森林大火防不住…火：冤吶，是樹(shù)想要利用我

一項(xiàng)最新研究表明：火促使了植物向高可燃性的進(jìn)化。這一切都源于植物求生的“小心機(jī)”。

新生的樹(shù)芽 | 圖蟲(chóng)創(chuàng)意

“咬定青山不放松，立根原在破巖中”。詩(shī)人用來(lái)贊美竹子堅(jiān)韌不拔的品質(zhì)時(shí)，一定沒(méi)想到山火發(fā)生時(shí)的情景。一場(chǎng)大火吱吱燒過(guò) ，鳥(niǎo)飛獸走四散而逃，植物卻只能默默站在原地接受命運(yùn)，令無(wú)數(shù)人哀婉嘆息。

我們可能會(huì)想，大火多發(fā)地區(qū)的植物為了保全自身，會(huì)不會(huì)進(jìn)化出更好的耐燃性？然而，事實(shí)卻恰好相反。

一項(xiàng)研究表明，正是火促成了植物向高可燃性的進(jìn)化。

2020年4月13日，來(lái)自英國(guó)和新西蘭的科學(xué)家在《自然·植物》上發(fā)文稱：植物的可燃性與其種間親緣性及所處的火環(huán)境密切相關(guān)，火在植物的進(jìn)化過(guò)程中可能發(fā)揮著重要的作用。

具體而言，他們得出了兩個(gè)結(jié)論：親緣性較高的植物往往具有類似的可燃性，如桉樹(shù)、新西蘭茶樹(shù)以及松紅梅同屬于桃金娘科，它們都是易燃植物的代表。而且植物可燃性還與其生長(zhǎng)環(huán)境中林火發(fā)生的概率有關(guān)，林火多發(fā)地區(qū)的植物往往并不嘗試向耐燃方向進(jìn)化，進(jìn)化歷程反而讓它們的可燃性越來(lái)越高。

這項(xiàng)研究印證了一個(gè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：不少植物只有在火燒后才能長(zhǎng)得更好，火也是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。并且，該研究對(duì)于如何應(yīng)對(duì)森林火災(zāi)也有重要參考價(jià)值，尤其是在當(dāng)前全球變暖導(dǎo)致林火日益頻發(fā)的情況下。

林火多發(fā)地的植物為什么要給山火推波助瀾？火災(zāi)能給森林帶來(lái)什么好處？這項(xiàng)新研究帶給我們什么具體啟示呢？

難以避免的火災(zāi)

澳大利亞大火，2020 | 紐約時(shí)報(bào)

我們先從林火發(fā)生的機(jī)制說(shuō)起。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，森林大火避無(wú)可避。除卻我們知道的天氣/氣候因素，森林很容易集齊各種起火要素——燃料、地形和點(diǎn)火。其中天氣最為關(guān)鍵，其次是燃料，多寡和森林群落結(jié)構(gòu)相關(guān)，地形則是大火的助推劑。各種條件一旦全部具備，發(fā)生點(diǎn)火就是遲早的事情了。

點(diǎn)火又分為人為點(diǎn)火和自然點(diǎn)火。對(duì)于森林火災(zāi)來(lái)說(shuō)人為點(diǎn)火所占的比例并不大，因?yàn)槿绻纬缮只馂?zāi)的條件不具備，就是有意點(diǎn)火（可能屬于嚴(yán)重的違法犯罪行為）也未必能引起火災(zāi)。

而自然點(diǎn)火就不一樣了。它主要有兩大誘因：其一是雷電；其二是露珠在陽(yáng)光照射下可以發(fā)揮凸透鏡的效果，引發(fā)陰燃繼而轉(zhuǎn)成明火。由于自然界引發(fā)火災(zāi)的可能性很大，所以森林火災(zāi)防不勝防。

林火是把雙刃劍

林火正在燒掉地表 | 圖蟲(chóng)創(chuàng)意

林火的確可以造成森林火災(zāi)，但我們也不必談火色變。因?yàn)榛饘?duì)森林系統(tǒng)的影響是雙面的。

一方面，大型的災(zāi)難性林火可能對(duì)森林造成嚴(yán)重危害，導(dǎo)致一定時(shí)期內(nèi)森林生態(tài)平衡的破壞；另一方面，普通烈度的林火是自然界不可缺少的生態(tài)因素，一定頻率、一定強(qiáng)度的火燒能維護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定，使其保持健康狀態(tài)。

可以說(shuō)，森林大火和陽(yáng)光、水分、土壤一樣，都是森林生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，在森林中發(fā)揮著重要作用。

林火至少在如下幾個(gè)方面影響著森林生態(tài)系統(tǒng)：

1）林火是森林群落演替的重要驅(qū)動(dòng)力?；馃髸?huì)造成森林環(huán)境和小氣候發(fā)生改變，比如，更多的土地裸露可以讓陽(yáng)光更好地直射地表，使土壤表面溫度增加，濕度變小。林火還會(huì)引起其他生態(tài)因子的重新分配，通過(guò)徹底摧毀所有植被，促使整個(gè)森林重新演替（中、高火）；或僅燒掉地表植被及枯枝落葉，促進(jìn)劣勢(shì)樹(shù)種退化和新樹(shù)種發(fā)育，推動(dòng)森林生態(tài)系統(tǒng)的演替（中、低地表火）。

2）林火影響生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量循環(huán)。低強(qiáng)度火燒可以使森林生態(tài)系統(tǒng)的能量緩慢釋放，促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和物種更新，有益于森林生態(tài)系統(tǒng)的健康，火燒后森林反而容易恢復(fù)。

3）林火促進(jìn)生物多樣性。小面積或低強(qiáng)度的火，火焰很難達(dá)到樹(shù)冠，對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)起到一定“清理”作用，使植物種子和幼苗容易接觸到土壤，促進(jìn)某些植物種子的萌發(fā)，如班克松、黑云杉和、美國(guó)黃松的球果被林火烘烤開(kāi)裂而脫落種子，處于休眠狀態(tài)下的胡枝子的種子也是靠火的高溫作用打破休眠促進(jìn)生長(zhǎng)。此外，火燒也能維持某些珍稀動(dòng)物的生存，如北美的松雞。

4）林火提升森林生態(tài)彈性。生態(tài)彈性指生態(tài)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的能力，包括維持其重要特征，如組成、結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)功能的能力，是維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的必要條件。氣候變化、林火和營(yíng)林措施等一直影響著北方森林生態(tài)系統(tǒng)彈性。研究表明對(duì)于北方寒溫帶森林來(lái)說(shuō)，火干擾增加30%可以帶來(lái)森林生態(tài)彈性的提升，而火干擾增加200%卻降低了森林生態(tài)彈性均值。

5）適度林火可降低火險(xiǎn)。對(duì)于有些森林群落，長(zhǎng)期阻止自然火的發(fā)生，反而容易釀成更大的火災(zāi)。比如，森林中的地表小火可以及時(shí)清理掉灌木和小樹(shù)。如果任由灌叢和小樹(shù)生長(zhǎng)，會(huì)聚集更多的森林燃料，一旦成火火勢(shì)會(huì)順著灌叢爬上大樹(shù)的樹(shù)冠，會(huì)毀掉整個(gè)森林。美國(guó)在林業(yè)上就廣泛采用“計(jì)劃燒除法”來(lái)清除林內(nèi)累積物，從而在一定程度上減少了大火發(fā)生的可能性，把大火分解成人工控制下的若干小火，以低能量火取代高能量火，把火害轉(zhuǎn)變?yōu)榛鹄?/p>

植物進(jìn)化的“小心機(jī)”

高聳筆直的桉樹(shù)林 | Freepik.com

如果說(shuō)，以上討論還有些像在吃“大鍋飯”，新研究則讓我們看到不同植物的“小心機(jī)”。

研究人員測(cè)量了194個(gè)陸地植物的可燃性，嘗試從分子遺傳學(xué)層面探尋植物可燃性的進(jìn)化模式。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，親緣關(guān)系近的植物往往可燃性也相似，并且火在植物可燃性進(jìn)化中起到了重要作用。

毫無(wú)疑問(wèn)，植物確實(shí)有利用火的動(dòng)機(jī)。在林火多發(fā)地區(qū)，它們通過(guò)讓自己變得更加易燃，增加林火發(fā)生的概率，以享受林火發(fā)生后給自身種群繁衍和繁盛帶來(lái)的好處。

而在那些在氣候和地形條件上難以發(fā)生林火的地區(qū)，非常有意思的是，植物遵從了相反的進(jìn)化策略——它們變得更加不易燃了。這可能是因?yàn)椋m度燃燒確實(shí)有不少益處，但鑒于大環(huán)境下林火發(fā)生的低概率，即便進(jìn)化出種種易燃特質(zhì)也還是很難被點(diǎn)燃，干脆就不指望了。

反觀林火高發(fā)地區(qū)，火勢(shì)起來(lái)后再怎么努力也難逃被燒的厄運(yùn)，不如索性燒個(gè)痛快，搭上種群更新繁衍的“火”車。

不過(guò)，到底要燒到什么程度才算合適呢？也是需要一點(diǎn)“智慧”。燒得不到位猶如隔靴搔癢，燒過(guò)頭了又很可能給種群繁衍帶來(lái)危機(jī)，畢竟出發(fā)點(diǎn)不過(guò)是想“洗牌”，弄成“掀桌”就不好收?qǐng)隽恕?/p>

實(shí)際上，很多易燃植物對(duì)于這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，拿捏得非常精準(zhǔn)，簡(jiǎn)直令人稱絕。

以澳洲林火的“帶頭”角色——桉樹(shù)為例，它們?cè)诹只鹬型瑫r(shí)扮演著受害人、受益人乃至加害者的多重角色，哪種角色的戲分多一點(diǎn)，完全取決于林火的規(guī)模和烈度。

由于樹(shù)皮中含有大量油分，桉樹(shù)的可燃性極高。且樹(shù)皮脫落后會(huì)堆積在根部，當(dāng)夏季氣溫達(dá)到四十?dāng)z氏度時(shí)就會(huì)自燃，從而引發(fā)大火，桉樹(shù)也因此從當(dāng)?shù)厝四抢锏玫搅恕捌蜆?shù)”這個(gè)稱號(hào)。

桉樹(shù)脫皮后留下獨(dú)特花紋 | Freepik.com

桉樹(shù)厚實(shí)的樹(shù)皮下，孕育著不少處于休眠狀態(tài)的芽，高溫烘烤可以讓樹(shù)皮開(kāi)裂并喚醒沉睡的芽。此外森林火災(zāi)還能讓桉樹(shù)種子的外殼崩裂，從而促進(jìn)生根發(fā)芽，在燃燒后充滿腐殖質(zhì)的森林生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)先發(fā)地位。

最為奇妙的是，在進(jìn)化過(guò)程中，桉樹(shù)樹(shù)干逐漸變得越發(fā)高大筆直，樹(shù)冠僅僅生長(zhǎng)在樹(shù)尖。火災(zāi)發(fā)生時(shí)堅(jiān)硬厚實(shí)的樹(shù)皮能擋住烈火的烘烤，而高大的樹(shù)干又能避免火苗攀爬，從而保住樹(shù)冠。這種得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，讓它不僅不懼怕火，還能借助林火來(lái)達(dá)到鏟除異己、開(kāi)疆拓土的目的。桉樹(shù)甚至很可能是森林火災(zāi)的“罪魁禍?zhǔn)住薄?/p>

為防火護(hù)林提供重要參考

科學(xué)家們?yōu)槭裁匆芯窟@個(gè)問(wèn)題呢？有何實(shí)際意義？

由于類似的火環(huán)境下，能繁衍至今的植物大多選擇了類似的進(jìn)化策略，親緣相近的植物大多具有相似的燃燒特性，因此，通過(guò)一些已知的標(biāo)志性植物，就能大致判斷其他植物物種的可燃性。

這也為尋找低可燃性物種提供了數(shù)據(jù)。而低可燃性物種可應(yīng)用于生物防火林的建設(shè)和城市規(guī)劃，幫助我們更好地避免森林火災(zāi)的發(fā)生。

同時(shí)，由于植物的可燃性與火環(huán)境密切相關(guān)，我們還可以通過(guò)觀察高可燃性植物喜好在哪些環(huán)境下生長(zhǎng)繁殖，來(lái)幫助森林管理員預(yù)測(cè)和預(yù)防地區(qū)火災(zāi)的發(fā)生。

復(fù)雜而精密的森林系統(tǒng) | 作者供圖

當(dāng)然，關(guān)于植物可燃性的研究還遠(yuǎn)未結(jié)束。因?yàn)橛绊懼参锟扇夹缘奈粗蛩乜赡苓€有很多，比如植物的生長(zhǎng)形態(tài)、系統(tǒng)發(fā)育、其他生物性狀等。若我們大膽猜想，生態(tài)學(xué)家將來(lái)或許可以從植物的外在形態(tài)中估計(jì)植物的可燃性。不過(guò)，所有因素都不會(huì)是孤立存在的，想要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)植物的可燃性，可能還需要更系統(tǒng)綜合的分析。

就目前而言，這一研究讓我們理解了：林火與易燃植物間的關(guān)系，絕非“愛(ài)你的人傷你最深”這般單純，進(jìn)化得越來(lái)越“好燒”的植物們也絕非“受虐狂”，而更可能是“心機(jī)鬼”。

自然界的這場(chǎng)“宮斗”上演了數(shù)億年，唯有主角們克服萬(wàn)難、頑強(qiáng)生長(zhǎng)的意志從未改變。

論文信息：

Cui XL et al, Shoot flammability of vascular plants is phylogenetically conserved and related to habitat fire-proneness and growth form

https://www.nature.com/articles/s41477-020-0635-1

DOI：10.1038/s41477-020-0635-1

作者 | 趙序茅 蘭州大學(xué) 青年研究員

編輯 | 張昊

責(zé)編 | 高佩雯

本文由“科學(xué)辟謠平臺(tái)”（ID：Science_Facts）出品，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

本文來(lái)自版權(quán)圖庫(kù)的圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載。