破解沙漠森林濒临死亡的神秘案件

从上方看，美国西南部是焦糖色的海洋和棕色沙漠。然而，仔细观察就会发现绿色的小带子——沙漠森林沿着宝贵的泉水和河流茂盛生长。野生动物在这些绿洲繁衍生息，它们被树荫所吸引，可以在极端温度下得到喘息的机会。但近年来，由于树木大量死亡，大片森林已经变成棕色。科学家们对死亡感到困惑并寻找答案。

2019年，大自然保护协会邀请研究人员参加一个研讨会，重点讨论这个问题：是什么杀死了豆科灌木树?凭借螺旋形的种子荚和紧凑、圆形的叶子，这些树木找到了在恶劣的沙漠条件下生存数千年的方法。现在，它们的零散消失让努力保护这些沙漠生态系统的团队感到震惊。即使四年后的现在，科学家们仍然不知道是什么导致了这种下降。

DRI科学家HenrySun博士和研究生CharlottevanderNagel一直在努力破解这个案件。

豆豆豆科灌木树：维持沙漠生命的重要组成部分

豆科豆科灌木树原产于西南沙漠，分布于加利福尼亚州南部、内华达州、亚利桑那州、新墨西哥州以及德克萨斯州和墨西哥的部分地区。它们通常生长在沙漠溪流沿岸，它们的根可以进入地下水位，使树木能够长到30英尺高。这棵树的春天的花朵会吸引昆虫，而昆虫又为候鸟提供食物，让它们在树的开花期间迁徙。濒临灭绝的贝尔绿鹦鹉等鸟类在树上筑巢，而许多物种(包括人类)都被甜豆荚所吸引。

像可可帕印第安部落这样的西南部部落将这种树用于多种用途，将豆子制成蛋糕、糖浆和茶，并用根皮治疗伤口。部落长老是最先注意到这棵树衰落的人之一。

“我们有很多理由想要拯救这家工厂，”孙说。

一棵树在人类世的生存斗争

科学家们记录了现在发现这种树的地点，并将这些数据与该植物的历史分布范围进行比较，发现一半以上的先前分布范围都没有豆科灌木。在许多仍然可以找到它的地方，树木的生长越来越少。

豆科灌木树的长期衰退并不是独一无二的，因为随着时间的推移，许多沿着溪流和河流生长的森林都受到了人类发展的影响。过度放牧牲畜、筑坝河流和开垦农业只是对他们不利的众多因素中的一小部分。入侵性盐雪松树或柽柳树争夺同样的空间和资源，其蔓延也造成了损失。

然而，与豆科灌木数量逐渐减少的情况相反，最近出现了一些树群的急剧死亡，这些死亡是突然发生且没有明确原因的。大自然保护协会等组织一直致力于通过砍伐柽柳并种植豆豆豆等本土树木来恢复这些西南森林。当他们监测恢复工作时，他们多次注意到该地区森林中的大群树木正在迅速死亡。科学家们提出了从疾病、夜间气温升高到控制柽柳树蔓延的方法等各种理论，但尚未达成明确的共识。

“是什么导致了它们的死亡?这是一个谜，”孙说。“这就是我们开始的地方。”

探究数据寻找答案

幸运的是，孙亨利是一位喜欢追寻谜团的科学家，这促使他探索广泛的科学领域和问题。他说，他拥有植物学、藻类学(藻类研究)和微生物学学位，随后从事天体生物学博士后工作，他一直在寻找方法来回答科学领域中的问题。

孙破案的第一步是查明树木死亡的确切时间，因此他与研究生夏洛特·范德内格尔合作，探寻过去。

阿什梅多斯国家野生动物保护区内枯死的豆科灌木树。图片来源：HenrySun/DRI。

“我们通过在2019年大自然保护协会研讨会上与生物学家的交谈得知，该事件肯定发生在2005年之后，”孙说。“但我们确实需要将范围缩小到特定年份。”

夏洛特通过谷歌地球挖掘了历史卫星图像，查看了豆科灌木大量死亡的地点。从阿什梅多斯国家野生动物保护区里那片枯死的棕色树木开始，她每年都会倒转时钟，直到树木绿叶茂盛。这表明研究人员这些树在2010年至2011年间死亡。

“那段时间发生了什么?这是干旱周期结束的时候，”孙说。“换句话说，植物经历了干旱，当水分到来时，它们不喜欢它。”

2000年左右，该地区的气候开始脱离“平均”气候，变得更加干燥。2010-2011年冬季干旱暂时得到缓解。

“那么，发生了什么事?干旱如何使这些树木对洪水敏感?”孙问道。“作为漫滩植物，它们应该能够抵抗洪水。干旱期间发生了什么改变了这一点?”

他从植物的生理学中寻找线索。豆科灌木树的根部生长得足够深，可以进入地下水位上方的潮湿土壤，在那里它们可以获取植物生长所需的两种物质：下面的水分和上面的氧气。

孙和夏洛特挖出了死去的豆科灌木树来检查它们的根系，发现在干旱期间生长的树木在主根上长出了一层厚厚的树皮状层。这一层帮助树木在持续暴露于炎热和干燥的条件下生存下来，但孙推测，当降雨来临时，它也可能注定了它们的命运，显示出它们容易受到气候冲击的影响。

“如果干旱持续下去，这些树就会没事，”孙说。“他们不会高兴，但他们也不会死。”

当干旱结束、地下水位上升时，更深的主根淹没在缺氧的地下水中。靠近地表的根部更接近降雨产生的地表水，这些水被氧化，但它们厚厚的保护层阻止它们产生接触水所需的根毛。

“所以，它们需要生长，需要水，但它们无法获得水，因为整个根系都被关闭了，”孙说。

为了支持他的理论，孙指出了亚利桑那州在同一时期幸存下来的豆科灌木树。这可能是由于亚利桑那州通常经历的夏季降雨或季风季节所致。他说，也许夏季额外的水分缓解了干旱的影响，因此那里的豆科灌木不需要长出同样厚的根皮。

如果这就是导致树木死亡的原因，为什么十多年来豆科灌木树还没有回到这些地区?孙怀疑所有死树的根部在分解时在它们周围形成了一种“死亡区”。这个过程消耗了土壤中的氧气，使得新树无法生长。

“整个区域已经变得厌氧——有水，但没有氧气，”孙说。“你可以尝试通过种植树木来恢复这些区域，但它们无法生存。”

他通过挖掘科学文献发现了这一理论的更多证据，发现该地区地下水井的测量结果显示氧化还原电位低于历史平均值(意味着土壤中的氧含量较低)。

有趣的是，阿什梅多斯国家野生动物保护区的新豆科灌木树已经能够在远离死树的地方生长，这为他的理论提供了更多支持。

尽管孙说到目前为止他对自己的研究充满信心，但他承认仍然存在需要填补的空白。“我们需要尽快采取行动来拯救这棵关键的树，”他说。“我们正在与气候变化的时间赛跑。大自然保护协会和联邦土地管理者正在等待开始恢复这些沙漠生态系统的工作。”

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