在新墨西哥州班德利尔国家纪念碑附近，内森·麦克道尔的研究站由钢和有机玻璃腔室组成，区域森林的未来正在这里以微缩形式上演。麦克道尔正在“烘烤”树木。
在这些腔室内，温度比沙漠已经酷热的平均温度还要高出 9 华氏度。与此同时，这个国家这个角落的降雨量原本就不多，现在又减少了一半。
这正是联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）预测的西南地区在未来半个世纪内可能出现的气候，全球变暖将加剧这个已经炎热干燥地区的热度和干旱。
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在这些腔室中，正如在预测的未来中一样，该地区的树木正在死亡。通过研究这种模拟环境中植物的死亡率，麦克道尔希望更好地了解未来的气候将如何影响森林，甚至可能改变地貌。
他说：“如果我们想要模拟气候对大规模的影响，我们需要了解其机制方面。我们需要了解树木为什么以及在哪里死亡。当我们能够准确地做到这一点时，我们就有机会了解更广泛的影响。”
尽管科学家们长期以来一直预计气候变化会加剧世界大部分地区森林的干旱和热胁迫程度，但对这些变化的精确建模一直受到限制，部分原因是树木死亡背后的机制尚未完全了解。
麦克道尔说，虽然导致树木最终死亡的因素——主要是水分流失、碳饥饿和生物入侵——是众所周知的，但这些压力如何相互作用以压倒树木的防御机制尚不清楚。
观察耐受性、抵抗力和死亡
班德利尔纪念碑遗址是麦克道尔的第二个树木死亡研究项目，也是第一个将温度控制作为实验要素的项目。在腔室内，刺柏、矮松和其他植物物种暴露在升高的热量和水分胁迫下，而研究人员则监测它们的健康状况下降。
刺柏和矮松是理想的研究样本，因为它们数量众多，足够小，可以被包含在建筑物内，最重要的是，它们代表了两种表征植物对干旱反应的行为：耐受性和抵抗力。
在极端高温事件中，像矮松这样的抗旱植物——以及大多数其他针叶树种——会进入一种休眠状态，关闭微小的、类似孔的呼吸孔。由于气孔是密封的，因此植物逸出的水分更少，从而降低了水力衰竭的风险。
这种策略的问题在于，矮松在呼吸的同时，也必须停止光合作用。光合作用需要碳，而植物主要通过呼吸获得碳。这种碳用于产生碳水化合物，这些碳水化合物是为所有生命提供能量的能量包。
如果植物的气孔关闭时间过长——在严重的、长时间的干旱或热浪的情况下——它们最终会耗尽碳水化合物并饿死。
像刺柏这样的耐旱植物可能会部分关闭气孔，但会继续呼吸——实际上，是用一部分水分储备来换取继续生产食物的能力。
这也是一场赌博。如果恶劣条件持续三年，刺柏体内的水文赤字可能会导致树体内形成气泡，中断其养分输送并导致其死亡。
即使是最健壮的树木也能在“超级干旱”中幸存下来吗？
麦克道尔说，刺柏在干旱期间往往比矮松表现更好。十年前的严重干旱导致新墨西哥州许多英亩的矮松死亡，今天，该地区的大部分地区现在都被刺柏稀树草原所覆盖。
然而，他说，面对一些气候学家预测本世纪末会发生的持续“超级干旱”，这两个物种都将受到严重影响。
他说：“如果未来发生严重的长期干旱，我们实际上可能会失去这两种树。我们可能会看到今天许多是森林的地区变成草地。”
尽管碳饥饿和水力衰竭最终都会杀死一棵树，但通常是其他一些因素（如寄生虫）给予致命一击，他说。像树皮甲虫这样的生物因素，以及甲虫引入树中的蓝斑真菌，就像第三波攻击一样，攻击虚弱的树木并压倒它们的防御能力。
健康的树木通常可以抵抗甲虫的攻击，将入侵者淹没在汁液分泌物中。但一些证据表明，碳和水都是树液生产所必需的成分，这表明任何一种的消耗都会使树木的防御能力下降。
“这些机制相互作用，”麦克道尔说。“无论树木是死于碳饥饿、水分流失还是生物，这都只是不同地点不同机制的问题。”
在西部的许多地区，一系列异常干旱的年份已经导致了有史以来最严重的树皮甲虫爆发。
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