气候变暖将如何改变我们未来的森林

过去十年，北美各地的山坡逐渐变成了锈红色，数百万棵松树被气候变化导致的昆虫袭击者杀死。最终，森林变成了干燥的灰色，只留下大量野火燃料。如今，新的卫星数据和新的地面观测正在帮助生物学家和土地使用官员以新的方式看待这一趋势。他们发现昆虫正在获胜，用树木取代整片森林。

这里的主要攻击者是山松甲虫，这种昆虫全身呈亮黑色，长度不超过三分之一英寸。虽然体型娇小，但其威力却可以砍倒整座森林。夏末，成年山松甲虫会从它们从小吃的黄色到红色针叶的树木上飞走，寻找直径较大的（也就是年龄较大的）活树产卵。山松甲虫会在树皮下挖洞，通常会发出化学信号吸引更多的山松甲虫。每对山松甲虫会产下大约 60 到 75 个卵，其中大部分都会孵化。孵化后，幼虫会钻入树下更深的地方过冬，同时会产生一种可以作为防冻剂的酒精。幼虫在春季进食，在初夏化蛹，并在 7 月下旬离开树木，重新开始新一轮的生命周期。生物学家说，它们的生命周期通常为一年，但在某些地方，温暖的季节会将其延长到两年。

威斯康星大学麦迪逊分校森林生态学教授菲尔·汤森德解释说，通常情况下，寒冷的冬天会杀死大量甲虫。汤森德是一项新研究的作者，该研究研究了树木对甲虫食欲变化的反应。

“现在冬天需要零下 40 度甚至更低的夜间低温才能杀死大量越冬树皮甲虫，”他说。“其结果是，随着时间的推移，如果每年冬天存活的树皮甲虫数量稍微多一些，其数量就会增加。”

汤森说，这意味着甲虫可能需要到别处寻找食物——它们开始入侵新物种。整片森林在短短几年内就发生了变化。

四十年来的 Landsat 观测为这一现象提供了更多线索。据 NASA 称，一款可以筛选和可视化大量卫星数据的新计算机程序发现了该国森林中一些令人惊讶的干扰。从 20 世纪 80 年代开始，整个太平洋西北地区的树木健康状况下降，新的分析表明昆虫是罪魁祸首。

在下面的视频中，您将看到不断变化的颜色信号，反映出树木覆盖和植物健康状况的变化。在三姐妹火山附近，山松甲虫在 20 世纪 90 年代和 21 世纪初肆虐高山松树。在胡德山和雷尼尔山附近，森林覆盖率因西部云杉芽虫而发生变化，这种芽虫以针叶树针叶为食，然后在夏末化蛹成蛾。

最初，波士顿大学的遥感专家罗伯特·肯尼迪着手研究火灾和砍伐，您也可以在视频中看到。他没想到自己也会注意到昆虫爆发导致的更微妙但更广泛的变化。这种方法之所以有效，是因为每张 Landsat 图像（覆盖 115 英里乘 112 英里的区域）都提供了森林反射或发射的光波长数据。您可以看到森林受到攻击，然后您可以看到它慢慢恢复。

地面上的情况也好不到哪里去。汤森的工作就是跋涉在北落基山脉和喀斯喀特山脉的雪地和偏远林地中，他说不同的树木对付这些攻击者的能力不同。它们最喜欢的目标是高山松，这种树已经进化到可以释放某些信息素来驱赶甲虫，并通过加厚它们的韧皮部（树皮的最内层）来吐出甲虫，因为甲虫就藏在韧皮部里。甲虫也在进化，现在它们利用树木的一些求救化学物质来合成信息素，从而吸引更多的甲虫。

其他树木就更不幸了。除了更好的存活几率之外，更温暖的冬天还意味着昆虫的活动范围扩大了，它们开始以白皮松为食。汤森和华盛顿大学的同事在新年前夕发表了一篇论文，证明这些树木——地球上海拔最高的树种——没有抵抗力。汤森发现，目前，甲虫仍然喜欢高山松，但最终它们会迁入全是白皮松的林地，而且进入时没有任何障碍。

“一旦进入高海拔地区，那里全是白皮松，它们就消失了。它们完蛋了，”他说。

为什么这一切如此重要？首先，白皮松在恶劣的地形中进化，那里气温极低，大气稀薄，这意味着它们生长缓慢。这些树要生长 80 年才能繁殖，而高山松只需要不到一半的时间，而且它们可以存活 1,000 年。随着一代又一代的树木死于入侵昆虫，生长更快的树种将取而代之。“白皮冷杉将不再是过去那种占主导地位的树种，”汤森说。

白皮松是许多鸟类的重要食物来源，它们充当着天然的防雪屏障，帮助雪缓慢融化，流入山间溪流，最终流入河流。如果没有它们，冬天的雪会融化得更快。

就云杉芽虫而言，树木可能不一定会在一个季节内因失去新长出的新枝而死亡——但这些虫子的不断造访最终会将它们夺去生命。最终，芽虫会耗尽食物并离开，森林就会开始恢复。唯一能打破这种循环并维持现有森林物种进化的办法就是消灭这么多昆虫。

“管理解决方案是让冬天更冷，”汤森简单地说。“我们可能会偶然遇到连续几个寒冷的冬天，这会有所帮助。但这种情况很快就会消失。”

最终结果是什么？未来的森林将包含不同的树木，新物种将开辟新的生态位。这将是全球变暖的直接结果。