在五月下旬一個涼爽的日子裡，研究員帕梅拉·坦普勒輕鬆地徒步穿過新罕布什爾州的懷特山脈，當樹葉和樹枝在腳下嘎吱作響時，她躲過了一根奇怪的低垂的樹枝。
儘管她身處國家森林的中心，但坦普勒的目的地看起來明顯不自然。
一個裝滿控制器和電線的木屋坐落在樹林中。新架設的電力線延伸到森林邊緣。一個帶有閃電標誌的警告牌上寫著“研究區域：請勿超越此標誌”。
支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
坦普勒解釋說，這片森林是“有線的”。
她說：“去年夏天，我們埋了將近4公里[2.5英里]的加熱電纜。”
坦普勒希望利用這些電纜、一些鏟子以及在哈伯德布魯克實驗森林進行的為期五年的實驗，來更好地瞭解氣候變化可能對新英格蘭森林產生的影響。
透過4英寸的電纜模擬變暖
雖然之前已經研究過變暖對森林的影響，但坦普勒的實驗增加了一個獨特而重要的轉折。
她的加熱電纜埋在地下4英寸深處，將模擬夏季氣候變暖時森林會發生什麼。這些電纜蜿蜒穿過坦普勒的六個地塊中的四個，每個地塊大小約為40乘46英尺，每個地塊的中心都有三棵紅楓樹。
這些電纜將在生長季節將土壤加熱5攝氏度。
坦普勒解釋說，這些將被測量根系生長和其他因素（例如它們從土壤中吸收養分的能力）的楓樹實際上可能喜歡這種變暖。其他加熱土壤的實驗發現，樹木可以生長得更快，並且可能能夠吸收更多的養分。
但是，這些實驗在新英格蘭冬季隨著氣候變化時的表現方面存在不足。
這是因為它們全年都在加熱地面。在冬季，至少在未來100到200年內，隨著積雪減少，新英格蘭的土壤實際上會變得更冷。
這種情況已經發生。自1950年代以來儲存的哈伯德布魯克記錄表明，森林中的積雪量穩步減少，並且降雪在地面上停留的時間也減少了。
坦普勒解釋說：“這有點違反直覺，但雪實際上就像一條毯子。” “因此，如果地面上有足夠的積雪，那麼所有生活在積雪下的生物都會暖和地舒適。就像身處冰屋內部一樣。”
這就是為什麼坦普勒的實驗在冬季增加了一個關鍵要素。當降雪時，她將把正在增加夏季變暖的四個地塊中的兩個地塊上的雪鏟掉。另外兩個地塊是對照。
她說：“我們將把雪移走以誘導土壤凍結。”
科學家們探索變暖和氮之間的聯絡
坦普勒之前關於新英格蘭森林如何應對冬季降雪減少的研究表明，如果沒有保護性的雪毯，土壤會凍結，從而對土壤生物和樹根造成損害。
科學家們在二十多年前首次注意到凍土可能對樹木造成的損害，當時在哈伯德布魯克發生了一些奇怪的事情，由於其作為研究森林的地位，該地受到持續監測。
紐約卡里生態系統研究所的生態學家彼得·格羅夫曼說，在1990年夏天，森林中的科學家們看到那裡溪流中的氮含量較高，他曾與坦普勒在該森林進行實驗。
東北森林的其他研究人員也注意到這種情況。
通常，森林中的植物根系會在春季休眠期結束後吸收氮並利用它生長。科學家們尋找可能阻止這種情況發生的改變，以便更多的氮流入小溪。
他們最終假設這與前一年非常寒冷的冬天有關，當時在積雪覆蓋地面之前發生了嚴重的凍結。格羅夫曼和坦普勒迄今為止的實驗已經證實了這一點。
用攝像機觀察樹根
在森林中的各個地方，他們在初冬時進入並在一些地塊上剷掉第一場雪，因此那裡的土壤凍結了。在這些地塊的旁邊，他們讓雪原封不動。
格羅夫曼說，在他們剷掉雪和土壤凍結的區域，“第二年夏天，養分從土壤中傾瀉而出”。
事實證明，凍結的土壤會殺死很多樹根。一位研究人員傑拉爾丁·蒂爾尼能夠透過將攝像機插入地下的透明塑膠管中看到這一點，以便她可以觀察冬季根部發生的情況。
格羅夫曼說，當土壤凍結時，其中的水會變成大冰球。這種動態類似於冬季路面上的裂縫充滿水時被凍結時被撕裂的方式。
樹根也是如此。在凍結的土壤中形成的冰會切割根系，損壞它們，使它們無法吸收氮、磷和鈣等養分。
坦普勒說：“我們已經表明，在生長季節初期，當樹木通常會醒來並吸收水或吸收氮時，它們所做的事情要少得多。我們認為這是由於前一個冬季的凍結造成的損害。”
“真正地推動了前沿”
凍結也會傷害生活在土壤中的動物。坦普勒發現，在由於缺乏積雪而導致土壤凍結的地區，節肢動物（如甲蟲和蜘蛛）的多樣性和數量也減少了。
透過她的新實驗，坦普勒最終能夠在未來五年內將氣候變化的兩個部分（夏季土壤變暖和冬季土壤凍結）結合在一起。她的發現或許將描繪出迄今為止最可靠的關於氣候變化如何影響新英格蘭森林的景象之一。
美國森林服務局的森林生態學家林賽·魯斯塔德追蹤了全球200多個變暖實驗，她說坦普勒的實驗“真正地推動了前沿”。
魯斯塔德說：“據我所知，沒有其他變暖和霜凍的組合，因此這是一個非常獨特的實驗。”
由於氣候變化，森林可能會出現更多極端情況，例如非常炎熱的夏季和降雪量少的冬季。
魯斯塔德說：“她正在建立一個系統，這將使她的研究小組能夠研究極端事件，無論是霜凍迴圈還是極端溫度處理。”
為“標誌性”物種尋找解決方案
坦普勒不得不使用紅楓樹而不是糖楓樹來建立她的森林地塊，因為她無法將電力提高到森林的足夠高度，以製造包含糖楓樹的變暖地塊。
這就是為什麼70棵新種植的糖楓樹和70棵紅楓樹幼苗就在有線小屋和森林地塊旁邊的道路上，位於一塊新挖的淺棕色泥土中。
每個幼苗都埋在地面上的盆中，這是一個獨立的單元。坦普勒計劃加熱這些周圍的土壤，並且還向這組實驗樹木新增另一個變數。
研究人員預測，隨著氣候變暖，糖楓樹可能會向北移動。關於氣候變化將如何影響這些樹木的另一個未知數是冬季凍融迴圈的變化，以及更多交替的暖和寒冷時期，可能會如何影響樹根，她說。
她說：“如果你想想冬季中期，當我們有這些短暫的溫暖期時，樹根在凍結時是否會立即受損，或者是否存在某種閾值？”
為了測試這一點，坦普勒將在某些幼苗中開啟和關閉加熱電纜，以模擬這些凍融。她想看看如果有多個凍融迴圈，或者只需要一到兩個就會影響它們，樹木的反應是否會有所不同。
長期以來，糖楓樹一直是新英格蘭森林的象徵，它們發生的事情不僅對森林生態很重要，而且對該地區的經濟和特徵也很重要。
她說：“這對於東北地區來說是如此具有標誌性的樹種。”
經環境與能源出版公司有限責任公司許可，轉載自 Climatewire。www.eenews.net, 202-628-6500