随着气温持续升高，我们的子孙后代的地球会是什么样子?我们可以相当确定一些事情：一些地区将变得不适宜居住，因为高温将居民赶走或导致生态系统的大规模衰退和变化。许多其他物理、化学和生物过程也将受到气温上升的影响，从而威胁到粮食生产、生物多样性和能源安全等关键生态系统服务。
但这些变化将是什么，以及它们究竟如何影响地球——最终影响我们人类——仍然难以预测。它们中的许多是如此渐进，并且发生在如此长的时间范围内，以至于在它们加速超过不归路之前，它们不会被注意到。与此同时，其他事件是如此罕见和不可预测，以至于不可能通过普通手段为它们做好准备。然而，另一些则具有如此广泛的影响，以至于需要来自多个学科的专家来解开这个谜团。
幸运的是，美国国家科学基金会已经开发了一个由 28 个站点组成的网络，这些站点代表了不同的生态系统，超过 2,000 名多学科科学家在这里工作以了解情况和即将发生的变化。加州大学圣巴巴拉分校是其中两个长期生态研究 (LTER) 网络站点的所在地：Santa Barbara Coastal (SBC)，专注于当地海藻森林，以及 Moorea Coral Reef (MCR)，专注于法属波利尼西亚的珊瑚礁。
“长期研究对于开发预测模型非常重要，”负责 LTER 网络办公室的 Marty Downs 说，该办公室位于加州大学圣巴巴拉分校的国家生态分析与综合中心。“模型需要关于构成这些动态关系的机制的非常好的信息。LTER 站点不仅有对自然系统的观察，还有精心的实验，可以梳理出不同驱动因素的相互作用。”
在线期刊《生态圈》新出版的特刊突出了长期生态研究的价值，其中强调了 LTER 研究的重要性，以努力理解短期难以解决的机制。研究，例如时滞、级联效应、复原力、连通性和生态系统状态变化。
连通性：圣巴巴拉沿海 LTER
就在圣巴巴拉海岸附近，巨人在海浪下轻轻摇摆，动物群落与它们一起寻找食物和住所。
“巨型海带是支持整个海带森林群落的基础物种，”项目首席研究员罗伯特米勒说。在地板和树冠上，各种各样的生物，包括海胆、海参、脆星、鱼类和甲壳类动物，都依靠 Macrocystis pyrifera 来养育幼崽、觅食和躲藏。在海洋表面，海藻森林是海洋哺乳动物和海鸟的食物来源，而在海岸，海藻残骸滋养沙滩生物。
然而，与许多其他基础物种不同，巨型海带植物只能活几年，而且它们的种群数量波动很大。
“这使生态学家能够检查基础物种的这种变化如何影响相关社区，”米勒说。“像这样的研究可能需要几个世纪或更长时间，比如在铁杉森林中。”
由于生长迅速，巨型海带可以从周期性的冬季风暴的干扰中迅速恢复，并为动物保持一个相对稳定的栖息地。风、波浪和水流有助于将海藻孢子散布在珊瑚礁之间，使它们重新定殖，并将海藻残骸送到岸边，在那里大量的海滩小动物吃它并生活在其中。海洋环流和上升流也提供了海藻森林滤食动物赖以生存的浮游生物。
不断变化的气候如何影响巨藻自我补充和维持其群落的能力?SBC LTER 的研究人员惊讶地发现，由于对这种相当短暂的基础物种及其创造的栖息地进行多年监测的实验数据，干扰的频率对海带森林的生物多样性的影响大于其严重程度。扰乱。如果正如预测的那样，气候变化带来更多的风暴和海洋热浪，海藻创造必要树冠的能力可能会受到抑制，从而导致整体环境生产力降低——不仅对生活在那里的动物而且对来访的海鸟来说也是一个打击和沙滩社区，以及依赖海藻林生产和支持的食物的人类。
“更好地了解海带如何受到环境的影响，以及它如何影响整个海带森林群落，为保护和恢复这些具有经济和生态价值的生态系统提供了策略，”米勒说。“长期研究，”生态圈文章的作者说，“对于了解短命的基础物种及其支持的生态系统如何对环境变化做出反应至关重要，包括未来的气候变化。”
珊瑚处于气候变化的前线，因为水温升高、海洋酸化和其他压力因素继续对珊瑚礁造成损害，珊瑚礁为超过四分之一的海洋动物物种提供食物、住所和产卵地。
Moorea Coral Reef (MCR) LTER 的首席研究员 Russell Schmitt 说：“珊瑚礁是世界生态系统中最多样化和生产力最高的生态系统之一，它支持着巨大的生物多样性并提供具有巨大价值的生态系统服务。”数千年历史的结构主宰着它们的栖息地，但温度和海水化学的变化，加上风暴和破坏性捕鱼活动的物理冲击，导致珊瑚广泛死亡。
“当珊瑚因这些干扰而从热带珊瑚礁中消失时，它可以被海藻取代，这会对生物多样性和生态系统服务产生负面影响，”施密特说。在正常情况下，干扰会过去，珊瑚会再次维护它们的统治地位。然而，在不断的压力冲击下，“许多以海藻为主的珊瑚礁仍处于这种状态，无法恢复到它们的珊瑚群落中。”
莫雷阿岛的珊瑚礁社区不会不战而退。举个例子：从 2007 年到 2010 年，珊瑚礁经历了一系列挫折——从吃珊瑚的棘冠海星爆发到飓风奥利造成的破坏——这让研究人员有理由期待主导地位发生转变海藻在相对较短的顺序。相反，他们发现放牧鱼类食草动物带来了快速恢复，这抑制了海藻并保持空间未被占用，以及附近珊瑚礁的珊瑚大量繁殖。莫雷阿岛北岸前礁的珊瑚覆盖率从奥利飓风过后的 2% 恢复到 2015 年的 55%。
然而，珊瑚承受和从全球变暖带来的长期压力中恢复的能力仍然不是很清楚。面对不断变化的气候和不断增加的人类足迹，哪些过程使珊瑚礁能够承受环境扰动并恢复珊瑚?由于大气中二氧化碳含量不断增加，未来将如何改变气候的复原力、群落组成和生态系统功能，从而使未来变得更加温暖和酸性更强?
“回答这些问题需要长期研究，因为必须研究珊瑚礁，因为它们会随着温度持续上升而经历扰动和恢复的循环，这需要数年到数十年的时间，”MCR 联合首席研究员 Sally Holbrook 说。“了解影响珊瑚礁恢复力的因素对于制定热带珊瑚礁管理策略至关重要，这将使莫雷阿岛当地社区受益，他们依赖珊瑚礁进行捕鱼、旅游、娱乐和文化价值。”
Holbrook 补充说：“我们的工作说明了生态过程和反馈，要么必须加强这些生态过程和反馈以保持珊瑚礁处于理想状态，要么如果目标是将退化的珊瑚礁恢复为珊瑚礁，则必须打破。”
