在新墨西哥州班德利爾國家紀念碑附近，內森·麥克道爾的研究站由鋼和有機玻璃腔室組成，區域森林的未來正在這裡以微縮形式上演。麥克道爾正在“烘烤”樹木。
在這些腔室內，溫度比沙漠已經酷熱的平均溫度還要高出 9 華氏度。與此同時，這個國家這個角落的降雨量原本就不多，現在又減少了一半。
這正是聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）預測的西南地區在未來半個世紀內可能出現的氣候，全球變暖將加劇這個已經炎熱乾燥地區的熱度和乾旱。
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在這些腔室中，正如在預測的未來中一樣，該地區的樹木正在死亡。透過研究這種模擬環境中植物的死亡率，麥克道爾希望更好地瞭解未來的氣候將如何影響森林，甚至可能改變地貌。
他說：“如果我們想要模擬氣候對大規模的影響，我們需要了解其機制方面。我們需要了解樹木為什麼以及在哪裡死亡。當我們能夠準確地做到這一點時，我們就有機會了解更廣泛的影響。”
儘管科學家們長期以來一直預計氣候變化會加劇世界大部分地區森林的乾旱和熱脅迫程度，但對這些變化的精確建模一直受到限制，部分原因是樹木死亡背後的機制尚未完全瞭解。
麥克道爾說，雖然導致樹木最終死亡的因素——主要是水分流失、碳飢餓和生物入侵——是眾所周知的，但這些壓力如何相互作用以壓倒樹木的防禦機制尚不清楚。
觀察耐受性、抵抗力和死亡
班德利爾紀念碑遺址是麥克道爾的第二個樹木死亡研究專案，也是第一個將溫度控制作為實驗要素的專案。在腔室內，刺柏、矮松和其他植物物種暴露在升高的熱量和水分脅迫下，而研究人員則監測它們的健康狀況下降。
刺柏和矮松是理想的研究樣本，因為它們數量眾多，足夠小，可以被包含在建築物內，最重要的是，它們代表了兩種表徵植物對乾旱反應的行為：耐受性和抵抗力。
在極端高溫事件中，像矮松這樣的抗旱植物——以及大多數其他針葉樹種——會進入一種休眠狀態，關閉微小的、類似孔的呼吸孔。由於氣孔是密封的，因此植物逸出的水分更少，從而降低了水力衰竭的風險。
這種策略的問題在於，矮松在呼吸的同時，也必須停止光合作用。光合作用需要碳，而植物主要透過呼吸獲得碳。這種碳用於產生碳水化合物，這些碳水化合物是為所有生命提供能量的能量包。
如果植物的氣孔關閉時間過長——在嚴重的、長時間的乾旱或熱浪的情況下——它們最終會耗盡碳水化合物並餓死。
像刺柏這樣的耐旱植物可能會部分關閉氣孔，但會繼續呼吸——實際上，是用一部分水分儲備來換取繼續生產食物的能力。
這也是一場賭博。如果惡劣條件持續三年，刺柏體內的水文赤字可能會導致樹體內形成氣泡，中斷其養分輸送並導致其死亡。
即使是最健壯的樹木也能在“超級乾旱”中倖存下來嗎？
麥克道爾說，刺柏在乾旱期間往往比矮松表現更好。十年前的嚴重乾旱導致新墨西哥州許多英畝的矮松死亡，今天，該地區的大部分地區現在都被刺柏稀樹草原所覆蓋。
然而，他說，面對一些氣候學家預測本世紀末會發生的持續“超級乾旱”，這兩個物種都將受到嚴重影響。
他說：“如果未來發生嚴重的長期乾旱，我們實際上可能會失去這兩種樹。我們可能會看到今天許多是森林的地區變成草地。”
儘管碳飢餓和水力衰竭最終都會殺死一棵樹，但通常是其他一些因素（如寄生蟲）給予致命一擊，他說。像樹皮甲蟲這樣的生物因素，以及甲蟲引入樹中的藍斑真菌，就像第三波攻擊一樣，攻擊虛弱的樹木並壓倒它們的防禦能力。
健康的樹木通常可以抵抗甲蟲的攻擊，將入侵者淹沒在汁液分泌物中。但一些證據表明，碳和水都是樹液生產所必需的成分，這表明任何一種的消耗都會使樹木的防禦能力下降。
“這些機制相互作用，”麥克道爾說。“無論樹木是死於碳飢餓、水分流失還是生物，這都只是不同地點不同機制的問題。”
在西部的許多地區，一系列異常乾旱的年份已經導致了有史以來最嚴重的樹皮甲蟲爆發。
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