美國家生態觀測站建設一波三折

弗吉尼亞州西部一座50米高塔架上的設備將通過測定二氧化碳和水蒸氣監控森林的新陳代謝。

　　當小貨車沿著美國弗吉尼亞州西部一片森林中的土路顛簸前行時，茂密的灌木叢擊打著車身兩側。車上，生態學家Ty Lindberg大聲叫著擠在路兩邊的入侵物種的名字。這是綽號“一分鐘一英里”、以驚人速度擴散的薇甘菊。一種被稱為亞洲高蹺草的一年生開花植物則鋪滿了地面，并且扼殺了當地植物。同時，一種異常多刺的玫瑰會將靠近它的任何人的衣服刮破。

　　再往前走，Lindberg將車停在矮樹叢中的空地上，然后自己穿過灌木，朝伸出地面的塑料和鋁樁走去。它們劃出一個40米×40米的地塊，而這是散布在弗蘭特羅亞爾鎮附近1300公頃森林和草地上的幾十個地塊中的一個。從4月到10月，野外技術人員每天花時間記錄地塊中幾乎每棵樹的位置、直徑和高度，收集“陷阱”中的落葉，并且將壓制的入侵植物存檔。他們的主要目標是測定生態系統的新陳代謝，尤其是其每年能產生多少生物質。

　　在其他地塊，技術人員會誘捕嚙齒類動物，并且提取血液樣本以檢測疾病，包括那些可能傳染給人類的疾病。工作人員收集并儲存蜱蟲和甲蟲，同時采集土壤樣本，用于研究地下的細菌。在更高的山上，一座50米高的金屬塔架從樹林中伸出，上面布滿了持有傳感器的長吊桿。這些傳感器能監控不同海拔的氣溫、風速和太陽輻射。當最終的儀器“套裝”在2016年被全部安裝上時，這座塔架將通過監控二氧化碳和水蒸氣濃度如何升降，觀測底下的這片森林。

　　這是規劃的美國國家生態觀測站網絡（NEON）80多個站點中的一個。NEON是一個耗資4.34億美元的項目，旨在建造跨越全美的生態觀測站。它的目標很宏大。如果一切進展順利，NEON將記錄下氣候變化和土地使用對生態系統造成的影響，并且為科學家提供針對該國生態系統關鍵特征的近乎實時的測量結果。很多站點將運行30年，其他的則會被定期關停并重新選址，以應對環境變化。收集的數據將通過一個門戶網站對所有人免費開放。

　　NEON的由來

　　回到2000年，新墨西哥大學生態學家Scott Collins是美國國家科學基金會（NSF）所屬NEON的首個項目負責人。他介紹說，建造大型生態觀測站的想法源自試圖為生物學家尋求方法從該機構大科學資金，即重大研究設備和設施建設預算中分一杯羹的NSF工作人員。“這從一開始便將我們置于一個大不相同的地位，因為它并不是科學界和直言不諱的生態學家們想要的東西。”Collins說。

　　盡管研究人員并未創造該項目，但他們很快對這一想法表示歡迎，并且帶頭構思NEON的設計。密歇根州立大學凱洛格生物站站長、NSF生物科學咨詢委員會現任主席Katherine Gross介紹說，在研討會上，與會者被鼓勵要有遠大的夢想。

　　在2000～2002年的6次研討會上，生態學家制定了一份計劃，即建造由至少分散在10個站點的觀測站和實驗中心組成的靈活網絡。不過，科學家就NSF應為每個站點指定研究主題還是允許生態學家選擇自己的關注點產生了分歧。

　　在遞交給國會的2002年預算請求中，NSF要求獲得1200萬美元，以設計和建造兩個標準的NEON站點。不過，國會拒絕了這一請求，理由是缺少項目信息并且未對開支進行充分預估。

　　當時，美國生態學家為NEON設計的最好模型是長期生態研究網絡，即一群研究人員在連續5年或更長時間里研究某個特定地塊的生態學，然后獲得每個站點特有的一系列觀測結果。不過，NEON領導者最終選定了“一刀切”的方式——整個網絡擁有標準的建設方案和設備，以研究包括生物多樣化和氣候變化在內的緊迫問題。同時，一個專家組建議，NSF應將NEON發展成由一個實體管理的全國性網絡，而不是讓項目負責人為單個觀測站制定研究方案。

　　受到國會要求繼續改進NEON想法的鼓勵，NSF在2004年年初發布了一份征集提案的呼吁。設計NEON的600萬美元項目到了美國生物科學研究所一些成員的手上。這是一個參與了該項目早期規劃的非營利性機構。一年多以后的2005年12月，主要設計人員創建了NEON公司。

　　接下來的幾年里，NEON的結構逐漸成形。該網絡將美國分成20個區域，其中每個區域擁有若干配備了儀器和樣本采集協議的站點。

　　感覺被忽視

　　然而，當涉及選擇何處建造站點以及如何最好地進行測量時，一些生態學家感覺他們的經驗遭到無視。科羅拉多州立大學土壤學家、NEON公司臨時首席執行官 Gene Kelly表示，強調每個地方的測定參數相同意味著NEON不得不犧牲為每個站點制定的最優化方案。“真正解決該問題的唯一出路在于使其標準化，但這么做會失去一些東西。”

　　Kelly說，在這些決定作出后，包括他在內的很多生態學家停止密切關注該項目進展，部分原因在于NEON公司停止了向他們尋求建議。

　　盡管失去了生態學界的一些參與，NSF還是在2009年批準了NEON的最終設計方案，國會則在2011年7月撥付了建設經費。該網絡將包含1.7萬個傳感器，在近100個站點測量從土壤水分到河流pH的上百個變量。在每個站點里，技術人員會采集一套生物學樣本，包括來自很多生物體的基因組數據以及昆蟲和小型哺乳動物的整體標本。測定結果將成為一系列標準的生態學數據，從而使科學家得以比較和觀察生態系統的變化，并作出生態預測。

　　全球性覆蓋

　　隨著經費開始流向科研人員個人，興趣也在日益增長。去年9月，NSF向對NEON數據感興趣的研究人員和研討會組織者提供了480萬美元的經費。蒙大拿大學生物氣候學家Ash Ballantyne收到3萬美元，以研究干旱、火災和蟲害對碳循環造成的影響。他計劃研究干旱或其他干擾因素如何使森林容易發生甲蟲災害或火災。

　　與此同時，一些科學家通過運營自己的分布式網絡，在全球尺度上進行思考并獲得了寶貴的經驗。全球湖泊生態觀測站網站始建于2005年，它將監控人類對湖泊生態系統影響的全球研究團隊結合在一起。營養網絡（NutNet）則將開展一系列標準試驗的6大洲研究人員聯系起來。他們分析的是草原上的植物生產力如何受到化石燃料燃燒的兩種副產品——磷和氮的限制。旨在研究植物種群和干旱的其他網絡也如雨后春筍般出現。

　　這些項目在范圍上比NEON小，從而賦予研究人員更多的控制權。由于在決定如何開展試驗或采集數據上只有少數人有權發言，諸如NutNet等項目才能維持對科學的密切關注。“NEON很難做到這一點，因為整個生態學界都享有發言權。”明尼蘇達大學生態學家、NutNet成員Elizabeth Borer表示。

　　或許，當接下來幾年間數據開始從諸如Lindberg在弗吉尼亞州西部管理的站點涌來時，NEON早期的掙扎將會消退。在去年年底寒冷的一天，Lindberg站在矗立于周圍森林中的近乎完工的觀測塔下面。附近的小屋內，幾十個箱子里裝著等待被安裝到塔上的傳感器和電子設備。盡管這里和全美其他站點的建設工作有待恢復，但Lindberg認為，項目最終會取得成功，只要研究人員歡迎它。