這兩個(gè)樣點(diǎn)代表了中國(guó)兩種典型的植被類型，高黎貢山是亞熱帶常綠闊葉林，玉龍雪山則為亞高山針闊混交林。而劉宇研究組則在中國(guó)典型的亞熱帶常綠闊葉林植被類型開展實(shí)驗(yàn)。

在每個(gè)地點(diǎn)，他們選擇3個(gè)本地樹種，與對(duì)照樹種歐洲水青岡一起，設(shè)置了自然、半開放、封閉3種處理方式，開展了3年的監(jiān)測(cè)工作。每年回收一次枯木，并對(duì)其進(jìn)行處理和測(cè)量。

“我們發(fā)現(xiàn)，水分越充足、溫度越高，木材分解的速度越快。”塞伯德表示。“也就是說，氣候變化和生物多樣性喪失都會(huì)影響木材分解，從而影響碳循環(huán)和養(yǎng)分循環(huán)?！?/p>

在熱帶森林中，昆蟲加速木材的分解速率達(dá)到3.9%，通過全球尺度的枯木儲(chǔ)量估算，預(yù)計(jì)每年有10.9 Pg C從枯木中排放，并且這些排放93%都來源于熱帶森林，其中，昆蟲的貢獻(xiàn)率可能達(dá)到29%。

不過，但在低溫情況下，降雨對(duì)分解速率影響小甚至可能有負(fù)的作用，數(shù)據(jù)顯示，昆蟲對(duì)木材的分解效率在溫帶和北方森林中僅為0.9% 和-0.1%。

劉杰解釋道，上述結(jié)果表明，木材分解受氣候和分解者群落的雙重影響，氣候變暖可能通過增加昆蟲和微生物的活動(dòng)加速濕潤(rùn)地區(qū)的木材分解速率，而干旱的增加可能會(huì)阻止分解的過程。昆蟲在木材和枯木的分解中扮演重要角色，昆蟲多樣性的喪失將會(huì)影響枯木的分解過程，但影響程度存在區(qū)域異質(zhì)性，未來研究溫暖濕潤(rùn)的地區(qū)（如熱帶雨林）分解者群落變化的功能效應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注。

枯藤老樹也有價(jià)值

該研究首次量化昆蟲在全球木材分解中的作用。

羅亞皇表示，在未來氣候變暖背景下，熱帶森林中的枯木分解更為敏感，分解速率可能呈現(xiàn)加快的趨勢(shì)。與此同時(shí)，熱帶地區(qū)的昆蟲比如白蟻等在加速分解中可能扮演重要的角色。

“森林碳庫(kù)動(dòng)態(tài)的預(yù)估研究，需要同時(shí)考慮枯木的產(chǎn)生和分解過程。每個(gè)森林都有一定壽命，特別是在熱帶，成熟的森林并不能起到很好的碳匯作用，需要對(duì)森林進(jìn)行合理的規(guī)劃與調(diào)整。”劉宇指出。

劉宇團(tuán)隊(duì)在浙江麗水市百山祖國(guó)家公園有著類似的發(fā)現(xiàn)，如果枯枝落葉不能得到降解，久而久之厚積而覆蓋土壤，導(dǎo)致種子無法“落地”，也就不能存活，森林也無法得到更新。

那么，我們需要清除這些枯木老樹嗎？

“枯樹和枯木不是壞事，而是對(duì)大自然有價(jià)值的東西?！比抡f，我們需要承認(rèn)枯木在生物多樣性維持中的重要作用。如果我們清除森林中的枯木，或者不讓老樹自然死亡，那么森林生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)逐漸開始退化——即使它們看起來仍然是綠色的。

更重要的是，我們需要保護(hù)森林中的生物多樣性及其提供的服務(wù)。

野外實(shí)驗(yàn)（來源：劉宇）

維爾茨堡大學(xué)生態(tài)站附近山毛櫸林中的枯木（來源：塞巴斯蒂安·塞伯德）

昆蟲正在分食枯木（來源：塞巴斯蒂安·塞伯德）