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        首页 > 太白山文化 > 水文天气景观 > 正文

        太白山麓部分区域植物种类与群落垂直分布状况
        2022-08-18 09:34:55   来源:    点击:

        线上组:王国瑞 郑王宇 郭宇豪 宋静 朱竑霖 任玥 蒋林艳
        实地考查组:王耀臣 石文乐 周景 马恒元 陈梦柯 杨鸿博 徐可轩
        指导老师:张新娜
        (北京林业大学,北京100083)  
         
        摘要:本文聚焦于太白山北坡部分区域的植物物种分布:栈道附近的植被稀疏地区相对特殊,优势植被海拔分布细分至百米级别;其他植被较为分散,则以千米或百米级别划分区域。笔者所在团队,分析考察路线中秦岭依海拔和水热条件不同而有所差异的植物种群分布,旨在对其分布的垂直规律有所揭示,并对栈道区的特别情况进行讨论。
        关键词:太白山北坡;植物种群分布;垂直规律;海拔;水热条件
         
        Abstract: This paper focuses on the distribution of plant species in some areas on the northern slope of Taibai Mountain: the sparse vegetation area near the plank road is relatively special, and the distribution of dominant vegetation is subdivided into 100 meters above sea level; other vegetation is scattered, and the area is divided into 1000 meters or 100 meters above sea level. The author's team analyzed the distribution of plant populations in Qinling Mountains with different altitudes and water and heat conditions, aiming at revealing the vertical law of their distribution and discussing the special situation of the trestle area.
        Key words: north slope of Taibai Mountain; plant population distribution; vertical regularity; altitude; water and heat conditions
         
        一、秦岭太白山概述
        秦岭山脉,中国南北方地区之分界线,亚热、暖温带气候区之过渡带,中国800mm年等降水量线西侧部分,同时也是中华民族两大母亲河流黄河与长江的分水岭,有中华龙脉之称,在地理、地质、生物、历史、政治、军事等多个学科中均为重要的研究地区。于生态系统而言,秦岭山脉与北美洲落基山脉、中欧地区阿尔卑斯山脉并称为世界三大著名的、具有生物地理分界意义的山脉,是世界生物多样性典型代表区域之一,为我国乃至世界重要的生物基因库。太白山为秦岭最高峰,横跨南北,海拔3771.2m,因其是秦岭主峰,被赋予了众多地理意义,生态系统比较特殊,尤其南北两坡的气候迥异,造就当地特殊的物种分布,且部分国家保护动植物生存于此。
        二、海拔和水热条件对植物群落垂直分布的影响
        在标准的大气压下,海拔每升高100米,气温就会下降0.6摄氏度,秦岭北坡垂直递减率更低,约为 0. 44 ℃ /( 100 m) ,南坡为 0. 5 ℃ /( 100 m)。[3]这是由于对流层大气偏好吸收长波辐射,其主要的直接热源为地面,海拔越高,离地面越远,所得地面长波辐射越少,气温自然降低,同时,垂直递减率往往于空气湿度负相关,这在另一个层面表明秦岭北坡的湿度相对于南坡更大,但是,根据已有的研究表明,湿度上的有利条件并不能使太白山北坡的植被分界线相比于南坡下移,由于南坡的总体气温仍然更高,就目前而言,北坡的同种植被分布海拔仍不及南坡,但是,相比于其他一些山区,太白山南北坡植被分布差异并不太大,尤其秦岭高海拔的高山灌丛草甸区。[2]
        2.1 海拔1000米以下区域
        在1000m以下的区域内,山麓北坡以700米左右为自然植被带的起点,有侧柏林出现,800m以上太白山的主要植被与其它温带季风气候区比较相似,褐土层较厚,以栓皮栋为优势种群,油松亦常见,其中间杂火炬树(漆树科)、金线草(蓼科)、鸭跖草(鸭跖草科)、绞股蓝(葫芦科)等喜爱暖温带落叶阔叶林区的植物类群,其中金线草在南方地区多有栽种,适于暖湿气候区。百合科的玉簪花和凤仙花科的凤仙花也有出现,长势良好,前者喜爱阴湿,在一众喜爱暖湿气候与光照的植物中显得颇为特殊,经确认后可知,其主要作为林下被地植物,一般不接受过多光照;后者喜暖湿,喜光,不耐寒。以上特征性物种的出现,从侧面印证了太白山北坡此海拔段的暖湿气候,也表明在林下植被层较为明显;而油松这类喜爱干冷气候的植被的出现,则表明了山地气候的多样以及油松生存繁殖能力的优势。
        2.2海拔1000至2000米区域
        直至1300m左右,栓皮栎仍然在当地的山地林区中占据优势种群地位,而且常常为纯林,少间杂其它高大乔木,较为稀疏。土壤以普通棕壤为主,间有弱灰化棕壤,肥力尚可,较低海拔区较弱。此后愈向上,锐齿栎愈加常见,种群密度增加,该树种在全国范围分布较栓皮栎更广泛,在气候干冷的西北地区也可以良好生存。而到了1800m左右,辽东栎出现并逐步取代其它栎的优势种群地位(此处存疑,后文还有提及),相对耐寒耐旱的桦树(红桦)也出现,其并作为秦岭西段高山次生林区主要的建群种之一。辽东栎,顾名思义,是辽宁辽东半岛的代表树种之一,在宁夏、甘肃、山西、河北、山东等地常见,出现地区较为干冷,而太白山较低海拔出现的栓皮栎在甘、宁等地更是难觅踪影,可知海拔升高后,优势种群更偏好、更耐干冷气候。
        在此区间(1000m-2000m)内的栈道区,栎树纯林远较低海拔少,往往可见漆树(漆树科)、构树(桑科)、槭树(槭树科)、瓜木(八角枫科)、栾树(无患子科)、臭椿(苦木科)等乔木间杂分布,或者单独成迷你林,参差不齐,此类树种往往常见于较陕西省偏北的省份和地区,在北京地区也多常见。到了1300至2000m区间,太白山麓北坡的植被分布,由较低海拔偏向于南方暖湿带的植物群落,逐步转变为典型北方地区的半湿润、半干旱地区植物群落(海拔升高使得大气中水汽含量降低,气温亦逐步降低)。
        同时需要明确,由于考察调研到的1000到2000m内经行区域多为绝壁栈道,导致观察到的栎树和桦树分布比较分散,往往局限于仅有的平台上集中分布,形成小树林,甚至时常出现栎、桦不见踪影,而其他常见树种间杂成林的现象,山地林区指示牌与其他文献中浓墨重彩的华山松在栈道区更是一株难觅,推测由于地形因素,山间天然屏障将各个小型树林分隔开来,形成一个个生态小岛,彼此相对独立,单一物种难以扩散至全部区域,或者优势种还未踏足的区域已经由其他物种先行登陆,挤占了原有的生态位和养分资源。故在栈道区内,再行讨论栎属、桦木属物种的优势种地位并不完全严谨,栎树等山林地区的优势种并不能强有力地控制各个子区域的林群落结构。
        2.3海拔2000至3000米区域
        此后由2000m向上至2300m左右,栈道区结束,考察行径大片山林,林中辽东栎基本消失,标志着落叶栎树统治的结束,桦树大量出现。自2300m至2800m,红桦林与牛皮桦林构成分带,此地全年无夏,春秋短促,冬季漫长,气候冷湿,多雨多雾(高海拔背风坡水汽凝结),年降水量多达750~1000毫米,与之相比秦岭以北地区大多常年低于800mm,类似寒温带湿润低温气候。土壤由棕壤逐步转变为灰化壤,酸性增强,肥力降低。一般认为,红桦常分布于云南、川东、鄂西、河南、河北、山西、陕西、甘肃、青海等地的山地。在其他地区,红桦耐寒耐旱,时常与多种伴生树种一同生存,生态位重叠明显,具有较大的生态适应范围,然而在此处,以红桦为建群种的山地林区树种多样性不大,红桦占据绝对优势,推测为较高海拔区土地资源和养分有限,先行物种红桦大量挤占生存空间导致。以斗母宫所在点(2800m)为地理标志,其下红桦林并不茂密,可能与当地相对潮湿且土壤肥力不高有关,林下多密着生太白杜鹃及稀疏低矮的华橘竹灌木层,林缘和林间空地多有峨嵋蔷薇灌丛。草本层以野青茅占优势。除此之外,华山松仅零星散布,残留于绝壁凸出的裸露基岩上。牛皮桦依据现有资料,则仅存在于陕西秦岭山地。其分布较辽东栎海拔更高(斗母宫更上),且时常形成纯林。以上乔木均为山地树种,太白杜鹃、峨眉蔷薇等灌丛植物亦为典型山地植物,前者常生存于1800-3500m的山地林中,喜凉爽湿润;后者则一般在4000m以下区域繁衍,喜光且耐寒耐半阴,契合当地。由于该林带所在区域气温年较差大(极端差可达50摄氏度),本地植物如野青茅耐气温变化能力一般较强,不过,三七这类不耐严寒酷暑的植物也有其一席之地,依赖于红桦林冠的庇护生存。
        2000-3000m段,在以上物种之外,还有一些物种分布海拔跨度比较大,或者集中分布于某几点,如柳兰(柳叶菜科,次生演替先锋植物,重要蜜源,推测可能与当地的中华蜜蜂种群有联系)、大叶醉鱼草(玄参科,较为耐寒,可在干冷的华北地区露地越冬)、魁蓟(菊科,喜湿润)等草本植物,无一例外,非常适应该海拔段的低温潮湿气候,主要作为牛皮桦、太白红杉或巴山冷杉林群落的附属物种,或者见于人行道旁。
        2800m处,也就是斗母宫所在点,阔叶林带达到上限,针叶林带大范围形成,由此直至3400m左右的巴山冷杉林上限,秦岭森林上限被划定。在此区段中,太白红杉与巴山冷杉(均为松科)占据优势地位,二者均喜爱山地寒温带低温潮湿气候。当地年降水大于800mm,而土壤结冻期长达八个月,遍布灰化土、生草灰化土,酸性强,肥力较低,土层较薄。惊讶的是,在照片记录中发现了一些侧柏(疑似),一般认为侧柏在秦岭多分布于1500m以下,而今出现于更高更干冷的高海拔地区,怀疑可能与近四十年来秦岭年均温不断升高有一定关联[1],还需进一步研究。其它乔木包括一些零星分布的杉松(松科)。这一部分的林冠层郁闭度大,下层难觅灌木,多有苔藓,其它区域主要以草本植物和小灌丛为主,实地考查组口述林草地面积比例约1:1。林间空地上可见石沙参(桔梗科)、短毛独活(伞形科)、东风菜(菊科)等山地草本植物,并可见太白山独有的秦岭乌头(毛茛科)。高山草本多数都喜爱光照,这解释了其为何不生长于针叶林下,当然从演化的角度,也可以说是因为其祖先在裸地扎根,逐渐被选择为喜光植物。
        特别的,在2800m海拔高度,偶见国家一级保护植物独叶草(毛茛科,以往记录为2420m发现),着生于太白杜鹃灌丛下,偏好当地寒冷气候与酸性土壤。该物种与牛皮桦、太白红杉和巴山冷杉群落的关系紧密,活跃于白垩纪晚期,无性繁殖为主,属被子植物门下双子叶植物纲、原始花被亚纲,是一种非常珍稀也相当原始的的草本被子植物(被子植物在白垩纪早期才出现),它的良好长势表明当地生态环境非常优越。
        以上除侧柏分布较为特殊,其他乔木构成的群落均呈现典型的高海拔针叶林特征,耐寒树种比例上升,为优势种和建群种。草本中也多见耐寒品种。
        2.4海拔3000米以上区域
        针叶林带在3400m左右基本结束,此后向上,则是高山灌丛草甸区。此处比最大降水高度高出1500米,降水量明显减少,但年降水量仍有约750~800毫米。基岩裸露,砂石乱布。此处主要分布有高山草甸土、原始草甸土和原始土壤,较少的植被、低温限制的微生物种群和干燥的环境导致成土缓慢,主要是冰川冻融风化和物理风蚀作用成土,土地贫瘠,风力较大,光照充足,气候寒冷,相对干燥,水热、风力和土肥条件共同作用导致此处多有耐寒耐旱、低矮抗风、生命力强的高山植物,在石缝间求得一处庇护所,也多有苔藓地衣之类的原始植被。高山灌丛草甸可见物种包括大叶碎米荠(十字花科)、高山韭(百合科)、四川金罂粟(罂粟科)、棉毛水苏(唇形科)、肋柱花(龙胆科)、小丛红景天(景天科)等草本植物以及高山柏(柏科)、高山绣线菊(蔷薇科)等小灌木,物种多样,薄被于山峦之上,其间碎石乱布,时有砂石荒地。
        综上所述,气象、地形条件形成了太白山北坡的垂直水热条件差异,植物生长季节依序变化,并由此深刻影响了动植物种群的垂直分布。另外,在记录时,我们将各种栎(壳斗科)、桦(桦木科)、松(松科)统称为“栎树”、“桦树”、“松树”,经后期鉴定和查阅资料,再行分种。
        三、结语
        优势植被与其它植被的分布严格遵循分带情况,随海拔变化带来的水热条件变化与土壤理化性质变化而做出适应。逐步由落叶阔叶林转型为针叶林,乃至于高山灌丛草甸。
        值得注意,高海拔带裸子植物等原始植物种类较低海拔带更加丰富,这首先与裸子植物发达的根系和针状叶带来的更强抗逆性有关,有利于在贫瘠的土壤上吸收水和无机盐,并减少蒸发,耐寒耐旱。此外,再结合毛茛科这类比较原始的草本被子植物的分布偏高这一事实,我们也可以提出两种可能因素:一、高海拔带植物对古今气候变化没有低海拔平原地区敏感,植物可以随着气候变化改换海拔分布,寻找适应气候对应的海拔带扎根,使得某些在低海拔带难以气候突变中生存的植物物种得以在此幸存,独叶草能在当地繁衍生息,也许正是由于当地其它草本植物在被地层竞争不激烈,而该种植物又偏好寒湿气候,在漫长的地质年代中得以在高山地区幸存;二、晚白垩纪世气候偏冷,独叶草习惯于此,毛茛科和现代松科出现于同样寒冷的早白垩世,导致此类植物偏好于今天的高海拔带。
        声明:因为路途原因,无法将所有植物全部进行特写镜头拍摄,名录中也并未对无特写镜头的植物进行过多描述,故而文中出现了一些《植物名录》中所未记录的物种。
         
        参考文献:
        [1]娄雪冬,康冰,胡理乐.秦岭西部地区近41年来气候变化特征[J].安徽农业科学,2013,41(17):7609-7613+7648.DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2013.17.010.
        [2]尚升海,邢海虹.秦岭南北坡植被垂直分布的差异比较[J].吉林农业,2016(01):114-115.DOI:10.14025/j.cnki.jlny.2016.01.057.
        [3]翟丹平,白红英,冯海鹏,何红.基于气象数据和遥感影像的太白山气温直减率[J].山地学报,2016,34(04):496-503.DOI:10.16089/j.cnki.1008-2786.000155.
        北京林业大学林学院的太白山生物调查小组
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