如何才能防止熱帶森林系統崩潰？

【博科園-科學科普】熱帶森林被稱為地球的肺，吸收了大量的二氧化碳，擁有世界上最大的動植物多樣性。而這些熱生態系統——通常是樹木和草地的拼湊物——正在被砍伐和其他土地利用變化所深深影響。現在一個科學家小組對森林邊緣的火災如何控制它們的形狀和穩定性做出了根本性的發現。他們的研究表明，當熱帶森林的斑塊失去它們的自然形狀時，它可能會導致從樹木到草地的突然，甚至是災難性的轉變。

巴西塞拉多森林和草原的混合特徵，圖片版權：Laurent Hebert-Dufresne

新的知識可以幫助保護熱帶森林，並允許土地管理者建立新的工具來預測單個森林斑塊和更大的區域尺度森林的穩定性。這項研究發表在3月26日的《生態學通訊》雜誌上。科學家們利用巴西塞拉多熱帶草原地區受保護森林的高解析度衛星數據，發現這些天然森林的形狀遵循著森林周邊和區域之間可預測的數學關係——不管其氣候區域或面積大小。他們把這稱為「3/4冪定律」，大致意思是森林都趨向於形狀既不像線那麼細，也不像圓那樣圓滑。

佛蒙特大學的計算機科學家Laurent Hebert-Dufresne是這項新研究的主要作者，如果森林在各個方向上都能很容易地生長，我們就會期待一個圓圈。但是我們實際上看到的是更多的樹枝狀的東西，有點像章魚或變形的圓圈。科學家組成的6人團隊，包括建模、生態學家和物理學家從UVM，聖菲研究所,斯坦福大學，波士頓大學，普林斯頓大學，華盛頓大學的3/4的法律適用於微小的森林碎片比籃球場大森林補丁覆蓋幾十平方英里。

科學家們將他們對真實世界數據的理解與一種新的計算機模型的結果相結合，來解釋為什麼會發生這樣的事情：火災，在森林周圍的草地上容易燃燒，並且在森林的潮濕的土壤中燃燒，與森林的膨脹生長在草原上持續的鬥爭。科學家們發現，這種在草地和森林邊緣之間的相互作用，創造出了森林斑塊，它們匯聚在一個穩定狀態的形狀上。科學家模型的結果與觀察到的巴西真實森林的結果相吻合。科學家們在他們的模型上進行的一項實驗表明，森林斑塊的命運——無論是擴張還是收縮——是由最初的形狀決定的。

隨著時間的推移，那些形狀各異的小動物聚集在更像章魚的3/4-能量伸縮的關係上，而那些有著細細的形狀和更大的邊緣-面積比率的人則會崩潰，消失在草地上或碎裂成非常小的斑塊。這意味著森林周邊和它的區域之間的關係可能有助於預測單個森林斑塊的穩定性。科學家們樂觀地認為，這項研究可以帶來實用的工具，來證明一個管理的森林斑塊偏離這個自然的幾何形狀將有助於決定它的穩定性。

這項新研究為巴西森林的可能命運提供了更大的區域尺度。退一步考慮宏觀失去看每個補丁的形狀，但相反在整個系統的狀態模型表明，森林草原可以戲劇性的崩潰，這些局部的、小規模的效應——周邊的生長和邊緣的燃燒——可能會導致整個森林地區之間的臨界過渡，在森林主導的國家和以草為主的國家之間。而且一旦大面積的森林轉向草地，就很難恢復森林。這就像從懸崖上跳下一樣，不能簡單地後退一步。

生態學家歷來研究森林裡的元素，以了解它的條件——經常關注植物和動物——但很少有人探索森林的幾何形狀，以及這可能有什麼關係。火的新的研究顯示一個強大的角色推動巴西的熱帶雨林的形狀，我們現在想看看這個模式適用在世界其他地方，在非洲發現大象推倒樹木改變了方程，或者澳大利亞的乾旱——這將非常有趣。他還想擴大研究範圍，看看在新模型中觀察到的這種關係是否能在巴西的伐木和其他管理森林中得到證實。基本觀點是：森林的形狀非常重要，形狀與它的穩定性直接相關。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Ecology Letters

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：佛蒙特大學

編譯：卿君側

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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