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作者:李晨 来源:中国科学报 发布时间:2021/12/1 17:46:52
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崖柏:“活化石”植物重获新生

2021年10月回归到原生地的崖柏  郭泉水摄

2021年11月回归崖柏的果实   郭泉水

2021年11月回归崖柏在野外结实   黄吉兰

2021年11月崖柏种子     黄吉兰

 

这是一种被发现后又“绝迹”100多年的恐龙时代的孑遗植物。

崖柏,柏科崖柏属常绿乔木,属我国特有的珍稀濒危裸子植物、国家一级重点保护植物和国家优先抢救的极小种群野生植物。

《中国科学报》从中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所(以下简称森环森保所)获悉,森林修复与逆境生理生态学科组研究人员在重庆雪宝山国家级自然保护区崖柏回归基地首次发现,在野外回归的40万株9年生崖柏中,有50株结出了圆润饱满的果实。相关研究成果在2021年《林业科学》第11期首篇发表。

“野外回归崖柏结实,预示着新一代崖柏即将诞生,这对于缓解崖柏的濒危状态具有里程碑意义。”从事崖柏研究16年的森环森保所研究员郭泉水对此欣喜不已。

神秘孑遗植物:被发现后又“绝迹”

崖柏天然分布在我国重庆市开州区和城口县大巴山南坡以及四川省宣汉县山区的悬崖峭壁上。郭泉水讲述了崖柏两次被发现的历程。

1892年4月,法国传教士Paul Guillaume Farges(保罗·纪尧姆·法尔热)在我国大巴山南端的重庆市城口县海拔1400米处的石灰岩山地首次发现,并采获带有幼果的崖柏枝叶标本。1899年,Adrien Rene Franchet(阿德理安·勒内·费朗谢)依据此标本作为新种发表,其模式标本被收藏在法国巴黎自然博物馆。

但在此后100多年中,再没有第二次采集崖柏的记录。

鉴于崖柏的稀有性,1984年,我国将崖柏列为二级重点保护植物,并且编入《中国珍稀濒危保护植物名录》。在我国组织编写《中国植物红皮书——稀有濒危植物》时,曾有人多次前往崖柏分布区调查,但均未见其“踪迹”。为此,在1998年国际自然保护联盟(IUCN)公布的1997年度世界受威胁植物的红色名录中,崖柏被列为野生灭绝(EW)物种。

后来我国也沿用此结论,在1999年8月国务院批准公布的《国家重点保护野生植物名录(第一批)》中,崖柏则被排除在外。

然而,两个月后重庆市调查队在执行国家林业和草原局(原国家林业局)组织的“全国重点保护野生植物资源调查”时,却在崖柏标本采集地发现了崖柏野生居群,并采获了带球果的标本。“该标本曾先后得到中国科学院、英国皇家植物园和美国哈佛大学植物分类权威专家的确认,并收藏在中国科学院植物研究所标本馆内。”郭泉水告诉《中国科学报》。

为此,《植物杂志》2000年第3期发表了《崖柏没有绝灭》的报道。2003年,国际自然保护联盟世界林木研究专家组(SSC)重新对崖柏的濒危状况进行评估,定为极危物种(CR);2013年又根据重新发现后崖柏种群恢复状况,评定为濒危物种(EN)。

崖柏被重新发现后,引起国内外植物学界和保护部门的极大轰动。我国政府高度重视保护崖柏,先后组织科研人员对崖柏的地理分布和种群数量进行调查。现已查明,整个分布区有成年崖柏1万株左右,大多生长在远离居民区、人迹罕至的悬崖峭壁上。

郭泉水说,崖柏的保护受到高度重视,有三个原因:一是崖柏起源古老,其木材化石出现在侏罗纪中期,白垩纪为其发展的鼎盛时期,大量消失在第三纪,被称之为源于3亿年前恐龙时代的植物“活化石”;二是崖柏枝叶、树干和树根中富含多种可以净化空气和具有保健作用的有机物质,在医药保健开发利用方面的潜力巨大;三是崖柏生态适应性强,作为园林植物和造林树种具有广阔的应用前景。

探寻崖柏濒危的原因

崖柏的结实周期非常长,从1999年重新发现崖柏至今,仅在2012年出现过一次群体结实,且种子败育现象非常严重。

物种的濒危原因包括外因和内因两个方面。外因是指人为干扰、生态环境变化,内因是指物种的遗传、生理、发育和生殖等特性。“不同物种的濒危原因可能不同,但大多数物种的濒危是上述一个或多个因素协同作用的结果,崖柏也不例外。”郭泉水说。

森环森保所助理研究员秦爱丽从陕西省张村发现的上新世崖柏化石和对崖柏分布区模拟的结果发现,在地质时期,崖柏曾在我国北方广泛分布,只因第三纪和第四纪的气候波动迫使崖柏南迁,并逐渐收缩至大巴山南端和东南端。由此可见,崖柏在漫长的地质年代分布区由大到小的变化主要是气候变化所导致。

“而近代崖柏濒危的主要外因是人类活动和生态环境的破坏,过度利用和栖息地破坏是其最主要的影响因素。人类活动的影响多是在几百年或更短的时间内发生的,虽然历程短,但破坏强度很大。”秦爱丽说。

崖柏是盖房子、打家具、做寿材的理想材料。对当地百姓走访得知,崖柏遭到大规模破坏始于20世纪80年代初期。据说当时在坡地上还有不少胸径在1米以上的崖柏。被砍伐的崖柏多在山上截断并砍成方木后运到山下外销。

森环森保所助理研究员马凡强分析说,崖柏分布区域狭窄,种群数量有限,与当地广布种比较,同样的砍伐强度和砍伐频次,崖柏比其他树种可能更容易进入濒危状态。将崖柏砍伐后开荒种植农作物,会导致崖柏生境的丧失或生境片段化。

郭泉水强调,在崖柏“绝迹”期间,人们并不知道崖柏是世界上仅存于我国源于恐龙时代的珍稀树种,因此,在对该物种的保护上存在“盲区”。目前,成年崖柏多见于人际罕至的悬崖峭壁上,这足以证明人类活动是近代崖柏濒危的主要外因。

“崖柏濒危的内在因素也很多。”郭泉水说,通过综合比较分析认为,崖柏存在生殖缺陷是近代崖柏濒危的最主要的内因。重庆药用植物种植研究所副研究员金江群对崖柏的生殖物候、传粉及胚胎发育的研究发现,崖柏从大、小孢子叶球形成至种子成熟的整个发育过程中均存在败育,而胚珠败育及雌配子体游离核时期至幼胎发育期间的败育是其生殖障碍的主要原因。

一般认为,结种间隔期限的长短与生长环境、气候条件以及是否处在最佳生育期有关。如北美香柏的结种间隔期通常为2~5年,但在1949~1974年间,美国威斯康星州东北部的北美香柏每1-3年就会出现一次结种大年。这与其所在地的生长环境与气候条件有一定关系。

郭泉水说,目前,崖柏的根系多扎在岩石缝隙中,土层浅薄、缺水、缺肥实属常态,生境条件严酷,而且现存崖柏多处于高龄状态,大多数植株已过了最佳生育期,生殖力下降。通过建立保护区,人为活动对崖柏的不利影响得到了有效控制,但崖柏自身存在的生殖缺陷很难在短期内通过人为调控得以解决。

回归野外的崖柏进入生育期

“崖柏现实种群的年龄结构为呈衰退型,更新幼苗幼树很少,其主要原因在于用于更新的种源不足。老龄个体死亡后,幼龄个体不能及时补充,这是野生崖柏面临的最大问题。采用人工繁殖而后野外回归则成为解决野生崖柏因种源不足而导致幼苗幼树缺乏的有效途径。”郭泉水说。

珍稀濒危植物的回归也称为“再引种”,是指在一个物种发生濒危的现有分布区域或已经灭绝的历史分布区域内建立新种群的行动。对于被回归的植物而言,回归的目标是它们应该能适应其回归的自然环境,并能够自我维持,正常繁衍其后代,成为该群落的成员,还能在所属生态系统中发挥功能作用。

我国崖柏的野外回归是在2012年采集种子,2013年播种育苗,2015~2016年期间完成的。首批回归崖柏植株数量在40万左右,面积4000余亩。回归前,科研人员围绕崖柏回归适生地选择广泛开展了试验研究,明确了适宜崖柏回归的海拔范围及其他生境条件。

因首批回归的崖柏仍带有试验示范性质,为了尽量体现同归地的生境多样性,将回归地分别布设在了重庆雪宝山和大巴山国家级自然保护区及周边地区的退耕还林地和林中空地上,在林冠下也有少量栽植。

郭泉水说,近日,他们在回归基地惊奇的发现,有50株通过种子繁殖而后野外回归的9年生崖柏结出了饱满的种子。这标志着回归崖柏开始进入生育期。“虽然首次发现结饱满种子的植株与回归崖柏的植株数量比还非常有限,但这对于缓解崖柏种群天然更新幼苗幼树数量不足,维持崖柏种群的稳定和持续发展具有里程碑意义。随着回归崖柏树龄的增加,结果实的植株必然会越来越多。”

近期,研究人员开始对崖柏的种子活力进行测定,并研究制定对回归崖柏结实动态长期监测以及长期开展崖柏扩繁和野外回归的工作计划。

 

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