科学网-哈佛阿诺德树木园案例 | 植物采集的艺术与实践-廖景平的博文

哈佛阿诺德树木园案例 | 植物采集的艺术与实践

2025-6-1 10:57

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图1 2015年秋季，当凯尔·波特（Kyle Port）启程前往爱达荷州北部采集植物时，他乘坐的飞机降落在华盛顿州中部的喀斯喀特山脉地区。舷窗外，森林野火肆虐的浓烟笼罩着阿尔卑斯湖荒野。摄影：Kyle Port

【内容提要】

阿诺德树木园“活体植物收藏专项计划”秉持战略规划与系统思维原则，以系统性植物采集为实践路径，统筹推进生物多样性保育与前沿科研探索的双重目标。该专项实践体系深度融合植物考察方法论与保护技术体系，从原生境生态保护到迁地保护技术创新，构筑自然遗产传承与未来学科发展的多维联结。其战略框架基于科学化采集策略、标准化管理流程及全球化协作网络，着力深化温带植物区系保育机制与进化生物学研究的协同发展，为我国国家植物园时代活植物收藏提供了参考信息。

01 植物采集的构成环节

（1）筹备规划

目标筛选与物种审计：基于生物地理学价值、濒危等级及属级多样性需求，制定包含720个具体目标的采集清单，通过数字标本与区域性植物志划定优先区域。

物候匹配与资源整合：研究目标物种的种子成熟周期与栖息地特征，结合卫星影像与实地观测数据优化采集时机。

法律与后勤保障：获取外采集许可，建立跨机构协作网络（如NACPEC联盟），确保材料运输与检疫合规。

（2）实地采集

团队分工：采用“记录员-采集员-标本员”三位一体模式，运用高枝剪、防水记录表等工具实现高效作业，同时注重生境特征与伴生物种等记录。

生境解析：结合微地形（如坡向、湿度梯度）与植物适应性特征（如耐旱性、光需求）定位目标物种，辅以DNA样本采集与在线植物志检索技术。

随机性策略：在保障核心目标的前提下，对非清单物种（如巨型披针叶榛）进行机会性采集，扩展收藏的生态代表性。

（3）后期处理

种子科学与标本管理：按种子呼吸强度分类包装（如橡子用布袋防过热，杜鹃花用密封袋防逸散），结合冷冻干燥或泥炭藓保湿技术保存活力。

数据归档与共享：将护照数据（即野外数据，如生境描述等，与登录数据、迁地保护科学数据等构成植物迁地保护的完整信息数据）录入数据库，通过数字化影像与标本凭证构建可追溯的科研网络。

02 重要技术要点

（1）物候匹配技术：基于历史标本数据与气候模型预测种子成熟窗口，避免采集未成熟或散落材料。

（2）种子活力维持：针对油脂类种子（如山毛榉）设计通风包装，对呼吸旺盛类群（如槭树翅果）实施分阶段干燥。

（3）标本科学管理：采用帆布压制与吸水纸快速干燥植物凭证，结合分子标记（如DNA提取）完善分类学证据链。

（4）入侵风险防控：通过APHIS检疫流程清除潜在病原体，避免引入亚洲长角天牛等生态威胁。

03 科学叙事与人文价值

植物采集既是严谨的生态实验，亦是充满张力的自然叙事。从爱达荷州野火浓烟中的柳树插条，到四川悬崖边缘的血皮槭追踪，每一次远征都在书写人与植物的共生史诗。正如诗人埃德温·马卡姆所言：“我们向他人生活所传递的一切，终将回馈至我们自身”——这些跨越大陆的种子，终将在苗圃中萌发为连接过去与未来的生命纽带。

阿诺德树木园的“活植物收藏专项计划”正全面展开。公布了该行动的纲领性文件，本期将聚焦实际行动——树木园策展团队如何筹备并执行植物采集考察远征活动？活植物收藏主任迈克尔·道斯曼与植物记录档案经理凯尔·波特结合近期考察经历，以图文并茂的方式分享了植物采集实践。

植物探索之旅将对植物的热爱与冒险精神融为一体。在近145年的历史中，阿诺德树木园通过主导或支持在70多个国家开展的150多次植物采集活动，充分激发了这些热情。随着人类对植物王国认识的不断深入，树木园的活植物收集也得到了相应的发展，对有意识且具有战略性的收藏规划提出了更高的要求。正如《阿诺德树木园学刊》（Arnoldia）前一期（Friedman 等人，2016）所述，全新的10年活植物收藏行动提出了一系列广泛目标，这些目标的实现将既能保护收集的独特遗产，更要将推动其面向未来发展。例如，计划加强那些对生物地理学研究有用的属的物种代表性，如荚蒾属（Viburnum）和紫杉属（Taxus）。为扩大收集属级多样性，拟引种如交让木（Daphniphyllum macropodum）和魁伟南青冈（Nothofagus dombeyi）等临界耐寒类群；同时针对濒危物种，抢在野外灭绝前重点采集受保护物种。

树木园将通过获取近400个目标物种（“采集清单”）实现这些目标，每个物种至少满足一项（通常多项）行动目标。清单中多数类群需多地域样本支撑，因此395个初始物种目标最终扩展为720个具体采集对象。每个目标都需定制获取方案：少数可从苗圃采购，部分通过与协作机构交换获得，另一些则依托学术网络获取——但主要将通过树木园主导或参与的专项远征实现。随着愿景与目标的明确，新一代植物猎人、园艺师及树木园合作伙伴正集结力量，致力于温带植物区系采集与迁地保育。

当科考者步入原生境记录植物形态、采集种子、最终在苗圃培育幼苗时，这份职业的荣耀感臻于顶点。作为植物园从业者，我们更珍视科学探索对收藏管理的多维价值：严谨的行前规划与细致的后期跟进，不仅能提升远征科考成效，更能积累可应用于物种长期保育的认知体系与技术储备。本文结合近期考察与团队实地经验，概述植物采集实务中的关键环节。鉴于已有大量深度文献（详见奥尔特2000年、ENSCONET 2009年报告，以及纪念北美-中国植物探险联盟[NACPEC]成立20周年的《阿诺德树木园学刊》2010年特辑第68卷第2期），本文不作百科全书式赘述。

在未来十年，树木园将开展的大部分考察活动，其采集地点（及方法）将由各种需求决定。简而言之，当个体目标在地图上被标记时，那些含有最多“点”的区域便显而易见地成为探索的首选地点。一个仅含单一物种的区域或许更适合交由承包商或其他方式处理。关于该活动，生物收藏部的罗伯特·道尔（Robert Dowell）研究员被指派负责进行物种审计，以识别这些理想的采集地点。对于标志着该活动启动的2015年秋季的首次考察活动，我们（作者）基于对这些区域的先前了解以及确信它们能够产出符合需求的优质材料，预先选定了考察区域。凯尔于2015年8月24日至9月4日在北爱达荷州进行采集；迈克尔参与了2015年9月1日至18日在中国中部进行的NACPEC考察，专注于收集山毛榉科的血皮槭（Acer griseum），随后又与另一组同事于9月18日至29日在四川北部进行考察。

1 准备工作的重要性

在许多方面，一次采集旅行的成功——无论是短期还是长期——都与计划的充分程度成正比。一旦选定了一次探险活动的大致区域，参与者们便开始深入研究目标物种的生物学特性，包括物种的识别、物候学（例如，成熟种子一年中何时可能出现）、偏好栖息地以及已知存在的特定区域。在线资源有助于信息的收集，目前大量植物标本数据上传至区域性在线植物志，对于选择采集地点非常有帮助。创建目标物种栖息的自然区域和地点清单至关重要，理想情况下，为了提高效率，应包括多个物种，尽管对于高优先级目标，不辞辛劳地获取也是无可厚非的。虽然目标清单确实指导了探险活动，但回顾该地区可能存在的其他物种，并考虑是否有机会收集也是有价值的。最后，对于国内外的采集活动，获取进入地点和采集材料所需的所有适当许可是必不可少的。这些许可与进口植物材料进入美国所需的许可不同。

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图2 在规划下一次树木园考察采集的地点、时间和方法时，可能需要从图书馆的印刷版植物志收藏到在线植物标本馆数据库，再到与实地植物观察者直接通信等多种资源。植物活植物收藏研究员罗伯特·道尔利用多种资源进行物种审计，以帮助确定可能的采集地点。

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图3 规划探险活动的一个重要步骤是确定目标物种种子成熟的时间。在2011年纽约和宾夕法尼亚州的双层地带探险活动中，布伦顿树木园的安德鲁·施密茨展示了他收集的一把成熟中的白蜡树（Fraxinus americana）种子。迈克尔·多斯曼也参与了此次活动。

构建自然区域和物种栖息地的清单对于保护目标物种至关重要，理想情况下，应包括多个物种以提高效率。尽管对于高优先级目标物种，不辞辛劳地获取是无可厚非的。虽然探索活动确实受到这些目标的指导，但回顾该区域可能存在的其他物种，并考虑其潜在的收集价值也是必要的。最后，对于国内外的标本采集，获取进入地点和采集材料所需的所有适当许可是至关重要的。这些许可与进口植物材料进入美国所需的许可不同。

与当地专家合作，分享其知识，是规划过程中的重要环节。他们不仅熟悉当地植物群落（可能还能提前勘察植物），而且在获取许可方面也能提供帮助。这些联系人可以在实际考察期间作为正式的团队成员发挥不可或缺的作用。区域和访问成员可以在从当地植物群落到种质采集技术等多个主题上共享专业知识。此外，出于实际考虑，更多的帮手可以减轻工作负担，因此，团队中增加一名成员是非常有益的。我们发现，三到四人的团队构成对于任务的明确界定和劳动分工在考察期间是理想的。

2 野外实地研究

有一种宿命，使我们成为兄弟；无人能独自走完自己的人生路。我们向他人生活所传递的一切，终将回馈至我们自身。

—— Edwin Markham (1852–1940)

俄勒冈州桂冠诗人对植物园的植物探索活动进行了总结，表达了其中的乐趣与肾上腺素激增的体验，这解释了为何植物探索活动如此令人上瘾。最终，所有的规划与准备工作得以完成，装备装入行囊，野外工作即将展开。抵达目的地并处理完初始的后勤事务（这通常意味着需要适应新的时区）后，团队便向首个采集地点进发。有时，整个旅程仅在一个地点度过。而在其他情况下，考察活动可能覆盖广阔的空间长远的距离，需要几乎每晚更换新的住地（正如2015年血皮槭考察队所经历的），这可能导致一次相当仓促的远征。然而，通常情况下，团队会在一个地点停留数日，这在2015年北爱达荷州考察期间成为了一种模式。

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图4 当地合作者在采集活动中具有不可替代的价值。上图：来自北京植物园的专家作为联络人参与了包括2015年NACPEC考察在内的多项采集活动，该考察专注于研究血皮槭（Acer griseum）。迈克尔·多斯曼和克里斯·巴赫特尔等正在对将用于DNA提取的血皮槭叶片进行分类和整理。下图：来自爱达荷大学植物园和树木园的保罗·瓦尼克与凯尔·波特合作参与了2015年北爱达荷探险。图中他正手持收集的美洲刺参（Oplopanax horridus）样本，位于爱达荷州的塞勒克山脉，卡尼克斯国家森林。

图5 华盛顿州立大学生物科学学院教授兼主任、活植物收藏咨询委员会成员拉里·霍福德（Larry Hufford），在内兹珀斯族部落清水河畔采集刘易斯山梅花（Philadelphus lewisii）的种子。这种西北美原生植物拥有芬芳的白色花朵。

在采集活动开始前，所有参与人员将被分配特定职责（以及所需的相关工具和材料）。一个典型的三人团队的职责可以划分为行程记录员、种质采集员和标本馆凭证采集员。行程记录员为每次采集分配一个唯一编号（采集号），并记录野外笔记和观察结果。这些通常被称为护照数据（passport data），它们不仅描述植物的特征，还包括栖息地、相关物种以及其他关键数据，如GPS坐标。我们发现，使用防水纸打印的野外笔记表格最适合各种天气状况。记录员必须具有敏锐的观察力，工作要细致周到，并且当然需要具备优秀的植物学知识。“好记性不如烂笔头”，因此重要的是立即捕捉信息。此时记录的草率或不完整可能会引发未来数日甚至数十年的问题。即使采集的繁殖材料从未存活，数据（和标本馆凭证）将得以保存。种质采集员负责采集繁殖材料，通常形式为果实，尽管切枝和甚至整个幼苗也是可选的。行程记录员应具备处理采集材料的良好理解，从估计种子活力、确定采集的必要性到选择合适的采集袋。例如，富含油脂的种子如橡子通过呼吸作用会产生大量热量，因此使用布袋以防止过热。然而，杜鹃花的蒴果最好用小的储存袋收集，以防止细小种子逸出。除了常规的修枝剪，一套长柄高枝剪非常实用，因为它们可以延伸额外的3 - 3.7米，通常可以避免攀爬树木。

图6 拉里·霍福德（Larry Hufford）在爱达荷州圣乔伊国家森林的羽溪东部准备道格拉斯山楂（Crataegus douglasii）的凭证标本。2015年北爱达荷州探险期间收集的42个物种的标本几乎全部提交至哈佛大学植物标本馆，以供长期保存和科学研究使用。

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图7 在2014年奥沙克探险活动中，位于阿肯色州，迈克尔·多斯曼（左）与波莉山树木园的伊恩·乔查姆斯（右侧）正在整理一份琴叶栎（Quercus lyrata）的凭证标本，将其置于帆布野外压制器中。

尽管上述活动可能被指定给专人负责，但实际操作中往往需要团队协作。例如，在记录旅行中伴生物种名称或其他植物细节时，所有成员可能会共同参与。在完成其他任务后，特别是如果部分种子采摘工作在野外进行，收集果实通常由全体团队成员共同完成。通常情况下，所有参与者都在忙于拍摄照片，此时宜指定一名成员负责正式记录任务，或至少确保记录者能够记录下哪位参与者拍摄了该采集最全面的照片——包括习性、叶片、果实、栖息地等。在旅行结束时进行最终的照片交换，是确保全面覆盖所有细节的良好做法。

在某些情况下，X标记了确切的目标物种所在之处，而目标物种被发现的位置与预期完全一致。然而，在其他情况下，仅存在目标物种出现在某一区域的暗示，这要求整个研究团队密切观察周围环境，以寻找目标物种存在的线索。例如，目标物种可能是耐旱树种，通常生长在山坡的西面或南面，或是喜阴的灌木，生长在湿润森林中。即使团队成员具备专业知识，并有当地合作者的协助，野外植物鉴定有时仍具有不确定性，因此，一本可靠的野外指南的价值不言而喻。这些书籍在背包中携带时可能感觉沉重如金，但幸运的是，科技的进步提供了帮助。Michael报告称，在中国中部的偏远地区，他多次能够使用手机访问《中国植物志》的在线版。E. H. Wilson对此会有何感想呢？此外，由于团队收集了植物标本，对于一些棘手和具有挑战性的物种，进一步的鉴定工作可以在晚上或甚至在探险结束后进行。

3 晚间活动

在一天的考察活动结束时，所有种质材料和植物标本凭证均需开箱并进行双重核对，以确保每份标本均正确分配了采集编号。果实将准备进行干燥处理或进行其他预处理，例如将肉质的荚蒾果实浸泡于水中以便于清洗。槭属翅果在采集时可能呈绿色或湿润状态，需要进行干燥处理——小型柳条篮是完成此类任务的理想选择，纸盘亦可胜任。呼吸作用旺盛的种子可能需要包裹在少量泥炭藓中，以防止水分过度流失。标本一旦转移到木制压板上，需频繁检查以确保其干燥过程正常进行。为此，准备一套备用吸水纸以便替换使用将有助于这一过程。此外，在傍晚时分，考察记录员或其他人员通常会将手写笔记转换为数字形式，通常使用计算机模板或电子表格。

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图8 位于爱达荷州蛇河上方的野马堡（海拔5,458英尺）及其北坡以及野马岭，是树木园关注的多种物种的栖息地，其中包括了西黄松（Pinus ponderosa）和亮桦叶绣线菊（Spiraea betulifolia var. lucida）。这两种物种均采集自尼兹佩尔塞族国家森林，临近令人叹为观止的地狱峡谷休闲区。

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图9 繁殖材料的包装运输方式具有特定性：移植体、肉质果实和插条需置于湿润的塑料袋中，而球果和种子则应放置于纸质袋内。不论采用何种包装，均需附上手写标签，标明名称、采集号以及考察队名称，并与笔记本或其他记录形式中的条目相对应。这些采集材料均来自于2015年北爱达荷州考察活动。

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图10 北美乔柏（Thuja plicata）是从位于汉娜平地的400年未被采伐的原始林木下挖掘出的，为树木园首次从爱达荷州邦纳县野生采集的标本。

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图11 在海拔超过6000英尺的山区进行徒步旅行时，我们对高山落叶松（Larix lyallii）的搜寻成为了一次非凡的经历。在日光渐逝之际，面对着长达两英里的返程徒步，我们在爱达荷州卡尼克苏国家森林的下罗马鼻湖上方，从一棵特别丰产的样本中收集了球果。在完成收集工作后，我们转身欣赏风景，有幸目睹了两只金雕在空中展示的壮观场面（照片上部中心的黑色小点）。

在国内采集时，可将完整的果实带回，由繁殖工作人员进一步清洗和处理——尽管他们总是乐于接收已清洗的种子。对于国际旅行，种子必须完全清洗以确保能够进口至美国。因此，典型的晚间程序包括处理当天或前一天采集的成果，包括仔细检查是否有昆虫迹象（橡子因藏匿象鼻虫而臭名昭著，而玫瑰果几乎总会有几条蛆虫）。种子一旦完全清洗干净，便会被称量并分成一定量，然后装入可密封的小袋中，每袋均标明物种名称和独特的采集编号。旅行结束时，这些种子将被整理、纳入正式清单，并直接运往美国农业部动植物卫生检验局（APHIS）下属的检查站。经APHIS检查后，种子随后被送往树木园。一些采集者对这一流程表示不满，认为这既不必要又可能带来风险，因为某些材料可能因存在害虫或病原体而被没收。然而，对于树木园而言，这一流程实际上提供了安心保障，因为这确保我们不会引进下一个入侵性害虫，如亚洲长角天牛或绿眶天牛。

尽管记录者对个别收藏品进行了详细记录，并拍摄了大量照片，但旅途中发生的许多事件只能通过叙述形式来捕捉，这一任务由指定的旅行记录员承担。尽管这种记录工作需要额外的时间投入，但由旅行参与者记录沿途所遇人员的姓名、对访问的不同地点和区域进行广泛观察，以及记录使植物探索之旅丰富多彩的事件，如餐饮、野生动物和其他文化事项，具有极高的价值。

4 归家之旅

The real work of an expedition begins when you return.

—— Louise Arner Boyd (1887–1972)

新近获取的植物标本运抵树木园后，我们的繁殖专家们运用精湛技艺促使插条生根、移植定植成活，并精心策划一系列活动以促成种子的萌发。树木园的收藏管理团队开始着手处理植物标本凭证，并整理由考察队成员产生的各类成果（例如，图像、野外笔记）。将与每份标本相关的护照信息输入我们的数据库至关重要。这些数据被用于制作标签、考察报告以及植物标本标签，并通过网络应用和报告与全球共享。随着技术的进步，我们的收藏专家必须考虑和存档的信息量及物品数量也随之增加。以一个实例说明，野外制作数字图像的便捷性增加了考察后的任务量。在过去，当幻灯片和胶片是唯一选择时（确实，我们有那么悠久的历史），需要注释的图像数量较少。而现在，数百甚至数千张图像待标注的情况并不罕见。最终，信息记录文档工作是一项充满爱的劳动，我们沉醉于其精细复杂的细节之中。

图12 树木园中唯一存活的熊果（Arctostaphylos uva-ursi）“马萨诸塞”栽培品种源自华盛顿州奥林匹亚的布里格斯苗圃。来自爱达荷州卡尼克苏国家森林的两个新收集品（上：果实和下：分株）为我们的野生种质资源库增添了宝贵的材料，这对于研究和教育具有重要价值。

我们对植物的热情体现在我们所管理的非凡植物收藏中。阿诺德树木园的“活体植物收藏十年计划”重申了对生物多样性发现以及参与植物探索的人们的承诺。通过分享我们的目标和经验，我们期望激发合作与交流。

在对自然界进行全面探索的过程中，若致力于从其各个领域中提炼出各自所蕴含的丰富知识与乐趣，我们将会发现，相较于对植物和植被的结构、亲缘关系及其习性的观察与研究，没有其他来源能提供更为精致纯粹的娱乐，亦或是更为引人入胜且持续不断的休闲主题。

—— Sir Joseph Paxton (1803–1865)

专栏 1 收藏概念解析

图13 安东尼·S·艾洛在2010年NACPEC考察之旅中，对铁木（Ostrya japonica）种子进行精确称重，编号为24，随后进行包装并运回美国。

术语“收藏”可指代一群活生生的植物，例如植物园中的丁香属（Syringa）收集。然而，在植物采集探险中，“收藏”一词亦用于指代每次独特采集行为的产物。例如，若从同一棵树采集到种子和植物标本，则两者会被赋予相同的收集编号，因为它们源自同一植物。当种子被分发至其他机构时，每个机构将根据其自身系统赋予一个登录编号，但原始的收藏编号将包含在登录记录信息中，以便始终能够追溯到原始来源。

专栏 2 数字中的奥秘

经常被提出的问题是：需要从多少母本植物收集种子？答案取决于具体情境。若目标是尽可能多地捕获该物种群体的遗传变异，尤其是当种子将长期保存于种子库中时，那么答案是“许多”。实际所需母本数量取决于该物种的繁殖系统（例如，是否能够自花授粉或必须异花授粉）、基于群体的技术假设，包括其规模，以及其他细节。在野外可以将多个母本植物的种子混合收集（同时记录采样数量），或者将每个样本分开保存，这对于收集保护状态植物的情况尤为重要。如果目标仅是生产少量活体植物，那么重点可能不在于捕获群体的全部遗传变异，只需从少数（甚至仅一个）母本植物中采样。有时采样方案受到现场实际情况的制约——可能仅遇到一株植物，或者可能没有足够的时间去寻找并收集十几个独立个体的种子。对于国际收集，我们通常以较小数量（使用“小种子批次”许可证）将种子运回，因此从大量母本树中收集种子可能是不切实际的。

图14 研究团队在陕西省发现一株巨大的披针叶榛（Corylus fargesii）时，进行了“随机性采集”。

另一个经常提出的问题是：多少次采集足以将一次采集科考活动定义为成功？答案同样取决于多种因素。处于扩展阶段的植物园可能有充足的空间容纳来自单次探险活动的数百次新采集。然而，对于目标明确的阿诺德树木园而言，更倾向于采集数量较少但记录详实、优先级较高的标本。实际上，某些考察活动甚至可能仅专注于单一物种。这可能需要实践一定程度的“采集节制”，以避免采集那些可能挂满成熟果实的植物。然而，当遇到非目标物种但具有价值的物种时，保持“随机性采集”的开放态度也同样重要。例如，在2015年9月前往陕西省东南部寻找大型血皮槭的过程中，我们的多园合作团队意外发现了一株巨大的血皮槭。经过一番庆祝和欢呼，我们一致认为将其采集作为各自机构的标本是有价值的。有时，一个随机性物种可能仅对其中一个植物园机构具有价值，这会引发是否应该采集的讨论。如果决定采集，即使仅为参与者之一，也应像对待其他所有采集一样，进行适当的编目、记录和凭证。如果未对辅助或额外采集的标本进行记录并赋予正式采集编号，这些采集后期可能会成为追溯追踪的噩梦！此外，有时会发现重要物种，但没有果实。即使如此，仍可进行正式采集，因为标本凭证和文档具有价值，可能使采集者将来有机会返回。