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威廉希尔亚洲真人平台的研究人员研究了异常干旱对威廉希尔亚洲真人平台东南部生态系统的影响
威廉希尔亚洲真人平台东南部目前正处于近代史上最严重的干旱之中。俄亥俄大学教授Jared DeForest正在研究干旱，并可能将研究结果应用于其他生态系统。
Alex Semancik， 2024年11月12日
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威廉希尔亚洲真人平台东南部目前正处于近代史上最严重的干旱之中。威廉希尔亚洲真人平台阿巴拉契亚地区一直到秋天都是湿润和郁郁葱葱的，但前所未有的干旱条件正在影响森林和农场——杀死了成熟的树木，使庄稼枯萎。干旱是如此严重，以至于美国农业部（USDA）于2024年9月4日将威廉希尔亚洲真人平台东南部的大部分地区指定为自然灾区。
随着农民和其他依赖土地为生的人试图恢复生计，像贾里德·德福里斯特这样的生态系统生态学专家正在努力研究干旱，并有可能将研究结果应用于其他通常不容易发生干旱的生态系统。他的研究项目主要致力于在土壤、微生物、植物和树木之间建立联系。
德福里斯特是俄亥俄大学文理学院环境与植物生物学教授，15年来一直领导着一项森林土壤操纵实验。在实验中，三个研究地点的土壤被分成三个部分，并暴露于四种不同的处理（石灰，磷，石灰和磷一起处理和未经处理的对照）。这项实验最初是为了了解燃煤生产对生态系统功能的影响，但这些数据现在被用来衡量干旱的影响。
德福里斯特说：“基本上，（燃煤生产）正在使土壤酸化，而这项试验基本上是在向土壤中添加养分，主要是氮。”“所以，我所做的就是在土壤中添加石灰，基本上中和了很多酸度，使它们更富有营养——这都是生育的事情。我想让贫瘠的土壤变得富有营养。然后我加了磷。我很想了解磷作为一种营养物质是如何影响森林的行为的。”
实验证明，DeForest的处理导致土壤肥力的整体提高。所有营养物质的循环增加，包括必需的氮和磷。
德福里斯特现在正在利用他现有的实验来研究土壤处理对最近干旱的影响。他说，除了2012年相对干燥之外，自从实验开始以来，结果基本上是一致的——土壤中有足够的水分来维持植物、树木和它们赖以生存的微生物。
今年，德福瑞斯特观察到很多死树，特别是在林下和中层——森林中较小、较年轻的树木——由于缺乏可用的水。没有死亡的树木的叶子会改变颜色，比平时早落得多，有些物种会提前一个多月进入休眠状态。
“我现在真正感兴趣的是，土壤化学的这种变化是如何减轻或使树木更容易受到干旱的影响的，”德福里斯特解释说。“这是一回事，‘哦，我们经历了干旱，很多树都死了。“好吧，随便你。但如果我们可以说，‘是的，树木死了，但它更多地局限于营养丰富的地方，而不是对照组，’那么这是有价值的信息。”
威廉希尔亚洲真人平台环境与植物生物学教授丽贝卡·斯内尔经常与德福里斯特合作进行研究，她说将干旱纳入研究增加了一个自然变量。
“这被称为自然实验，”斯内尔说。“这基本上是我们没有计划的，我们永远不可能计划它，它只是发生了，当它发生时，你利用它。”
学生的参与
在为他的研究收集样本时，德福里斯特和他的学生从分布在三个地点的36块土地上收集土壤。每个地块至少从土壤表面取12到15个土芯。然后，学生和教师一起筛选和均质土壤，为分析做准备。重复DeForest在开始实验时使用的相同过程是非常重要的，以避免无意中扭曲结果。
德福里斯特说：“因为我做的是长期的数据，所以这几乎是我保持数据一致性的一种仪式。”“我告诉学生，我在2010年所做的事情，和我今天使用的方法一样——即使我有更好的方法，我也无法改变它。”
收集样本后，学生们测试土壤的水分含量、酸度、氮、磷和作为生物标志物的酶。
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凯特·理查兹是俄亥俄大学环境科学专业的大四学生，她在德福里斯特的实验室工作，是一名帮助职业探索项目（PACE）的学生。去年夏天，当德福里斯特决定开始将他过去的实验结果与干旱期间采集的样本进行比较时，理查兹开始成为佩斯的一名学生。
理查兹说：“因为我是环境科学专业的学生，而不是植物生物学专业的学生，所以这对我来说有点陌生，所以很多时候这是一次学习经历，但通常情况下，我的工作是做实际的科学研究和清理工作。”“我们基本上在做他过去15年一直在做的事情，我们只是再做一次，看看它与我们（在干旱期间）得到的数据相比如何。”
测量干旱造成的影响程度仍在进行中，但理查兹说，迄今为止的结果显示了巨大的影响。
“我们只剩下一小步，分析所有数据，但将其与我在夏天工作的数据进行比较，你可以看出干旱已经杀死了土壤中的任何活微生物或有机体，并完全影响了养分的可用性。”
在威廉希尔亚洲真人平台东南部及其他地区的应用结果
干旱是非常局部的，这意味着影响仅限于威廉希尔亚洲真人平台东南部和一些周边地区，然而，威廉希尔亚洲真人平台东南部不是一个典型的容易发生干旱的地区，尤其是这种程度的干旱。
斯内尔说：“我认为气候变化的问题是，那些通常不会发生干旱的地区将会发生干旱。”“因此，我们遇到了一个问题，那些通常潮湿的地方现在正在经历通常不会发生的干旱。我认为这是适用的，如果我们正在研究特别潮湿的地区，现在突然干燥，我们能期望什么-这些地区是否有任何内在的弹性。”
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该地区的混合叶生森林不能很好地适应这种严重的缺水，这可能会影响动植物。斯内尔说，威廉希尔亚洲真人平台东南部拥有数量惊人的生物多样性，这也使得对这次干旱的研究变得独特，但如果持续下去，重要的物种可能会受到威胁。
“我们实际上是温带森林中生物多样性最高的地区之一。我们这里有一些物种，通常你会在更北的地方发现，我们也有一些物种，你会在更南的地方发现，它们在这里混合，”斯内尔说。“（如果干旱持续下去）我会很害怕。我认为，经过一年的干旱，我们会看到复苏。如果我们连续多年干旱，我会很害怕。”
德福里斯特看到了利用土壤实验结果并将这些结果应用于其他通常不会发生干旱的生态系统的潜力。如果一种特殊的土壤处理方法成功地使阿巴拉契亚地区的植物具有抗旱能力，那么它可能可以应用于其他类似的生态系统。
他说：“当我们有气候建模者试图了解干旱和潮湿，以及它如何影响生态系统功能和碳封存时，我认为这是有价值的。”“这可能适用于其他没有真正干旱的地区。”