树木的秘密地下生活

在我们的森林深处，有一个地下交易网络正在进行，但它不是人类之间的交易。科学家们发现了树木、真菌和细菌之间形成的广泛的地下网络，这些网络为每个物种提供了茁壮成长所需的营养物质。这一领域的主要专家是魏茨曼大学植物与环境科学系的塔米尔·克莱因博士。他的目标是:阐明森林中协作的地下网络——土壤中的真菌和细菌创造了一个复杂的群落。

克莱因博士说:“对森林地下世界的研究正在显著改变我们对生态学和非动物生物的基本认识。”

与人们曾经认为的相互竞争不同，地下的生物正在做完全不同的事情:合作。庞大的共生真菌、细菌和树木网络相互提供它们茁壮成长所需的资源。此外，植物物种远不是简单的个体有机体，它们实际上是用一种特定的化学语言相互交流的。

克莱因博士和他的团队正在监测森林树木、大气、土壤以及附着在它们身上的真菌之间的水和碳交换，以便更全面地了解森林及其在环境中的作用。

公路和小路

在一个巨大的相互连接的系统中，空气、树木和土壤就像高速公路、交汇处和乡村道路一样，处于一种不断交流和互动的状态。首先，树木可以接触到空气中的碳，并具有处理和储存碳的生物能力。然后，树木通过将碳从根部转移到真菌的菌丝(围绕树根的纤维网络)，将碳提供给生活在森林地面上的一种共生真菌(称为外生菌根真菌，EMF)。

EMF通常缺乏从树叶和地被物中的其他有机物中分解足够数量的碳的能力，因此从树木中接收碳有助于满足它们的碳需求。对树木的回报是:树木只能从根部周围的土壤中获取水分和养分，但EMF可以通过跨越数英亩土壤的纤维网络将这些宝贵的养分转移到树木身上。EMF还使用这些网络连接不同树木的多个根尖。

克莱因博士和他的团队正试图了解物质的“交通模式”，特别是碳和水，它们在树根和真菌的菌丝之间流动，并确定这些真菌是“通才”——它们与所有种类的树木相连——还是“专家”——它们只与特定类型的树木相连。

为此，克莱因博士实验室的博士生伊多·罗格(Ido Rog)挖掘并分析了四种树种的1000多个根尖:云杉、松树、落叶松和山毛榉。这使他们能够量化树木之间转移的碳量，并确定负责这种交换的真菌种类。在真菌种类样本中，他们确定了至少8种不同的物种，这些物种是通才，并且与所分析的4种树种相同。他们还发现，与落叶松和山毛榉等亲缘关系较近的树种相比，云杉和松树的根尖上有更相似的真菌组合，它们之间共享的碳也更多。但总的来说，所有树种之间都在进行碳交换。

令人难以置信的真菌

从进化的角度来说，树木应该将碳保存在物种内部，这是适者生存的直接例子。由于情况似乎并非如此，克莱因博士和他的团队认为存在一种更大的管理方案——使所有相关各方都受益——正在进行，他们怀疑真菌是关键角色。

克莱因博士说:“真菌需要保护自己的碳源，确保网络中的所有树木都健康强壮符合它们的最大利益。”真菌的碳管理在气候变化、干旱、火灾或疾病等压力源的情况下尤其有利，并可能导致更有弹性的森林。克莱因博士和他的团队正在通过观察角豆树来验证这一理论，这种树的叶子即使在炎热的条件下也能保持明亮的深绿色。在一项研究中，科学家们发现，当角豆树种植在橡树、针叶树和松树的混交林中时，它们也会成为真菌网络的一部分。研究人员现在开始发现将角豆和其他树种联系起来的真菌的特定种类。

真菌并不是树木用来满足需求的唯一物种。克莱因博士和他的团队还在研究树木如何将化合物排泄到土壤中，以刺激土壤中的微生物，从而增加矿物质的有效性。这种现象在需要的时候尤其常见，比如在干旱条件下。例如，当柏树树苗在类似干旱的条件下生长，并引入特定的细菌时，树木开始向土壤中释放某种称为根分泌物的化合物。这些化合物导致细菌数量增加，并为树木提供所需的营养物质。作为回报，树木向土壤中释放了更多的碳，供细菌消耗，从而使它们得以繁殖，进一步满足树木的需求。了解土壤中的微生物群可以成为改善土壤健康和植物抗逆境能力的垫脚石，也可以为人类面临的一些最大挑战(如气候变化和粮食安全)制定潜在的解决方案。

为什么森林对理解气候变化很重要

塔米尔·克莱因博士对森林地表下生物生态系统的研究在一定程度上是丹·雅基尔教授(Dan Yakir)研究的结果，他是以色列奖获得者，也是克莱因博士的博士导师，是树木和森林及其与环境交流方面的权威专家。他在半干旱气候下的生物圈-大气相互作用方面的工作(以色列是一个理想的发现实验室)与气候变化有重大关联。

他们研究的中心是Yatir森林野外研究站，该研究站位于内盖夫沙漠边缘的Yatir森林——已知的最干燥、规模最大的人造松林之一。该实地站成立于2000年，由一个被称为生物圈-大气研究移动实验室的独特卡车实验室补充，该实验室允许研究人员在调查气候变化的影响时利用整个以色列的气候带范围。
雅基尔实验室确实更好地了解了植物和树木是如何塑造环境的，例如通过冷却陆地表面和改变区域水分流动，以及它们如何影响干旱地区的水资源可用性。在一个更热更干燥的世界里，这些发现对于对抗气候变化的影响可能非常重要。

雅基尔教授和他的团队还见证了树木是如何应对空气中更高含量的碳的。Yatir森林研究站的研究结果表明，半干旱森林从大气中吸收的碳量比以前估计的要大得多(湿润年份每公顷可吸收3.5吨碳，而全球平均水平约为2.6吨)。在过去的100年里，由于化石燃料的燃烧和森林砍伐，二氧化碳浓度上升了30%以上。尽管人们担心二氧化碳水平的上升正在导致全球气候变化，但以二氧化碳为食的植物可以利用这种上升，提高它们的用水效率和生产力。这样，森林可以减缓大气中二氧化碳浓度的增长速度，为减少温室气体排放和应对气候变化提供更多时间。

在亚提尔森林20多年的研究数据使雅基尔教授的实验室能够将他们的发现应用到全球气候模型中，并试图预测种植更多这种森林的影响。他的设想表明，在非洲和澳大利亚的半干旱地区种植森林可能是最具成本效益的策略之一，可以帮助增加降水，减少人为引起的全球变暖，比在其他地区种植同等数量的森林提供更多的冷却。

城市树林的价值:Rafat Qubaja博士曲折的研究之路

Rafat Qubaja博士是克莱因实验室的巴勒斯坦博士后，他在魏茨曼研究所获得了博士学位，在那里他专注于树木如何与环境相互作用，特别是树木从空气中吸收多少碳。他随后的研究表明，半干旱的松林能够很好地保护自己免受夏季脱水的影响，同时吸收和储存大气中的二氧化碳。他的发现揭示了即使是城市树林也可以在减缓气候变化方面发挥作用。

对Qubaja博士来说，这是一条漫长而富有挑战性的职业道路。库巴哈博士是四个孩子的父亲，居住在巴勒斯坦权力机构希伯伦附近的塔尔克米亚村，尽管遇到了许多障碍，他还是坚持了下来。2014年，他在东耶路撒冷圣城大学(Al-Quds University)完成土壤与水科学硕士学位后，无法获得足够的经济支持，无法带家人出国深造。在以色列读研究生似乎是不可能的，因为他每天都要通过安全检查站。但在他的朋友、耶路撒冷希伯来大学土壤与水科学系的Shlomo Nir教授的鼓励下，他申请并被几所以色列大学录取。他最终选择在魏茨曼研究所地球与行星科学系丹·雅基尔教授的实验室攻读博士学位(克莱因博士也在那里攻读博士学位)。

Qubaja博士于2018年完成博士学位，并于2020年与Yakir教授一起进行博士后研究。现在，在克莱因博士的实验室里，他正在研究树木在干旱条件下如何调整碳储存机制。在他的许多研究中，Qubaja博士利用他的专业知识设计专门的测量系统。但是字面上和比喻上的障碍仍然存在。仅仅是去魏茨曼研究所(Weizmann Institute)，距离他的村庄有80公里(50英里)的路程，库巴哈博士就必须穿越检查站，乘坐多种公共交通工具，单程可能要花上4个小时。为了节省时间和费用，他经常在学校过夜，他说，雅基尔教授和他的家人已经成为他在以色列的家人。

具有讽刺意味的是，将他带到魏茨曼的同样的经济和政治限制正在使他难以在职业生涯中取得进步。虽然他职业生涯的下一步是出国攻读博士后，但这样的机会对他来说似乎遥不可及，因为他面临着一系列障碍和挑战。尽管困难重重，库巴哈还是坚持了下来。他说:“我在为下一代做科学研究，希望我的孩子和他们同时代的人对科学事业感兴趣，并有更多机会这样做。”

詹妮弗Racz

Tamir Klein博士得到了Edith和Nathan Goldenberg职业发展主席以及Angel Faivovich生态研究基金会的支持。