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森林——地球之肺 为什么是人类的宝库?

来源:科普中国

  森林是林木、伴生植物、动物及其与环境的综合体。它具有丰富的物种,复杂的结构,多种多样的功能。森林被誉为“地球之肺”。

  地球上首次出现森林的时期

  泥盆纪(距今4.2亿~3.6亿年)是陆生植物的大发展时期。到了中泥盆世时期,地球上首次出现了森林。

  泥盆纪时期的植物种类多,数量大,但外观却和今天的植物差别极大。构成泥盆纪森林的植物主要有三种类型,即乔木状石松类、前裸子植物类以及早期真蕨类植物。严格地说,这三种类型的植物都是依靠孢子进行繁殖的,都属于蕨类植物。

  石松是一种蕨类植物,它的孢子叶一般聚集成穗状,孢子囊着生在具有单叶脉的小型叶腹面上。现生石松全都是草本,分布于热带和亚热带等地区。大型石松类植物是古生代森林的重要组成植物之一,当今世界部分煤田中的煤就是由这些高大的植物经成煤作用而形成的。

  裸子植物尽管在泥盆纪已经出现,但只是较低矮的植株。前裸子植物中最具代表类型的植物是古羊齿。它是最早具有现生树木外观的植物,这种树的树干与今天的松树类似,高可超过20米,其树干的化石就是最早的硅化木。

  真蕨类植物化石是从美国纽约中泥盆世的地层中发现,高可达5~6米。这种植物具有复杂的分枝系统,被称为枝蕨类。

蕨类植物化石

  不断发展变化的森林

  最早的森林出现在中泥盆世时期。从那时起,在漫长的地质历史时期,随着植物演化、气候变化、海陆变迁等,森林也在不断发生改变。

  古生代时期的森林主要由一些大型乔木状蕨类植物构成,石炭纪的大量煤层就是古生代蕨类植物森林所形成的。

  到了中生代三叠纪以后,陆地景观发生了明显的改变,裸子植物开始成为森林中的优势类群。因此,在中生代侏罗纪的地层中,往往可以找到大量裸子植物的硅化木化石,比如南洋杉、水杉、红杉等硅化木化石。相对蕨类植物来说,裸子植物对温度和水分条件适应性更强,因此中生代以裸子植物为主的森林可能具有更为广阔的分布范围。很多中生代时期起源的裸子植物,如银杏、水杉等,其生命史一直延续到了今天。

  中生代接近结束的时候,被子植物开始登上历史舞台。到了新生代以后,被子植物逐渐兴盛,并逐渐成为陆地植被中的主体和优势类群。那时的森林和草原的面貌与现在地球上的差不多了。

美国密歇根州史前森林

  煤炭是古代植物埋藏在地下,经历了复杂的生物化学和物理化学变化,逐渐形成的固体可燃性矿物。植物变成煤,首先要有数量庞大的植物量,煤的主要成分是碳,而植物是煤的主要碳源。因此,能够成煤的植物在地质历史时期都曾形成规模庞大的森林。其次,还要有足够的水。植物体内的有机物,必须长期在水的浸泡下,才能经生物化学变化转变成泥炭。

  要同时满足这两种条件,必须存在规模庞大的沼泽森林。这种类型的森林在石炭纪等地质时期非常普遍。石炭纪地球植物大繁盛,为煤的形成奠定强大的物质基础,后来的造山运动为煤的形成提供了外部条件,经过长年累月,便有了煤。

  地质历史上有三个大的成煤期:一是古生代的石炭纪和二叠纪,成煤植物主要是孢子植物,主要煤种为烟煤和无烟煤;二是中生代的侏罗纪和白垩纪,成煤植物主要是裸子植物,主要煤种为褐煤和烟煤;三是新生代的古近纪,成煤植物主要是被子植物,主要煤种为褐煤,其次为泥炭,也有部分烟煤。

  为什么说森林是人类的宝库?

  茂密的森林为大量植物、动物、微生物创造了生存条件。森林中的物种极为丰富,据估计地球上现有1000多万个物种,仅森林密集的热带雨林内就聚集着约400万个物种。相比之下,温带雨林由于经历了冰川时期的地质变迁,物种数量要少得多,不过却拥有众多高大又结实的珍贵树种,许多珍禽异兽也生活于其间。可以说,森林是最丰富、最珍贵的物种“基因库”,是人类探索、研究和发掘生物资源和自然遗产的重要基地。

  20世纪70年代,为了培育能抵抗矮化病的水稻新品种,农业专家在印度中部的热带雨林中寻找具有强抗性基因的野生稻种,结果仅找到1种。如果当时一无所获,亚洲的水稻恐怕就难再有“身强体壮”的后代了。根据美国国家癌症研究所评估,目前鉴定出的具有抗癌效果的植物中约有70%来自热带雨林。一种正在研发的用于治疗艾滋病病毒的新药,就是从在加里曼丹岛热带雨林中发现的树种中提取出来的。

  森林对人类有着重要的直接经济价值。全世界的森林每年提供的木材超过23亿立方米。此外,森林还为人类提供橡胶、松香等工业原料,提供蔬菜、水果、食用菌等食物和药材。毫不夸张地说,森林就像一个巨大的绿色宝库,慷慨地为人类提供资源,同时也有待于人类进一步认识和合理发掘。

森林的早晨

  森林与能源到底有什么关系?

  在化石燃料出现以前,森林里的木材是人类主要能源来源。今天,全世界仍有20多亿人口依靠木材满足能源需求。木材是许多发展中国家的主要能源来源,发展中国家的木材消耗量约占全球总量的90%。木材的不可持续采伐给经济和环境带来了严重影响。

  依靠森林资源作为能源的并非只有发展中国家。森林生物量带来的生物能源约占欧洲可再生能源消耗量的一半。欧洲各国正在改变发电厂从单一煤炭来源转变为煤炭与木材混合来源,以此满足可再生能源的“碳中和”目标。

  由于生物质能源技术的发展,以及对温室气体排放的积极关注,生物质能源仍将作为各国未来可再生能源的重要来源。

阿尔山国家森林公园

本文由以下文章编辑而成:

原标题:森林:地球之肺 科普中国 2017年08月27日

原标题:森林为什么是人类的宝库? 2017年12月18日

文中配图来自网络。

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森林,地球之肺,植物,环境

编辑:毕鸣

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