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森林从哪里来?到哪里去?

2019-05-10 10:32:11 和讯名家 

  来源:星球研究所(ID:xingqiuyanjiusuo)

  4月29日

  2019北京世园会开幕

  一位读者给我们留言:

  “想知道植物是如何一步一步走到今天?”

  于是我们决定以广袤的森林为例

  做一个简要的解答

  对于这个星球上

  曾有的、现有的、将有的一切

  如果你有任何疑问或建议

  也欢迎留言告诉我们

  我们将不定期选择读者的提问推送短文

  希望能为你解答一二

  -----以下是正文-----

  世人说

  “独木不成林”

  那么如果

  树木多达千万棵

  将是怎样一幅画面?

  也许如同树的阵列

  漫山遍野严阵以待

  (漠河,秋天的森林,摄影师@陆雨春)

  ▼

  也许是巨木撑天

  万千利剑直指苍穹

  (新疆伊犁琼库什台的森林,摄影师@刘承徭)

  ▼

  亦或是绿荫如盖

  遮天蔽日只留下斑驳的光影

  是的

  这便是“森林”

  (森林一般是指在一较大面积的区域内,以树木为主体构成的植物群落及生态系统,各个国家、地区、组织对于森林的详细定义不一而足,本文中的森林主要指木本植物组成的群落,也包括一些较为高大的草本植物群落,属于较为广义的“森林”概念;下图为森林中的光影,摄影师@Jerry Wang)

  ▼

  世人也说

  “十年树木”

  那么如果

  将时间拉长至数十亿年

  又会是怎样一番图景?

  在这段漫长的岁月中

  环境由此改变

  生命因此繁衍

  文明就此诞生

  一曲森林之歌在大地上奏响

  01

  初生

  早在数十亿年前

  陆地上一片荒凉

  只有风与水

  日复一日地冲刷着裸露的地表

  但在广阔的海洋中

  众多微小的生命却欣欣向荣

  这便是地球的

  微生物时代

  在浅海环境下

  微生物密密层层、交叠生长

  即便在数十亿年后的今天

  人类仍能在海边发现其痕迹

  从中一窥当年的盛况

  (现代叠层石,叠层石为一些海洋微生物,尤其是蓝细菌,在生长过程中,黏结沉积物颗粒,不断层叠堆砌而成的半生物、半沉积构造,其切面上显示出层层纹理,故被称为叠层石,图片来源@VCG)

  ▼

  微生物时代的繁盛

  持续了超过10亿年

  其中一些微生物

  能够通过光合作用产生氧气

  从而逐渐改变地球大气的组成

  直到4亿多年前

  陆地植物的祖先才离开海洋

  开启了进击陆地的征程

  苔藓作为植物先锋之一

  率先征服地表

  将第一抹绿色铺满裸露的岩石

  (生长在石头上的苔藓,摄影师@Jerry Wang)

  ▼

  随后

  在匍匐的苔藓之上

  一类新植物闪亮登场

  它们体内如“吸管”一般的维管束

  不仅能够源源不断地传输养分

  还足以支撑身体向空中生长

  尽管最初的身形仅有几厘米高

  却是当时陆地上唯一的“森林”

  地球自此进入了

  蕨类时代

  蕨类植物的祖先被称为原蕨植物

  它们体型微小

  成片聚集在河湖岸边

  (一种原蕨植物:库克森蕨的复原图,图片来源@Wikimedia Commons,制图@郑伯容/星球研究所)

  ▼

  而随着地球环境的改变

  陆地变得越来越温暖湿润

  植物的生命力也愈发旺盛

  曾经低矮的原蕨植物不断向上生长

  演化成真正的参天大树

  其中一种为石松植物

  “腰围”2米以上

  高度可达40米

  相当于10层的高楼

  (一种石松植物:鳞木的复原图,表皮布满菱形或椭圆的纹路,图片来源@Wikimedia Commons,制图@郑伯容/星球研究所)

  ▼

  另一种为节蕨植物

  其主干像竹子一样分节生长

  叶片则从中间向四周延展

  高度可达30米

  同样一树擎天

  (一种节蕨植物:芦木的复原图,图片来源@Wikimedia Commons,制图@郑伯容/星球研究所)

  ▼

  第三种是真蕨类

  即今天的蕨类植物

  但较之今日

  当时的它们则更加高大魁梧

  目前仍生长在亚热带、热带地区的桫椤

  其树干粗壮、高耸、挺拔

  伞盖般的枝叶遮天蔽日

  一如蕨类时代的盛世景象

  (福建省龙岩市的桫椤,摄影师@刘艳晖)

  ▼

  石松、节蕨、真蕨

  组成了茂密的蕨类森林

  林下湖沼纵横、水汽氤氲

  众多古老奇异的物种

  纷纷在此寻得一片天地

  巨大的蜻蜓在空中游荡

  笨拙的蝾螈缓慢爬行

  爬行动物的祖先身形小巧

  藏身枯木中探头探脑

  (石炭纪森林中的生物,艺术想象图,图片来源@Photo Editor ArtPictures)

  ▼

  一代代树木死亡后

  则沉入林下的沼泽中

  缓慢的地壳沉降

  让沼泽环境得以长期存在

  植物遗骸也越积越厚

  历经复杂的微生物作用

  加之温度和压力变化

  则形成煤炭

  那个时代形成的煤层

  分布范围如此之广

  储量如此巨大

  以至于整个时期被命名为石炭纪

  (秦皇岛煤炭码头,黑色的部分为人工堆积的煤山和铺满地面的煤,图片来源@DigitalGlobe)

  ▼

  然而

  蕨类植物虽然身躯高大

  生殖细胞却十分脆弱

  离开水体则容易干燥死亡

  直到距今3.8亿年前后

  (泥盆纪中、晚期)

  一种新的繁殖方式

  终于在物竞天择中脱颖而出

  新的“森林”即将登场

  02

  开拓

  这种先进的繁殖方式

  便是种子

  种子外披“盔甲”:种皮

  自带“食物仓库”:胚乳

  能够适应更加复杂的环境

  大大提高了繁殖的成功率

  于是利用种子繁殖的裸子植物

  迅速代替蕨类、占领地表

  地球自此进入

  裸子植物时代

  在因恐龙而闻名的

  侏罗纪和白垩纪

  最古老的裸子植物之一

  苏铁

  在连成一体的大陆上几乎无处不在

  如今四川攀枝花的苏铁自然保护区内

  仍生长着20万余株苏铁

  堪称地球上现存最古老的“森林”之一

  (攀枝花苏铁国家级自然保护区内的苏铁,摄影师@李贵云)

  ▼

  与苏铁同时繁盛的银杏

  则更偏爱温带环境

  在侏罗纪时期的中国北方

  比今天种类更丰富的银杏家族

  成为森林中最主要的树种

  (银杏为侏罗纪时代的孑遗物种,是典型的裸子植物活化石,摄影师@山风)

  ▼

  另外三类裸子植物

  松、杉、柏

  则在人们的生活中最为常见

  它们虽然出现稍晚

  却持续繁盛至今

  甚至以65%的占比

  撑起了中国森林总量的半壁江山

  无论是温暖湿润的环境

  还是高纬度的寒冷地区

  都有它们生生不息

  (生活在温暖湿润地区的水杉林,摄影师@沉默的剑心)

  ▼

  气候严酷的大兴安岭北部

  落叶松、樟子松等裸子植物

  形成面积超过700万公顷的森林

  (请横屏观看,大兴安岭塔河森林,摄影师@王天成)

  ▼

  小兴安岭和长白山(603099)地区

  多种云杉、冷杉傲然挺立

  形成茫茫林海

  (吉林靖宇县长白山的森林,摄影师@石耀臣)

  ▼

  西北的阿勒泰山区

  和大兴安岭所处纬度几乎相当

  松林形成一面面密不透风的墙

  (阿勒泰落叶松林,注意下方的人,摄影师@郑斐元)

  ▼

  高纬度地区日照角度低

  树木为了获取更多阳光

  必须极力向上生长

  形成了这里遮天蔽日的森林景象

  (伊春,小兴安岭的森林,高大的针叶林遮挡了阳光,使林下较为阴暗,摄影师@杨磊)

  ▼

  此外

  天性“高冷”的松、杉、柏

  同样“偏爱”高山

  它们或是密布整个山坡

  (北京第二高峰海坨山上的松林,摄影师@Mark Li)

  ▼

  或是铺陈雪山脚下

  (川西党岭村的高原黄衫松,摄影师@赵永清)

  ▼

  凭借先进的种子繁殖

  裸子植物帝国到达鼎盛

  然而

  生命演化的车轮依旧滚滚向前

  森林帝国势必再次“改朝换代”

  但令人意想不到的是

  下一个帝国的建立

  竟起源于几朵小花

  03

  繁荣

  这些不起眼的小花

  属于植物界最年轻的类群

  被子植物

  花朵的子房

  如同一个天然庇护所

  避免种子受到外界的破坏

  当雄性配子通过雌蕊结构

  精准地进入子房后

  子房便发育为包裹着种子的果皮

  而在人类眼中

  便是花朵凋谢

  代之以累累硕果

  (花的结构,制图@郑伯容/星球研究所)

  ▼

  果皮不仅有效保护种子

  还是除了胚乳外

  种子发育的又一重要“粮仓”

  于是

  被子植物的繁衍效率突飞猛进

  从白垩纪开始便席卷全球

  令地球进入崭新的

  被子植物时代

  被子植物的种类格外丰富

  仅中国就有近29000种

  是裸子植物的100多倍

  多样的物种带来更广泛的适应性

  让被子植物几乎占领地表的任何角落

  在我国东北

  兴安岭的寒冷山地中

  被子植物的先锋白桦

  与裸子植物落叶松并肩而立

  (大兴安岭白桦林,摄影师@郑斐元)

  ▼

  到了中部

  秦岭的山坡深谷之间

  被子植物组成的阔叶林

  与裸子植物组成的针叶林杂居而处

  形成五彩斑斓的针阔叶混交林

  (秦岭针阔叶混交林,摄影师@郑斐元)

  ▼

  万木峥嵘的神农架林区

  以水青冈为主的树木漫山遍野

  将山体覆盖得不留一丝缝隙

  (神农架林区,摄影师@程境)

  ▼

  胡杨则生长在西北大漠戈壁

  其耐旱能力远超裸子植物

  (沙漠中的胡杨,摄影师@赵来清)

  ▼

  中国南方的热带地区

  气候湿润、降雨充沛、日照强烈

  更加适宜被子植物的生长

  广西、云南等地的热带雨林

  均是被子植物的天堂

  (广西靖西县通灵峡谷的热带季雨林,摄影师@卢文)

  ▼

  东南沿海的红树林则更为特别

  它们生长在海湾和滩涂之间

  错综复杂的根系

  能从盐渍的土壤中汲取养分

  (深圳红树林,红树的主干挺立在滩涂之上,土壤下则是四处延伸的复杂根系,根系向上生长破土而出,形成密密麻麻挺立的小根,摄影师@邓飞)

  ▼

  组成森林的大多是木本植物

  一般具有木质的坚实茎干

  以此区别于身躯柔弱的草本植物

  但某些种类的“花草”

  体内纤维紧密缠绕

  足以形成媲美木本植物的高大茎干

  椰树

  便是这种“意料之外”的草本植物

  它们凭借种子的漂流

  成功占领其它植物难以到达的荒岛

  (泰国苏梅岛的椰树,摄影师@Rocky Han)

  ▼

  另一种“草”:竹子

  则以“独木成林”之势

  在中国南方形成无边的竹海

  (安徽省黄山市黟县宏村镇,摄影师@李琼)

  ▼

  森林占领下的陆地

  成为各种生物的乐土

  灵长类动物

  在树栖生活中获得灵活的手指

  (云南滇金丝猴保护区,金丝猴灵活的手指让它们能够更好地抓握食物,摄影师@吴朝娜)

  ▼

  其中一批特殊的灵长类

  则拥有更加发达的大脑

  经过几百万年的岁月

  逐渐演化为人类、创造出文明

  并彻底改变了森林发展的进程

  04

  未来?

  早期的人类

  依靠狩猎和采集生活

  森林中树木提供的果实

  以及林中大量的野生动物

  均是重要的食物来源

  (广州,荔枝树,摄影师@姚朝辉)

  ▼

  但农业的出现

  打破了长久以来的平衡

  粟、黍、水稻和小麦

  开始成为人们饮食的主体

  而为了养活日益增长的人口

  越来越多的森林被开辟为农田

  (永定初溪的土楼与农田,农业社会中,人类为了种植庄稼而开发了大量山林,摄影师@李艺爽)

  ▼

  同时

  大量的木材成为了建造房屋的理想材料

  一根根高大的立柱拔地而起

  撑起无数人的家园

  (贵州省黔东南苗族侗族自治州雷山县西江千户苗寨,人们正在建造木屋,摄影师@杨照夫)

  ▼

  当然

  人类对森林的开发

  远不止盖房造屋

  从木舟、木车、木桥、木栈道

  到木制家具、日用品和木雕装饰

  森林不断变换着形态

  进入人类的生活

  (婺源思溪延村老宅的精美木雕,摄影师@陆雨春)

  ▼

  一些“落单”的树木

  也成为生活中的点缀

  (云南广南,一棵大榕树下,村民聚在一起闲谈、活动,在这样的村落中,树下常常是人们喜爱的聚会场所,摄影师@李贵云)

  ▼

  莽莽山林留在人们的精神之中

  成为历代文人隐士向往的世外桃源

  (出自欧阳修《醉翁亭记》)

  ▼

  “树林阴翳,鸣声上下,游人去而禽鸟乐也”

  但大多数时候

  森林只是人类利用的资源

  持续千年的农耕、屯田与大兴土木

  让森林逐渐不堪重负

  当工业革命的浪潮席卷全球

  则又给森林带来新一轮挑战

  由于对木材的需求大大增加

  在钢铁机器的碾压下

  森林像被收割的庄稼般一片片倒下

  (广西宜州,一处砍伐森林的场地,摄影师@卢文)

  ▼

  大量树木或是充当燃料

  或是成为工业原料

  又或是铺设铁路、建设桥梁

  工业社会消耗森林的速度远超以往

  以中国为例

  到1949年新中国成立之时

  全国森林覆盖率仅剩10%左右

  (近300年中国森林覆盖率变化趋势,制图@郑伯容/星球研究所)

  ▼

  人类在城市中

  用钢筋与混凝土

  建起新的“森林”

  与曾经的森林帝国遥遥相望

  (广东广州海珠区城中村与湿地公园,以一条道路相隔,摄影师@卢文)

  ▼

  而随着森林面积的减少

  需要森林庇护的生物也一路退却

  躲藏到仅剩的高山深林中

  甚至濒临灭绝的边缘

  (秦岭羚牛,为国家一级保护动物,目前种群数量仅5000头左右,摄影师@李杰

  ▼

  好在环境的剧变

  终于引起了人类的警觉

  尽管很长一段时间里

  森林消亡的趋势依然难以扭转

  直到1992年

  有赖于数十年的植树浪潮

  我国森林总增长量才超过总消耗量

  大地终于有望重归绿色

  (宁夏彭阳的蚂蚁森林,持续的植树造林活动正在让黄土高原恢复绿色,摄影师@赵乐源)

  ▼

  人造的塞罕坝林场

  如今已是万木葱茏

  森林面积达到112万亩

  森林覆盖率高达80%

  (塞罕坝林场,摄影师@赵高翔)

  ▼

  截止2016年

  整个中国的森林面积

  已经超过200万平方千米

  (中国森林分布图,数据来源于中国林业数据库,制图@巩向杰&郑伯容/星球研究所)

  ▼

  与世界上其它国家相比

  过去55年的时间里

  中国平均森林面积位居世界第五

  (1961-2016年世界平均森林面积最高的10个国家,数据来源于联合国粮食及农业组织,制图@郑伯容/星球研究所)

  ▼

  人们渴望森林、呼唤森林

  推动了“城市森林”的诞生

  也让人们看到了

  城市与森林共存的希望

  绿地、园林、行道树

  甚至屋顶的花花草草

  将成为人类时代下的“新森林”

  (重庆城市中的植被和建筑,摄影师@张坤琨)

  ▼

  但由于巨大的人口基数

  中国人均森林面积仍然稀少

  一个真正的森林帝国

  还有很长的路要走

  (请横屏观看,西藏雅鲁藏布江人工林全景图,摄影师@Tommy天宇)

  ▼

  在对未来的想象中

  一种是末世

  一种是盛世

  末世人类灭绝、城市崩塌

  盛世高楼林立、科技发达

  但两种想象有一点相同

  那就是森林的回归

  或是荒废的城市重新被森林占领

  或是新兴的城市被森林环绕

  但不论人类存亡

  世界终将重归森林

  森林之歌

  仍将在大地上回响

  (一个废弃的土楼被森林包围,拍摄于福建永定横甲,摄影师@李艺爽)

  ▼

  创作团队

  编辑:桢公子

  图片:任炳旭&刘白

  设计:郑伯容

  地图:巩向杰

  审校:云舞空城&纪秋梅

  P.S. 本文主要参考文献:杨关秀《古植物学》;Thomas N.Taylor Paleobotany;科林·塔奇《树的秘密生活》;陈灵芝主编《中国植物区系与植被地理》;应俊生,陈梦玲《中国植物地理》;金银根《植物学》

  ...  The End  ...

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(责任编辑:张洋 HN080)
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