古树时间

2017-04-14 02:06闻丞
森林与人类 2016年12期
关键词:树木森林植物

闻丞

树的出现

在地球迄今长达45亿年的历史中,有近40亿年的时间中茫茫大陆是风沙肆虐的不毛之地。虽然科学家证实早在12亿年到10亿年前,陆地表面就有营光合作用的简单生命形式存在,但它们并没有对环境产生显著的影响。

直至7亿年至5亿年前的震旦纪中期至寒武纪早期,在条件较为温和的滨水地带,才出现了一圈绿色。这些登陆的先锋生命是绿藻的后代,与轮藻的亲缘关系最为接近,它们就是今天包括所有树木在内的植物的祖先。据推测,真菌和这些早期植物的结合使得这次登陆成为一项巨大的成功,而这对关系持续至今。

又经过1亿多年,至3.8亿年前,符合“树”这个概念的生物才在地球表面出现。它们是树蕨(羊齿类植物)、木贼和鳞木(一种石松类植物)。从这个阶段开始,树组成森林,森林覆盖大地。数以亿万计的树木改造土壤,改造大气,调节气候,孕育生命,聚集了世界上绝大部分的生物量。据估计,今天有3万亿株成年树木生活在地球上,它们聚集了世界上生物界75%的初级生产量、80%的植物生物量。没有它们,就没有缤纷精彩的陆地生态系统。

树这个概念适用于具有茎干的高大陆生植物,通常指具有木质茎干的植物,广义上也会包括香蕉、竹子等高大的草本植物。树木的茎干使得其枝叶可以向上争取到更多阳光,形成资源竞争优势。而树木茎干木质则蕴藏了大量的碳、氮等元素。自树出现以来,陆生植物捕获空气中碳元素的能力大大增强,其个体也不断增大。在石炭纪中后期,全球性分布的森林首次覆盖大陆,从赤道直至北极附近。当时的森林已经由高达10-30米的大树组成。那个时代树木积累的巨量固态碳元素直至今天还是人类生存的重要物质基础——煤炭。没有石炭纪以来树木通过光合作用集聚的煤炭,人类就无法走出中世纪,无法驱动工业文明的巨轮将世界改造成今天的模样。

树家族的演化和发展

石炭纪之前的泥盆纪,陆块分裂沉陷,浅海沼泽广布。大气层中的氧气浓度和二氧化碳浓度均比现在高很多。树林持续繁茂,种子蕨和裸子植物树木出现。

石炭纪开始,以昆虫为代表的节肢动物率先登陆,至泥盆纪时已经出现了大量能够飞行的昆虫,且形体硕大,其他陆生无脊椎动物也逐渐繁盛起来。而树木枝叶和由凋零枝叶滋生的真菌等为原始的陆生无脊椎动物提供了充足的食物。日益演化繁复的陆生无脊椎动物也为脊椎动物登陆创造了条件。此时的森林沼泽中生活着大量硬骨鱼类,有一些进化出了能够在水底或者滩涂上爬行的鳍肢,它们能够短期离开水体活动。而树木荫蔽水面,枝叶落入水体,腐败分解时消耗氧气,一些鱼类进化出在水面吞气、并用鳔或者皮肤表面吸收氧气的能力。在种种因树木而起的环境条件变化驱动下,在积累了大量遗传和生理变化后,两栖动物诞生了。而先于脊椎动物登陆的无脊椎动物为两栖动物提供了丰富的食饵。这时的树木更加高大,化石记录显示,很多大树直径可超过1米,以适应湿润温暖气候的蕨类和原始裸子植物为主。在新生的两栖动物中有些种类也同样巨大,体长可达数米,并一直延续到了恐龙时代。

进入二叠纪后大陆碰撞聚合,气候趋于干旱。泥盆纪至石炭纪时代延绵无际覆盖大陆的森林消退,而巨大的树木也逐渐减少。此时,配子结合不需要水作为媒介,且花粉靠风传播的裸子植物异军突起,它们就是现代松柏类树木的祖先。而泥盆纪-石炭纪热带森林中的主角,巨大的石松、木贼则退出了历史舞台。耐旱的裸子植物经受住了二叠纪物种大灭绝的考验,并和恐龙一起迎来了三叠纪的辉煌。

进入三叠纪后大陆再度分裂,并又出现了暖湿生境。树木再度繁荣,此时树木家族又出现了一支新的成员——被子植物,其配子不再直接暴露于空气中,种子外面有种皮和果皮包裹。而最早的能够开花的树木,约出现在1.6亿年前,接近于今天的木兰。今天,中国西南部的广西、贵州、云南交界处和邻近的越南北部,是木兰科树木种类最丰富的地区,其中有些种类能够长到40米之高。它们应该非常接近最初的有花树木形态。

地球上的大树

在三叠纪以后直至今天,世界上最高大的树木一直是裸子植物。在恐龙时代,遍布世界各大陆数十米高的松柏、银杏类树木以及树蕨,养育着世界上有史以来体型最为硕大的陆生植食动物——蜥脚目恐龙,它们包括雷龙、梁龙、腕龙、马门溪龙、阿根廷巨龙、易碎双腔龙等。这些恐龙体长20-60米,身高10-30米,生理模型估计其最大体重超过130吨——这一纪录在后世再未有陆生食草动物打破过,也再未有大型食草类动物能够直接以这些裸子植物树木为食。今天,地球上体积最大的单体树木依然是属于裸子植物的巨杉树王——雪曼将军树,它生长在美国加利福尼亚州的红杉树国家公园内,树龄约为2300年-2700年,树高84米、冠幅33米,底部最大直径达11.1米。

有花植物在出现之后,尤其在恐龙灭绝以后,迅速演化、分化,成为目前世界上陆生植物中种类最多、数量最大的类群。有花植物构成了热带至亚热带森林的主要成分。而在始新世和渐新世,裸子植物樹种依然是温带森林的重要组成成分。经历过全新世冰期以后,银杏、红杉等裸子植物几乎从中纬度森林里完全消失,以有花植物为主的落叶阔叶林成了温带森林的代表性类型,仅有松柏类的裸子植物树木依然是寒温带森林的主要树种,也出现在温带至亚热带森林的演替前期中。

在人类进入文明时代的前夜,各种大树构成的森林覆盖了地球陆地近一半面积。一些大树虽然体量没有雪曼将军树大,却长得更高:澳洲的杏仁桉能生长到99.6米。在热带雨林中,很多树木如龙脑香科植物都能长到60-70米高。在亚热带和温带森林中,很多树木可以长到40米以上。而树木也是世界上最长寿的物种类群之一。1957年,美国植物学家在美国加利福尼亚州怀特山中找到一株4768年树龄的狐尾松,是当时地球上已知最古老的树木。2014年,瑞典于默奥大学(Umea University)科学家在瑞典中部的一座山脉上发现了世界上最古老的树木,一株还在继续生长的欧洲云杉,其根系已经有9500岁。除南极洲外,世界各大洲都有树木生长。

每一株树木

都是一个生命网络节点

经过数亿年的进化,森林构成庞大的生命网络,而这个网络中的每一株树木都是一个生命网络节点,本身维持着一个生命社区。

在天然林中,树木的根系和周围的土壤、孔隙一道构成了一个生命复合体。树根往往与真菌或某些细菌共生,有效地共同消蚀岩石,分解有机物,固定空气中的氮元素,并汲取营养物质。树根和微生物、有机碎屑一道为土壤生物提供了栖息空间和食物。有树木生长的土地中生物更为繁盛,保水能力更好。世界各地的森林都成为水源涵养地。

树木的茎干和枝条多为木质,很少有动物能直接以活樹的木质为食——除了蛀蚀木头的昆虫,如白蚁、蠹虫等。然而树的茎干和枝条就如城市的楼房,为各种各样的生物提供了栖息和演化的空间,小到附着在树皮上生长的地衣和苔藓,大到鸟类这样一个繁盛的脊椎动物类群。

古生物学家发现,鸟类的祖先是披着羽毛的小型兽脚类恐龙,正是中生代中后期高大茂盛的森林促成了树栖恐龙向鸟类的进化。时至今日,大部分鸟类依然采用树栖方式生活。

而早期的哺乳动物也有很多是在树上生活,包括人类的祖先。灵长类自出现以来直至400万年前,还几乎全部生活在树上,它们在树上演化出了敏锐的视觉、灵活的手指、直立行走所需的基本骨骼结构。直至地球进入全新世,大陆气候向干冷化转变,大片森林转化为草地或者稀树草原,才出现了主要在地面生活的灵长类——这其中就有后来演化为智人的南方古猿。

古树不仅仅是风景

在中国南方,生长着世界上现存起源最为古老的亚热带森林。由于青藏高原隆升导致的大气环流变化,副热带荒漠带在中国境内向北移动了近10个纬度。于是,西南季风和东南季风能够交替影响到中国南部和东部,并带来丰沛的雨水,本应成为荒漠的土地上生长出繁茂的森林。

在中国南方生长的树木大致可以分为4种来源。一类是第三纪以来躲过第四纪冰期劫难幸存的古代孑遗植物,如银杏、水杉、银杉,以及各种水青冈、木兰、樟科树木等。一类是第四纪冰期时从北方向南方、从高海拔向低海拔扩展,而在末次冰期后退缩至高山的植物,如资源冷杉、百祖山冷杉和台湾铁杉等。一类是北半球温带至亚热带广布的类群,如壳斗科、槭树科等。还有一类是冰期后从古亚热带和热带向北方扩张的物种,如很多桑科植物。由于这些历史原因,中国南方的亚热带丛林也是世界上植物种类最为丰富的亚热带森林。然而,中国南方也是世界上人口最密集的地区之一。由于长期的开发,中国南方的原始林大面积消失,只有极小的片段星散在各地,尤其是低海拔地区的原始林更为稀少。

如果说在哪里还能体味曾经覆盖中国南方低地的莽莽林海的壮美,位于赣东北的婺源很可能是唯一一处。由于历史原因和当地的人文传承,在婺源一带的乡村周围都有风水林。风水林是神明和心灵的居所,也是古老树木最后的家园。30米甚至40米高、几个人才能合抱的巨木,在蜿蜒的河流畔,在村舍后袅袅的炊烟中,矗立了千百年。仰望葱茏葳蕤、参差嵯峨、亭亭如盖、周身遍布附生植物的古樟、古楮、古枫,宛如在与历史老人面对面地交流,亲切、敬畏交织而成的情感油然而生。每一株古树就是一段自然历史,读懂这些,方能由衷体味江南的深邃博大,感恩自然造化。这些古树还庇护着一些世界上最为稀有的生物,比如蓝冠噪鹛和白腿小隼。世界上仅存的不足200只蓝冠噪鹛,中国仅存的200来只白腿小隼,都仰仗这些伟岸的巨木才能在这个星球上延续生命。古树,在这里不仅仅是风景。

俗话说:十年树木,百年树人。但是要长成真正的大树,所需何止百年。伟岸的树木,从古至今,都是陆地上最堪仰赖的生命家园。

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