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风不是肥力、水分和阳光，但它却能使得树木长得更快、更好。原来树木在风吹之下，不只是形态有变化，还会长得更快、更有抗性。

这个问题，至少是我们这辈林业人，没有想过的。

但是，古人已有论述，近几十年，在欧洲也在研究。

这些研究，并非单是为了好奇，也是为了指导森林经营及造林。

2019年6月，法国大东部地区林业科学代表、前皇家林学院院长 Meriem Fournier教授，应邀来华，在中国林科院（科信所）做了一个《没有风，哪有树》的报告，报告的观点令所有与会者目瞪口呆。随后，我们向梅教授索取了一些文献，打算简单浏览后，向我国林业科学界推荐这个学术观点。

但是，实现这个愿望是困难的。因为这些文献，核心是用力学、机械学和数学原理论述风与树木的关系的，我们在这方面还是空白的。以下只是点滴体会，转述给大家，错误在所难免。

 风是一个破坏因素。在欧洲，每年因飓风引起的立木蓄积损失超过生物和非生物灾害损失的50%，而这一损失还在增加(Gardiner等2010)。

在这里，我们对风——作为树木生长因子，从它对树木稳定性角度，做些研究。我们发现，树木长期面对慢性风，会变得结构合理、材质坚固，从而也更能够抵御强风。研究发现，风没有矿物质、水和光那样的对于树木的作用，但作为环境因子，参与了树木的生长，实际上还深刻地改变着树木地上和地下部分的规模、形态以及木材属性。

古希腊植物学家泰奥弗拉斯特（Theophraste）也曾观察到正是风塑造了树木的形态和生长。

在林业上，树木对强风应急反应形成的旗帜态，已经是大家都很熟悉的了。

图1 树木的旗帜态

（摘自EHRHART Yves 2018年在北林大报告）

Ennos(1997)有一个生态因子风的综述，强调了慢性风对森林经营的重要影响，事实上风对树木的生长及材性都产生着作用。

图2 GRIGGS-PUTNAM 指数

基于树木因风塑造的形态观察建立的风强度分类模型

19世纪，德国人K.Metzger发明了一个树木主干机械力学模型。

风对一棵树的作用力，是作用在迎风面的树冠上的，树冠扮演着一个船帆的作用，这个“船帆”是由树木的主干支撑，并由根系“锚”固在地上的。风的作用力通过树冠传导到主干上，主干的长度通过杠杆臂效应及根系放大了这个作用力。这些作用力又被分配到具备几何阻力效应的圆木中。对于相同质量的木材，器官越是厚，这个风的作用力就越是被稀释。这些力称为机械应力，依木材方向作为指向（与纤维平行或垂直，牵拉/压缩，或剪切）。当着这个力超出木材的承受力时，就会断裂。K.Metzger(1893)提出了一个想法：在风的作用下，树木形态会自我优化，规避“无用的地方长很多，有用的地方长不足”的发育现象。Claus Mattheck(1991),一位城市树木安全专家，他进一步发展了树木发育的这一共识。我们理解，这就好比人的体育锻炼。锻炼的人，身上的赘肉就没有了，而发育出有助于人体增强机能的肌肉，那么他的抗压能力就强。

作为一种顺着主干传导的稳定的机械抗性，Metzger定义了什么是“最佳传导”。横截面对扭力的抗性是顺着主干以直径的“3次方”而变化的。当着抗力从树冠向地面传导时，为了准确地补偿线性增加的杠杆臂，那么在主干高度上不产生易碎性就应有一个法则，有人推导出了这样一个传导法则。按照这个法则，直径随着树高的1/3次方减少。（以上表述可能不准确）。

为了推断出一个稳定的安全性结果，Metzger认为，仅考虑传导效应依树高而变化是片面的。还要考虑木材的机械抗性往往是随着树高而下降的，因为上部的原木比较年幼。

图3 树木应对风的表现

梅教授团队研究认为，风改变着树木生理学并作用于生长植物学。树木分生组织的机械生物学解释了机械信号的感知和传导机制。但是林业科学忽视了对机械信号的生长响应。在树木的生长模型和森林易损性评估中，应考虑到机械生物学。

一些先锋实验都表明，在林分条件下，树木对风有感知机制和生长响应。不考虑树木对慢性风的适应性，就无法评估林分面对强风的易损性。

图4  慢性风作用于林分示意图

图5  新西兰花旗松生长指数响应曲线

图中黑线两边代表95%置信区间（Watt 等 2010）

 图6                                                 图7

图6  （上左）Knight 的第一个实验(1803)

将树木暴露在风中自由摇曳，与树桩被固定的树木作比较：

——根/茎比（树根与地上部分长度之比）增大， 高径比减小；

——结论：“如果一棵树被栽到多风位置，其大部分的时间都

在风中摆动，它产生的新物质会主要聚集的根部以及树干基部，

而树干其他部分的生长速度会减缓。

图7  （上右）附加载荷的试验

上右图两盆针叶树苗，被置于风吹之下，结果是：

——高生长降低；

——径生长及根部生长增加。

梅教授还给了这样一个实验：大家都知道，林分疏伐后树木的生长会发生变化，那么主干受风摆动的单株，会有什么变化？

实验于2014-2015冬季布置,主要是间伐，然后用绳索固定其中一半的树木，以避免它们随风摆动。如图8所示，A、B、C、D 4种情况。到2015年春、夏测定树木直径断面积。结果还是疏伐以后，能够随风摆动的林木，生长更快。

参见图9。

图8  林分疏伐后，

同一林分内可以随风摆动及被固定的单株生长实验

图9  四个处理，树木生长对比

可以看出在同样的初始断面积情况下，断面积增量由高到低依次为C>D>A>B。由此可以得出的结论是：木材生产不光是由光照、水分、营养等情况所决定的，机械信息也有影响。人们说，没有摆动就没有木材，有一定的道理。

在风的影响下，不仅木材生长更快，树干也会移动。

那么在野外，被风吹着的幼树主干，是否会更快地变得通直呢？

图10 一棵主干弯曲的树木，木材上下应力不同，

改进环境后，新形成的木材会自动校正主干弯曲

图11  树木主干受应力、压力作用，

都会产生材质、材性的自我优化

梅教授还给了几个案例：

1、山毛榉幼龄林林分密度对树木生态学和生长应力的影响。

这项研究旨在探讨欧洲山毛榉种植密度与生长应力之间的关系。将山毛榉幼苗种植在4块样地上，种植密度分别为：2500，5000，10000和40000株/公顷。经过26年的生长后，对所有树木的形态和生长应力进行了测量。结果表明，初始林分密度对生长应力的影响主要表现在对树木形态的影响。

2、间伐和拉线固定处理后云杉生长和生物量分配的变化。

采用间伐对比试验，表明树木随风运动可以增加其直径生长量。

当对林分进行间伐后，剩下的树木就暴露在更强的光照和更大的风应力下。由此带来的树干和根部所受到的局部机械应力，可以增加针叶树的木材形成层的生长，但之前并没有对两者之间的相对重要性进行量化。

实验在4年的时间内，对每种措施下的12棵树进行了生长监测，随后采伐并做解析木研究：从每株伐倒木上的4个高度处取圆盘来测量年轮生长对措施的响应。在“间伐”和“间伐并固定”措施后第二年和随后的几年中有非常大的增长。“间伐”措施的生长要明显高于“间伐并固定”措施的生长，尤其在树干底部，这种生长差异更明显。在靠近树干的根部有相似的生长响应。对风的响应带来的树干和根部的生长，相应地枝桠生长减少。这种生物量分配的变化对树木的水文以及生物力学产生了影响，应当纳入树木生长和稳定模型。

说明：

1、 Meriem Fournier教授的报告，最初是2019年6月10日在中国林科院科信所举行，由科信所陈洁研究员口译。然后由中林联胡雪凡全文翻译这个PPT。原报告的封面，见下图。

图12  梅教授PPT封面

2、 本文，是参考多篇材料综述而成。

3、 文中的那些解释或表述，已经远离了原文献的基本科学素质，核心内容可能基本未能触及。但是，就向国内引介这个新的研究领域而言，应当说，达到了目的。

4 、邀请梅教授访华，是由中国林科院刘世荣院长批准，由林科院国际合作处和科信所共同努力实现的。这次对一位外国专家的邀请产生的效益，超出预期。

5、本文由中林联侯元兆、胡雪凡，中国林科院科信所陈洁，共同翻译，整理。