皮农松：研究气候变化对耐旱性的影响

Piñon Pine: Studying the effects of climate change on drought tolerance

亨利-亚当斯（Henry Adams）以科学的名义杀死了许多树木。亚当斯是亚利桑那大学的一名博士生，他正在研究气候变化和干旱对皮农松树的影响。

皮农松是一种根系发达的针叶树，生长在美国西南部的高海拔地区。皮农松的根系使其具有极强的耐旱性，但在 2002-03 年，一场持续的干旱加上树皮甲虫的爆发，导致 12,000 公顷的皮农松死亡。这是一场百年不遇的干旱，是有记录以来最干旱的时期，有趣的是，当时的气温比有记录以来的平均气温高出 2 到 3 ˚C。

生物圈 2 号的研究

亚当斯和他的顾问们想知道，气候变化导致的气温升高是否会加剧干旱的影响，加速树木的枯死。亚利桑那大学拥有一个不同寻常的机会，可以在其生物圈 2 号实验室测试干旱条件和温度变化。生物圈 2 号实验室是亚利桑那州高地沙漠中一个独特的封闭式 "生活实验室"，占地三英亩，曾经有八个人在这里过了两年自给自足的生存生活。亚当斯能够利用实验室内的空间，对移植的皮农松树进行两种不同的干旱诱导处理，一种是在环境温度下，另一种是在比环境温度高 4 ˚C 的温度下。

皮农松的严峻前景

"亚当斯说："显然，温度较高的树木应该首先死亡。"但我们想测试温度变化是否会加速树木的死亡，而与其他因素无关。如果真的出现了这种加速现象，那么皮农松历来能够抵御的那种较短时间的干旱可能会导致大量死亡。

衡量干旱反应

当然，亚当斯和他的同事们所做的不仅仅是观察树木在没有水的情况下死亡的速度。他们还研究了树木对干旱的生理反应，测量了气体交换、水势（土壤吸力）和气孔导度。为了测量气孔导度，他们使用了 METERSC-1 leaf porometer，在每周一次的漫长一天中，从日出到日落进行了近 9,000 次单独测量。

针叶树的气孔导度

对于想在针叶树上使用气孔仪的人来说，气孔仪手册中没有太多指导，因此亚当斯在开始研究之前，先在没有干旱压力的树上 "玩了一会儿"。他发现，获得良好读数的最佳方法是用单层针叶覆盖孔径。"他解释说："针叶是一种三维物体。"针的气孔分布在多个面上，这取决于针的种类。如果把你手上的手指想象成从树枝上伸出来的针，我们就把这些手指按在一起，确保只有一根针的厚度覆盖在光圈上。如果你把手指张开，如果没有完全覆盖住光圈，就会出现这种情况--这时你就会低估电导率。我们还发现，如果我们在上面粘上几层，就能提高电导率。

对干燥环境的敏感性

干旱研究的另一部分涉及到一位水文学家，他对使用称重lysimeter 数据对水文学家用来模拟干旱期间失水情况的一些模型进行参数化很感兴趣。"亚当斯说："溶样仪运行起来很麻烦，但它们非常灵敏。亚当斯说："它们的测量精度可达 0.1 千克，因此听起来是量化失水的好方法。事实证明，气孔仪测量的气孔导度实际上比称重lysimeter 数据更灵敏。称重的水分损失很快就会归零，几周后我们就无法测量到任何水分损失，但我们仍然可以通过孔隙度计的数据看到早晨和傍晚的水分损失。

扩大实验范围

在实验的高峰期，亚当斯让本科生和实验室技术人员整天同时运行多达三个孔隙度计，尽管他还在埋头处理第一次实验的数据，但他期待积累更多的数据。"我们的研究有一个局限性，那就是这些树刚来时根球很小。我们在亚利桑那州北部[一个地点的不同海拔]移植了一些树木，使用了一个全尺寸的树木搬运器，以便在移植中获得尽可能大的根芽比。我们将使用孔隙度计来了解这些树木死亡的生理过程，并根据全球气候变化预测它们对温度的敏感性，将海拔高度变化作为温度的代用指标。我们还在现场种植了未移植的树木，作为移植的对照"。