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大家好！我是來自中國科學(xué)院植物研究所的方歐婭。今天我想和大家分享古樹的長壽秘訣。那地球上最古老的樹有多少歲呢？大家不妨猜一猜。
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在2008年的時(shí)候，科學(xué)家們在瑞典發(fā)現(xiàn)了一棵樹，是一棵老云杉。通過碳同位素測年法進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)這棵樹居然已經(jīng)有9500歲了。真的嗎？你們在質(zhì)疑，我也質(zhì)疑，當(dāng)時(shí)的科學(xué)家也在質(zhì)疑。
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經(jīng)過更加深入的研究，科學(xué)家最終確定，這棵樹其實(shí)本身并沒有這么大的年紀(jì)，它是生長在一棵已經(jīng)死去的樹的遺骸之上，所以用碳同位素測年法評(píng)估樹齡還有著問題。那它自身的年齡，我們又該如何知曉呢？
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這就不得不提到樹木年輪了。樹木年輪是一種非常非常精確的定年手段，通過它可以準(zhǔn)確地知道一棵樹現(xiàn)在有幾歲了。
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我們從樹的橫截面上截取這樣一段，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)，那就是有一層形成層在樹皮和樹干之間。形成層每年會(huì)向內(nèi)生長木質(zhì)部，向外生成新的樹皮。
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而在木質(zhì)部這個(gè)地方，它每年隨著季節(jié)變化，生成的細(xì)胞也非常不一樣。在春夏的時(shí)候，生成的細(xì)胞體積非常大，質(zhì)地比較疏松，顏色也比較淺，我們把這部分稱之為早材；到了秋冬的時(shí)候，形成的細(xì)胞質(zhì)地比較密，而且顏色比較深，我們將其稱之為晚材。就這樣年復(fù)一年，在樹干的橫截面上，我們便能看見一圈一圈的年輪了。大家在一些被截?cái)嗟臉渲ι?，都能看見這樣的結(jié)構(gòu)。
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我們來測一測大家，看看大家能讀懂年輪嗎。
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這里有一張年輪的圖片。樹是從內(nèi)向外逐漸生長的。假如我在最內(nèi)輪這里做個(gè)標(biāo)記，把它當(dāng)作第一年，意味著這時(shí)候樹木是1歲。那現(xiàn)在大家來猜猜，這棵樹有幾歲呢？
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我們一起動(dòng)手?jǐn)?shù)一數(shù)，這棵樹其實(shí)是7歲。大家可能會(huì)有疑問了，第6年這里是怎么回事？在這個(gè)地方，似乎有一個(gè)長得很像年輪的痕跡，叫作偽輪。它是怎么形成的呢？它可能是在天氣變冷的時(shí)候，樹木誤以為進(jìn)入了秋冬季節(jié)，便開始生長晚材，可其實(shí)并沒有進(jìn)入秋冬，之后天氣又回暖了，就造成了這樣類似年輪的痕跡。
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再看這第7年后面，大家是不是覺得好像還有一年呢？其實(shí)呀，第8年已經(jīng)開始生長了，但是還沒有生長完全。所以，對(duì)于這棵樹來說，它完整地存活了7年的時(shí)間。
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那么，像這樣的樹木年輪的樣本，我們該如何獲取呢？難道要通過砍樹的方式嗎？
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確實(shí)，砍樹對(duì)于研究樹輪來說是一種非常合適的手段。但是，我們不能這樣干。畢竟我們做研究的初衷，其實(shí)是為了保護(hù)這些樹，而不是傷害它們。
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所以我們就會(huì)用到一個(gè)工具，叫生長錐。我們將生長錐垂直于樹干表面，慢慢鉆進(jìn)去，然后取出一根細(xì)細(xì)的樣芯。這根樣芯特別細(xì)，就像家里的筷子一樣。正因?yàn)樗銐蚣?xì)，所以對(duì)樹并不會(huì)造成特別大的傷害。即便在樹上留下了小洞，經(jīng)過一兩年的時(shí)間它也會(huì)慢慢愈合堵上。
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左邊是我2024年7月份在祁連山地區(qū)采樣時(shí)拍的照片。再看右邊這張地圖，上面標(biāo)注的那些小三角，就是我自2011年以來，走過的一些名山大川并采集樣本的地方。
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這些地方通常有著比較原始的森林，遠(yuǎn)離人們聚居的地方，所以我們通常要驅(qū)車行駛很長的距離才能抵達(dá)。而且，途中時(shí)常會(huì)遇到一些小意外，畢竟我們走的不是尋常路。
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當(dāng)車輛實(shí)在沒辦法繼續(xù)深入的時(shí)候，我們就只能背上行囊去跋山涉水。我們翻過了一些懸崖，也淌過了一些河流。對(duì)于一些特別特別偏遠(yuǎn)的地方，我們甚至要背上帳篷，帶上行李和食物，在那里駐扎上好幾天，如此才能采集到我們想要的樣本。
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通過這樣的工作采集到的樣本，正如剛剛所說的那樣，是非常非常細(xì)的。那怎么保護(hù)呢？我們會(huì)將它固定在一個(gè)特制的木槽里。在固定好之后，便使用砂紙逐漸打磨它。那要打磨到什么程度為止呢？要一直磨到我們在顯微鏡下能夠清晰地看到細(xì)胞的結(jié)構(gòu)為止。
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然后，我們要像這樣在年輪樣本上進(jìn)行標(biāo)記，以此來初步完成定年工作。具體操作就是從外到里，順著年輪一圈一圈慢慢地?cái)?shù)過去。每當(dāng)數(shù)到整十年的位置時(shí)，我們就在相應(yīng)的地方打上一個(gè)點(diǎn)；數(shù)到整五十年的位置呢，就打上兩個(gè)點(diǎn)；而數(shù)到整百年的位置，則打上三個(gè)點(diǎn)。通過這樣的方式，我們就能比較清楚地知道這根樣芯所代表的樹木到底有多大年紀(jì)了。
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剛剛我們所標(biāo)記的那些點(diǎn)，其實(shí)不一定能準(zhǔn)確代表樹木的年齡，這是因?yàn)榇嬖趥屋?，甚至還會(huì)有缺輪的情況。
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偽輪前面說過了，那什么叫缺輪呢？缺輪是指在當(dāng)年，樹木的這個(gè)方向完全沒有生長。樹木都完全沒有生長了，我們又怎么能看到年輪呢？
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正是因?yàn)檫@一系列復(fù)雜狀況的存在，我們需要對(duì)樹木年輪進(jìn)行精確的定年。
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我們會(huì)將樹木年輪的樣本轉(zhuǎn)化成一條條的數(shù)據(jù)序列，然后以這些極窄的年輪作為標(biāo)尺，讓它們彼此之間能夠?qū)?yīng)起來。
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就比如這里，這就是一個(gè)非常典型的缺輪情況。在這一年里，樹木是完全沒有生長的，所以這里的樹木生長量為零。通過開展這樣一系列的工作，我們便能知道這棵樹以及這片林子的年齡了。
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在全世界范圍內(nèi)，有很多很多像我們一樣的學(xué)者，在致力于探尋全球各地樹木的年齡。
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在2022年，復(fù)旦大學(xué)的劉佳佳教授繪制了一張地圖，這張地圖展示了當(dāng)前我們已經(jīng)精確定年的那些長壽樹的分布情況。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，目前已知最古老的那棵樹在美國的西海岸的一處山地之上，它叫長壽松，而且我們已經(jīng)準(zhǔn)確地知道，它的年齡達(dá)到了4900歲。
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它長這樣，非常崎嶇，所生長的山地生存環(huán)境也非常惡劣。那里的土壤發(fā)育得非常差，樹下有很多石塊，可這棵樹還是在這樣艱難的條件下頑強(qiáng)地生長著。
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在我們國家也有這樣一種樹，叫祁連圓柏，它也能長到3000多歲。
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它長這樣的，看起來并不大。這是在青藏高原上一個(gè)既干旱又高寒的地方，生存環(huán)境同樣很差。
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經(jīng)過統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，其實(shí)樹齡超過2000年的樹木，有90%都生長在環(huán)境比較惡劣的高海拔山地。大家或許會(huì)問，為什么這些樹要生長在這樣的地方？
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你可能會(huì)認(rèn)為是因?yàn)槿祟惖母蓴_比較少。對(duì)，人類干擾是一個(gè)主要因素。但是，和人類干擾相比，還有很多其他因素影響到了它們的分布。這樣來回答這個(gè)問題其實(shí)已經(jīng)比較復(fù)雜了。
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所以，我們不妨換一個(gè)角度去思考。樹既然能夠存活那么長時(shí)間，也就是它沒有死亡，那么，樹在什么情況下會(huì)死亡呢？
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20世紀(jì)70年代以來，全球各個(gè)地方都報(bào)道了森林衰退事件。這張地圖上的這些不同顏色的圓點(diǎn)，就是在不同時(shí)期報(bào)道了森林衰退事件的相應(yīng)地點(diǎn)。
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這些事件的一個(gè)主要現(xiàn)象就是樹木死亡。這些樹木是因?yàn)槭裁炊?？大家?duì)這些事件進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)干旱是導(dǎo)致樹木死亡最主要的原因之一。
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干旱為什么會(huì)造成樹木的死亡呢？樹它中間有像導(dǎo)管這樣的結(jié)構(gòu)，通過這個(gè)結(jié)構(gòu)，它不僅可以把根系吸收到的水分匯集起來，輸送到大樹的各個(gè)部位；還可以將光合產(chǎn)物等營養(yǎng)物質(zhì)，借助這樣的通路在大樹的體內(nèi)進(jìn)行運(yùn)輸。
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干旱發(fā)生的時(shí)候，水分不足，就會(huì)有一段空氣柱進(jìn)入導(dǎo)管，這就是空穴化。樹木出現(xiàn)大量的空穴化之后，養(yǎng)分和水分就沒辦法再繼續(xù)運(yùn)輸了，樹就會(huì)面臨死亡。
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事實(shí)上，樹并不那么容易死去。你看，我們剛剛所說的那些樹，它們都有著上千年的歷史，足以證明其頑強(qiáng)的生命力。
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在樹木生長的序列中，我們可以看到這樣的一個(gè)現(xiàn)象：樹木正常生長時(shí)，其生長量會(huì)在一個(gè)平均值的上下波動(dòng)。而當(dāng)干旱發(fā)生的時(shí)候，樹木的生長量會(huì)持續(xù)一段時(shí)間下降，隨后才會(huì)上升。于是，我們根據(jù)這一情況來判斷它的衰退期和恢復(fù)期。在這段時(shí)間里，樹木的生長狀況就沒那么健康了。
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從健康狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴唤】禒顟B(tài)時(shí)，樹木是會(huì)有抵抗能力的，它并不是被動(dòng)地響應(yīng)外界變化。比如，在干旱發(fā)生時(shí)，難道樹木就只能干等著嗎？不，它可能會(huì)收縮氣孔，甚至關(guān)閉氣孔來減少水分的喪失，進(jìn)而使得它可以在干旱環(huán)境中維持自身的生長。
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當(dāng)樹木發(fā)生衰退后，它也會(huì)逐漸恢復(fù)到原有的健康狀況當(dāng)中去，我們把這個(gè)過程叫做樹木的恢復(fù)。比如我們剛剛所說的空穴化，它會(huì)逐漸逐漸消失，樹木是可以讓那些導(dǎo)管再次暢通起來的。
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在這樣的衰退與恢復(fù)過程中，樹木所表現(xiàn)出的抵抗和恢復(fù)能力，我們稱之為生態(tài)韌性。只有當(dāng)生態(tài)韌性無法抵御外界強(qiáng)烈干擾的時(shí)候，樹木才會(huì)發(fā)生死亡，森林才會(huì)隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變。
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“生態(tài)韌性”這個(gè)詞是在1973年由加拿大生態(tài)學(xué)家霍林（C.S.Holling）提出來的。生態(tài)系統(tǒng)以及其中包含的生物體，都具有生態(tài)韌性，以此來應(yīng)對(duì)外界干擾所造成的脅迫。生態(tài)韌性是維持樹木，或者說整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)健康的關(guān)鍵要素。有著較強(qiáng)韌性的樹木通常可以更加長壽。
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那么，什么樣的樹才更有韌性呢？這里有兩張圖，大家不妨猜猜它們的年齡，思考一下什么樣的樹更有韌性、更長壽。
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現(xiàn)在揭曉答案，左邊這棵樹看起來小小的，但它已經(jīng)有473歲的樹齡了；而右邊這棵樹，需要四五個(gè)人才能合抱過來，可其實(shí)只有103歲。
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我們再來看看它們的生存環(huán)境。左邊這棵樹生長在海拔4900米的地方，那里可是全球最高的林線，也就是森林能夠生長的海拔上限，環(huán)境十分十分寒冷。而右邊那棵樹，是生長在我們的母親河——黃河的河漫灘之上。這兩棵樹都來自青藏高原。
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由此我們可以知道，左邊這棵樹生長得非常緩慢，這種慢速生長的策略，恰恰就是樹木應(yīng)對(duì)長期不利環(huán)境時(shí)所體現(xiàn)出的一種韌性。它不用長得那么快，這樣一來，自身所需的水分和養(yǎng)分也就沒那么多，從而能夠維持自身在那樣的環(huán)境當(dāng)中繼續(xù)生長，所以它可以很長壽。
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說到青藏高原，那我們再來看一下剛剛的這張圖。在20世紀(jì)70年代以來報(bào)道的這些森林衰退事件當(dāng)中，很特別的是，青藏高原地區(qū)并沒有很嚴(yán)重的森林衰退狀況。這是為什么呢？
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我們對(duì)青藏高原上的柏樹進(jìn)行了比較全面的采樣，大概選取了50個(gè)樣點(diǎn)，采集了這些樹木的樣芯。這里每一行代表著我們?nèi)ミ^的一個(gè)地方，而那些顏色比較深的時(shí)間段，便是樹木發(fā)生比較嚴(yán)重衰退的時(shí)間段。
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通過這些工作，我們揭示了自1650年以來，過去350年間青藏高原上柏樹的衰退狀況。從這張圖上我們發(fā)現(xiàn)，森林衰退其實(shí)更像是一種自然現(xiàn)象，它既沒有集中地分布在某一些地區(qū)，也沒有集中地分布在哪些時(shí)間段。也就是說，這些樹木是處于不斷衰退又不斷恢復(fù)的過程。
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既然這些樹發(fā)生了多次衰退，那么這些事件之間又有什么聯(lián)系呢？我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特的現(xiàn)象：樹木可以從它前一次的衰退中學(xué)習(xí)到一些經(jīng)驗(yàn)，從而得以應(yīng)對(duì)下一次的衰退。
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這就相當(dāng)于我們偶爾會(huì)生病，比如說感冒。如果我在前一次感冒中恢復(fù)得很慢，可能需要一個(gè)星期甚至兩個(gè)星期的時(shí)間才能恢復(fù)，那么在下一次感冒時(shí)，癥狀就會(huì)更輕。這是很特別的地方。我們認(rèn)為，樹木從前一次的事件中獲取了經(jīng)驗(yàn)，這就是樹木存在記憶的證據(jù)。
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我們的研究知道了有強(qiáng)韌性的樹可以更長壽，有更強(qiáng)的能力維持自身的健康生長。那么，研究這些又有什么用呢？
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我們發(fā)現(xiàn)，在森林出現(xiàn)衰退跡象之前，生態(tài)韌性中的抵抗力會(huì)呈現(xiàn)出長達(dá)12年的下降趨勢。值得注意的是，在抵抗力下降的這段時(shí)期，從表象上看，森林還顯得非常健康。但是，通過研究我們還發(fā)現(xiàn)，前期抵抗力下降的程度越嚴(yán)重，后期森林衰退的情況也會(huì)更嚴(yán)重。
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基于此，我們認(rèn)為抵抗力的下降是森林即將衰退的早期預(yù)警信號(hào)。一旦捕捉到這樣的信號(hào)，我們就能推斷出，在后續(xù)遭受一些外界環(huán)境變化時(shí)，森林更容易發(fā)生衰退現(xiàn)象。所以，我們就可以盡早采取干預(yù)措施，尤其是在面對(duì)一些可能對(duì)森林產(chǎn)生重大影響的事件時(shí)，通過人為干預(yù)阻止森林衰退的發(fā)生。
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我們希望，我們所觀察的、研究的這些樹，能夠永遠(yuǎn)地持久綠下去。
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最后，希望大家就像這些古樹一樣，能夠保持韌性，堅(jiān)強(qiáng)地成長。壓不垮我們的，永遠(yuǎn)都會(huì)讓我們更強(qiáng)大。
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謝謝大家！
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