过去10年,来自中国、瑞士和德国的科学家在江西新岗山镇的一个山头种了30万棵树,然后做了一个实验。他们发现,如果在一片林地上种有16种树木,那么每公顷林地上生物量平均可以存储约32吨碳;如果林地的树种越来越少,到只剩下一种,那么,每公顷纯林的碳存储只有约12吨,不到前者的一半。过去已有研究表明,物种多样性越高,就越能存储碳,同时提升系统生产力。
而这项研究第一次明确地给出了证据,更高的生物多样性就是直接导致更高碳储量的原因。
不久之前,世界自然基金会WWF发布了最新的《地球生命力报告2018》,报告显示物种灭绝的速度越来越快。物种灭绝不仅会危害人类的未来,也会影响人类的当下。早在上个世纪80年代,科学家研究物种丧失速率时就发现,物种的减少可能影响生境的变化、生物地球化学循环和生态系统生产力等生态系统的结构和功能。
实际上,在两个世纪以前,达尔文在《物种起源》里就介绍了一个19世纪初进行的实验,有人在一块土地上播种一个草种,同时在另一块相像的土地上播种若干不同属的草种。最终,后一块土地上能生长出更多的植物,收获更大重量的干草。这样一个看似简单的结论,直到现在,也依然是生态学领域内非常重要又充满了不确定性和争议的课题,因为证明的过程比想象的要困难得多。
2008年起,中国国家自然科学基金委员会和德国科学基金会联合资助了“中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究(Biodiversity-Ecosystem Functioning Experiment China,简称BEF-China)”项目,其中在江西德兴市新岗山镇建立了一个40公顷(约600亩)的大型森林控制实验样地。
之所以选择在那里,因为中国的条件得天独厚,拥有世界上亚热带森林生物多样性最热点的区域。BEF-China是全世界25个森林实验样地之一,也是树种最多、涉及多样性水平最高、覆盖地形最复杂的。
在生态学实验中,一直有一个困扰研究者的难题——如何取得真实的能被认可的实验结果?中国社会科学院科学技术与社会研究中心研究员肖显静就在新出版的《生态学实验实在论:如何获得真实的实验结果》一书中阐释过这个问题。
生态学直接面对的是自然生态环境,研究的是自然界中存在的生态现象,因此,它与传统科学实验有本质的不同。他认为,传统科学实验是运用各种实验仪器,进行实验室实验,干涉实验对象,迫使实验对象展现其在通常情况下不可能展现出来的现象,进而认识这一现象。因此,“实验室规律是科学规律,是实验者在实验室中经过一定的实验操作所产生的人工自然规律,但不是自然规律”。
BEF-China实验设计的特色之一首先是物种最多。
平台的物种库由42种乔木(包括杉木和马尾松两个当地的主要造林树种)和18种灌木构成。这种丰富度不仅仅是简单的种间差异,还包括了其他维度,比如植物的功能多样性、谱系差异,甚至是遗传的多样性。BEF-China也是全球森林实验样地中唯一一个涉及物种遗传多样性设计的。其次,由于覆盖面积广,样地生境的异质性也很高。这些做法都是为了还原生态系统在自然状态下的样貌。
为了如此复杂的大型森林控制实验,来自中国、瑞士和德国的20多个大学及研究机构的科学家在这10年中投注的精力是难以想象的。想要一片森林,就得从每一粒种子的采集开始。马克平团队花了两年时间,才收集到了42种乔木的种子,在苗圃进行育苗,2009年春天开始正式栽种。600亩山地,500多个样方,30万株树苗要在两年时间里完全按照实验设计插入相应位置,并做好标记。
为了保证树苗成长同步,必须限制栽种的时间跨度。刘晓娟回忆,工作强度最大的时候,他们每天需要雇佣100多位当地老乡共同参与栽种。
BEF-China的初步研究成果让生态学家更为确信,生物多样性对生态系统功能的重要影响。但在现实林业领域,误解仍然很普遍。目前,全世界很多地区都在开展大型的植树造林项目,希望种植更多的树木以缓解气候变化。
在2010年至2015年间,仅在中国每年新种植的森林就超过150万公顷。然而,这些新造林大部分为快速生长的纯林。BEF-China的主要设计者之一、瑞士苏黎世大学教授Bernhard Schmid说,提高生产力和促进生物多样性常常被认为是不能同时实现的。“事实却完全相反。我们的研究表明,不同的森林在保护环境缓减气候变化中所起的作用并不相同。纯种林只能达到理想预期一半的生态系统服务。
最大限度地提高碳存储及缓减全球变暖只能通过种植混种林来实现。”