我们在山头种了30万棵树，终于找到了让森林高产的“混搭”法则

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The following article is from 格致论道讲坛 Author 马克平

优势树种越强，自然越要想办法遏制，留下空间和资源给弱者生存，所以我叫它反马太效应。

马克平 · 中国科学院植物研究所研究员

格致论道第 104 期｜2023 年 10 月 14 日北京

大家好，我叫马克平，来自中国科学院植物研究所。今天想要介绍科学研究能够为生物圈保护区、为各类保护地提供什么样的支持。听到中国科学院，大家可能以为我们都是在做研究、发表论文，但其实我们也一直在寻求一种双赢的模式：就是研究做得好的同时，还能给社会、给政府决策者提供支持。今天我就想给大家介绍一个体现这样发展思路的案例。

左起：浙江大学傅承新和丁炳扬，华南植物园叶万辉和赵南先，植物研究所马克平，浙江大学丁平和于明坚，华东师大达良俊，古田山保护区钱海源。

首先，大家看一下这张照片。这是 2002 年拍摄的浙江开化县古田山国家级自然保护区，现在已经变成钱江源国家公园了。我那个时候还是很年轻的，但现在已经变成老同志了，其他人也都跟我一样变成老同志了。但是这张照片依然非常珍贵——它记录了我们在古田山国家级自然保护区工作的起点。

这里我要特别感谢最后一排伸着脖子跟我们一起照相的那位老师，他叫于明坚，现在已经是浙江大学的教授。

于明坚当时跟我说了好几次，在浙江古田山保护区有非常好的常绿阔叶林。我不太相信，因为像人类活动那么强烈的地方，怎么还可能有原始的、低海拔的常绿阔叶林？但是他几次邀请我去，后来我就邀请了其他几位老师一起前往，包括不在这张照片里的华东师范大学的宋永昌教授。

在地面的时候，我们看不到林冠，但这张由无人机拍摄的照片展现了这里漂亮的常绿阔叶林的原始林。

2009 年的时候，我们在国际生态学旗舰刊物《生态学》（Ecology）杂志上发表了一篇封面文章，特意把这个非常漂亮的常绿阔叶林印到它的封面上，让不光是中国人，还有外国人看看我们保存得很好的常绿阔叶林。

我前两天看到有这样一首诗，其中有几句话让我印象深刻。这首诗是三毛写的，她说，" 如果有来生，要做一棵树，站成永恒。" 然后她又分析了一下这棵树，说，" 没有悲欢的姿势，一半在尘土里安详，一半在风里张扬；一半洒落荫凉，一半沐浴阳光。" 她说的还是挺有道理的，但是从生态学角度并不完全是这样。

生态学家看森林和文人看森林是不一样的，从生态学角度怎么去看一棵树、一片林子呢？单独的一棵树是一个状态，如果把它放到林子里，那状态又不一样了。这些植物能直接利用太阳能，把太阳能转变成其他生物可以利用的能量形式，各种动物包括人类，都是要靠直接或者间接吃植物才能够生存下来，因为植物是唯一一个可以直接固定太阳能的生物类群。离开植物，整个生命世界就不存在了。

了解一片原始林的全部

所以植物是非常重要的，我们想了解植物在自然界是怎么生存的，又有什么可以利用的规律。因此就在古田山的常绿阔叶林原始林做这个研究。

我们把古田山上一片 24 公顷的林子建成一个样地，里面所有胸径 1 公分以上的树木都给它定位、挂牌子、量胸径，每 5 年复查一次，这样我们就能看到整片林子有什么变化，每一棵树是活着还是死亡，是长得快还是长得慢，导致这样的原因是什么。

我们还要看这棵树周边的树是同一个物种的、还是不同物种的。根据我们的研究，如果它周边的树是不同物种的，就有利于这棵树的生长，也就是说多样性能帮着这棵树长得更好，这是其中一个结果。

这个样地要怎么建呢？首先要把地抽成 20 米乘 20 米的格子。光是打这个格子，4 个人就做了四五个月的时间。400 米乘 600 米，用全站仪一条线下去不能偏，在山里是很难的。然后要把每一个 20 米乘 20 米的大格子抽成 5 米乘 5 米的小格子，这是一个调查单元。我们调查了两年才把这个样地调查完，按照现在的用工费用计算的话，建这一个样地至少要 100 万人民币，非常不容易。

样地里还有接种子雨和枯落物的、监测幼苗动态的各种样方。所以我们这个样地不光是对大树，也还有对种子、对幼苗、对整个一片林子的全面监测。

塔体高度 60 米（热带 80 米），超过森林林冠 20%

我们现在还有更高级的设施，就是把大家在城里看到的建高楼的塔吊安在森林里边。它有 60 米高，臂长也是 60 米，而且这个臂是可以 360 度旋转的。

它还有个轿厢，可以上下前后四周转。研究人员乘坐这个铁塔的轿厢，可以到达铁塔下面 1.13 公顷林子里的每一个林冠。

在全世界，我们生物多样性知识最贫乏的有 3 种生境类型：第一个是海洋，特别是深海；另一个就是土壤或沉积物；第三个就是林冠，因为很难到达。我们用了这个铁塔以后，就可以按照需求到达其下面任何一个林冠上采集样品，测量它的呼吸、光合作用……各种生理速率都是可以做的，所以非常先进。

全世界现在在用的这种铁塔只有 19 个，我们国家就有 8 个，而且是从温带一直到热带。中国是唯一一个气候带谱齐全的国家——从寒温带一直到热带，这是其他国家不具备的独特条件。有了这些监测，我们就可以给保护地提供一些建议。

另外一个监测就是关于动物的。从 2014 年的 5 月份开始，每一平方公里我们都放一台红外相机，监测到很多野生动物，包括两种国家一级保护动物——黑麂和白颈长尾雉。

它们分布在什么地方我们都很清楚。黑麂主要分布在核心区里林子比较好的地方，而白颈长尾雉基本上不在核心区里，大多在实验区甚至于保护区外，因为它要去油茶等各种农田里觅食。知道了它在哪儿，怎么活动，我们就可以制定有针对性的保护方案，所以这是很有意义的。

黑麂与黄麂在古田山自然保护区的空间分布（上图为黑麂，下图为黄麂）

这是连续 7 年的数据，上边是黑麂，下边是黄麂，和黑麂是一个属的兄弟。但是黑麂数量比较少，而且主要在核心区里；黄麂数量很多，到处都跑。

2014-2018 年种群动态（左上为黑麂，右上为黄麂，左下为白颈长尾雉，右下为白鹇）

这些信息很重要。分析了这几年监测的数据后，可以看到黑麂的种群基本上是平稳的，有时候稍微下降一点，然后又会稍微上升一点。我们常说，你保护得好不好，要看你保护的主要对象的种群是增加了还是减少了，这是最重要的检验指标，所以我们要做这些监测，提供一些知识和证据。

野生动物照片指数：群落水平的多样性指标

在整个林子里，各种动物的多样性程度是由这个野生动物照片指数（wildlife picture index ）来度量的。从这上面看，它基本上也是比较平稳的，那就说明这个保护地管理得很好，它动物的多样性和重点保护类群的种群都是相对比较稳定的。

钱江源国家公园内黑麂适宜栖息地分布

我们还可以评估哪些栖息地是比较适合这些重要的保护对象的。

自然界的反马太效应

有了这些监测数据以后，我们不仅仅给保护地提供管理的决策支持，也研究科学问题。其中非常重要的一个科学问题就是：在这个林子里边，为什么有那么多植物能够长期共存，而不是优势种逐渐变成单个物种的群落了？

我们研究发现自然界有这种规律后，叫它反马太效应。大家知道，马太效应是你越强，它越支持你，你就变得更强。但是反马太效应说你强，我要想办法遏制你，不让你再发展，留下空间和资源给那些弱者生存，所以我叫它反马太效应。正是因为存在反马太效应，森林才能够保持那么多物种的存在。

为什么会有反马太效应？在我们的专业上叫它密度制约，就是说这个优势种后代比较多，密度就高，那么种子幼苗就更容易感染它母树的病菌，因此死亡率就很高，以此控制它无限度地发展。

我们在《中国科学》（Science China Life Science）上发表了一篇文章。通过分子标记方法，区分母树的幼苗和不是这个母树的幼苗，然后看哪一个受影响更大。研究发现，幼苗跟母树遗传距离越近的，死亡率越高；遗传距离远的，死亡率就低。而遗传距离远的往往都是那些弱者，跟它不是同一个种的，所以这个规律还是挺重要的。

在这个基础上，我们还发现，不仅仅是植物和植物相互作用影响这个过程，病原菌也在里边起了很重要的作用，这是传统的物种共存理论的核心内容。

但是进一步研究还发现，其实不仅仅是病原菌在起作用，那些有益的真菌，像菌根真菌等也在起作用。我们最后的结论是：有益的菌和病原菌之间先相互作用，它们斗争完了以后，这个结果才影响了植物和植物的相互作用，进而影响植物的生存，这个结论拓展了传统的物种共存理论，因此我们这篇文章发在很好的杂志《科学》（Science）上。我们不仅在古田山建立了这样的森林大样地开展研究，从寒温带一直到热带已经建了 25 个这样的大样地，形成了全国的森林大样地网络。

栽 30 万棵树是为了啥？

我还要给大家讲一个故事。我们以前经常说这个种没有了，它携带的基因就不存在了。但其实在这个种灭绝之前，负面效应就已经出现了。