我相信應該不少朋友看到環資今天的新聞囉~

科學家推翻假設!樹木越老長越快 固碳力更佳
http://e-info.org.tw//node/96989

環境資訊中心是個很有理想的團體,也是環境資訊傳播很重要的推手,辦公室就在我家附近,而且前幾個禮拜我才剛跟環資的夥伴一起玩遊戲;因此我對這個組織是很敬重、喜愛的!

不過這篇報導的方式顯然需要再改進,若只是把外電的報導翻譯一下就丟出來……

真的很容易造成不必要的誤解和爭論,也真的會引起一些關心不同議題的朋友們筆戰XD

沒關係,這個時候我們這些研究生就要派上用場了……

 

首先我們要弄清楚一切的來源

就是一篇Nature的文章,Nature是自然界很重要的期刊,所以這份研究報告當然也是非常有份量的;期刊的原文可以在網路上下載,不過一份要價不斐;但感謝學校的學術資源,讓我們能夠藉由研究國際期刊,瞭解國際研究的動向(在此順道請大家多多善用學術資源,不然學校買期刊花很多錢沒人看……)。

這篇文章叫做

Rate of tree carbon accumulation increases continuously with tree size
(http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature12914.html)

翻譯成中文是:隨著樹木大小持續增加的碳累積率

注意!這裡講的大小是Size,不是Age;一開始文章就不是以樹齡為研究主題,而研究團隊所採用的數據是樹木的「直徑」與「生長率」,與樹齡沒有關係。

取得了全文後,就像讀一般Paper一樣;不過登上Nature的文章,通常不會是艱澀難讀,也不是長篇大論的。

所以我就簡單就論文做個大概描述,有需要的人(例如要寫論文或相關研究)請自行利用學術資源或付費購買全文,支持研究者的研究與期刊的發行。

其實這篇文章的目的,是為了填補學術研究的空缺;這個空缺就是:長期以來我們沒有針對樹木的尺寸大小與碳累積率做全球性的研究(就是沒有人做過的意思)。

因此研究團隊研究了403種樹種,總共做了673,046棵樹木的研究,得出的關鍵就是樹的大小增加越多,碳累積率就越高;其實本來就是這樣啊,只是透過研究可以更確定這個事實,是相當有學術貢獻的!

而研究團隊在本次的研究中,選取的403種樹種條件是:最大樹幹直徑必須大於100cm;也就是全部都是大型樹種的意思,這些樹種高達94%的還在不斷的增加質量(活著、持續生長)。

研究結果則顯示,這些大型樹木(不是老木)在全球各地都在快速增長,而且是一個現在進行式。

但有兩個有趣的下降狀況:

1.葉的增長效率會下降

2.群聚樹木的生長量會下降

研究指出,樹葉的增長率下降並不會影響樹木的碳累積率;而通常樹木會藉由增加葉面積來達到碳累積率的增加(例如徒長之類的)。

比較重要的是第二個,研究也指出,同齡林分的樹木可能會隨著體積增大而生長率減少;這其實超過研究範圍(因為研究是針對大型樹木的單木研究),但研究團隊仍然把這個因素列出來,也就是當齡林分生長到彼此開始壓迫的時候,生長就會減緩;因此需要藉由一些樹木的死亡,來換取降低林分密度,以及提高樹木生長空間;進而使得林分的生長效率提高。

此外,文章也提到樹木的繁殖期(開花結果什麼的),不足以影響到樹木的生長率。

最後則提到,本文有助於瞭解樹木的生命史和老化,但並沒有詳細解釋樹木老化的問題,似乎是留了一些問號。

結論則是以美國為例,直徑100cm以上的大樹雖然只佔了6%但貢獻了森林生長量的33%;因此,大樹的保護很重要。
(經留言提醒,原文提到此段為以"美國老熟林為例",老熟林中直徑100cm以上的大樹雖然只佔了6%但貢獻了老熟森林生長量的33%)

好的,感謝大家看完了論文的大致意思,結論以後的東西大概就是他們的實驗方法。接下來我就來跟大家解釋,這篇文章有哪些簡單的生物概念,跟碳含量又有什麼關係。

 

樹木與碳含量

首先,我們應該都大概知道,一棵樹大概可以分為根、莖、葉;其中莖的部分,就是我們所說的樹幹。

樹幹是樹木運送養分和水分的主要管道,其中的木質部為運送水分、韌皮部則為運送養分;木質部和韌皮部的中間有形成層,會形成新的植物組織、加大樹幹的尺寸。在形成的過程中碳會被堆積到木質部中,這個木質部,就是我們所用的木材。

一般來說,針葉樹的單位木材含碳量平均值大概是48%,闊葉樹的則是46%,隨便一點四捨五入來計算,木材中大概50%是碳。

因此只要樹生長的越快、質量堆積的越快,碳的含量就越多,他的碳累積率也就越高。

所以文章所說的體型越大、直徑越大的樹,形成層的面積大,生長體積也就越大,因此碳累積率就越高。

 

樹木的生長曲線

所以樹木就會持續不斷的生長嗎?並不是這樣的,樹木就跟人、跟世間大部分的生命體一樣,會有成長衰老;這樣的衰老,可以畫成一個曲線。

樹木的一生1  

當生長率在最高峰過後,隨著年齡也將逐漸下降;這從早衰、短齡的樹木就可以驗證。

那這篇文章的數據到底是怎麼發生的?

如果我們將這張圖片的年齡尺度標上去……假設這種樹種要10000年才會死掉好了

樹木的一生2    

我們可以輕易發現10000年壽命的大型樹種高速生長的時間,就可能可以長達2500年;而這段時間,隨著他的體積越大,碳累積率也就越高。

而在我們一生能夠研究的範圍,也不過就是那些短命的、最大直徑低於100公分的小樹;這些大樹的生活史,一般人根本沒有辦法用一生研究。

樹大不等於樹老,因此這篇文章很重要的貢獻就是:

很多我們還沒有辦法得知確切壽命的大型樹種,至今仍然快速成長著;這個快速成長的過程,也在幫我們快速進行碳累積。

這並沒有推翻任何已知的知識,但我們更確切的知道天然林中大樹保存的重要;因著這些大樹,天然林不但具有生物多樣性,也有高效率固碳的可能。

所以我們必須要致力保存那些還未被砍伐的紅檜扁柏、北美洲的世界爺和紅杉、熱帶雨林和無風帶的大型樹木不被破壞;在我們有生之年,可能還沒有辦法知道這些樹種的極限生長能力。

 

另外就是這篇提到了人工同齡林生長衰減的問題,也完全符合林業界、林學界認為人工林必須經營的原則,這個我打算下次再來解釋;總之,這篇文章裡面多次用到相容、相一致的字眼,其實是一篇佐證性高、推翻性少的文章。

其實只要適當解釋,可以發揮其在森林保育上的效益,倒是不需要藉由聳動的標題來促進更多的爭論;雖然學術界因著彼此爭論、推翻而進步是常有的事情,但仍應盡力避免任何不必要的對立。

 

For peace! For environment!

 

延伸閱讀:

樹木生長曲線的秘密

http://faratajiang.pixnet.net/blog/post/347362514

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自然撼動的生命

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  • 好文
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  • 謝謝您的支持!
    : )

    江懿德 於 2014/01/21 22:43 回覆

  • 訪客
  • 所以 大樹不等於老樹?那大樹算不算是比較老的樹?如果要一直這樣討論真的可以討論很久。

    作者您在文後又提到根本還不知道樹生命史的極限,論文只是可以確定幾乎大部份調查到的大樹,都還在生長旺盛的階段中,另外一篇報導的文章根據這個結論,推論可能人類"認知"的大樹或是老樹,其固碳價值有被低估的問題。

    作者您本人另外一篇文章『為什麼我們支持砍樹』不知道是不是也使用標題殺人來吸引別人點入,雖然我也不知道是殺人了什麼人,但您的內文糾正大樹跟老樹的科學上明確的定義,並在第一段文章特別強調其他單位做功課不專心,是不是也在利用某網站之知名度,進行著某種程度的首段殺人法,進而吸引別人看完內文的方式,來達到您傳遞資訊的目的。

    某知名環境網站的寫法不精確,研究本身自己的假設與結果其實很符合,也沒有提到年齡。但如果把目前社會的誤解放進去看,一般民眾的確很容易把樹徑超過1m視為老樹,甚至有些砍伐森林者,也會使用砍老樹才能增加森林活力為理由的時候,不是也能完全理解某網站標題的引用,是泛指多數人對於老樹看法下的寫法,但通常我們覺得的老樹,對樹的生命史來說,其實根本不算老,所以他的固碳能力依舊很活躍。那對於砍老樹活絡森林的說法也無法完全被信服。

    邏輯上來講的確得您的解釋相當清楚也精準,如果您只是要針對,某知名環境網站標題所說的假設,跟實驗的假設會有所搞混,轉化直徑1公尺以上的大樹為老樹,指稱這樣的轉化是標題殺人,那您在寫作上似乎也使用了一樣的技巧嗎?
  • 您好,謝謝您的回應 : )

    我們都用了標題來吸引人閱讀,沒錯!
    甚至我也是為了要吸引上一篇的觀眾來看這篇文,所以選擇相似的字彙來撰寫標題和引言(也就是您所述的知名度,但我也只是寫了上一篇文章,稍稍引起了注意而已)。

    但是使用這種技巧跟傳遞的內容正確與否,是很重要的吧?再者,這篇文章不管是標題或是內文,都試圖傳遞「樹木越老長越快」,而內文也沒有對標題作出澄清;很明顯的,也沒有對該篇期刊做實際的瞭解。

    我也不會懷疑環資提出這篇報導是立意良善的,甚至是因為急迫、希望大家趕快得到新訊息,所以就貼出;所以我也就趕緊把期刊看了,寫出這篇文章,我固然知道,很多人可能搞不清楚,但總要提供正確的方式、盡可能的把大家搞不清楚的東西寫清楚。

    倒底來,同樣是為了保護環境,也提供合理的保護大樹的理由。

    這一個口破大了,如果不小心給積極砍樹者給看出來,去挑出環資的毛病;這下可怎麼辦?

    我並不想要更多爭論,但老樹越老會越大,確實會讓很多人相信:「樹會永遠持續長大」,我們並不希望環保被建立在一種近乎神話的說法上吧?

    所以我也知道,也一開始就肯定環資的貢獻。

    希望這篇文章能帶來些正向的影響,讓您感到不舒服的地方,先說聲十分抱歉!

    祝 平安順心

    江懿德 於 2014/01/21 22:33 回覆

  • 林雲夢
  • 樓上的訪客真是犀利到不行~
    老實說那個鐘形曲線怎麼出現的
    個人是覺得跟經驗不符啦....
  • 您好,謝謝您的留言 : )

    早期的林業,從德國起,以一種叫做「法正林」的經營觀念來確保能夠持續收成林木、並獲得最大收益。

    因此對於所謂樹木生長曲線有了很大量的研究,是為了要能夠在「最高收益」的時間採集木材。

    這些研究透過研究大量不同年齡的樹木與他們的樹高或是直徑製成所謂「材積表」,也是木材體積的統計表;材積表的數據畫成曲線,則是一個逐漸趨於平緩的S型曲線。

    而將材積累積而成的S曲線換算成生長率,就是一個似於鐘型的曲線。

    希望這樣的解答對於您的理解有幫助 謝謝!

    江懿德 於 2014/01/21 22:44 回覆

  • Juju
  • 看完原文後,我的確同意此篇研究"主要"是在探討"大樹"的生長率以及儲存碳的能力。他主要是要質疑以往的林學研究中所得到的兩點結論:
    1. growth efficiency often declines with increasing tree size.
    2. age-related decline in even-aged forest stands
    針對以上第一點,從他的樣本分析中的確可以發現生長效率並不會因為樹型變大而下降。而針對以上第二點,在同齡林中大樹的生長效率並不會因為年齡的增加而下降。過去認為同齡林(人工林)到了某一個年紀後生長效率會下降並沒有錯,因為已忘的研究規模是以一整個林份下去分析,而不是像這篇研究一樣是以同齡林中單一棵數下去做分析(這時候以森林經營的角度,應該開始把那些長得不好的樹舒伐掉,以利其他樹的生長XD)。

    不過他最後的結論又提到(版主似乎漏看了三個字):
    For example, in our western USA ""old-growth forest plots"", trees .100 cm in diameter comprised 6% of trees, yet contributed 33% of the annual forest mass growth.

    "old-growth forest"老熟林的定義是什麼?每個地方對於他的定義不同,以下是我自己蒐集的一點資料...

    在台灣大家聽到神木的第一個反應是很老的樹,到底要多老才能被稱為神木呢?
    A: 估狗大神說是超過1000年的樹
    但是這理指的是"樹tree",不是林forest

    美國明尼蘇達州對於老熟林的定義如下:
    Some trees are at least 120 years old (often at least 2–3 feet across).
    Large, dead standing trees and branches (snags) are common.
    Large fallen trees and branches lie on the ground.
    The forest is a mix of young, old, and middle-aged trees (multi-aged).
    Small openings (canopy gaps) are visible between the tree crowns.
    Dirt piles and holes from tipped-over trees (tip-up mounds and pits) dot the ground.

    美國奧勒岡州對於老熟林的定義:
    old growth means a forest that has not undergone any major unnatural changes (such as logging) for more than 100 to 150 years, contains young, mature and standing dead trees (snags) and provides a home for a diversity of wildlife species.

    澳洲新南威爾斯省的定義:
    Old growth forests are those where the overstorey is in the late mature to over mature (senescent or partly dying) growth stage with the presence of relatively large old trees, many containing hollows and often with the presence of dieback or dead branches in the crown.

    總而言之他的結論放的那個例子,是在說老熟林,不只是大樹,同時也有老樹,只是各地對於老熟林的定義不一樣,有的是從整體林份演替的情形去看,有的是從樹齡去看...

    所以我認為,大不大老不老,是滿主關的,因為我們不知道一棵樹到底可以長多大?到底可以變多老?

    以上是我個人的淺見!謝謝!
  • 謝謝補充!
    很棒的整理,我也受益良多!

    我確實是漏看了老熟林XD
    以至於我誤解成為整個美國森林,當下覺得哇!這些大樹有夠厲害,經您的提醒,才發現是指老熟林的生長量;我會在補充入內文,感謝了!

    看完文章我也是立刻想到,這算是從群聚角度支持天然林疏伐,就連環資或是衛報到最後都提到大樹倒木的碳釋放。

    至於樹木的老不老,那真的需要有人(很多人)長期的接續演替,才有辦法破解;只是現在好像還沒有人有錢、有時間、有膽量去做這種研究。

    倒是我覺得不斷激發的討論,是這篇文章滿大的成功~

    謝謝囉~ : )

    江懿德 於 2014/01/22 11:37 回覆

  • (<ゝω・)綺羅星★
  • 由於個人英文激爛 所以原文還沒看完(喂
    個人補充幾點

    1.
    似乎一般大眾對伐木這回是有很大的誤解
    伐木=砍大樹
    大錯特錯 哪來那麼多大樹給你砍 也不會刻意去砍大樹
    林務局原本規劃平地造林速生樹種大約20~40年就要砍
    山坡地較高經濟針葉樹樹種快則40年慢則60年
    平均胸徑絕不可能給他放過100cm再砍
    如果平均生長率每年1cm的話 100cm至少要100年
    根本不符合效益/成本比
    再來天然林內其實多的是有的沒的木材用途不大的樹種 要砍當然是砍人工林

    之前接待一個日本宮崎縣木材組織的研究員他提供了一個很有趣的發現
    40年生的柳杉能造1塊板材 而60年生的柳杉能造2塊板材
    60年生板材彎曲程度卻比40年生板材嚴重許多
    "雖然大徑木能造出來的木材種類會比較多但是物理性質相對會產生某些問題"
    他們正在很煩惱這個取捨

    講那麼多
    這段的重點在"林業界不會吃飽太閒砍大樹"

    2.
    個人吃飽太閒做了個數學式的計算
    以DBH50、100、150、200到450cm進行一個胸高斷面積回歸曲線
    這9個DBH分別在隔年生長量1cm、0.502cm、0.335cm、0.252cm、0.202cm、0.168cm、0.144cm、0.126cm、0.112cm有類似的胸高量面積增加(EX : ((51-50)/2)^2*pi()=79.32521)
    將這些生長量做乘冪式回歸可得y=49.328x^-0.996 R^2=1
    x:DBH
    y:與DBH50cm/生長量1cm相同胸高斷面積增加量所需的生長量
    -以上都是用EXCEL2010計算-
    也就是說只要一棵樹的定年生長量有大於上面那個公式算出來的胸高斷面積增加量就會大於DBH50cm/隔年生長量1cm的樹
    總之這計算式說明了"就單實木而言,老樹生長量達到某程度生長量固碳量仍然會相當於狀齡木"
    當然要算固碳量還要再加上樹高等其他有的沒的因素

    實際上許多大樹會因為生物力學和其他因素產生心腐的現象
    簡單說就是外表看起來完整裡面其實是空洞 去看阿里山神木就知道了
    這不是生病也不是蟲害 這是天然的
    固碳量的多寡似乎也該把這部分考慮進去

    3.
    "因此只要樹生長的越快、質量堆積的越快,碳的含量就越多,他的碳累積率也就越高。"
    這個指一般情況下
    知道猢猻樹(又稱猴麵包樹)嗎? 他長的超級快而且樹高可以到達30m
    但是用生長錐鑽出來的直徑5mm圓柱形樹芯放在常溫下隔天變成1mm的木片狀
    超級趣味
  • 哈哈!我的英文也是霹靂爛,不過這篇應該還可以的拉~

    您寫到的東西整理的很明確,很有幫助!

    不過大眾對林業界的誤解實在太深了,我真的希望我的一些文章可以讓環團和林學界找到一些中間互動點,也讓民眾瞭解為什麼會有這樣的衝突,但我真的還要再加油~呵呵

    數學計算的部分也確實是這樣,某些數據生長的減緩,並不代表總體生長會立刻減緩;但總體生長的持續,也不代表生長沒有減緩XDD
    但如果一個一個去分析,寫出數字,大概很多民眾都不想看了XDDD
    也難怪簡單一句,樹越老長越快,就可以持續讓文章轉來轉去~

    猢猻樹也符合長越快、碳累積率越高阿
    只是單位累積率超少XDDD

    其實生理學真的很有趣,我也希望我能更懂樹一些
    只是大概沒有多長的命

    謝謝您的留言囉!! : )

    江懿德 於 2014/01/23 01:57 回覆

  • 詠文 鄭
  • 你把衛報裡的old跟環資中心的老想錯了。

    他們的old/老都是指「A比B老」的年長之意
    而不是衰老的意思。(PAPER裡來有區別用法,old vs senescent)

    這篇paper的意思其實就是越大(年長<老>)的樹,固碳能力越好;
    過去從樹葉跟林分的尺度其實都只有看到片面。

    而且這樣的理論即有可能是通則,意即絕大部分的樹種,不論哪個林向、氣候帶、生態圈,越大越年長的術,固碳能力就越好。

    而不是你所說的要保護大型樹種,因為如此一來,這個理論已經證明過去的林業思維:「砍大樹種小樹,才有更好的固碳價值。」這件事情是錯的。

    而這項研究也發現繁殖的tradeoff並沒有影響;也就是說,是不是可以猜測,當那棵樹的productivity下降的時候,可能就是這棵樹開始老化(senescence)的時候。

    而目前對於樹木的生活史的研究並不清楚,甚至有人提出樹木根本不會生長遲緩:
    http://aob.oxfordjournals.org/content/early/2011/08/17/aob.mcr195
    (該文引用文獻15.)

    版主使用法正林(人工林)的的生長率衰減來解是會不會有失偏頗?
  • 您好,謝謝您的回應

    我並沒有對環資的老有誤解
    而您對我的文章可能也有一些誤解^^"

    相信您也看過文章了,所以我們應該可以知道,這篇論文並沒有在研究中放入樹木生長的時間尺度,沒有樹齡、也不是長時間研究,所以其實這篇文章的重點本來就不是樹木的老不老,雖然樹木成長理論上會長大,但沒有時間尺度,那麼我們並沒有證據可以下「樹木越老會長的越快」的結論。

    而樹木只要生長體積越大、固碳能力就越好,這也是通則,並沒有錯,但是我們也還沒有辦法證明,樹會不斷的生長。

    保護大型樹這樣的結論,不就是環資和衛報在報導中所下的結論嗎?
    而我在讀過論文後,認為環資所下的結論並沒有太大的錯誤;如果一個樹木還在成長階段,而且在森林中占有重要的腳色,我們必須去保護他。

    而對林業給予「砍大樹,種小樹」這種思維是嚴重的誤解(對不起,我必須這麼說)
    我們在林學的學習中,並不是以這種思維來經營林業的,您如果熟知法正林,也知道人工經濟林的經營方式。

    而在國土計畫中發生在次生林中的砍大樹,種小樹,確實是執行單位為了造林率而發生的慘劇,這點必須要通盤檢討。

    繁殖的分配率並沒有影響只是說明樹木並沒有分配太多的資源給樹木的繁殖,這裡的生產率我推測應該是種實的生產率?若種實的生產率下降能不能推測他老化,我覺得可以啊,可是並沒有人針對樹種什麼時候會失去生育能力,而失去生育能力會更樹木有什麼關係,值得研究!

    至於樹木的生活史我們確實不清楚,既然不清楚,當然有不少人已不會遲緩作為假設,但也有很多人以生長會遲緩作為假設。
    您提供的文獻,也在最後的關鍵結果中,認為生長會隨著樹木的年齡和樹高而降低。
    而我找了第15個文獻,是Relationship of stand characteristics to drought-induced mortality in three southwestern pinon-juniper woodlands.是一篇關於乾旱地致死率的文章,可能不是您所看到的,如果有也麻煩再提供給我~謝謝^^

    至於生長曲線,可以從延伸閱讀中找到我剛寫的文章,有一些解釋
    這個曲線是"為了法正"而統計出來的,作為法正的基礎
    所以這個曲線不一定來自法正林

    因此在製作這些圖表的同時,都有發生所謂生長率衰減的現象
    這個曲線才有可能被當成林業經營的聖像

    我也認為曲線是有可能有錯的
    可是這是我們目前對樹木最完整的年齡生長統計
    所以我傾向支持這樣的生長理論

    而如果假設樹木會持續不減緩的生長,論文還是提到群聚樹木會使林木減緩生長
    加上環資最後下的結論:「老樹最終死亡會釋放大量的碳」
    這不就是鼓勵天然林疏伐嗎~

    在這種假設下,如果我要保護天然林,我反而會選擇相信曲線為真,那麼我們解釋大樹生長快也確實是合理的,為這樣的理論保護大樹,不也很有說服力嗎?

    所以舉出這個生長率曲線是否偏頗,我只能說這是假設的一種
    在我有限的知識和生活的經驗裡面,我暫時是相信樹木的生長會趨緩

    我希望人們都一起保護環境
    不論他們相信大樹是會持續生長還是減緩生長
    都能詳盡的知道這些理論對森林經營的影響,進而知道林業界到底是怎麼看待這些事情
    而我們也都有在關注世界發生的事情與最新的研究

    至終的,這個研究有他的貢獻
    而且在我看來
    完全就能佐證聯合過所通過的森林原則
    適用於森林永續經營,即保護森林自然環境和資源,以經濟產業為主的人工森林生產木材。

    但我的文章也還有不足之處,感謝您的回應,也幫助我整理我的思緒
    前面幾位回覆者也有提到或補充到一些您提到的問題,如果有時間可以看一下

    謝謝囉! : )

    P.s.於您的臉書有看到對我之前砍樹一文的評論,我有看到囉,是個很好的意見;我一直一來也無法扭轉有些老師堅持的天然林也要砍伐,這篇論文確實對我有不少的幫助;至少我相信要說服林業界的老師,用他們熟悉的生長曲線反而是比較容易的。

    而砍伐天然林,改植人工林也確實在多數的情況下對固碳無益。
    但如果在荒地植人工林供應人類木材所需,在理論上應該還是有增加固碳的效果,或是至少對環境無害。

    總之謝謝您願意來這邊留言,促進交流、也讓我有更多思考和知識提升;若能對整體森林系的理論修正到更正確的路上,應該是我們樂見的!十分感謝!

    江懿德 於 2014/01/23 02:14 回覆

  • 悄悄話