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世界第一高樹是怎樣煉成的,?

2018-1-17

今天,物種日歷迎來(lái)一篇超長(zhǎng)的文章——因?yàn)槲覀兗尤肓耸澜缟献罡叩臉涞?span style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;box-sizing:border-box;word-wrap:break-word !important;color:#819C52;">全身照,!

我們不妨帶著兩個(gè)問(wèn)題來(lái)閱讀這篇文章:

1. 有哪些條件制約樹的高度,?

2. 樹能長(zhǎng)多高會(huì)存在理論極限嗎?

在文章里尋找答案吧~


圖片:famousredwood.com

這是一棵被命名為“亥伯龍神”的北美紅杉,。

亥伯龍(Hyperion),,或譯為許珀里翁,是希臘神話中象征東方與光明的泰坦神,,大地女神蓋亞和天王烏洛諾斯之子,,黎明女神厄俄斯、先代太陽(yáng)神赫利俄斯,、月亮女神塞勒涅之父,。

這棵北美紅杉配得上這個(gè)名字,因?yàn)樗且晃?span style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;box-sizing:border-box !important;word-wrap:break-word !important;color:#819C52;">真正的巨人(泰坦又有巨人之義),。“亥伯龍”已經(jīng)在太平洋東岸的雨霧中生存了超過(guò)600年——雖然這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到一棵成年北美紅杉的平均年齡,,但它的高度已經(jīng)超過(guò)了115米,,是目前地球上依然活著的最高的生物

令人震撼的龐然大物

18世紀(jì)末,歐洲人抵達(dá)北美西海岸的時(shí)候,已經(jīng)有相當(dāng)?shù)脑∶癫柯洌ㄈ鏨urok和Tillamook)生活在這一區(qū)域,。沒(méi)有人知道,,這些原住民跨過(guò)冰封的白令海峽,沿著海岸山脈抵達(dá)今天的俄勒岡和加州北部,,第一眼見(jiàn)到北美紅杉的時(shí)候,是什么樣的心情。它們太大了,,大到原住民手中的石質(zhì)工具根本無(wú)法對(duì)一棵成年的北美紅杉造成任何實(shí)質(zhì)性的傷害。

缺乏文字的史料中難以找到原住民和北美紅杉最初的接觸記憶,,自然巨物帶來(lái)的震撼和畏懼只能從歐美人的書中讀到,。美國(guó)著名作家約翰·斯坦貝克(John Steinbeck)在他1962年出版的游記《橫越美國(guó)(Travels with Charley)》中寫道:

一旦見(jiàn)到一棵北美紅杉,那種記憶是永恒不可磨滅的,。沒(méi)有人曾完整地拍攝或者畫過(guò)一棵北美紅杉,。它們出場(chǎng),帶來(lái)靜默和敬畏,,這絕不只是因?yàn)樗鼈兞钊穗y以置信的身形,、那些在你眼中隨著移動(dòng)而變化的色彩,不,,它們不像你見(jiàn)過(guò)的任何一種樹,,它們是來(lái)自永恒時(shí)間的使者,。

北美紅杉的學(xué)名是Sequoia sempervirens,種加詞sempervirens“常綠”之意,,屬名Sequoia的來(lái)源則曾有過(guò)許多爭(zhēng)議,。目前,已有足夠證據(jù)認(rèn)為這是它的命名人,,奧地利植物學(xué)家,、語(yǔ)言學(xué)家斯特凡·恩德利歇(Stephan L. Endlicher)為紀(jì)念發(fā)明切洛基語(yǔ)音節(jié)文字的北美原住民銀匠塞闊雅(Sequoyah)而命名的。

史前孑遺的巨木

北美紅杉英文名為“redwood”,,源于它們的樹皮在雨中常顯現(xiàn)出暗紅色至棕褐色,。有些出版物直譯為“紅木”,其實(shí)并不妥當(dāng),,因?yàn)樗汀凹t木”在中國(guó)的原意——產(chǎn)于熱帶的紅色硬質(zhì)木材——并不相符,。

事實(shí)上,redwood包括了今天僅存的三種紅杉亞科植物:北美紅杉,,巨杉(Sequoiadendron giganteum),,以及原產(chǎn)于中國(guó)、我們熟悉的水杉(Metasequoia glyptostroboides),。

紅杉亞科的三個(gè)孤兒,,自左向右依次是巨杉、北美紅杉與水杉,。

中國(guó)現(xiàn)代植物分類學(xué)先驅(qū)胡先骕[sù]先生,,曾將北美紅杉的屬名譯為“桸[xī]楏[kuí]”,將巨杉翻譯為“大桸楏”,,也頗得雅趣,。更有舊時(shí)科普讀物將巨杉半音譯半意譯為“世界爺”,也很貼切,。

介紹北美紅杉的文字常會(huì)混淆北美紅杉和巨杉,,雖然它們分別是世界上最高最大的兩種樹,但二者還是有著頗大的差別,。

相比于生活在海拔1500米以上的巨杉,,北美紅杉的分布區(qū)域更貼近海岸,分布地區(qū)的海拔一般不超過(guò)700米,,這是北美紅杉也被稱為“海岸紅杉”(coast redwood)的原因,。事實(shí)上,雖然都生活在美國(guó)西海岸,,但是二者在野外沒(méi)有分布上的交集,。

根據(jù)化石證據(jù),在距今2000萬(wàn)年的漸新世之前乃至中生代三疊紀(jì)晚期,,紅杉亞科的巨樹曾廣布于包括今天歐亞和北美在內(nèi)的北方大陸,。白堊紀(jì)末的大滅絕沒(méi)有動(dòng)搖它們的生存根基,,但第四紀(jì)大舉南下的冰川結(jié)束了潮濕溫暖的歷史,北半球大量樹木滅絕,,只有少數(shù)物種幸免于難,,生活在山河阻隔冰川形成的“避難所”里,等待地球重回溫暖,。屬于紅杉亞科的植物只剩下了北美紅杉,、巨杉和水杉三種,局促地分布在加州西海岸,、內(nèi)華達(dá)山脈西側(cè)以及中國(guó)秦巴山系的南部,。

世界第一高樹之爭(zhēng)

從300萬(wàn)年前人科動(dòng)物開始使用石質(zhì)工具,110萬(wàn)年前學(xué)會(huì)用火和保存火種至今,,樹木給人類提供庇護(hù)場(chǎng)所,,提供燃料,提供食物,,巨大的樹永遠(yuǎn)容易受到人們關(guān)注,。在無(wú)數(shù)巨樹森林消失之后,我們依然還在滿世界尋找,,最高的那一棵,。

在2006年植物學(xué)家發(fā)現(xiàn)和測(cè)量“亥伯龍神”之前,世界上最高的樹在哪里這個(gè)問(wèn)題,,曾經(jīng)有過(guò)很多不同的答案。婆羅洲雨林里龍腦香科的黃娑羅雙Shorea faguetiana),,塔斯馬尼亞島上桃金娘科的杏仁桉Eucalyptus regnans),,北美西海岸松科的美西黃杉Pseudotsuga menziesii)、西加云杉Picea sitchensis)等,,都在爭(zhēng)奪“世界現(xiàn)存第一高樹”桂冠的路上有著一席之地,。

但在今天,在一些傳說(shuō)中的可能冠軍——例如聲稱132米的杏仁桉和140米的美西黃杉被人類伐倒之后,,這項(xiàng)桂冠已經(jīng)毫無(wú)疑問(wèn)地屬于北美紅杉,。除去115.85米高的“亥伯龍神”,還有至少37棵存活著的北美紅杉超過(guò)了110米,,而第二名,,一棵存活著的美西黃杉已知的最高記錄為99.7米。沒(méi)錯(cuò),,在比肩繼踵的北美西海岸巨樹之森中,,北美紅杉就是眾王之王

美國(guó)國(guó)家地理2009給“亥伯龍神”拍了的“全身像”,。圖片:National Geographic

典型的成年北美紅杉高度大約80米,,基徑超過(guò)4米,,木材蓄積量超過(guò)600立方米,年齡超過(guò)600歲,。而目前已知存活著的最高的北美紅杉115.85米,,最大木材蓄積量1084.5立方米,最大年齡約為2260歲,。

長(zhǎng)高高的秘訣

為什么偏偏是“亥伯龍神”長(zhǎng)成了世界最高的樹,?

這其實(shí)可以切割成很多個(gè)小問(wèn)題來(lái)回答。直接決定一個(gè)物種性狀的是基因和環(huán)境,,“亥伯龍神”成為世界第一高樹,,直接原因是北美紅杉整體都很高

若是進(jìn)入紅杉林,,你會(huì)發(fā)現(xiàn)自己被巨人們所包圍,。

這樣的回答當(dāng)然不會(huì)令人滿意,我們一定想知道更多關(guān)于環(huán)境的細(xì)節(jié),。

木本植物有和草本植物完全不同的生活方式,,一棵樹的生長(zhǎng)需要陽(yáng)光適宜的溫度,。長(zhǎng)得高當(dāng)然有很多好處,,比如可以獲得更多的陽(yáng)光進(jìn)行光合作用,當(dāng)然,,限制因素也有很多,。

限制一個(gè)區(qū)域樹高的第一因素是,這很容易理解,。位于高處的樹葉需要水維持生命運(yùn)轉(zhuǎn),,而把水送到高處的前提就是足夠的水。干旱和半干旱氣候區(qū)植被多以灌木草本為主,。

另一個(gè)限制因素是溫度,,低溫導(dǎo)致的寒害會(huì)破壞樹木活躍的分生組織,結(jié)冰使得位于高處的樹葉無(wú)法獲得水,,盡管生活于寒溫帶泰加林中的樹有各種方式適應(yīng)低溫環(huán)境,,但大多不超過(guò)20米。

加拿大的泰加林,,雖然同樣雄偉,,但那里并不會(huì)孕育世界級(jí)的巨樹。


歸納性地看,,今天世界上最高的那些樹,,無(wú)一例外都生活在降雨量大水汽充足氣候相對(duì)溫和的區(qū)域,,如澳洲的塔斯馬尼亞島,,東南亞的婆羅洲,西非的熱帶雨林和北美西海岸,。這些區(qū)域的森林遮天蔽日,,只有在萌發(fā)后幾年里快速長(zhǎng)高的樹,才能使樹葉盡快抵達(dá)林冠層沐浴陽(yáng)光,,這是一場(chǎng)演化的軍備競(jìng)賽,。

即使擁有了充足的水熱條件,樹也并不能無(wú)限地長(zhǎng)高,。對(duì)于一棵樹來(lái)說(shuō),,極限高度還取決于兩個(gè)條件:樹干的機(jī)械強(qiáng)度,和水分能夠被樹的蒸騰作用送達(dá)的高度,。

樹干的機(jī)械強(qiáng)度由組成樹干的木質(zhì)部,、韌皮部和外圍木栓組織提供,這些組織在被子植物和裸子植物中有不同的演化起源,,被子植物的木質(zhì)部由負(fù)責(zé)輸送水分的導(dǎo)管和外圍負(fù)責(zé)支撐的木質(zhì)纖維構(gòu)成,,而包括北美紅杉在內(nèi)的松柏類裸子植物木質(zhì)部都由管胞構(gòu)成,集輸導(dǎo)和支撐于一身,,并且在管胞之間由“torus-margo”多孔結(jié)構(gòu)連接,,這些使得裸子植物在水分輸導(dǎo)上更有效率。

一段北美紅杉的木材的截面,,從1215年大憲章的訂立,、1513年巴爾沃亞發(fā)現(xiàn)太平洋、1579年德雷克抵達(dá)加利福尼亞,,到1620年朝圣先輩們抵達(dá)普利茅斯殖民地,,一系列知名時(shí)間節(jié)點(diǎn)被標(biāo)注在這一圈圈的年輪上。


所有樹木的水分輸導(dǎo)幾乎都靠蒸騰作用,,蒸騰作用使樹木輸導(dǎo)組織中的水靠?jī)?nèi)聚力克服表面張力即可被“抽提”到很高的地方。但隨著高度增加,,管胞和導(dǎo)管的孔徑越來(lái)越小以抵抗高度帶來(lái)的強(qiáng)大負(fù)壓,,這無(wú)疑使傳導(dǎo)效率下降;同時(shí)因?yàn)楣夂献饔眯枰獨(dú)饪组_張氣體交換,,而高處的負(fù)壓也導(dǎo)致氣體更容易進(jìn)入植物輸導(dǎo)組織中形成類似血管中的氣體栓塞,,使水分到達(dá)高處的內(nèi)聚力因此喪失。不同高度的北美紅杉葉片有著極大差異:低處葉片開展,,密布?xì)饪?;而高處的葉片成針狀或鱗片狀,被密不透氣的角質(zhì)層包裹,正是北美紅杉在演化過(guò)程中對(duì)抗這一微觀不利條件的宏觀形態(tài)反映,。

不同高度的北美紅杉葉片,,圖中數(shù)字表示葉片相對(duì)地面的高度。

因此,,一棵樹的高度在物理上是有極限的,。根據(jù)對(duì)美西黃杉和北美紅杉的研究,兩者所能達(dá)到的極限高度大約是120米,,而“亥伯龍神”已經(jīng)接近了這一極限,。

除去這些繁復(fù)的物理計(jì)算,我們回到北美紅杉這一壯觀的巨樹本身,。加州北部和俄勒岡海岸,,正對(duì)著北太平洋暖流挾裹而來(lái)的充沛水汽,靠近海岸的森林長(zhǎng)期籠罩在濃霧之中,,除去每年超過(guò)2000毫米的降水,,霧氣也提供了重要的水分來(lái)源。北美紅杉的樹皮松軟,,如海綿一般吸收著濃霧中的水分,,高層的葉片雖然蜷縮成針狀或鱗片狀,但依然能有效地截獲霧滴,,這些無(wú)疑都大大減輕了葉片對(duì)于樹干輸導(dǎo)組織的依賴,。

以上條件綜合在一起,使我們看到了北美紅杉這一無(wú)以倫比的巨人,。其實(shí)不僅是北美紅杉一種,,整個(gè)美國(guó)西北海岸,是地球上僅存的巨型裸子植物的避難所,,巨型針葉樹之多之大,,堪稱演化的奇跡

美國(guó)西北太平洋海岸的針葉樹,。


巨樹是如何長(zhǎng)成的

北美紅杉這般巨樹,,卻從小如塵芥的種子發(fā)端。

一棵北美紅杉大約長(zhǎng)到10~15歲左右開始進(jìn)行有性生殖,,北美紅杉是雌雄同株植物,,一棵樹上能產(chǎn)生花粉,也能產(chǎn)生球果,。球果每年在冬季接受花粉受精之后,,到第二年秋天才成熟。種子極小,,只有4毫米,。一棵成熟的北美紅杉每年能產(chǎn)生數(shù)以萬(wàn)計(jì)的球果,,一個(gè)球果中有90~150枚種子。每一枚種子都帶著微弱的翅,,借由母樹的高度,,可以飄到120米遠(yuǎn)的地方。

北美紅杉的球果和種子,。圖片:Roger Culos / Muséum de Toulouse

大量的北美紅杉種子中,,大約只有15%是有生命力的,而這些種子中又有相當(dāng)數(shù)量會(huì)被其他動(dòng)物取食或者被霉菌侵染,,最終成功發(fā)芽長(zhǎng)成的幼苗,,面對(duì)的是森林下的微弱光線,以及林中野兔,、香蕉蛞蝓和馬陸的取食,。在經(jīng)歷數(shù)年的緩慢生長(zhǎng),與土壤真菌“結(jié)盟”形成菌根后,,如同基因覺(jué)醒般的幼樹會(huì)迎來(lái)快速生長(zhǎng)期,,每年爆發(fā)般地拔高120厘米,在20歲時(shí)長(zhǎng)到20米,。如果一切順利,,它的枝葉會(huì)在數(shù)百年后抵達(dá)林冠層,成為一棵新的巨樹,。至此,,即使是野火也不再能夠?qū)σ豢贸赡甑谋泵兰t杉構(gòu)成威脅了——相反,一般規(guī)模的野火焚去了底層的草本和灌木,,北美紅杉的幼苗能夠獲得更為充足的陽(yáng)光,。-

有性繁殖之外,北美紅杉還能以各種方式進(jìn)行無(wú)性繁殖,,樹干基部的芽點(diǎn)和樹瘤,,在適當(dāng)?shù)臈l件下都能發(fā)育成新的植株。有時(shí)我們能在紅杉林中發(fā)現(xiàn)幾棵北美紅杉仿佛排成一條線——那是過(guò)去一棵倒下巨樹上的芽發(fā)育成的,。

倒下的北美紅杉老樹上長(zhǎng)出了新苗


巨人的劫難

原生的北美紅杉林下也絕非空曠無(wú)趣,,除去伴生的美西黃杉西部鐵杉Tsuga heterophylla),、巨冷杉Abies grandis)等巨樹之外,,幾乎每一棵北美紅杉上都能找到大量附生的越橘蕨類太平洋四照花杜鵑在林中綻放,。落葉提供了極厚的腐殖質(zhì)層,適應(yīng)于弱光的酢漿草,、豬牙花,、延齡草舞鶴草,與真菌提供營(yíng)養(yǎng)的腐生植物都在林下常見(jiàn),。這里也同時(shí)是無(wú)數(shù)無(wú)脊椎動(dòng)物,、蠑螈斑林鸮,、斑海雀美洲黑熊的家,。

北美紅杉林和林下豐富的蕨類植物。圖片:鐘蜀黍

經(jīng)歷了冰期依然幸存,,適應(yīng)于美西海洋性氣候的北美紅杉林,,仿佛超越了時(shí)間,在這片濃霧和苔蘚中獲得了永生,。

一切直到19世紀(jì)初,,美國(guó)西海岸開始回蕩起了斧子和油鋸的聲音

和巨杉的松脆不同,,北美紅杉的木材幾乎是美西所有常見(jiàn)木材里最穩(wěn)定不易變形的,。和其它針葉樹相比,北美紅杉的樹脂中可燃性成分少,,還極其抗腐抗蟲阻燃,,這些與北美紅杉生存相關(guān)的特性給它們帶來(lái)了厄運(yùn)

從1850年開始,,加州淘金熱吸引了無(wú)數(shù)人從世界各地奔赴冒險(xiǎn),,由此對(duì)木材產(chǎn)生了迫切的需求,所有的鐵軌,、房屋,、礦場(chǎng)開采都伴隨著一棵棵北美紅杉的倒下。最初的斧頭被蒸汽機(jī)械取代,,二戰(zhàn)之后,,油鋸和卡車使紅杉林消失速度加劇,到20世紀(jì)90年代,,95%的北美紅杉林都已被采伐,。相比于剃頭式的全伐,有些郡的林業(yè)公司采取了諸如“擇伐”的辦法:選擇性地伐取一片林子中25%-50%的樹,。但研究表明,,擇伐后的北美紅杉林所形成的空地被其它伴生樹取代,無(wú)法再恢復(fù)為原有的北美紅杉林,,而剩余的北美紅杉,,因?yàn)?strong style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;box-sizing:border-box !important;word-wrap:break-word !important;">群體間形成了大的空隙,更容易被大風(fēng)吹倒,。

在伐木和建設(shè)的熱潮中,,更高更大的巨樹消失,,成為枕木、房梁和腳手架,。1945年,,一棵被稱為“克蘭奈爾溪巨人”(Crannell Creek Giant)的北美紅杉被采伐,這棵樹的木材蓄積量1740立方米,,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了今天世界上最大的樹——巨杉“謝爾曼將軍”,。至此,北美紅杉曾經(jīng)的另一項(xiàng)桂冠——“世界第一巨樹”,,慘然讓位于巨杉,。


20世紀(jì)初,伐木工人在被砍倒的一棵北美紅杉前合影,。

環(huán)保運(yùn)動(dòng)的興起最終給了北美紅杉留下了一線生機(jī),。

1900年,加州第一個(gè)致力于推動(dòng)北美紅杉林保護(hù)的團(tuán)體常青俱樂(lè)部(Sempervirens Club)成立,,兩年后推動(dòng)成立了第一個(gè)北美紅杉保護(hù)地,,即今天的大盆地北美紅杉州立公園(Big Basin Redwoods State Park)。1907年,,以環(huán)保運(yùn)動(dòng)先驅(qū)約翰·繆爾為名的繆爾森林國(guó)家紀(jì)念地(Muir Woods National Monument)成立,,這是第一個(gè)保護(hù)北美紅杉的國(guó)家公園。此后數(shù)十年里,,更多的環(huán)保運(yùn)動(dòng)最終阻止了砍向北美紅杉的油鋸,,這也是為什么我們今天依然能看到這一奇跡般的巨樹。事實(shí)證明,,北美紅杉林和其庇佑的生態(tài)系統(tǒng)給加州帶來(lái)的旅游收入,,也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了作為木材的價(jià)值。

500萬(wàn)年前,,人類的祖先爬下樹木,,走入草原,今天,,人類的生活早已和樹棲無(wú)關(guān),。但這并不妨礙我們依然將大樹視為生命繁盛的標(biāo)志,某種意義上說(shuō),,大樹的命運(yùn)也是人類的命運(yùn),。

但愿它們能繼續(xù)存活到下一個(gè)千年。


每年的6月,,在這片混沌初開的巨木之中,,開出一群太平洋杜鵑(Rhododendron macrophyllum),這可能是我夢(mèng)見(jiàn)過(guò)的人類之前的地球,。

轉(zhuǎn)載文章,,感謝原著

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