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3月12日是植樹節(jié)，同學(xué)們或許已經(jīng)參加了各種各樣的植樹活動(dòng)。此外，你的螞蟻森林里，是不是也收獲了不少的“環(huán)保證書”了？

據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，與20年前相比，世界變得更綠了——自2000年代初以來(lái)，全球綠葉面積增加了5％，該面積相當(dāng)于所有亞馬遜雨林的面積，而在這當(dāng)中，至少有25％的貢獻(xiàn)來(lái)自中國(guó)，也就是說(shuō)中國(guó)正在引領(lǐng)全球土地綠化的增長(zhǎng)。

為什么我們要提倡多種樹？植樹對(duì)保護(hù)我們的環(huán)境，改變我們的生活有什么重要的作用？

本期我們邀請(qǐng)了杭州市之江實(shí)驗(yàn)中學(xué)科學(xué)教研組長(zhǎng)齊星老師，來(lái)聊聊植樹造林的問(wèn)題。

植物塑造了地球環(huán)境

顯著影響氣候變化

“在人類還沒(méi)有出現(xiàn)的遠(yuǎn)古時(shí)期，植物就已經(jīng)在地球上不停的湮滅和生長(zhǎng)繁衍了。”一說(shuō)起植物，齊星老師就像平時(shí)在科學(xué)課上一樣講起了進(jìn)化史。

“植物的進(jìn)化歷程經(jīng)歷了藻類綠體階段、陸地苔蘚階段、蕨類繁茂階段、利用種子繁衍的裸子植物階段，最后進(jìn)化到了姿態(tài)萬(wàn)千的被子植物階段，眾多的植被遍布在世界的各個(gè)角落，覆蓋著地球表面及江河湖海。”

眾多的植物可以吸收太陽(yáng)光，通過(guò)植物反射的太陽(yáng)光比***的地面反射的太陽(yáng)光要少。同時(shí)植物葉片通過(guò)蒸騰作用可以實(shí)現(xiàn)水循環(huán)和帶走部分熱量，兼顧了大氣和土壤濕度，也起到調(diào)節(jié)氣溫的作用，從而形成土壤和大氣之間的輻射、熱量和水分的平衡。

植物的根縱橫交錯(cuò)，也可以滯留和截獲一部分降水，減少地表徑流散失，增加了水向土壤深處下滲，有蓄水功能，可以減輕洪澇災(zāi)害，也可以緩解旱情。所以一旦植被遭到破壞或者發(fā)生變化，局部氣候狀態(tài)也會(huì)發(fā)生顯著的變化，植被的破壞會(huì)導(dǎo)致降水減少，空氣越發(fā)干燥，冬季愈發(fā)寒冷，夏季更加炎熱，水土流失加劇，土地沙漠化嚴(yán)重等后果，通過(guò)大氣回流，也影響到周邊區(qū)域的氣候，直至對(duì)全球氣候造成影響。

根據(jù)達(dá)爾文的“物競(jìng)天擇，適者生存”學(xué)說(shuō)，環(huán)境氣候的變化，會(huì)導(dǎo)致不適應(yīng)環(huán)境的生物被淘汰。

“例如植被被大肆破壞，化石燃料的大量使用使地球大氣中二氧化碳含量升高而導(dǎo)致全球氣候變暖的溫室效應(yīng)。”齊老師說(shuō)，“海洋生物為了躲避高溫可能會(huì)往海底更深處或極地遷移，不耐高溫的動(dòng)物會(huì)逐漸死亡甚至滅絕，部分植物的開花期會(huì)受到較大的影響甚至不開花，從而無(wú)法繁衍后代。環(huán)境氣候的變化對(duì)生物的生存和進(jìn)化是個(gè)不小的考驗(yàn)。”

一畝樹林夠65人呼吸

每年擋60噸粉塵

說(shuō)完了植物對(duì)地球的作用，那它們對(duì)我們?nèi)祟惖纳嬗卸嘀匾?/p>

同學(xué)們都知道，綠色植物能利用陽(yáng)光進(jìn)行光合作用制造氧氣供人們呼吸所需，而人們呼出的二氧化碳?xì)怏w又可以作為綠色植物光合作用的原料而被植物吸收利用。

“平均一畝樹林放出的氧氣約夠65人呼吸。因?yàn)橛辛酥参铮厍虼髿庵械难鯕夂磕苁冀K保持在20%左右。”齊星老師說(shuō)，“如果地球上缺少了植物，那么地球上的氧氣將越來(lái)越少，當(dāng)氧氣含量少于10%時(shí)，我們將呼吸困難，最終窒息死亡。”

其次樹木還能防風(fēng)固沙。巨大的樹冠可以增加空氣流動(dòng)的阻力，降低風(fēng)速，如果樹木足夠稠密，足足可以降低50%的風(fēng)速，大風(fēng)經(jīng)過(guò)樹林阻擋后就變成小風(fēng)了，使塵土被吹起的量大大減少。

樹木還是粉塵的過(guò)濾器，一畝樹林一年大約可吸收和阻擋各種粉塵60噸以上。當(dāng)含沙量大的氣流通過(guò)樹林時(shí)，沙塵撞在樹上或經(jīng)過(guò)樹葉的遮擋就不能再前行了，會(huì)迅速下沉。

“枇杷、桑樹等樹木的樹葉上長(zhǎng)有細(xì)小的絨毛，梧桐、棕櫚和核桃等樹木甚至能夠分泌出油脂，它們能把沙塵黏在身上，從而使經(jīng)過(guò)樹林的氣流含沙量大大降低。”齊老師說(shuō)。

植物還可以減少噪音污染。長(zhǎng)期的噪音除了影響我們正常的生活學(xué)習(xí)外，還會(huì)使我們聽力減弱，甚至智力下降。而植樹造林能使噪音減小四至五倍。約40米寬的林帶就可減弱噪音10—15分貝。

除了這些好處，樹木的好處還有很多，如植物的蒸騰作用促進(jìn)了水循環(huán)的進(jìn)行，可以涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候等。一旦我們不合理的開發(fā)利用、過(guò)度放牧、亂砍濫伐、毀林開荒等破壞了森林和草場(chǎng)，就會(huì)造成水土流失和土地荒漠化，使沙塵暴頻繁出現(xiàn)。

“我們國(guó)家黃土高原的形成，其中一個(gè)重要原因就是黃土高原的植被遭到了嚴(yán)重的破壞。”齊老師說(shuō)，“所以植樹造林在維護(hù)生態(tài)平衡中起著重要作用。我們要自覺(jué)履行植樹造林的義務(wù)，不光是植樹節(jié)，在平時(shí)我們也要積極植樹造林，保護(hù)一草一木，為創(chuàng)造我們美麗的家園而貢獻(xiàn)自己的力量。”

以光合作用為基礎(chǔ)的研究

還獲得過(guò)兩次諾貝爾獎(jiǎng)

在上面的內(nèi)容里，我們就看到了“光合作用”這個(gè)名詞。那么，到底什么是光合作用呢？

光合作用是地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)，是規(guī)模最大的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換過(guò)程——光合生物通過(guò)把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，固定二氧化碳為有機(jī)物，同時(shí)釋放出氧，為地球上絕大多數(shù)生命提供食物和氧氣。它還是自然界最高效的太陽(yáng)能固定“機(jī)器”，平均每年通過(guò)光合生物的光合作用所同化的太陽(yáng)能約為人類所需能量的10倍。

所以植被對(duì)于地球的重要性，也就可見一斑。

但其實(shí)，17世紀(jì)以前，人們普遍認(rèn)為植物生長(zhǎng)所需的全部元素是從土壤中獲得的。

17世紀(jì)中葉，比利時(shí)科學(xué)家范?海爾蒙特進(jìn)行了柳樹盆栽實(shí)驗(yàn)。連續(xù)5年只澆水，柳樹重量增加了75kg，土壤質(zhì)量只減少了60g。因此，他錯(cuò)誤地認(rèn)為柳樹生長(zhǎng)所需的物質(zhì)主要不是來(lái)自土壤，而是來(lái)自灌溉土壤的水。

直到1771年，英國(guó)牧師、化學(xué)家約瑟夫·普里斯特利進(jìn)行密閉鐘罩試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，有植物存在的密閉鐘罩內(nèi)蠟燭不會(huì)熄滅，老鼠也不會(huì)窒息死亡，于他提出了植物可以“凈化”空氣。但是他不能多次重復(fù)自己的實(shí)驗(yàn)，即表明植物并不總是能夠使空氣“凈化”。后來(lái)，荷蘭醫(yī)生英格豪斯在約瑟夫·普里斯特利研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，才完善了植物只有在光下才能“凈化”空氣這一論點(diǎn)。

以上3位科學(xué)家便是光合作用研究的先驅(qū)，人們也把1771年定為光合作用的發(fā)現(xiàn)年。

并且，20世紀(jì)初和20世紀(jì)末，有兩次諾貝爾獎(jiǎng)都頒給了以光合作用為基礎(chǔ)的科學(xué)研究成果。

前不久，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院、良渚實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院植物研究所還在全球率先解析了一種古老的光合細(xì)菌——綠硫細(xì)菌的光合反應(yīng)中心空間結(jié)構(gòu)。這對(duì)未來(lái)也有著重要意義——人類有望通過(guò)人工模擬光合作用機(jī)制、仿生設(shè)計(jì)光敏器件；改造植物光反應(yīng)系統(tǒng)、提高太陽(yáng)能利用率，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量，緩解日益突出的糧食和能源問(wèn)題。

中國(guó)森林覆蓋率達(dá)到22.96%

1978年，中國(guó)啟動(dòng)了迄今已持續(xù)40年之久的“三北防護(hù)林工程”，這一原本旨在防風(fēng)固沙、減緩水土流失和荒漠化的工程，在新的時(shí)代背景下與1999年開始的“退耕還林工程”一起被賦予了“減緩氣候變化”的新含義。其背后的邏輯簡(jiǎn)單、清晰、令人振奮——植物經(jīng)由光合作用吸收大氣中的二氧化碳，將其轉(zhuǎn)為生長(zhǎng)所需的碳固定下來(lái)，因此通過(guò)植樹造林可以減少大氣二氧化碳，減緩氣候變化。

植樹造林以及退耕還林還草政策已經(jīng)在中國(guó)取得了肉眼可見的效果。

自從1978年以來(lái)，三北防護(hù)林計(jì)劃在中國(guó)北方十三個(gè)省、市、自治區(qū)種下了660億棵樹。NASA的衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，盡管中國(guó)的植被面積僅占全球的6.6%，但是2000-2017年間中國(guó)的葉面積增長(zhǎng)卻占到同期全球增長(zhǎng)的25%，其中42%是森林的增加帶來(lái)的。這些森林主要分布在黑河騰沖線以東的地區(qū)。

從1982年到2016年，中國(guó)北方地區(qū)的植被覆蓋增加明顯，并且主要是由較為矮小的植被帶來(lái)的。中國(guó)***計(jì)劃在2050年以前在黃土高原再投入588億元用于退耕還林還草。根據(jù)第九次全國(guó)森林資源清查成果，截至2019年，中國(guó)的森林覆蓋率達(dá)到了22.96%。

在植樹造林的過(guò)程中，選擇合適的植物和治理手段相當(dāng)重要。在干旱缺水的地方，灌木或草才是更適合的植物。一系列研究表明在干旱半干旱地區(qū)植樹造林需要適度：過(guò)少的植被會(huì)導(dǎo)致水土流失和生態(tài)系統(tǒng)惡化，但過(guò)多的植被（40~50%以上）也會(huì)影響生物多樣性和水土保持。因此，如何科學(xué)地在干旱和半干旱地區(qū)植樹造林，有待進(jìn)一步的研究。

考考你

地球大氣約有6000萬(wàn)噸，其中氧氣約占空氣體積分?jǐn)?shù)的20%，人們呼吸作用利用氧氣，同時(shí)釋放出等體積的二氧化碳，已知當(dāng)空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)≤10%時(shí)，人將窒息死亡，若地球上的綠色植物全部消失，則地球上的氧氣至少可支持人們存活多久？（已知空氣的密度是1.29kg/m3）

參考答案

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