華南國(guó)家植物園內(nèi)死去的樹(shù)。 劉慧攝

“高溫小組”在開(kāi)展野外考察和取樣。上圖劉慧攝
下圖葉學(xué)敏攝

◆本報(bào)記者牛秋鵬 程梓桐

2022年夏天，位于廣東省廣州市的中國(guó)科學(xué)院華南國(guó)家植物園內(nèi)綠樹(shù)成蔭，但副研究員劉慧發(fā)現(xiàn)，一棵近20米高的大樹(shù)死在了她面前。

此時(shí)，北半球正經(jīng)歷極端高溫，大灣區(qū)已連續(xù)25天出現(xiàn)大范圍持續(xù)性高溫天氣過(guò)程。這一年，中央氣象臺(tái)更是連發(fā)了10個(gè)最高級(jí)別紅色高溫預(yù)警。

劉慧在接受本報(bào)記者采訪時(shí)表示：“自然界中的植物有N種死法，其中最主要和最常見(jiàn)的‘死因’，就是高溫下植物被‘渴’死。雖然一般情況下高溫會(huì)造成植物枝葉的部分死亡，但高溫也加劇了大氣和土壤干旱，兩種因素疊加導(dǎo)致植物全株死得更快?！?/p>

進(jìn)入2023年，全球氣候變暖疊加進(jìn)入“厄爾尼諾氣候模式”，并出現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄高溫，多國(guó)突破40攝氏度。7月，聯(lián)合國(guó)秘書(shū)長(zhǎng)古特雷斯表示，“全球變暖”時(shí)代似乎已經(jīng)結(jié)束，接下來(lái)是“全球沸騰”時(shí)代。面對(duì)越來(lái)越頻繁高溫、干旱等極端天氣，人類(lèi)可以躲進(jìn)房間用空調(diào)降溫消暑，但不會(huì)移動(dòng)的植物要如何生存下去？

定期測(cè)水勢(shì)，衡量植物“渴”的程度

“我常戲謔，自己的工作是研究植物如何‘渴’死的?！眲⒒坌χ嬖V記者。不過(guò)，笑容的背后更多是隱憂(yōu)。

“2022年，在全國(guó)多處高溫地區(qū)，植物的大量葉子已經(jīng)枯黃甚至凋落?！眲⒒郾硎?，近年來(lái)，隨著全球變暖趨勢(shì)越來(lái)越明顯，極端高溫逐漸會(huì)成為“新常態(tài)”，很多區(qū)域開(kāi)始變得更干熱，與此同時(shí)，植物也遭受?chē)?yán)重生存威脅。

“水分就像植物的‘血液’，我們會(huì)通過(guò)定期測(cè)水勢(shì)來(lái)衡量植物‘渴’的程度。當(dāng)干旱來(lái)臨時(shí)，由于植物的水勢(shì)很小，空氣就會(huì)進(jìn)入樹(shù)干導(dǎo)管，形成氣泡，從而堵塞導(dǎo)管。而干旱程度加劇時(shí)，大部分導(dǎo)管的水分運(yùn)輸會(huì)中斷，植物喝不到水就會(huì)死掉?！眲⒒壅f(shuō)，“更神奇的是，當(dāng)植物‘干渴’的時(shí)候它還會(huì)‘哭’，這正是氣泡在導(dǎo)管中爆裂發(fā)出的聲音?！?/p>

2022年8月，中國(guó)科學(xué)院華南植物園生態(tài)與環(huán)境科學(xué)研究中心植物生理生態(tài)學(xué)研究組開(kāi)展了“極端高溫下的植物生存大調(diào)查”，劉慧就是這項(xiàng)調(diào)查活動(dòng)的組織者之一。

“我們主要通過(guò)對(duì)多種植物‘病情’的觀測(cè)，尋找植物耐受各類(lèi)惡劣環(huán)境的調(diào)節(jié)機(jī)制。”劉慧說(shuō)。

僅用一天時(shí)間進(jìn)行籌備，“極端高溫下的植物生存大調(diào)查”就啟動(dòng)了。劉慧告訴記者，他們建立“高溫小組”探討實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，確定了實(shí)驗(yàn)方向、時(shí)間、地點(diǎn)和小組內(nèi)實(shí)驗(yàn)人員的配備等問(wèn)題。

“不同城市沿高溫梯度植物受損程度如何？”“哪些植物更不耐熱或者更耐熱？”這是研究團(tuán)隊(duì)初步商定的兩點(diǎn)科學(xué)問(wèn)題，并根據(jù)問(wèn)題確定了具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

劉慧表示，“極端高溫下的植物生存大調(diào)查”是面向全國(guó)范圍開(kāi)展的。不過(guò)，由于當(dāng)時(shí)各地區(qū)存在不同程度的氣象差異以及疫情原因，為保證全面嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)調(diào)查結(jié)果，他們選擇了通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷收集信息的形式。

“線上調(diào)查開(kāi)展后，我們?cè)?5天內(nèi)共收到313份問(wèn)卷，覆蓋了全國(guó)21個(gè)省份和134個(gè)縣（區(qū)），這超出了我們的預(yù)期?！眲⒒壅J(rèn)為，這反映出大眾參與科學(xué)調(diào)研的熱情很高，而無(wú)論是研究人員，還是熱心的“網(wǎng)友”，為科研付出的努力都不會(huì)白費(fèi)。

“做調(diào)查問(wèn)卷也是為了篩選和踩點(diǎn)，因?yàn)閷?shí)測(cè)能夠得出更加科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，這是科學(xué)研究的基礎(chǔ)?！眲⒒郾硎尽?/p>

整合數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，植物“長(zhǎng)得越高，渴得越狠，死得越快”

由于不同植物的耐熱、耐旱性存有差異，因此，“高溫小組”經(jīng)常要去全國(guó)不同的地方取樣和做實(shí)驗(yàn)。

2022年8月底，小組完成了5個(gè)重點(diǎn)城市的實(shí)地測(cè)量。2022年10月底，小組完成了現(xiàn)場(chǎng)取回的139種木本植物的各項(xiàng)生理學(xué)、形態(tài)解剖學(xué)特征的測(cè)定。2023年8月，小組完成了兩個(gè)自然保護(hù)區(qū)近60種木本植物的耐熱、耐旱性測(cè)定。

“為了取到很高植物樹(shù)頂?shù)闹θ~，我們會(huì)用一個(gè)長(zhǎng)達(dá)17米高魚(yú)竿改造的高枝鉤，把枝葉給鉤下來(lái)，然后給它掛上標(biāo)簽后快速塞到一個(gè)有濕毛巾的大黑塑料袋里，這是為了防止植物在運(yùn)輸過(guò)程中‘失血過(guò)多’?！?/p>

劉慧幽默地調(diào)侃整個(gè)過(guò)程，小組成員就像一幫“劫匪”，但實(shí)際上，當(dāng)山路沒(méi)有那么遠(yuǎn)的時(shí)候，他們也會(huì)就地進(jìn)行測(cè)量。

在測(cè)了全國(guó)10多個(gè)地區(qū)的幾百種植物的耐旱性，然后又整合了全球幾千種植物的數(shù)據(jù)后，“高溫小組”發(fā)現(xiàn)，植物“長(zhǎng)得越高，渴得越狠，死得越快”。

劉慧解釋?zhuān)参镩L(zhǎng)得越高，需要的水分越多；相應(yīng)地，它的導(dǎo)管越粗，它的水分運(yùn)輸效率越高，但是它就越不耐旱。那世界上最高的樹(shù)，是怎么平衡長(zhǎng)高和耐旱的呢？

2023年5月，來(lái)自北京大學(xué)遙感與地理信息研究所牽頭的聯(lián)合調(diào)查隊(duì)，在位于雅魯藏布國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的林芝市波密縣通麥鎮(zhèn)境內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一棵高達(dá)102.3米的西藏柏木，成為目前已知的亞洲第一高樹(shù)，僅次于北美西海岸116米的美洲紅杉。

劉慧告訴記者，在植物學(xué)界流傳著一則預(yù)言，說(shuō)植物生長(zhǎng)的極限高度是120米，因?yàn)楦獜耐晾镂账?，運(yùn)到相當(dāng)于三十幾層樓高的樹(shù)頂，需要非常大的力，而且越往高處，壓強(qiáng)越大，植物的細(xì)胞壁會(huì)加粗、加厚來(lái)適應(yīng)這種環(huán)境，導(dǎo)致細(xì)胞分裂非常困難，從而達(dá)到生長(zhǎng)的極限。這也解釋了近幾十年來(lái)，全球各地發(fā)生的樹(shù)木干旱死亡事件中，主要都是大樹(shù)先死掉的原因。

劉慧形象地比喻，在植物快慢生長(zhǎng)譜上，一端是大吃大喝，但很脆弱的“吃貨”；另一端是忍饑挨餓，但耐力強(qiáng)的忍者。而世界上超過(guò)100米的高樹(shù)，基本上都生存在極少發(fā)生干旱的地區(qū)，如海岸帶和雨林里，從而完美避開(kāi)了“渴”死的風(fēng)險(xiǎn)。

“那么，隨著全球氣候變化加劇，高溫、洪澇等極端氣象發(fā)生時(shí)，哪些樹(shù)木會(huì)最先倒下，哪些樹(shù)木會(huì)支撐到最后，這樣的后果又會(huì)怎樣？”劉慧不禁產(chǎn)生這些疑問(wèn)。

調(diào)查結(jié)果匯總形成“全國(guó)植物高溫下受損”圖像

今年全球高溫天氣依舊極端，隨著我國(guó)高溫逐漸“下線”，“高溫小組”持續(xù)一年的調(diào)查結(jié)果“火熱出爐”。在劉慧看來(lái)，這些數(shù)據(jù)匯總形成了“全國(guó)植物高溫下受損”圖像。

在來(lái)自成都、重慶、南京、上海、杭州和長(zhǎng)沙等城市的數(shù)據(jù)中，可以看到很多關(guān)于“葉片卷曲、焦脆、枯黃”“樹(shù)下厚厚的落葉”“小區(qū)植物死亡率超過(guò)20%”等同類(lèi)型的描述。其中，出現(xiàn)頻率最高的容易枯死的植物有銀杏、水杉、槭樹(shù)科楓樹(shù)類(lèi)、薔薇科櫻花類(lèi)，以及廣玉蘭、白玉蘭等；灌木和草本類(lèi)有花葉青木、八角金盤(pán)、鴨腳木、灑錦珊瑚和各種草坪草等；還有一些農(nóng)作物如玉米、蔬菜等。

此外，研究結(jié)果顯示，隨著不同城市熱浪指數(shù)的升高，植物的葉片受損率明顯上升；更耐熱的物種（受損率20%以下）相對(duì)葉片更厚，例如，紫薇、桂花、枇杷等；更不耐熱的物種（受損率80%以上）如雞爪槭、銀杏和白玉蘭等，主要通過(guò)落葉和改變?nèi)~傾角等方式來(lái)躲避高溫“自保”。

劉慧認(rèn)為，去年的調(diào)查數(shù)據(jù)給他們提供了一份非常好的“不耐熱物種名錄”，調(diào)查所得數(shù)據(jù)既可以為城市規(guī)劃、園林物種配置提供參考，也可以為未來(lái)全國(guó)植物“耐熱區(qū)劃”提供初步數(shù)據(jù)，還可以為未來(lái)極端氣候下植物的適應(yīng)規(guī)律提供理論依據(jù)。

極端高溫只是全球極端天氣災(zāi)害的冰山一角，全球變暖還帶來(lái)了暴雨、洪澇、干旱、山火、更強(qiáng)臺(tái)風(fēng)等，對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響必然存在，每一個(gè)方面對(duì)植物的威脅都需要科學(xué)家進(jìn)行研究。

劉慧告訴記者，目前，他們正考慮建立一個(gè)“全國(guó)植物響應(yīng)極端氣候信息系統(tǒng)”的網(wǎng)頁(yè)，會(huì)在調(diào)查問(wèn)卷題目中增加更多如臺(tái)風(fēng)、洪澇等自然災(zāi)害的信息，并將植物響應(yīng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)做成像氣象監(jiān)測(cè)一樣的“全國(guó)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”，以提供一些相關(guān)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警服務(wù)等。

“相信通過(guò)我們持續(xù)地挖掘探索，會(huì)發(fā)現(xiàn)植物適應(yīng)各種惡劣環(huán)境條件的調(diào)節(jié)機(jī)制，從而讓植物向死而生。”劉慧表示。

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