凍原生態
| 凍原生態 |
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外文名:tundra ecology 拼 音:dòng yuán shēng tài 中文學名:凍原生態 界:動物界 分布區域:北極平原地區的 叫平地凍原或極地凍原 又 稱:苔原 |
凍原生態，讀音為dòng yuán shēng tài，簡介： tundra ecology 凍原，又稱苔原，指在北極附近和溫帶山地樹木線以上、生長着低矮植被和地下具永凍層的地帶。凍原氣候寒冷，每年僅有極短的植物生長期，只有一些低矮耐寒的木本及多年生草本植物以及苔蘚和地衣生長。英語Tundra一詞源自芬蘭語tunturi,指芬蘭北部的無樹丘陵地區，後由蘇聯學者發展為生態學術語。 [1]
目錄
凍原生態類型與分布
凍原有兩類，分布於北極平原地區的叫平地凍原或極地凍原；分布于山地頂部的叫山地凍原。山地凍原是平地凍原在山地的變型。
極地凍原分布於泰加林和北極寒漠之間，沿着歐亞大陸和北美的北部，環繞北冰洋構成一寬廣的凍原帶。歐亞大陸西部受墨西哥暖流影響，所以該處凍原帶很窄。隨着大陸性自西向東的增強,凍原帶的範圍向南擴伸,特別在西西伯利亞和中西伯利亞伸展得更南。在亞洲東北部和北美西北部，凍原帶較窄，但在山區廣泛發育山地凍原。北美東北部地勢比較平坦,又受寒流影響，在此處凍原又向南延伸,最南可達北緯52°左右。
在山地，凍原常出現於垂直帶的上部，其頂部過渡到高山冰雪帶。 中國因緯度較低，不存在平地凍原，但在長白山和阿爾泰山的近頂部,存在山地凍原。 根據R.H.惠特克(1970)等人的統計，世界凍原面積為800萬平方公里，占陸地總面積5.4%。
凍原生態自然環境
北極凍原 對生物來說，凍原的生態環境是十分嚴酷的。北極凍原氣候寒冷,年平均氣溫在0℃以下，冬季漫長而嚴寒，最低溫可達-70℃，有6個月不見太陽；夏季短暫而寒冷，整個晝夜都有太陽照射，最熱月平均氣溫 0°～10℃之間。植物生長期很短，大約兩個月左右。年降水量不多,在蘇聯歐洲部分為200～300毫米,亞洲東北部為100毫米左右，北美阿拉斯加為120毫米上下。降水次數多，氣溫低，蒸發弱，所以空氣相對濕度大。此外，風大，雲多，更增加北極凍原氣候的嚴酷性。山地凍原的氣候與北極凍原相似，不同的是北極圈以外的山地全年均有白天黑夜之分，日溫差大，降水較多（如長白山可達1075～1239毫米），日照強烈，紫外線較多。
由於氣候寒冷，地面風大，積雪不均，永凍層分布很廣，它是凍原帶非常獨特的現象。所謂永凍層是指土層下面永久處於凍結狀態的岩土層。深度自幾米至數百米，甚至達千餘米。凍土層的上部冬凍夏融，稱為活動層，其厚度隨土層的質地而異，粘質土的為0.7～1.2米，砂質土的為1.2～1.6米。
活動層的厚度對生物的活動和土壤的形成具有十分重大的意義。因為在活動層，植物根系才能伸展,動物才能挖掘洞穴,有機物質才能積累和分解。永凍層的存在阻礙地表水下滲，導致沼澤的形成。 暖季和冷季的交替常使地表呈現一系列奇特現象，如由寒凍風化和融凍作用形成的石環、多邊形土、融凍泥流、冰丘與熱融陷穴等地貌形態，它對生物特別是植被分布起着重要的影響。
凍原生態植物
組成凍原的植物比較貧乏。已知北半球凍原大約有900種左右維管植物，分屬230屬66科。 典型的灌木有矮樺、細長樺、極地柳、匍匐柳、網狀柳、捲毛柳、拉伯蘭柳、貝加爾柳、篤斯、越橘、北極果、四角岩須、極地熊果、岩高蘭、多瓣木；草本植物主要有苔草屬、早熟禾屬、發草屬、馬先蒿屬植物以及珠牙蓼、白毛羊鬍子草、北方毛茛、高山勿忘草、北極黃芪、北極剪股穎、高山香茅等。
苔蘚和地衣在凍原植被中占有十分重要的地位,常常形成單獨的苔蘚地衣建群層片,主要代表種有金髮蘚屬、皺蒴蘚屬、黑松蘿屬、冰島衣屬、石蕊屬等。凍原植物的生活型，以地上芽和地面芽占優勢，幾乎沒有一年生植物。
凍原植物具有最大的抗寒性和忍受生理乾旱的本領。許多植物在非常寒冷的環境裡，營養器官卻不受損傷，有的植物在雪被下開始生長甚至開花。由於氣溫低，生長期又短，絕大部分植物生長緩慢，不僅矮小，而且呈墊狀和匍匐狀。有些植物適應短暫的生長季節，行無性繁殖；有的為「胎生」植物，如珠芽蓼、大花虎耳草；有的為常綠種類。
凍原生態動物
由於植物種類少，生態環境又十分嚴酷，凍原動物也十分貧乏,其中比較典型的種類有:北極狐、白熊、有蹄旅鼠、挪威旅鼠、鄂畢旅鼠、黃腹旅鼠、雪鴞、鐵爪鵐、毛腳?、凍原雷鳥、柳雷鳥、賊鷗、雪兔、馴鹿、麝牛、狼等。
幾乎沒有爬行綱和兩棲綱，昆蟲種類也很少；但在夏季蚊、蠅比較多。因冬季嚴寒，大地雪封，土層凍結，只有一些動物在這裡挖洞休眠和儲藏食物；絕大多數動物，特別是鳥類，在嚴寒到來之前即行季節遷徙，到凍原帶以外的地區，待第二年天暖再回來。
凍原生態生物量與生產力
在北極凍原，在低溫和光照不良的情況下，植被的生產量和生物量都是很低的。用收割法測定，按全年平均計算，每天每平方米生產的乾物質通常不到1克。如果根據短暫的生長季計算,每天每平方米為1～4克。但是,至少有2倍以上的物質儲藏在地下部分的根、根莖和鱗莖等中。這樣，它的總生產力比單純按莖稈重量計算的生產力略高。
根據李文華(1981)的測定，中國長白山高山凍原的初級生產量平均為每年每公頃1.34噸，其中地上部分為每年每公頃1.07噸，地下部分為每年每公頃0.27噸;生物量平均為每公頃8.78噸,其中地上部分為每公頃2.07噸，地下部分為每公頃7.11噸。這些數字包括高山灌叢和高山流石灘二者平均數。
R.H.惠特克等人(1970)估計全世界陸地主要生態系統的生物量總共1852×109噸，其中凍原生態系統生物量為5×109噸,占陸地生態系統的總生物量的0.27%。世界陸地生態系統每年提供的初級生物生產量為 109×109噸，其中凍原生態系統為1.1×109噸，占總數的1.01%。
不僅如此，凍原的次級生物量也是很低的。一般說來,動物生物量不到植物生物量的1%。而植物生物量與草食動物生物量之比，在草原為102，針葉林為105，凍原為104(1972)。以供養馴鹿的加拿大凍原為例，其草食哺乳類的生物量為每公頃0.008噸（H.E.赫胥黎,1962）。
凍原生態食物鏈
凍原生物種類少，生物生產量低，這導致食物鏈簡短，地衣類、蘚類、草本植物和一些小灌木是初級生產者的最重要代表。它們所生產的有機物質被馴鹿、雪兔、旅鼠、麝牛、雷鳥、雁和昆蟲等草食動物所食，而草食動物又被肉食動物如北極狐、毛腳?、雪鴞、狼等所食。
由於凍原冬季氣候嚴寒，大部分動物實行冬季遷徙，許多動物種群數量變化大，由此引起種間聯繫的不穩定性。食物種類數量增加時，很容易建立食物聯繫，但在食物種類數量減少時，這種聯繫又很容易受到破壞，食性較窄的動物就難於生存。適應這種環境，許多窄食性動物變為廣食性。有些動物不但食肉，也食草。如北極狐既食漿果，也食旅鼠和鳥類等，因而食物鏈彼此交叉,組成較複雜的食物網。
凍原生態營養物質循環
在凍原生態系統中，植物從岩石和土壤中吸收所需要的營養物質，一部分貯存在小灌木和多年生草本植物的身體中，特別是它們的根部，同時每年又以枯枝落葉的形式將大部分吸收的營養物質歸還土壤,以此進行生物小循環。表1是長白山山地凍原植物、土壤和岩石中化學元素含量的一些數字：
由於凍原土壤溫度低、水分多、空氣狀況又不好，因此，厭氧性細菌的活動占絕對優勢，而需氧性的固氮細菌與硝化細菌的活動卻受到限制；不僅氮素養分貧乏，而且有機質的分解非常緩慢，或者分解不徹底，出現半泥炭化和泥炭化的有機物質積累，大大延緩了元素周轉和生物循環。凋落物分解比率（凋落物總量/每年凋落物數量）在凍原為20～50，草原為1～1.5，泰加林為10～17。可見凍原養分元素循環周期比草原和泰加林都長。
凍原生態起源
根據植物化石資料（А．Н．克里斯托福維奇、А．И．托爾馬喬夫、Б．А．季霍米羅夫等），北半球高緯度地區，在第三紀以前仍然屬於喜暖性森林，只是在第三紀末由於氣候變冷和變干，這種森林漸漸被亞寒帶針葉林所替代。第四紀初氣候進一步變冷，才為凍原形成創造了條件。
凍原最先出現在東西伯利亞北部,因為在冰期,歐洲大陸、西西伯利亞和北美大部分地區為冰川所覆蓋，只有東西伯利亞北部，冰川影響較小，乃存在古老的凍原核心（即托爾馬喬夫所謂的「原始北極植被」），它們從山區逐漸向平原擴散。動物學家Н．И．庫茲涅佐夫根據動物群的特徵，也認為東西伯利亞是北極動物群的發源地。
在第四紀初，古老的凍原分成東西二支，環繞北極伸展，形成帶狀分布，隨着冰期與間冰期的交替，北極大陸冰蓋周期性地向南擴張和收縮。與此同時，凍原生物也不斷向南遷移，在這過程中，有的種類大批死亡直到消失；有的種類倖存下來，並與從高山遷移下來的種類相會合。當冰川退卻時,這些種類中的一部分北移;一部分退縮到山上，在那裡保存下來，成為山地凍原組成部分，如動物中的黑緣豆粉蝶、雪兔和雷鳥等；植物中的矮樺、多瓣木、珠牙蓼、腎葉山蓼等。
還應該指出，凍原帶北部的形成年齡比整個凍原帶還要短，因為在冰期北部地區仍處在冰川覆蓋，只是在冰後期，冰川退縮以後，才開始形成。所以，凍原生態系統是陸地生態系統中最年輕的。
凍原生態凍原的開發
人類對極地凍原生態系統的影響，相對說來是較小的。過去只有愛斯基摩人居住在這裡，並飼養馴鹿和採食野生植物的可利用部分。北美阿拉斯加或歐亞大陸北部的凍原，已經開始建設道路、機場、房屋,建立小規模農場和鋪設油管等，進行開發,這對凍原生態系統開始產生影響。由於凍原生態系統與其他生態系統不同，要從變化或破壞中恢復過來是很慢的；低溫也大大妨礙廢棄物的降解和植被自然發生的演替過程。因此，在開發過程中要特別注意環境保護問題。