路易斯维尔，肯塔基州——那些高耸入云的巨树，经历了风暴和严冬的洗礼，看起来似乎是无敌的。但一系列最近的研究分析了闪电、干旱和入侵性害虫对森林的影响，表明对于树木而言，大小并不代表力量，森林巨人反而更容易受到伤害。
“一直以来，人们都有一个潜在的假设，即大树在某种程度上能够抵御环境压力，”缅因大学法明顿分校的森林生态学家安德鲁·巴顿说。这项新工作“表明这可能并不正确。
”澳大利亚国立大学堪培拉分校的森林生态学家大卫·林登迈尔指出，这三种压力可能会增加，大树可能成为饱受困扰的森林中的一个特别脆弱的环节。他的研究表明，大树的损失会使整个生态系统面临崩溃的风险。大树也是碳的主要储存地——一项估计表明，它们储存了森林中50%的碳——它们的死亡会将碳释放到大气中，这可能会加剧气候变化。
闪电似乎特别针对最大的树木，但其影响的程度直到现在才在巴拿马运河中部的巴罗科罗拉多岛项目中显现出来。在温带地区，闪电击中时树干会变黑或树木会被烧毁，因此其影响很容易被看到。但在像巴拿马这样的热带森林中，闪电没有明显的痕迹，可能是因为树木含水量更高，尽管被击中的树木可能在几周或几个月后死亡。
史蒂夫·亚诺维克，路易斯维尔大学的生态学家，及其同事最近在该岛的科学站安装了摄像机和传感器，以便他们能够三角测量闪电击中和寻找倒下的植被和其他微妙的迹象。亚诺维克的博士后埃文·戈拉随后记录了被击中的树木及其邻居的任何下降情况。迄今为止，该项目已经确定了70次闪电击中，戈拉在上个月举行的生态学会年会上报告说。每次击中平均杀死五棵树，并损坏另外16棵树。
戈拉和亚诺维克将巴罗科罗拉多岛的所有树木按直径分为三个大小类别，这与其总大小相对应。他们发现最大的、最高的树木受到的伤害不成比例。“闪电占大树死亡率的40.5%，”戈拉在会议上说。“这比我们预期的要高得多。”相比之下，闪电只杀死了5.4%的中等大小树木和2.9%的最小树木。如果气候变化使雷暴更加频繁或强烈，正如许多研究人员所预期的那样，大树的死亡率可能会上升。
干旱可能会加剧这一情况。一些研究表明，由于小树的根太浅，无法到达地下水，它们可能比森林巨人更容易受到干旱的影响。但马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的森林生态学家阿提库斯·斯托瓦尔发现，当他在加利福尼亚州内华达山脉的两个地区研究了8年的空中照片和激光测量树高和树冠密度的数据时，情况恰恰相反。使用定制的计算机程序，斯托瓦尔追踪了180万棵个别树木的命运。
2014年和2015年，该地区遭受了1200年来最严重的干旱和异常炎热的天气。在干旱之前，所有大小的树木死亡率大致相同，斯托瓦尔通过检查森林树冠的变化发现。但在2014年严重干旱开始后，30米以上的树木中有40%死亡，而中等大小的树木为28%，小树为16%，斯托瓦尔在会议上报告说。
“高度比任何其他因素都重要，”他说。他计算出，树木每增加10米的高度，其死亡率每年增加2.4%。
斯托瓦尔和其他科学家认为，较高的树木更容易受到伤害，部分原因是它们必须将水从根部拉到冠部更长的距离。如果条件导致叶子中的水流失过快，气泡可以在树干的水传导通道中形成，干扰水的流动。“一旦一棵树有太多气泡，它通常就完了，”他说。干旱还会削弱树木对树皮甲虫的防御，而这些甲虫又会携带可能导致树木死亡的病原体，斯托瓦尔称之为“死亡螺旋”。
世界上约14%的针叶树生长在像内华达山脉这样的干旱易发气候中，全球变暖预计会使这些地区的干旱更加频繁。“我们认为这可能是森林的一个主要问题，”斯托瓦尔总结道。
由于人类活动，入侵性害虫也在增加，这是大树的另一个祸害，印第安纳州西拉斐特的普渡大学的森林生态学家宋林·费伊发现。在目睹了他心爱的院子里的灰树被意外从亚洲引入的翡翠灰树甲虫侵扰而死亡后，费伊开始想知道这些害虫对树木储存的碳的影响。
他从美国林务局的一个项目中收集了数据，该项目跟踪了美国12万个森林地块，记录了树木的损坏或死亡。此外，他和同事们利用了一个联邦数据库，该数据库跟踪森林害虫。大约15种非本地生物——昆虫、真菌和其他微生物——已成为美国森林的主要威胁。根据这15种害虫在林务局监控的地块中所造成的损害，入侵性害虫每年释放的碳相当于500万辆汽车产生的碳，研究人员在8月12日的《国家科学院院刊》上报告说。
在Science的要求下，费伊使用该研究的数据计算了不同大小的铁杉、灰树和桦树在有和没有侵扰的情况下的死亡率。最大的树木受到的伤害最大，费伊称之为“意外”。例如，最大的灰树在被翡翠灰树甲虫侵扰时死亡的可能性是五倍，而较小树木的死亡率仅增加了三倍。“一般来说，直径较大的树木在害虫侵扰时更容易死亡，”费伊说。他怀疑，像老年人一样，老树通常不那么健壮，不太能够从入侵性昆虫和病原体等压力中恢复。
“我们必须比以前更好地保护大树，”林登迈尔说。在他们周围创造一个植被缓冲区可以有所帮助。他还说，应该保护包含最大树木的老生长森林免受火灾或砍伐。毕竟，最大的树木是最脆弱的，也是最慢恢复的。“许多大树确实是不可替代的，”林登迈尔说。