本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
对于一些人来说，飓风桑迪作为本世纪的特大风暴袭击东海岸的不受欢迎的提醒，是一棵连根拔起的大树，横卧在院子里——如果幸运的话，没有砸到房子。从北卡罗来纳州到加拿大，树木倒塌或折断了粗大的树枝，导致人员和动物伤亡，撞到房屋和汽车，阻碍道路并扯断了电线。这场强烈的风暴仅在纽约市就刮倒了8497棵树。但是，不需要飓风或特大风暴就能连根拔起木材。周三和周四袭击美国东海岸的东北风暴又刮倒了更多的树木。当然，风暴袭击美国各地和世界大部分地区，造成树木倒塌，这是损害的一部分。然而，大多数树木仍然“脚”牢牢地扎根在地下。
我们美国人喜欢树木，经常用它们来命名街道——橡树街、榆树街、樱桃巷、柳树巷、枫树大道、柏树大道、梧桐路等等。我一直想住在枫树大道上。它听起来是那么的温馨、安全和友好。我脑海中浮现出孩子们在绿树成荫的街道上骑自行车，进行橄榄球和棒球比赛，举办邻里烧烤和温馨舒适的家园。我从来没有想象过一棵枫树砸在房屋上，或一根掉落的树枝把孩子从自行车上打下来的情景。
12年前我买下我的两层马里兰殖民地风格的房子时，它自带树木。我的社区曾经是为开发而清理出来的林地的一部分，我确信我角落里的那些树木比1937年建造的房子要老得多。这些大树中有些离我的书房和楼上的卧室只有几码远，我可以伸手触摸到我家办公室窗外的其中一棵树。
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到目前为止，只有前院的一棵树掉下了一根相当大的树枝。但是，当暴雨浸透地面时，狂风迫使树枝来回摇摆，或者冰雪使树枝下垂时，我会担心，当我听到一声巨响时，我会跑到房子的中心。下一个是谁？我们如何知道当天气狂暴时，我们的桦树、榆树、枫树、橡树、松树、雪松、柳树、铁杉和其他点缀我们四季风景的城市树木，是否会安全地与我们的家人和房屋共存。
为什么有些树在风暴中倒下，而大多数却没有？为了找出答案，我请了三位专家来解释树木倒塌背后的科学原理：哈佛大学哈佛森林主任大卫·R·福斯特（David R. Foster），这是一个由国家科学基金会资助的长期生态研究基地；美国农业部森林管理局植物生理学家凯文·T·史密斯（Kevin T. Smith）；以及注册咨询树艺师、位于佛蒙特州蒙彼利埃的树木保护公司Treeworks的总裁威廉·E·德沃斯（William E. de Vos）。请事先警告，史密斯承认他“被林务员洗脑了”，当他指树的“树干”时，他说“茎”。
为什么有些树在风暴中倒塌而有些树不会？
史密斯的回答并不令人感到安慰：“首先要知道的是，所有的树都有可能在风、雪、冰的某种程度的力作用下，单独或组合失效，”他说。三位专家都同意的一个主要原因是被称为“风倒”的现象，它会连根拔起一棵树。“树干起着杠杆的作用，因此作用在根部和树干上的力随着高度的增加而增加，”福斯特说。“较高的树木更容易被风吹倒。”
“树的根可以延伸到树枝半径的1-2.5倍，许多城市地区不允许这种广泛的发展，”德沃斯回答说。“问题主要在于那些在周围发展，并且在过程中根被切割、碾压或撕裂的树木。可能会随之而来发生腐烂。”
史密斯进一步解释说：“木材是一种非常坚固而优良的结构材料。然而，木材并非均匀的，或者在茎（树干）的所有地方都具有一致的强度。真菌引起的木材腐烂会削弱木材结构。然而，仅仅存在腐烂的木材甚至空洞并不意味着这棵树更容易失效。”他接下来所说的话让人感到安慰。“强度来自存在的木材的质量和数量，而不是可能已经降解的物质。”他说，导致树木倒塌的另一个重要因素是两个树干之间或树枝和树干之间的树皮，以及过去受伤造成的伤口，当强风弯曲树枝甚至导致树干摇晃时，这些伤口会使树木变得脆弱。
德沃斯补充说，“通常，在风灾期间，树木往往更多的是连根拔起，而不是折断，尽管树冠中结构不良会导致树枝断裂、分裂和撕裂。”
其他风险因素：生长在浅层土壤或岩石区域的大树，以及习惯于生活在森林中的树木。 更多相关内容如下。
某些类型的树木的风险是否比其他树木更高？
“嗯，当然，受干扰地区的城市树木，但有些物种容易被风吹倒，”德沃斯说，他在风暴过后经常拜访陷入困境的房主，并且已经目睹了四十年树木被破坏的景象。“香脂冷杉，有时是白云杉、柳树、白松、雪松，有时是铁杉。大多数是由于生长在潮湿地区。”
“风险最高的树木是那些环境最近发生变化的树木（比如在过去5-10年中），”史密斯说。当生活在森林中的树木失去了一圈树木的保护，成为新住宅地块的独立树木或成为森林的边缘树木时，它们更容易受到风等强天气因素的影响。
它们也失去了周围树木的物理保护，这些树木曾阻止它们弯曲太远而折断。清理土地可能会伤害树木的树干或树根，“为木腐真菌的感染提供了机会。腐烂通常进展缓慢，但在基底或根部受伤后5-10年可能会很严重。”史密斯警告说，人类对树木周围的地面所做的事情——压实土壤，改变坡度和排水“会杀死根并增加感染”。
福斯特解释了树的不同部分如何影响其生存：“树种在影响其对断裂和连根拔起的敏感性的特征上有所不同：它们的木材强度（控制断裂）、根的深度和强度（控制连根拔起）以及树冠的形状（树枝排列，决定它们拦截多少风）。下面的图表[显示了]敏感性随树高的变化。……针叶树（松树）和阔叶树（橡树、枫树、桦树）对风的敏感性差异很大。松树更高；它们将树叶集中在树的顶部，向上伸出并高于其他树木，因此会接住风，并充当更大的杠杆。它们的根系很浅。”
下图“显示了按树种分解的相同关系。随着树木年龄的增长和高度的增加，它们变得更加敏感，但这因物种而异。”——福斯特
是否有关于在风、雪和冰暴中哪些树种倒塌最多和树枝断裂最多的记录？
福斯特说：“哈佛大学的研究生[威利特·罗兰兹]在1938年飓风后编制了最好的数据库之一。这项研究是为他在1942年完成但直到1988年才发表的论文而做的。”
史密斯说，美国森林管理局正在尝试在树木失效数据库中收集信息。
根据他个人对倒塌树木的访问数据库，德沃斯说，“几乎可以肯定的是，柳树、白松，以及在较小程度上，挪威枫树、紫叶枫树，会在不利事件中失去树枝，有时会失去更多。”
多少英寸的雨水会使土壤足够湿润，以至于树根松动？
“如果树根腐烂，即使很少下雨或刮风，树木也可能倒塌，”德沃斯说。“所以我认为答案是任何数量的雨水都可能导致树木倒塌，前提是地下环境恶劣。请记住，大约90%的树根位于土壤上层的18"-24"之间。”
无论降雨量多少，史密斯说，湿润的土壤“更多地与排水有关”。福斯特补充说，“在非常沙质的土壤中，根系的牢固性可能会随着水分的增加而增加。”当潮湿确实导致失效时，他说“一般来说，在大多数土壤中，连根拔起的树木多于断裂的树木。”
对于最后三个问题，我提供了专家们更完整的答案，因为我认为他们给出的细节值得您花时间阅读。
某些树种是否会比其他树种生长出更广泛的根系——更宽更深——从而保护它们免于倒塌？土壤类型起什么作用？
福斯特：“根系的深度和广度因物种而异。但它也随着土壤条件而变化。同一种树[会]在非常潮湿的土壤中产生与在非常干燥的土壤或岩石土壤与无岩石土壤中非常不同的根系特征。在潮湿地区，根系往往较浅，树木容易被连根拔起。”
德沃斯：“落叶树往往比针叶树具有更大的横向根系扩展，针叶树往往具有更纤维化和紧凑的根系。土壤类型及其是否适合所讨论的树种对于成功至关重要。……沙质土壤具有良好的通气性，但养分保持能力较差，而粘土土壤具有较差的通气性和优良的养分保持能力。两全其美的是粘壤土，兼具两者的优点。土壤和物种之间的关系越好，根系的发育就越好，前提是没有像墙壁和道路、建筑物和管道这样的城市限制因素。良好的土壤将促进更深的根系，因为它将氧气输送到较低的水平，因为水分会浸出。”
我如何知道我家院子里的一棵树有倒塌的高风险？
史密斯：“首先，看看树及其环境。树是否倾斜？如果是这样，近年来倾斜是否加剧？树干是否有明显的裂缝？树冠在生长季节是否健康，叶子茂盛，冬季是否形成良好的芽？根部问题通常反映在树冠状况上。在树干底部的支撑根之间是否有明显的裂缝？这些通常表明根或支撑腐烂。你是否注意到树干或土壤上，与木质根相关的木腐真菌的蘑菇？生长在树木附近土壤上的大多数蘑菇对树木无害，但有些物种可能表明腐烂。请记住，仅仅存在腐烂并不意味着这棵树很有可能失效！注意在共生茎中和主要树枝的底部是否存在内含树皮。”这样的区域是薄弱的，容易断裂。
有没有什么方法可以测试我的树木，看看它们是否有倾倒或树枝掉落的风险？
de Vos: “有一些更复杂的方法可以测试树木结构，例如阻力仪钻孔测试和声波层析成像。这有助于预测因树干结构不安全而导致的倾倒可能性。检查根颈的健康状况（寻找收缩）...检查树冠是否枯死以及整体健康状况。观察树枝离地面的高度，以及是否存在严重的倾斜或异常不平衡的树枝结构。在树木周围施工后需要3-5年的时间才能看到哪些树木能够存活的迹象。”
这有很多需要检查的内容，并且考虑到蘑菇可能不一定是树木故障的指标，而明显的疾病也可能不影响树木的稳定性，因此最好请树木专家到您家检查您担心的树木。在授权进行上述可能提供有关树木稳定性信息并可能损害树木的复杂测试之前，您可能需要获得不止一个意见。Smith 建议寻找参与国际树木学会和树木护理行业协会等组织的持牌树艺师，这些组织提供持续的树艺师教育。州立大学的林业或农业推广教育工作者可能是另一个选择。
尽管它们可能在恶劣天气中成为不情愿的武器，但我认为我们大多数人都不想没有树木而生活。它们为我们的房产增添特色，在夏天提供阴凉，在秋天提供美丽的叶色，并为我们的野生动物提供家园。大多数树木在我们存在之前就早已存在，并且希望在我们离开后仍然存在。但大自然不可避免地会周期性地兴起并摧毁一些树木。“当我们遇到真正强烈的风暴（2-3级）时，我们将看到美国东部森林遭到难以想象的破坏，”福斯特警告说。“1637年或1938年的飓风将会重来。”
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图片：这两张图表均来自戴维·R·福斯特于1988年3月在《生态学杂志》上发表的“美国新英格兰中部地区物种和林分对灾难性风的反应”。