气候变化之下的树
北京又刮起寒风，翻出了羽绒服以备随时接替大衣。小区的悬铃木树叶还未变色就有些干缩在枝头，银杏、紫花槐则落了许多青绿的小叶，毛白杨同样没有明显的黄意，今年树色变化很寥落，上一周在香山，也看到元宝槭、黄栌都红得不彻底，这一激冷恐怕未离枝的树叶很快都要失去水分了，何谈变色——过迟的入秋时间、过高的秋季气温给树带来的变化，在今年已经直观可感。
刚好读完彼得·渥雷本的《树的呼吸》，新书上市还要一阵时间，心里有一些感受，想等书出来再写，但这一放下不知到时有没有劲头写了，就先整理一点吧。渥雷本在书中引述了许多生物学家科研的观点，结合他自己多年林业工作的观察、经验、理解，探讨气候变化之下的森林和树。书中写的是德国树木和林业的情况，不过也仍然具有参考价值，同时我也找到了这两年心中所思考问题的一些回应。虽然书中有些地方也会有点疑问，觉得科学表述是否太简单或者太轻易下断言了，毕竟植物学或者说森林生态学中的许多现象仍有可探讨和研究的科学空间，但总的来说还是具有启发和反思意义。尤其令我佩服的是，渥雷本身处行业之中，却非常直率和犀利地指出行业内部的一些顽疾，他对逐利的林业经济的深度剖析、对行业失灵的痛心责问，这种敢言真是令人激赞。他殷切的心情，也使这本书充满了一种理想主义的宣讲意味。
【树所受到的异常天气影响】
先说夏季的高温干旱。在炎热夏日，树的蒸发量非常大，若大树没有及时踩下刹车，当天空没有降水补给时，树根虽然感受到这一突如其来的干旱，但改变策略为时已晚，树木只能紧急刹车，不得已大量落叶，匆忙地减少蒸发面积。短短几天之内，大部分叶片就会掉落，这速度之快，对树木来说称得上是全力冲刺。
脱落绿色的叶片，对树来说是最高级别的警报信号。倘若一棵树将叶片中蕴含的宝贵营养物质舍弃掉，而不是像在秋天时一样将其从叶片中回收，那么它的生命将岌岌可危。因为来年春天它需要调用这最后的营养储备让自己从休眠中醒来，并生成新的叶片。这时如果有疾病来袭或者再次发生干旱，它的能量就会耗尽，最终走向死亡。因此树只有在最危急的情况下才会脱落绿色的叶片。这样的情景这两年的夏天并非没有见过，印象尤其深刻的是去年川渝的夏季高温，令许多树都干涸而死，我将在各处看到的照片都存了下来。
而在秋天，树木延迟变色也并非好事。秋天正常的落叶过程，树木会先慢慢将叶片中的绿色素（即能进行光合作用的叶绿素）撤回，将其分解并储存在树枝、树干和树根中，以便来年再用。这样第二年就不用再浪费精力重新制造叶绿素了。叶绿素撤走后，树叶中隐藏的黄色素就开始显现。当所有重要的营养物质都撤走，树木就会开始合成一种由软木构成的分离层，之后树叶便掉落。这样的过程进行得十分从容，往往持续数周，到11 月才结束。
树叶延迟变色，一方面是气温高、入秋推后，另一方面，也有夏季干旱的原因。夏季干旱过去后，许多树木会让叶片在树枝上长时间停留。在水分匮乏时期它们无法制造养分，因为土壤营养有限，导致树木吸收二氧化碳的能力有限，因此光合作用的过程会一直持续到10月底，树叶可以功能完好地在枝头多停留几周时间，甚至常常到 11月初，这些养分制造机才会脱落。而一旦在这个时候遇到寒流气温急剧变化，树叶就可能会像夏季遇到高温一样，来不及将叶绿素的营养物质缓缓传递到树身及树根组织，便需要赶紧关闭叶片背面的气孔，减少光合作用，脱落树叶，进入休眠，否则会被冻伤（这一点不是书中写的，是我补充的）。
在冬季，树需要休眠，进入休眠的前提是日照时间变短以及低温的刺激。然而即使在野外的环境中，冬季也越来越温暖。入冬时间越来越晚，意味着树结束休眠的时间越来越早，也就是说，树的冬季休眠时间在缩短，早春发芽开花的时间也就会相应提前。这对于树来说同样也不是好事。提前进行大量光合作用制造养料，而这一时节却潜藏着一种巨大的气象灾害——晚霜冻，晚霜冻出现时，气温降至零度以下，大部分新长出的嫩叶都会被冻死，这对树木来说是一个巨大的生存打击。之后它们只能调动最后的能量准备再次发芽。倘若在这期间它们不幸被真菌或细菌感染，那将亳无抵抗力。
冬天越温暖，提早发芽的风险就越大。它们能做的只有耐心等待。在这一过程中，不仅依靠温度变化来判断时机，还会在春天日照时长至少达到 13小时之前保持等待状态。只有这两个条件都满足后，它才敢发芽。树木必须经历寒冬，倘若没有合适的温度刺激，本土树木便无法判断秋季和春季之间的这段时间是否真的是冬季，也无法确认是否真的已经过去半年时间。这些年来，直至初冬总是能看到植物反季节开花，已经是司空见惯的事情了，连翘、海棠、樱树等等，这就是它们误判了季节。
【落叶层的作用】
落叶层跟土壤储存水分有很大的关系。
研究人员发现，阔叶树林在夏季所汲取的水分，并不是来自于夏季，而主要是来自冬季。因此，最重要的不是在夏季下了多少雨，而是冬季降雨量有多少。这是因为夏季降雨时雨水会立刻被植物吸收并蒸发，而冬季降水则会慢慢渗入土壤微小的缝隙里，直到所有的缝隙都被浸透。这段时间树木都在休眠，因此对水分的消耗几乎为零。根据土壤情况不同，每平方米土地能吸收并储存的水分可达200升。
冬季降水与夏季降水的化学成分不同，且储存位置的土壤结构也不同，因此，分析树冠处树枝中水分的化学成分就能够得出结论了。若我们想知道本土阔叶树林状态如何，应更加关注冬季降水。冬季降水必然会越来越少，原因之一就是气候变化导致冬季越来越短。在正常情况下，完好的土壤在冬季储存的水分，可以在旱季较好地缓解干旱，它们就像是树木的储水槽，整个夏天都可以随时取用。而针叶树不同，对云杉、松树来说，所汲取的水分在不同季节区别不大。
由此，我们对阔叶林秋季落叶的看法也要相应发生改变。此前普遍认为，秋季落叶主要是为了避免树枝负担太重的重量（同时我也一直认为落叶对于转化为腐殖质、为一部分昆虫和兽类过冬提供栖息地起到重要作用）。最新研究结果还表明，截留作用可能是落叶的另一个重要原因。截留是指树冠拦截了部分降水，使它们停留在树冠上，这部分降水量数非常大，这些被截留的雨水，不会落到地面，而是直接在树叶上蒸发到空气中，升腾的水蒸气会在别处形成新的降雨云，为当地的森林带来降雨。因此这对整个森林生态系统来说是没有影响的，但可能会对局部森林造成影响，对原处的树木来说是一种损失，毕竟对于树木个体来说，重要的还是有多少雨水能够到达地面，并最终到达它们的树根处。只有更多的降水才能真正让它们解渴，至少在夏季是这样。因此在冬天休眠的时候，树木就有必要“脱掉衣服”，毕竟这些树叶在冬天也没什么用，这样雨滴才能不受阻碍地直接降落到地面。
雨水要最终到达树根处，还得透过地面上堆积得厚厚的落叶。不过本土树种的落叶往往十分容易分解，这些掉落的生物质对于土壤中的生物群来说就是无上的美味，它们会蜂拥而至，以惊人的速度将这些落叶吃光。德国本土森林中，每年被分解的树叶和树枝重量达到每公顷5 吨，而同一面积上掉落的树叶则多达数百万片。仅仅是一棵山毛榉就会脱落 50万片树叶，在其脚下形成一个厚度为1~10厘米的落叶层。根据土质不同，这些落叶会在1~3年内被分解完毕，并形成碎屑状的腐殖土。这些腐殖土是土壤储存水分的主要工具，因此分解过后的落叶对树木来说就是一个储水槽。
在单一的针叶林如云杉和松树种植林，这一分解效果要差很多。人们通常认为其原因在于松针是酸性的，导致土壤微生物胃口尽失。不过也有可能是由于本土土壤微生物对这种富含萜烯和松脂的食物消化能力更弱。雨水穿过云杉和松树厚厚的树冠层到达地面后，还面临着另一个障碍，即经年掉落的松针在地面上形成了一层厚厚的地毯，这层地毯几乎可以防水，这导致长时间的干旱之后，水分不会渗人土壤，而是流走。这也是走在针叶林下，我时常感到林下植被和土壤都很贫瘠的原因。
所以，对于地下水来说，上方是什么树种构成的森林，这一问题更加重要。毕竟能到达地下深处的，只有经历了上述种种过程后仍然残留的水分。
【当地的、本土的，才意味着真正的自然】
渥雷本在书中明确地说，“针叶林林场的时代已经落幕”。
德国的林业管理部门曾在过去几十年大规模地种植云杉和松树，目前德国超过一半的森林都是由非本土的针叶树种构成的，它们也是林业经济中的重要树种，可以为工业提供木材原料。然而现在这些针叶树已经造成了巨大的生态灾难——将大面积的森林区域转变为种植林，与大规模饲养中的动物一样，种植林中的树木也特别容易染病，小蠹虫会啃食这些单一树种的林区，山火也会将林区付之一炬，云杉和松树种植林大量死亡，气候变化仅仅是压死骆驼的最后一根稻草。
全球贸易将越来越多的真菌和昆虫通过树木和种子带往各地，一些外来昆虫总能在当地发现它们爱吃的食物，它们从一片森林移动到另一片森林，也将可能携带的病原体传播开来。同时，最初始的本土阔叶原始森林是不易燃的，在大面积引进针叶种植林后，饱含松脂的树枝和松针则非常易燃，由此也频繁引发森林火灾。
如何能有效地恢复由本土树种构成的森林呢？渥雷本也讲了一个办法，“以快进的方式模仿自然森林恢复的进程”。先在耕地上种植桦树、欧洲山杨、山毛榉等，这些树都曾经是先锋树种，它们能快速长成小型森林，提供阴凉和湿润的土壤。还有一个更好的方式，是在木桩上安装种子箱，其中放满山毛榉果实或者橡子，附近的松鸦或者乌鸦等鸟类随后会将这些果实作为越冬口粮藏起来。冬季它们会储藏多达10000颗这些果实，而其实只能吃掉很少一部分，剩下的大量果实会在春天发芽，由此就可以低成本地得到大量树木后代。
刚好前些天看过一篇文章，中科院动物所的研究人员详细地讲了外来入侵的松材线虫对国内松树造成的巨大威胁、繁殖方式和防控方法。松材线虫的扩张蔓延非常快，在南方主要危害黑松和马尾松，在北方危害华山松、油松以及东北的红松。虽然损害的大多是本土树种而不是种植林，但也由此看到了外来入侵生物对当地生态的摧毁力。
【林间空地是好事吗】
有一个说法，通过伐木可以让森林里的光照增加，这是有利于自然的事情，因为光照会让这片森林区域升温，能够明显提高物种多样性。乍一听似乎有道理，实际并不然。
功能基本完好的古老阔叶林，下层区域永远光线昏暗，即使在夏季地面上也大多是褐色落叶。而在疏伐过的种植林中，树下土地则满眼绿色，黑莓和覆盆子，野草和榛子灌木丛，各种植物在这里蓬勃生长，这在原始森林中是绝不可能发生的。基本上每次疏伐都相当于一次夏季龙卷风，大量地砍伐树木会使地面获得光照，进而升温，这为真菌和细菌的生存提供了便利条件，它们大量繁殖，迅速将树枝、针叶和腐殖土这层“褐色黄金”分解殆尽，短短几年内就释放了大量氮元素和其他营养物质，使野草和灌木呈爆发式增长。而这也将造成植物和野生动物之间的博弈。
地面植被变得营养丰富，对狍子和鹿都产生了巨大的吸引力，丰富的食物供给有助于动物繁衍后代，其种群数量随即大幅增长。渥雷本多次观察过这种动物种群数量与森林空地之间的动态关系。在森林巨大的空地，头几年狍子和鹿对森林里新种植的树苗的啃食还不太严重，这不奇怪，因为地面丰富的植被能供应大量食物，对野生动物来说，疏伐后的林地意味着牧草区域大幅扩张，丰富的食物来源减少了它们啃食年幼阔叶树的机率，因此在这段时间内，树苗犹如置身天堂。
经过几年后，情况发生了转变。林地中许多自生的树苗长高了，它们驱散了地面上的植被。这些树苗大部分是针叶树，因为此前种植的森林几乎都是云杉林和松树林，地面上大量散落着它们的种子，在上一代树木遭受小蠹虫啃食而死亡后，这些种子发芽了，现在再次成为未来森林中的大多数。不过对狍子和鹿来说，这些树种富含松脂和挥发油，并不可口。随着新生的云杉和松树的成长，森林空地不断缩小，动物的食物来源也不断減少，数量剧增的野生动物即将面临饥荒。它们会啃食任何可以够到的植物，所有种植的阔叶树都将被其啃光，也因此，人们开始射杀狍子和鹿来保护种植林。
而在有许多本土老树的森林，几乎不会碰到野生动物啃食的问题。比如在山毛榉和栎树制造的昏暗环境下，它们的后代生长极度缓慢因而比较矮小，这其实也有危险，待嫩枝长到超出狍子嘴能接触到的范围，要经历很长时间。不过，由于缺乏光照，山毛榉幼苗的树叶又韧又苦，并不好吃，狍子和鹿会避开这些它们不感兴趣的区域，因此大部分山毛榉幼树都能存活下来。
人们试图通过不断增加猎杀食草动物来解决树被啃食咬坏的问题，然而野生动物仍然对森林造成损害，这是林业经济本身存在问题，受过的却是野生动物。能调节狍子和鹿这些动物数量的是食物状况，而非狩猎。
【无知的未来】
书中最后谈到对于气候变化的未来的不确定性，值得原文摘录出来：
“人类造成的气候变化正让一切变得混乱不堪。它对我们所知的世界构成了巨大的威胁。几十年前，当科学家们开始更深入地思考由人类温室效应引起的气候变暖对自然界可能意味着什么时，这些风险仍然是抽象的。人们不知道会发生什么。而近年来，这些问题已经成为现实。许多地区发生了森林危机。整片土地干涸，火灾频发，数百岁的树木无法承受长达数年的干旱而突然死亡，炎热干燥的空气损坏了敏感的植物组织，动物正遭受高温、缺水和食物短缺的折磨。
气候变化给人类和自然带来了压力，它也在以前所未有的规模撼动自然科学和林业科学。人们期待科学家回答那些没有正确答案的问题。未来会怎样？未来的森林会是什么样子？我们现在应该如何调整以更好地应对未来的挑战？突然间，科学不仅要创造新的知识和发布经过验证的事实，而且要机智地处理具有高度不确定性的事情。
科学家们所学的是尽可能精确地测量和描述。研究人员会找出自然规律来解释某些现象存在的原因。在当下这个数字时代，我们有了计算机模型，其计算结果似乎可以为这类问题提供更淮确的答案。然而，这些模型的有效程度取決于它们的预测基础。如果模型中落下了某个重要因素，或者我们根本不知道它的存在，那么很快会导致错误的结果。一旦未来的气候条件有所不同，过去的经验和公式就不再有任何价值了。
气候变化给我们的工作带来了大麻烦。突然间，植物生长的框架条件发生了变化。我们慢慢开始意识到，几十年后我们的区位条件可能会完全不同。
我们感受到对末来进行预测是多么重要，但前景却比以前更加难以看清。几个世纪以来，我们一直在付出越来越多的努力，用越来越精确的仪器和方法来研究自然，但结果却不得不让我们意识到，我们甚至无法回答最简单的问题。未来将会怎样？我们不知道。这种无知不是简单的知识缺口，只要研究人员多花点工夫就能堵上。这种无知是无法解决的，它不能被消除。人们必须学会与之共处。”
【人的位置】
只要我们放手，森林就会回归，大自然有自我修复能力。我们必须要把脚从油门上移开。
若想维护大自然，原则上我们只能旁观它多姿多彩的生命活动。若要重建整个生态系统，则只有在我们简单做出初步努力后，直接让相应地区回到自由生长的状态才能成功。尽管这对于有所作为的人类来说可能很难。人类中心主义，几乎无法撼动。
渥雷本这一段也说得很好：
“我们越来越丧失了对自然事件的全局观，或者更确切地说，我们从未有过这种全局观。将生物细分为各种类型以及给各个物种在生态系统中分配任务，这些工作根本是有问题的。这种做法源于几个世纪前的自然观，按这种自然观，我们的环境好比一台高度平衡的机器，而每个物种都有一个与生俱来的任务，终其一生它们都要完成这一任务。我们通常还会从有用性的角度去审视这些任务——当然都是看其是否对我们有用。而这就是问题的关键所在，这种视角将人类置于中心位置。而人类本身则没有任何特殊任务，其他所有生物都是这台机器内部的仆人，它们为人类这一万物之灵服务。
为了了解这台机器是如何运转的，我们将之拆分为一个个齿轮，即在科学上划分物种。但自然秘密并不能这么容易就被揭开，因为“物种”这一概念已经被推翻很久了。如今我们知道，它实际上是共生功能体，即不断变化着的生态系统，我们每个人都构成一个这样的生态系统。”