各位朋友好！我是朱教君，非常高兴能与大家交流森林与人类的关系，并且分享一些我们在森林生态研究中的小故事。

我们都知道，人类就是从森林里走出来的。在文明发展的过程中，森林起着非常重要的作用。森林为我们提供了食物、土地、材料等资源。

现今我们认为，森林是陆地生态系统的主体，它具有防风固沙、水土保持、水源涵养、固碳释氧等一系列功能。

在春秋战国末期，也就是大约2200多年前，我国的森林覆被率经测算大约为64%。特别是东北地区，森林覆被率甚至达到了83%。当时人口有多少呢？大概就4000万。

随着人口的增加，粮食生产的需求越来越大。如果有60%的土地被森林覆盖，耕地从哪儿来呢？只能毁林造田。那么，森林面积自然就减少了。

另外，我国近百年来积贫积弱，帝国主义列强的侵略也给我国的森林资源带来了巨大破坏。比如，1931年“九一八”事变后，日本侵略者占领了东北地区。在随后的14年间，据不完全统计，东北地区被毁掉的森林面积达到了9000万亩，采伐的木材量达到了19亿立方米。直到新中国成立时，我国的森林覆被率仅剩下8%。

新中国成立后，国家百废待兴。尽管森林覆盖率仅剩下8%，但为了生存与发展，只能高强度地利用森林资源。可想而知，我国的森林资源已经所剩无几。不仅是我国，全世界森林面积都发生了变化。

全球气候变化目前已影响到我们每一个人，大家可能都感受到了。气候变化与森林减少息息相关，特别是沙尘暴、水土流失、荒漠化等一系列自然灾害接踵而来。那么，我们该怎么办？

全球主要防护林生态工程

于是，全世界都发起了植树造林行动，致力于建设林业生态工程。例如，美国在20世纪30年代发动的罗斯福大平原防护林工程建设，还有苏联的斯大林改造大自然计划，都是这方面的典型例子。

在所有这些林业生态工程中，我国恢复森林、保护环境的决心是最大的。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，预计到2050年结束。这个工程覆盖了我国东北、华北和西北地区，涉及我国47%的国土面积，90%的沙化土地都集中在这个区域。所以，“三北”工程时间之长、任务之重，堪称世界罕见。

到2023年，该工程已经建设了45年。我们对整个工程进行了评估：45年间，累计造林面积达到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中国成立初期的8%，提升到了现在的24%做出了突出贡献。

樟子松的传奇

那么，这么多的森林，这么多的树，我们应该如何种呢？

其实，这个事情早在70年前就已有了答案。我来自中国科学院沈阳应用生态研究所，该所成立于1954年，当时叫林业土壤研究所。我们建所奠基人之一——刘慎谔先生是一位林学家，也是一位地植物学家。为了治理科尔沁沙地的风沙问题，他告诉我们：一定要向大自然学习，从大自然的规律中找办法。

在当时的科尔沁沙地，风沙危害是非常严重的。

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地方，那里有一片长200公里、宽14公里的天然沙地樟子松分布带。沙地樟子松耐寒、耐瘠薄，是非常适合在沙地种植的树种。所以，刘老先生认为，把这种樟子松引种到科尔沁沙地来造林，应该会成功。

1955年，樟子松被引入到科尔沁沙地南缘，造林获得了成功。大家看到的这几张图片，就是我们那万亩的樟子松人工林。

造林之后，由于风沙得到了有效治理，当地的老百姓就能够种田、放牧了。由于我国沙漠化防治取得的成就，世界上大概40多个涉及沙漠化问题的国家都到我国实地参观学习。

这样一个成功案例之后，“三北”防护林工程开始大量种植樟子松，成为“功勋树种”。到目前为止，樟子松在“三北”地区的造林面积已经达到百万公顷。

这是在科尔沁沙地成功造林的案例。

这是在毛乌素沙地成功造林的案例。

这是在浑善达克沙地成功造林的案例。

这些案例也是我们“三北”工程正在做的一件事情——“三北”防沙治沙攻坚战。樟子松仍然是这场攻坚战里最主要的树种之一。

固沙林怎么会衰退？

樟子松这样一个成功引种的固沙树种当然非常重要，但让我们来看看它出现的问题。

首先是樟子松人工林出现了衰退现象。引种成功的樟子松在生长了大概35到40年的时候，开始出现衰退的现象。

如果把衰退的林子都砍掉，就会“一夜回到解放前”，沙地又会变成原来的流沙状态。这样一来，农牧业生产就没法正常进行了。怎么办？

于是，科学家开始研究：樟子松人工林衰退的真实原因？

衰退采伐

大家都知道，沙地是缺水的，环境是干旱的。而樟子松生长在沙地里，首先想到的问题肯定出在水上。很多人质疑，大面积营造的樟子松纯林如同一个“抽水机”，导致地下水位下降，樟子松最终死于缺水。那么，事实是不是这样呢？

我们团队经过了15年的长期研究，从土壤的水分胁迫、水分来源、水量平衡，还有整个系统的协调性进行了分析。

首先，我们来看土壤水分。因为树木要生长，肯定要从土壤中吸收水分。我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，看看光合作用在什么时候会受到胁迫。

结果发现，如果土壤的含水量小于20%的田间持水量，樟子松的光合作用就会停止。而现实林地在生长季80%的时间里，土壤含水量都小于20%。所以说，如果仅靠土壤的含水量，樟子松肯定是活不了的。

左：探地雷达探测树木根系 右：阻抗仪测地下水位

那接下来，樟子松是不是能用其他来源的水呢？为了搞清楚这个问题，我们用了多种方法。例如，使用探地雷达探测根系的分布情况，看看根系到底有多深；使用阻抗仪探明地下水位的变化；还用δ2H和δ18O同位素分析，来看看树木用了哪里的水。

δ2H，δ18O同位素表示踪不同树种水分来源

经过这些研究，我们得出了结论：樟子松是一种浅根系树种，98%的根系分布在1米以内的范围中。而我们测量得到的地下水位平均在5.5米左右。大家可想而知，如果树的根系特别浅，是吸收不到地下水的。只有当树长得足够大，根系达到3米以上时，才能够吸收地下水。

樟子松可能既用了地下水，也用了土壤水。在这种水分利用情况下，它到底能不能达到水量平衡呢？为了回答这个问题，我们用了热扩散技术（TDP），对人工林和天然林进行了比较。结果发现，天然林能够达到水量平衡，而且还可能有水分盈余。但是，人工林却无法达到水量平衡，每年至少需要额外吸收39毫米的水才能达到平衡。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”？

那么，地下水位为什么会变深呢？

这是我们经过60年长期监测的结果。自1955年在沙地造林开始，我们就启动了地下水位的监测。到我们发现樟子松衰退的时候，请看这张图：地下水位由1955年的0.8米，下降到将近6米。也就是说，地下水位以每年10厘米的速度在不断下降。

那么，到底是不是大面积营造樟子松林导致地下水位下降的呢？为了弄清楚这个问题，我们想了一个办法：用遥感影像，每隔10年提取一次数据，对过去50年的土地利用类型进行解译。通过这些影像，我们可以清晰地看到土地类型的变化，是裸沙、农田、杨树林还是樟子松林。当我们掌握了整个区域的土壤水利用情况后，就可以精准计算出每种土地类型在生态系统里到底消耗了多少水。

通过计算结果发现，60年的时间里，谁消耗的水最多？农田消耗的水量占整个系统耗水量的40%；杨树人工林消耗的水量占了20%；而我们营建的万亩樟子松林消耗的水量仅占12%。

也就是说，樟子松的确衰退了。它为什么衰退呢？大家还记得我前面讲的吧？樟子松是浅根系树种，98%的根系分布在1米以内。如果地下水位低于6米，它是无论如何也吸收不了地下水的。

我们再看看这张图，那是60年的降雨量。每隔15年左右，就会出现一次极低的降雨量，大概只有常年的一半。在这种情况下，地下水位会更深。一旦发生这种情况，樟子松肯定先受到影响。

到了1978年，“三北”防护林工程启动了。大家都知道，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。但这个时候，农民们不再种樟子松，因为樟子松是针叶树种，长得非常慢，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作用。但是，杨树是深根系树种，根系可以分布到6米以下，所以它是真正的“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，就需要抽取地下水来灌溉。所以到底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衰退的呢？

具体来说，是因为农田和杨树林太多，导致整个地下水位下降，整个生态系统不平衡，所以造成樟子松死亡。

人工林无法更新怎么办？

实际上，对于一个固沙林而言，如果只是树木死亡问题并不大。因为大自然新陈代谢、新老交替是正常的。因此，即使樟子松人工林出现死亡，但是能够有后代更新，那就没问题。

左：天然樟子松林更新良好

右：人工樟子松林无更新

但让我们来看这两张图，天然林更新没有问题，但是人工林却不能更新。为什么？天然林更新大概需要四个条件：第一，充足的种源；第二，种子能够萌发；第三，种子萌发后能形成幼苗；第四，幼苗能够成活和生长。

针对这四个要素，将人工林和天然林进行对比后发现，人工林虽可形成幼苗，但是这些幼苗最多能长到5cm，且只能生长1年，到了第二年就没有了。这到底是什么原因？

我们继续向大自然探寻答案，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，是指在苗木根系生长之后，一种真菌微生物与其结合，只有这样的苗木才能存活。

而在人工林的土壤里，恰恰没有这种外生菌根菌。我们在实验室以及野外对这种外生菌根菌做了各种各样的实验。最后发现，当温度超过37～40℃时，外生菌根菌就会永远死亡。

通过观察现实中人工林的土壤状况，在5厘米深的土壤内，每年都有温度超过40℃的时候。也就是说，5厘米深的土壤内绝对没有菌根菌存活。再看樟子松人工林幼苗，由于不能形成菌根，所以无法存活，人工林也就不能天然更新。

那我们有没有应对的办法？既然已经知道了它衰退的机制，解决起来其实非常好办。

首先对于防止樟子松衰退的问题，只要秉持“山水林田湖草沙”一体化的理念，协调好生产、生态以及生活用水，让水资源达到平衡状态，就不会出现樟子松固沙林衰退的现象。

而对于樟子松的更新问题，为什么人工林里的温度会那么高呢？因为当时的老百姓会把林地里的凋落物都搂走，导致林地只剩光光的土壤，这就使得温度升高。所以，只要我们保留近地植被和凋落物，避免温度升高，樟子松就自然能够实现更新了。

天然林竟然也衰退了？

人工林出现了问题，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始衰退，出现大面积死亡的情况。到2024年12月，通过实地调查了解到，这片天然林衰退面积已经达到了5万公顷。

是什么原因导致天然林也衰退了？毕竟在营造人工林时，我们是以天然林为参照物，难道大自然也会犯错？

正常情况下，自然生态系统如果没受到干扰，是不应出现衰退现象的。那么，在樟子松天然林的发展过程中，必定存在某种干扰因素起了作用。是什么干扰因素？我提出以下两个假设：

第一，前面我说了，樟子松是依赖外生菌根菌的树种，没有外生菌根菌就存活不了。实际上，樟子松在生长发展中，还是一个受火干扰驱动的树种。这片天然林大概每10到15年应有一次林火发生。林火的发生有两个作用：一方面，它能对林下植被、凋落物以及土壤进行焚烧，从而杀灭病虫害和病菌；另一方面，林火可使球果受热开裂，种子能进入土壤，进而实现更新。然而，我国严格防控林火，已经多年不发生林火，这是不是导致樟子松天然林衰退的原因呢？

第二，受到全球变化的影响。现在，全球气温显著升高，这是大家有目共睹的事实。樟子松位于大兴安岭的西麓，每年从10月底开始，该地便会被积雪覆盖，直到第二年5月底雪融化结束。樟子松的生长周期与雪水融化密切相关，生长从4月份雪融化时开始，当雪水彻底融化，它的生长也随之结束。但由于温度升高，降雪覆盖量减少，樟子松是不是因水分胁迫而死？

从2018年起，沙地樟子松天然林开始出现衰退现象。而自2019年到2024年，这期间的平均温度比过去70年的总平均温度高了1.3℃。再来看降雪覆盖情况，过去70年的总平均数据显示每年的降雪覆盖天数是142天，然而近5年的监测数据表明，如今每年的降雪覆盖天数仅剩下84天。这是什么概念？温度升高了，雪覆盖的时长大幅减少。当雪开始融化，樟子松便开始生长。可现在的情况是，樟子松的生长还没结束，雪水已经没有了。樟子松的生长面临着“水源短缺”的困境。

所以我认为，我们对林火的严格控制和气候变化导致的温度升高，极有可能是造成沙地樟子松天然林衰退的最主要原因。

回归自然法则和科学方法

所以，现在我们面临着这样的状况：人工林死了，天然林也衰退了。怎么办？即使这样，我仍然要呼吁大家，要遵从自然法则，用科学的办法来解决问题。

关于人工林，前面我说了，只要我们把水资源考虑全面，用山水林田湖草沙一体化的理念和方式来管理森林，那么人工林就不会衰退。

对于天然林，如今温度升高、雪覆盖减少，都不是人为可以控制的。那怎么办？我们可以基于森林循环理论，用人工诱导的方法，把原本单一树种森林转换为混交林，使它能够形成一个新的顶级群落。当然，这还只是我提出的一个想法。

如何从根本上解决气候变化引发的樟子松天然林衰退问题？那就是要积极响应我国的“双碳”目标，切实缓解全球气候变化。

只要造林，只要想造好林，只要想将生态系统管理好，“守正创新，道法自然”就是我们一定要遵从的法则。

谢谢大家！