“三北”防护林体系工程是国际上最大的人工造林工程，45年内累计造林46万平方千米，其间，樟子松更是被称为“勋绩树种”。可是，樟子松人工林却产生了阑珊，科学家们花费数十年时刻，只为寻找这个问题的答案…
出品：格致论道讲坛
以下内容为我国工程院院士朱教君讲演实录：
各位朋友好！我是朱教君，十分高兴能与咱们沟通森林与人类的联系，并且共享一些咱们在森林生态研讨中的小故事。
咱们都知道，人类便是从森林里走出来的。在文明开展的过程中，森林起着十分重要的效果。森林为咱们供给了食物、土地、资料等资源。
现在咱们以为，森林是陆地生态体系的主体，它具有防风固沙、水土保持、水源修养、固碳释氧等一系列功用。
在春秋战国晚期，也便是大约2200多年前，我国的森林覆被率经测算大约为64%。特别是东北区域，森林覆被率乃至到达了83%。其时人口有多少呢？大约就4000万。
跟着人口的添加，粮食出产的需求越来越大。假如有60%的土地被森林掩盖，犁地从哪儿来呢？只能毁林造田。那么，森林面积天然就削减了。
别的，我国近百年来积贫积弱，帝国主义列强的侵犯也给我国的森林资源带来了巨大损坏。比方，1931年“九一八”事故后，日本侵犯者占据了东北区域。在随后的14年间，据不完全统计，东北区域被销毁的森林面积到达了9000万亩，砍伐的木材量到达了19亿立方米。直到新我国建立时，我国的森林覆被率仅剩余8%。
新我国建立后，国家百废待兴。虽然森林掩盖率仅剩余8%，但为了生计与开展，只能高强度地运用森林资源。可想而知，我国的森林资源现已所剩无几。不仅是我国，全国际森林面积都产生了改变。
全球气候改变现在已影响到咱们每一个人，咱们或许都感触到了。气候改变与森林削减休戚相关，特别是沙尘暴、水土流失、荒漠化等一系列天然灾害接踵而来。那么，咱们该怎么办？
▲全球首要防护林生态工程
所以，全国际都发起了植树造林举动，致力于建造林业生态工程。例如，美国在20世纪30年代发起的罗斯福大平原防护林工程建造，还有苏联的斯大林改造大天然方案，都是这方面的典型比如。
在所有这些林业生态工程中，我国康复森林、保护环境的决计是最大的。我国在1978年与改革开放同步启动了“三北”防护林体系工程，规划周期长达73年，估计到2050年完毕。这个工程掩盖了我国东北、华北和西北区域，触及我国47%的国土面积，90%的沙化土地都会集在这个区域。所以，“三北”工程无时刻之长、使命之重，可谓国际稀有。
到2023年，该工程现已建造了45年。咱们对整个工程进行了评价：45年间，累计造林面积到达46万平方公里。这是一个什么概念呢？相当于韩国和日本国土面积的总和。这一工程为使我国的森林覆被率由新我国建立初期的8%，提高到了现在的24%做出了突出贡献。
樟子松的传奇
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那么，这么多的森林，这么多的树，咱们应该怎么种呢？
其实，这个工作早在70年前就已有了答案。我来自我国科学院沈阳运用生态研讨所，该所建立于1954年，其时叫林业土壤研讨所。咱们建所奠基人之一——刘慎谔先生是一位林学家，也是一位地植物学家。为了办理科尔沁沙地的风沙问题，他告知咱们：必定要向大天然学习，从大天然的规则中找办法。
在其时的科尔沁沙地，风沙损害是十分严峻的。
刘老先生是动态地植物学的专家。他发现，我国大兴安岭西麓的呼伦贝尔沙地有一个叫红花尔基的当地，那里有一片长200公里、宽14公里的天然沙地樟子松散布带。沙地樟子松耐寒、耐贫瘠，是十分适合在沙地栽培的树种。所以，刘老先生以为，把这种樟子松引种到科尔沁沙地来造林，应该会成功。
1955年，樟子松被引进到科尔沁沙地南缘，造林获得了成功。咱们看到的这几张图片，便是咱们那万亩的樟子松人工林。
造林之后，由于风沙得到了有用办理，当地的老百姓就可以种田、放牧了。由于我国沙漠化防治获得的成果，国际上大约40多个触及沙漠化问题的国家都到我国实地观赏学习。
这样一个成功事例之后，“三北”防护林工程开端很多栽培樟子松，成为“勋绩树种”。到现在为止，樟子松在“三北”区域的造林面积现已到达百万公顷。
这是在科尔沁沙地成功造林的事例。
这是在毛乌素沙地成功造林的事例。
这是在浑善达克沙地成功造林的事例。
这些事例也是咱们“三北”工程正在做的一件工作——“三北”防沙治沙攻坚战。樟子松依然是这场攻坚战里最首要的树种之一。
固沙林怎么会阑珊？
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樟子松这样一个成功引种的固沙树种当然十分重要，但让咱们来看看它呈现的问题。
首要是樟子松人工林呈现了阑珊现象。引种成功的樟子松在成长了大约35到40年的时分，开端呈现阑珊的现象。
假如把阑珊的林子都砍掉，就会“一夜回到解放前”，沙地又会变成本来的流沙情况。这样一来，农牧业出产就无法正常进行了。怎么办？
所以，科学家开端研讨：樟子松人工林阑珊的实在原因？
▲阑珊砍伐
咱们都知道，沙地是缺水的，环境是干旱的。而樟子松成长在沙地里，首要想到的问题必定出在水上。很多人质疑，大面积营建的樟子松纯林好像一个“抽水机”，导致地下水位下降，樟子松终究死于缺水。那么，实际是不是这样呢？
咱们团队经过了15年的长时间研讨，从土壤的水分钳制、水分来历、水量平衡，还有整个体系的和谐性进行了剖析。
首要，咱们来看土壤水分。由于树木要成长，必定要从土壤中吸收水分。咱们用不同年龄的樟子松，在不同土壤含水量的条件下做试验，看看光合效果在什么时分会遭到钳制。
成果发现，假如土壤的含水量小于20%的田间持水量，樟子松的光合效果就会中止。而实际林地在成长季80%的时刻里，土壤含水量都小于20%。所以说，假如仅靠土壤的含水量，樟子松必定是活不了的。
▲左：探地雷达勘探树木根系
右：阻抗仪测地下水位
那接下来，樟子松是不是能用其他来历的水呢？为了搞清楚这个问题，咱们用了多种办法。例如，运用探地雷达勘探根系的散布情况，看看根系究竟有多深；运用阻抗仪探明地下水位的改变；还用δ2H和δ18O同位素剖析，来看看树木用了哪里的水。
▲δ2H，δ18O同位素标明踪不同树种水分来历
经过这些研讨，咱们得出了定论：樟子松是一种浅根系树种，98%的根系散布在1米以内的规模中。而咱们丈量得到的地下水位平均在5.5米左右。咱们可想而知，假如树的根系特别浅，是吸收不到地下水的。只需当树长得足够大，根系到达3米以上时，才可以吸收地下水。
樟子松或许既用了地下水，也用了土壤水。在这种水分运用情况下，它究竟能不能到达水量平衡呢？为了答复这个问题，咱们用了热扩散技能（TDP），对人工林和天然林进行了比较。成果发现，天然林可以到达水量平衡，并且还或许有水分盈利。可是，人工林却无法到达水量平衡，每年至少需求额定吸收39毫米的水才干到达平衡。而这39毫米的水从哪儿来呢？它只能是从地下水获取。但地下水位太深，樟子松又够不着。
谁才是“抽水机”？
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那么，地下水位为什么会变深呢？
这是咱们经过60年长时间监测的成果。自1955年在沙地造林开端，咱们就启动了地下水位的监测。到咱们发现樟子松阑珊的时分，请看这张图：地下水位由1955年的0.8米，下降到将近6米。也便是说，地下水位以每年10厘米的速度在不断下降。
那么，究竟是不是大面积营建樟子松林导致地下水位下降的呢？为了弄清楚这个问题，咱们想了一个办法：用遥感印象，每隔10年提取一次数据，对曩昔50年的土地运用类型进行解译。经过这些印象，咱们可以明晰地看到土地类型的改变，是裸沙、农田、杨树林仍是樟子松林。当咱们把握了整个区域的土壤水运用情况后，就可以精准计算出每种土地类型在生态体系里究竟耗费了多少水。
经过计算成果发现，60年的时刻里，谁耗费的水最多？农田耗费的水量占整个体系耗水量的40%；杨树人工林耗费的水量占了20%；而咱们营建的万亩樟子松林耗费的水量仅占12%。
也便是说，樟子松确实阑珊了。它为什么阑珊呢？咱们还记得我前面讲的吧？樟子松是浅根系树种，98%的根系散布在1米以内。假如地下水位低于6米，它是无论怎么也吸收不了地下水的。
咱们再看看这张图，那是60年的降雨量。每隔15年左右，就会呈现一次极低的降雨量，大约只需终年的一半。在这种情况下，地下水位会更深。一旦产生这种情况，樟子松必定先遭到影响。
到了1978年，“三北”防护林工程启动了。咱们都知道，防护林可以固沙，固了沙的土地是可以种粮食、增收益的。所以，林子越种越多，农田也开垦得越来越多。但这个时分，农人们不再种樟子松，由于樟子松是针叶树种，长得十分慢，25年左右才起到效果。而杨树不同，它在7到10年就能完全起到防护效果。可是，杨树是深根系树种，根系可以散布到6米以下，所以它是真实的“抽水机”。
在这种情况下，杨树林造得越多，农田开垦得越多。农田多了，就需求抽取地下水来灌溉。所以究竟是什么原因导致地下水位直线下降，是什么原因导致樟子松阑珊的呢？
具体来说，是由于农田和杨树林太多，导致整个地下水位下降，整个生态体系不平衡，所以构成樟子松逝世。
人工林无法更新怎么办？
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实际上，关于一个固沙林而言，假如仅仅树木逝世问题并不大。由于大天然推陈出新、新老交替是正常的。因而，即便樟子松人工林呈现逝世，可是可以有子孙更新，那就没问题。
▲左：天然樟子松林更新杰出
右：人工樟子松林无更新
但让咱们来看这两张图，天然林更新没有问题，可是人工林却不能更新。为什么？天然林更新大约需求四个条件：榜首，足够的种源；第二，种子可以萌生；第三，种子萌生后能构成麦苗；第四，麦苗可以成活和成长。
针对这四个要素，将人工林和天然林进行比照后发现，人工林虽可构成麦苗，可是这些麦苗最多能长到5cm，且只能成长1年，到了第二年就没有了。这究竟是什么原因？
咱们持续向大天然探寻答案，发现天然樟子松固沙林的苗木里有一种外生菌根菌。所谓外生菌根菌，是指在苗木根系成长之后，一种真菌微生物与其结合，只需这样的苗木才干存活。
而在人工林的土壤里，恰恰没有这种外生菌根菌。咱们在试验室以及户外对这种外生菌根菌做了各式各样的试验。最终发现，当温度超越37～40℃时，外生菌根菌就会永久逝世。
经过调查实际中人工林的土壤情况，在5厘米深的土壤内，每年都有温度超越40℃的时分。也便是说，5厘米深的土壤内肯定没有菌根菌存活。再看樟子松人工林麦苗，由于不能构成菌根，所以无法存活，人工林也就不能天然更新。
那咱们有没有应对的办法？已然现已知道了它阑珊的机制，处理起来其实十分好办。
首要关于防止樟子松阑珊的问题，只需秉持“山水林田湖草沙”一体化的理念，和谐好出产、生态以及日子用水，让水资源到达平衡情况，就不会呈现樟子松固沙林阑珊的现象。
而关于樟子松的更新问题，为什么人工林里的温度会那么高呢？由于其时的老百姓会把林地里的凋谢物都搂走，导致林地只剩光光的土壤，这就使得温度升高。所以，只需咱们保存近地植被和凋谢物，防止温度升高，樟子松就天然可以完结更新了。
天然林居然也阑珊了？
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人工林呈现了问题，那天然林是不是就没问题呢？2018年，呼伦贝尔沙地红花尔基的天然樟子松林也开端阑珊，呈现大面积逝世的情况。到2024年12月，经过实地调查了解到，这片天然林阑珊面积现已到达了5万公顷。
是什么原因导致天然林也阑珊了？究竟在营建人工林时，咱们是以天然林为参照物，莫非大天然也会犯错？
正常情况下，天然生态体系假如没遭到搅扰，是不该呈现阑珊现象的。那么，在樟子松天然林的开展过程中，必定存在某种搅扰要素起了效果。是什么搅扰要素？我提出以下两个假定：
榜首，前面我说了，樟子松是依靠外生菌根菌的树种，没有外生菌根菌就存活不了。实际上，樟子松在成长开展中，仍是一个受火搅扰驱动的树种。这片天然林大约每10到15年应有一次林火产生。林火的产生有两个效果：一方面，它能对林下植被、凋谢物以及土壤进行燃烧，然后杀灭病虫害和病菌；另一方面，林火可使球果受热开裂，种子能进入土壤，从而完结更新。但是，我国严厉防控林火，现已多年不产生林火，这是不是导致樟子松天然林阑珊的原因呢？
第二，遭到全球改变的影响。现在，全球气温明显升高，这是咱们众所周知的实际。樟子松坐落大兴安岭的西麓，每年从10月底开端，该地便会被积雪掩盖，直到第二年5月底雪消融完毕。樟子松的成长周期与雪水消融密切相关，成长从4月份雪消融时开端，当雪水完全消融，它的成长也随之完毕。但由于温度升高，降雪掩盖量削减，樟子松是不是因水分钳制而死？
从2018年起，沙地樟子松天然林开端呈现阑珊现象。而自2019年到2024年，这期间的平均温度比曩昔70年的总平均温度高了1.3℃。再来看降雪掩盖情况，曩昔70年的总平均数据显现每年的降雪掩盖天数是142天，但是近5年的监测数据标明，现在每年的降雪掩盖天数仅剩余84天。这是什么概念？温度升高了，雪掩盖的时长大幅削减。当雪开端消融，樟子松便开端成长。可现在的情况是，樟子松的成长还没完毕，雪水现已没有了。樟子松的成长面临着“水源缺少”的窘境。
所以我以为，咱们对林火的严厉操控和气候改变导致的温度升高，极有或许是构成沙地樟子松天然林阑珊的最首要原因。
回归天然规律和科学办法
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所以，现在咱们面临着这样的情况：人工林死了，天然林也阑珊了。怎么办？即便这样，我依然要呼吁咱们，要遵照天然规律，用科学的办法来处理问题。
关于人工林，前面我说了，只需咱们把水资源考虑全面，用山水林田湖草沙一体化的理念和办法来办理森林，那么人工林就不会阑珊。
关于天然林，现在温度升高、雪掩盖削减，都不是人为可以操控的。那怎么办？咱们可以根据森林循环理论，用人工诱导的办法，把本来单一树种森林转换为混交林，使它可以构成一个新的尖端群落。当然，这还仅仅我提出的一个主意。
怎么从根本上处理气候改变引发的樟子松天然林阑珊问题？那便是要积极响应我国的“双碳”方针，实在缓解全球气候改变。
只需造林，只需想造好林，只需想将生态体系办理好，“守正立异，道法天然”便是咱们必定要遵照的规律。
谢谢咱们！
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