【博科园-科学科普】热带森林被称为地球的肺，吸收了大量的二氧化碳，拥有世界上最大的动植物多样性。而这些热生态系统——通常是树木和草地的拼凑物——正在被砍伐和其他土地利用变化所深深影响。现在一个科学家小组对森林边缘的火灾如何控制它们的形状和稳定性做出了根本性的发现。他们的研究表明，当热带森林的斑块失去它们的自然形状时，它可能会导致从树木到草地的突然，甚至是灾难性的转变。
巴西塞拉多森林和草原的混合特征，图片版权：Laurent Hebert-Dufresne
新的知识可以帮助保护热带森林，并允许土地管理者建立新的工具来预测单个森林斑块和更大的区域尺度森林的稳定性。这项研究发表在3月26日的《生态学通讯》杂志上。科学家们利用巴西塞拉多热带草原地区受保护森林的高分辨率卫星数据，发现这些天然森林的形状遵循着森林周边和区域之间可预测的数学关系——不管其气候区域或面积大小。他们把这称为“3/4幂定律”，大致意思是森林都趋向于形状既不像线那么细，也不像圆那样圆滑。
佛蒙特大学的计算机科学家Laurent Hebert-Dufresne是这项新研究的主要作者，如果森林在各个方向上都能很容易地生长，我们就会期待一个圆圈。但是我们实际上看到的是更多的树枝状的东西，有点像章鱼或变形的圆圈。科学家组成的6人团队，包括建模、生态学家和物理学家从UVM，圣菲研究所,斯坦福大学，波士顿大学，普林斯顿大学，华盛顿大学的3/4的法律适用于微小的森林碎片比篮球场大森林补丁覆盖几十平方英里。
科学家们将他们对真实世界数据的理解与一种新的计算机模型的结果相结合，来解释为什么会发生这样的事情：火灾，在森林周围的草地上容易燃烧，并且在森林的潮湿的土壤中燃烧，与森林的膨胀生长在草原上持续的斗争。科学家们发现，这种在草地和森林边缘之间的相互作用，创造出了森林斑块，它们汇聚在一个稳定状态的形状上。科学家模型的结果与观察到的巴西真实森林的结果相吻合。科学家们在他们的模型上进行的一项实验表明，森林斑块的命运——无论是扩张还是收缩——是由最初的形状决定的。
随着时间的推移，那些形状各异的小动物聚集在更像章鱼的3/4-能量伸缩的关系上，而那些有着细细的形状和更大的边缘-面积比率的人则会崩溃，消失在草地上或碎裂成非常小的斑块。这意味着森林周边和它的区域之间的关系可能有助于预测单个森林斑块的稳定性。科学家们乐观地认为，这项研究可以带来实用的工具，来证明一个管理的森林斑块偏离这个自然的几何形状将有助于决定它的稳定性。
这项新研究为巴西森林的可能命运提供了更大的区域尺度。退一步考虑宏观失去看每个补丁的形状，但相反在整个系统的状态模型表明，森林草原可以戏剧性的崩溃，这些局部的、小规模的效应——周边的生长和边缘的燃烧——可能会导致整个森林地区之间的临界过渡，在森林主导的国家和以草为主的国家之间。而且一旦大面积的森林转向草地，就很难恢复森林。这就像从悬崖上跳下一样，不能简单地后退一步。
生态学家历来研究森林里的元素，以了解它的条件——经常关注植物和动物——但很少有人探索森林的几何形状，以及这可能有什么关系。火的新的研究显示一个强大的角色推动巴西的热带雨林的形状，我们现在想看看这个模式适用在世界其他地方，在非洲发现大象推倒树木改变了方程，或者澳大利亚的干旱——这将非常有趣。他还想扩大研究范围，看看在新模型中观察到的这种关系是否能在巴西的伐木和其他管理森林中得到证实。基本观点是：森林的形状非常重要，形状与它的稳定性直接相关。
知识：科学无国界，博科园-科学科普
参考：Ecology Letters
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：佛蒙特大学
编译：卿君侧
审校：博科园
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