树木正在集体“搬家”

2017-12-02 17:11艾米
大科技·科学之谜 2017年10期
关键词:气孔光合作用树种

艾米

当灾难来临时,动物会逃跑,人类会发明各种技术减少损害,那么,不会“走”也不会“跑”的树木,会怎么做呢?

树木也会集体“搬家”

2017年,美国普渡大学的生态学家们借助美国林务局的数据资料,研究了在1980—1995年和2013—2015年之间,美国境内86种树的分布情况。他们想看看气候或者环境变化,是否会影响树木的分布情况。计算结果表明,在过去的30年里,大部分树种竟然在“搬家”。

被研究的树种中,有超过一半正在以平均每10年11千米的速度向北迁徙。这些树种通常是由北美针叶树构成的裸子植物(种子植物中,胚珠在开放的孢子叶上边缘或叶面的植物);而分布在美国东部森林中的约3/4的开花树中,如白橡树、糖枫树、冬青属植物,自1980年以来,则以每10年15.4千米的速度向西移动。几乎没有哪一种树向南或东移动。

当然,树是不会像动物那样,可以随意“走动”的,但树木也有自己的“搬家”方式。随着时间的推移,新树苗可以在一个新的区域生长下来,而生长在其他区域的老树会慢慢枯死,最终使得整个种群的分布中心发生转移。这就类似于如果在武汉至广州之间,排列着一条长长的队伍,即使队列不用集体向前移动,假如你在武汉队伍的前列再添加几个人,而排在末尾的人离开队伍,队伍也会一直向北移动。树木也是用这种聪明的方式,来实现群体迁徙。

那么,为什么树木会搬家呢?

树木也怕“热”

一部分原因可以归结为全球气候变暖。对于树木来说,热量过多同缺水一样,是致命的。为了光合作用,树叶上的微小毛孔——气孔会从空气中吸入二氧化碳。随后光合作用会将二氧化碳转化为碳水化合物——这是叶子和树干的营养成分。在这个过程中,树木自身的一小部分水分会通过其气孔蒸发,产生负压,这一负压有利于树木将从土壤中吸入的水分经过树干输送到树冠,供应整个树木的光合作用。

但是,温度增加后,树木自身水汽蒸发速度也会加快,最终蒸发速度大于树木从环境中吸收水分的速度。在这种情况下,树木会关闭树叶上的气孔,来避免水汽快速流失,但这样做也意味着没法进行光合作用,最终其细胞会因失去营养供应而死亡。即使不死亡,自身水分损失后,防御害虫的毒性汁液会变干,防御力下降,害虫可以通过气味,灵敏地检测到这一变化,堂而皇之地来侵蚀树木。

这些因素可以解释为什么许多美国冷杉、云杉与松树等常绿针叶树种会向北迁徙,它们早已适应了寒冷的气候,当所处的环境变得更温暖,它们只能往北移动。类似的情况全球各地都在发生。由于北极变暖的速度大约是世界其他地区的两倍,研究者预测到2100年,随着北极区域的冰层融化,现在生长在北极圈的树种会再向北迁徙500千米远,届时,从西伯利亚到加拿大的一半北极苔原可能会消失,而被森林覆盖。

仍然未解的谜团

然而,全球气候变暖也许只能解释一部分原因。在这次研究中,美国普渡大学的科学家们同样发现树木在向西部移动,这一速度快于树木向北部移动的速度。这又该如何解释呢?

尽管气候变暖使得美国东部的温度升高了,但它也显著地改变了当地的降雨量。自1980年以来,美国东部地区的年降水量已经增加了许多。虽然美国西部地区的降水量也有所增加,但比起东部,西部年均降水量依然更少,为什么比较喜欢雨水的被子植物,比如落叶乔木、阔叶林会从东部向西部迁徙呢?

研究者猜测美国东部人口密集、土地使用的变化、森林火灾的发生频率、害虫或者灯光都可能会对树木分布造成影响。然而,现在还没有人弄清楚为什么树木还会向西部迁徙。

不过,即便树木们在通过“搬家”的方式减少群体灭绝的风险,为了应对大气中二氧化碳浓度的增加,一些树木还会提高用水效率,但如果气候变暖、干旱加劇,那么全球森林实际上总体上还是会大面积减少。endprint

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