科学汇 | 一亩树林作用有多大?能抵挡多少沙尘?了解森林的知识,看这里

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钱江晚报·小时新闻 记者 郑琳 

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3月12日是植树节,同学们或许已经参加了各种各样的植树活动。此外,你的蚂蚁森林里,是不是也收获了不少的“环保证书”了?

据权威数据显示,与20年前相比,世界变得更绿了——自2000年代初以来,全球绿叶面积增加了5%,该面积相当于所有亚马逊雨林的面积,而在这当中,至少有25%的贡献来自中国,也就是说中国正在引领全球土地绿化的增长。

为什么我们要提倡多种树?植树对保护我们的环境,改变我们的生活有什么重要的作用?

本期我们邀请了杭州市之江实验中学科学教研组长齐星老师,来聊聊植树造林的问题。 

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植物塑造了地球环境

显著影响气候变化

“在人类还没有出现的远古时期,植物就已经在地球上不停的湮灭和生长繁衍了。”一说起植物,齐星老师就像平时在科学课上一样讲起了进化史。

“植物的进化历程经历了藻类绿体阶段、陆地苔藓阶段、蕨类繁茂阶段、利用种子繁衍的裸子植物阶段,最后进化到了姿态万千的被子植物阶段,众多的植被遍布在世界的各个角落,覆盖着地球表面及江河湖海。”

众多的植物可以吸收太阳光,通过植物反射的太阳光比裸露的地面反射的太阳光要少。同时植物叶片通过蒸腾作用可以实现水循环和带走部分热量,兼顾了大气和土壤湿度,也起到调节气温的作用,从而形成土壤和大气之间的辐射、热量和水分的平衡。

植物的根纵横交错,也可以滞留和截获一部分降水,减少地表径流散失,增加了水向土壤深处下渗,有蓄水功能,可以减轻洪涝灾害,也可以缓解旱情。所以一旦植被遭到破坏或者发生变化,局部气候状态也会发生显著的变化,植被的破坏会导致降水减少,空气越发干燥,冬季愈发寒冷,夏季更加炎热,水土流失加剧,土地沙漠化严重等后果,通过大气回流,也影响到周边区域的气候,直至对全球气候造成影响。

根据达尔文的“物竞天择,适者生存”学说,环境气候的变化,会导致不适应环境的生物被淘汰。

“例如植被被大肆破坏,化石燃料的大量使用使地球大气中二氧化碳含量升高而导致全球气候变暖的温室效应。”齐老师说,“海洋生物为了躲避高温可能会往海底更深处或极地迁移,不耐高温的动物会逐渐死亡甚至灭绝,部分植物的开花期会受到较大的影响甚至不开花,从而无法繁衍后代。环境气候的变化对生物的生存和进化是个不小的考验。”

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一亩树林够65人呼吸

每年挡60吨粉尘

说完了植物对地球的作用,那它们对我们人类的生存有多重要?

同学们都知道,绿色植物能利用阳光进行光合作用制造氧气供人们呼吸所需,而人们呼出的二氧化碳气体又可以作为绿色植物光合作用的原料而被植物吸收利用。

“平均一亩树林放出的氧气约够65人呼吸。因为有了植物,地球大气中的氧气含量能始终保持在20%左右。”齐星老师说,“如果地球上缺少了植物,那么地球上的氧气将越来越少,当氧气含量少于10%时,我们将呼吸困难,最终窒息死亡。 ”

其次树木还能防风固沙。巨大的树冠可以增加空气流动的阻力,降低风速,如果树木足够稠密,足足可以降低50% 的风速,大风经过树林阻挡后就变成小风了,使尘土被吹起的量大大减少。

树木还是粉尘的过滤器,一亩树林一年大约可吸收和阻挡各种粉尘60吨以上。当含沙量大的气流通过树林时,沙尘撞在树上或经过树叶的遮挡就不能再前行了,会迅速下沉。

“枇杷、桑树等树木的树叶上长有细小的绒毛,梧桐、棕榈和核桃等树木甚至能够分泌出油脂,它们能把沙尘黏在身上,从而使经过树林的气流含沙量大大降低。 ”齐老师说。

植物还可以减少噪音污染。长期的噪音除了影响我们正常的生活学习外,还会使我们听力减弱,甚至智力下降。而植树造林能使噪音减小四至五倍。约40米宽的林带就可减弱噪音10—15分贝。

除了这些好处,树木的好处还有很多,如植物的蒸腾作用促进了水循环的进行,可以涵养水源、调节气候等。一旦我们不合理的开发利用、过度放牧、乱砍滥伐、毁林开荒等破坏了森林和草场,就会造成水土流失和土地荒漠化,使沙尘暴频繁出现。

“我们国家黄土高原的形成,其中一个重要原因就是黄土高原的植被遭到了严重的破坏。”齐老师说,“所以植树造林在维护生态平衡中起着重要作用。我们要自觉履行植树造林的义务,不光是植树节,在平时我们也要积极植树造林,保护一草一木,为创造我们美丽的家园而贡献自己的力量。”

 

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以光合作用为基础的研究

还获得过两次诺贝尔奖

在上面的内容里,我们就看到了“光合作用”这个名词。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学反应,是规模最大的太阳能转换过程——光合生物通过把太阳光能转变成化学能,固定二氧化碳为有机物,同时释放出氧,为地球上绝大多数生命提供食物和氧气。它还是自然界最高效的太阳能固定“机器”,平均每年通过光合生物的光合作用所同化的太阳能约为人类所需能量的10倍。

所以植被对于地球的重要性,也就可见一斑。

但其实,17世纪以前,人们普遍认为植物生长所需的全部元素是从土壤中获得的。

17世纪中叶,比利时科学家范•海尔蒙特进行了柳树盆栽实验。连续5年只浇水,柳树重量增加了75kg,土壤质量只减少了60g。因此,他错误地认为柳树生长所需的物质主要不是来自土壤,而是来自灌溉土壤的水。

直到1771年,英国牧师、化学家约瑟夫·普里斯特利进行密闭钟罩试验时发现,有植物存在的密闭钟罩内蜡烛不会熄灭,老鼠也不会窒息死亡,于他提出了植物可以“净化”空气。但是他不能多次重复自己的实验,即表明植物并不总是能够使空气“净化”。后来,荷兰医生英格豪斯在约瑟夫·普里斯特利研究的基础上进行了多次实验,才完善了植物只有在光下才能“净化”空气这一论点。

以上3位科学家便是光合作用研究的先驱,人们也把1771年定为光合作用的发现年。

并且,20世纪初和20世纪末,有两次诺贝尔奖都颁给了以光合作用为基础的科学研究成果。

前不久,浙江大学医学院、良渚实验室联合中国科学院植物研究所还在全球率先解析了一种古老的光合细菌——绿硫细菌的光合反应中心空间结构。这对未来也有着重要意义——人类有望通过人工模拟光合作用机制、仿生设计光敏器件;改造植物光反应系统、提高太阳能利用率,从而提高农作物产量,缓解日益突出的粮食和能源问题。

中国森林覆盖率达到22.96%

1978年,中国启动了迄今已持续40年之久的“三北防护林工程”,这一原本旨在防风固沙、减缓水土流失和荒漠化的工程,在新的时代背景下与1999年开始的“退耕还林工程”一起被赋予了“减缓气候变化”的新含义。其背后的逻辑简单、清晰、令人振奋——植物经由光合作用吸收大气中的二氧化碳,将其转为生长所需的碳固定下来,因此通过植树造林可以减少大气二氧化碳,减缓气候变化。 

植树造林以及退耕还林还草政策已经在中国取得了肉眼可见的效果。 

自从1978年以来,三北防护林计划在中国北方十三个省、市、自治区种下了660亿棵树。NASA 的卫星数据显示,尽管中国的植被面积仅占全球的6.6%,但是2000-2017年间中国的叶面积增长却占到同期全球增长的25% ,其中42%是森林的增加带来的。这些森林主要分布在黑河腾冲线以东的地区。 

从1982年到2016年,中国北方地区的植被覆盖增加明显,并且主要是由较为矮小的植被带来的。中国政府计划在2050年以前在黄土高原再投入588亿元用于退耕还林还草。根据第九次全国森林资源清查成果,截至2019年,中国的森林覆盖率达到了22.96% 。 

在植树造林的过程中,选择合适的植物和治理手段相当重要。在干旱缺水的地方,灌木或草才是更适合的植物。一系列研究表明在干旱半干旱地区植树造林需要适度:过少的植被会导致水土流失和生态系统恶化,但过多的植被(40~50%以上)也会影响生物多样性和水土保持。因此,如何科学地在干旱和半干旱地区植树造林,有待进一步的研究。  

考考你 

地球大气约有6000万吨,其中氧气约占空气体积分数的20%,人们呼吸作用利用氧气,同时释放出等体积的二氧化碳,已知当空气中氧气体积分数≤10%时,人将窒息死亡,若地球上的绿色植物全部消失,则地球上的氧气至少可支持人们存活多久?(已知空气的密度是1.29kg/m3)

参考答案

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钱塘春韵
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