森林从哪里来?到哪里去?

本文经微信公众号“ 星球研究所”授权转载

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池杉林,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)

截至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.TaylorPaleobotany;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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