青藏高原苔原的環(huán)境意義

0高原從“生境”到“生態(tài)”,從研究角度工業(yè)證據(jù)來解釋高原苔蘚原及其生態(tài)屬性青藏高原是否有苔蘚，是全球地理環(huán)境系統(tǒng)中的一個重要理論問題之一。它也關(guān)系到對青藏高原生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)的深刻理解和正確定位。青藏高原被譽為“地球第三極”,數(shù)十年來,該地區(qū)地學(xué)研究取得重大成就,走在世界前沿。由于山體高大,該區(qū)發(fā)育有地球中低緯度山地最完善的垂直帶譜;又由于青藏高原跨13個緯度,自然帶模式表現(xiàn)復(fù)雜。鄭度等依據(jù)三維分異規(guī)律(高原地帶性規(guī)律),構(gòu)建出完整的帶譜模式體系,成為高原環(huán)境研究的重要成就,發(fā)展了地理學(xué)的地帶理論。然而已有文獻并未將高原定義為苔原,而以高寒高原稱謂,帶譜的亞頂層則統(tǒng)以高山草甸或高山草原、高山灌叢等表征,亦無苔原定性。苔原是地球南北極生態(tài)環(huán)境的“極性”特征,作為“第三極”的青藏高原緣何沒有苔原?顯然這是一個值得深入探討的科學(xué)問題。沼澤濕地是極地苔原的主導(dǎo)性和標志性景觀類型,對其分析有助于青藏高原苔原的確立。高原沼澤濕地研究始于20世紀60年代柴岫等對若爾蓋高原的調(diào)查,但沒有涉及苔原沼澤;趙魁義首次調(diào)查了高原腹地那曲等地的沼澤,雖然發(fā)現(xiàn)了連片多年凍土,但亦未涉及苔原沼澤的概念;孫廣友根據(jù)對橫斷山區(qū)以及長江和黃河源區(qū)沼澤與泥炭的調(diào)查,認為沼澤不僅受控于一般性濕地形成規(guī)律,還受控于高原冰緣環(huán)境的特殊規(guī)律,沼澤發(fā)育達到上限,并首次發(fā)現(xiàn)冰緣沼澤,但仍未從苔原概念上進行論證。2004年,孫廣友提出并初步論證了高原苔原的存在,判識出包括沼澤苔原在內(nèi)的4種苔原生態(tài)景觀類型;概略指出沼澤苔原廣布于大江源等地區(qū)的大面積多年凍土帶、冰緣過程強烈等特征,但仍缺乏以苔原指標體系對高原苔原及主導(dǎo)景觀類型(沼澤濕地)進行系統(tǒng)分析?；诖?筆者擬深化前期研究成果,以期對高原苔原的存在提供更為有力的證據(jù),并賦予世界第三極地理環(huán)境意義的極性;同時,在苔原機理上深化對青藏高原環(huán)境的認識;在實踐上,將苔原理論應(yīng)用于道路、管道工程等領(lǐng)域具有新的意義。1苔蘚原定義和評價指標為了厘定青藏高原的苔原,需要采用明確的苔原定義和判定指標,而目前尚未見到公認的苔原定義,更缺乏定義苔原的指標體系。1.1大陸無林地系的分布包洛文金指出,北冰洋沿岸和島嶼有廣大的苔原地區(qū),基本特征是沒有森林。斯特拉斯指出,苔原氣候出現(xiàn)在自北極圈到北緯75°之間的大陸邊緣地區(qū),普遍存在永凍層,土壤為巖石碎屑或泥炭,高山苔原位于森林線之上。《地理學(xué)詞典》認為苔原帶位于亞歐大陸及北美的最北部,為無林曠野,最暖月平均氣溫低于10℃,通常有永凍層,苔原有地衣苔原、灌叢苔原、草甸苔原多種。黃錫疇認為苔原是大陸高緯度的無林地帶。劉南威認為苔原帶占據(jù)著歐亞及北美大陸最北部及島嶼,嚴寒而濕潤,土壤凍結(jié),沼澤化現(xiàn)象普遍,是以苔蘚和地衣占優(yōu)勢的無林地帶,土壤屬于冰沼土。2007年出版的《地理學(xué)名詞》認為,苔原是極地或高山永久凍土分布區(qū),有以地衣、苔蘚、多年生草本和小灌木組成的無林低矮植被。苔原作為地球上獨立的自然帶、環(huán)境結(jié)構(gòu)、景觀類型或生態(tài)系統(tǒng),學(xué)者們尚未從自然綜合體角度形成一個完整而嚴謹?shù)奶υ拍罨蚨x。筆者認為苔原(凍原)是森林帶與冰雪帶之間的冰緣自然區(qū)。在北極為極圈至北冰洋沿岸帶,在南極則為大陸冰蓋裸巖區(qū)和島嶼;在中低緯度高地則為森林線與雪線之間的地帶,氣候嚴寒,多年凍土發(fā)育,寒凍過程強烈,凍脹、多邊形裂隙等為標志性現(xiàn)象,植被無林,以小灌木、草類及苔蘚等組成優(yōu)勢群落;土壤為冰沼土或粗骨性寒凍土?；诖?苔原可定義為森林帶與冰雪帶之間的冰緣地帶,氣候嚴寒,寒凍過程強烈,多年凍土發(fā)育,植被無林。1.2冰土的熱權(quán)或熱權(quán)從苔原概念得到由5要素組成的苔原判定指標:7月平均氣溫為0℃~10℃,氣候嚴寒,苔原植被僅有最低限度的熱能收入;分布于冰蓋或冰川外圍的冰緣地帶,寒凍過程強烈,這是與非苔原帶動力過程的本質(zhì)區(qū)別;多年凍土層連續(xù)發(fā)育;植被無林,僅有小灌木、草類及苔蘚等;土壤為冰沼土或巖屑寒凍土,顯示獨特的成土過程。這5個要素具有共生性內(nèi)在聯(lián)系,都是判定苔原的必要因素。2根據(jù)高原苔蘚和沼澤苔蘚的起源2.17高原中部島狀展布青藏高原7月平均氣溫10℃的等溫線有2類走勢:一類是圈定7月平均氣溫為0℃~10℃的昆侖—岡底斯山山脈間的高原中部主體,喜馬拉雅山則以帶狀與之連接,呈連續(xù)性大面積展布;另一類是橫斷山地在4200m高度以上出現(xiàn)10℃等溫線的斑塊閉合圈,屬于島狀展布。這2類區(qū)域在氣溫上符合苔原范疇,約占高原總面積的50.4%(圖1)。對于第一類區(qū)域,沼澤在高原東部廣泛分布,長江、黃河和怒江的三江源沼澤面積超過8000km2,成為主導(dǎo)景觀,在楚瑪爾河及雅魯藏布江上游也有分布,帕米爾高原也有零星分布。對于第二類區(qū)域,沼澤常見于坡麓帶及匯水盆地,如新龍古冰帽區(qū)沼澤化面積達3000km2。2.2冰緣及苔蘚生長冰雪環(huán)境是苔原發(fā)育的必要條件。青藏高原雖無大冰蓋,卻是世界山地冰川最發(fā)育的地區(qū),雪線高度為5400~6000m,共有冰川20066條,面積46640km2,覆蓋度1.86%,且有冰帽或小冰蓋(如唐古拉山姜古迪冰川群),對苔原形成具有與極地冰蓋相似的冰緣效應(yīng)。就冰雪對苔原發(fā)育條件而論,青藏高原許多地區(qū)(如珠穆朗瑪峰、唐古拉山等)遠優(yōu)于長白山。珠穆朗瑪峰范圍內(nèi)有7000m以上山峰38座,大于10km2的放射狀冰川18條,冰川總面積達1500km3,覆蓋度高達32%,形成典型的冰緣環(huán)境,苔原系列相對完整[圖2(a)]。而長白山并無現(xiàn)代冰川,冰緣環(huán)境遠為遜色,以致草甸苔原發(fā)育不夠典型,更缺少草原苔原等類型。2.3凍脹提升地層青藏高原是地球上中低緯度最大的多年凍土分布區(qū),凍土面積達176.1×104km2(表1),運用7月平均氣溫10℃的等溫線圖疊合,得到苔原約占高原多年凍土面積的96.87%,面積為170.6×104km2。這為苔原發(fā)育提供了基礎(chǔ)條件。冰緣過程強烈,苔原區(qū)受高度控制的寒凍生成物呈現(xiàn)垂直系列:高位寒凍剝蝕面與石海;坡面上部石川、石河;坡面下部泥流階地、鱗片草皮;坡麓為網(wǎng)狀及多邊形構(gòu)造;谷口扇緣為凍脹泥炭丘、冰錐等。據(jù)程國棟等的研究,凍脹泥炭丘分為層狀埋藏冰大型丘、冰核小型丘及無冰核平頂丘。大型丘在昆侖山口2號道班出現(xiàn),高20m,長40~50m,寬20~30m。而唐古拉山發(fā)現(xiàn)凍脹泥炭丘,高3m,直徑7~8m[圖2(a)]。冰核小型丘見于阿尼瑪卿山東南端,因融塌而呈亂墳狀[圖2(b)]。平頂丘以當曲源頭(海拔5400m)的疊狀草丘為例,形成寬谷平原沼澤苔原[圖2(c)],草甸苔原則不發(fā)育草丘[圖2(d)]。埋藏凍脹泥炭丘分布零星,而小型冰核凍脹泥炭丘在三大河源頭都有發(fā)現(xiàn)(表2)。凍脹泥炭丘和多邊形構(gòu)造被公認為極地苔原的標志性特征。2.4衣、蘚類分布在7月平均氣溫小于10℃的無林植被帶,以小灌木、草類和少量地衣、蘚類為特色,與極地苔原類似。在垂向上可分上、下兩帶,下部帶依次為高山灌叢、高山草甸或草原,上部帶為流石灘稀疏植被,臨近冰雪帶。沼澤則可出現(xiàn)在從谷底到山鞍的低平或負微地貌形態(tài)。2.5地表、坡面及盆山地在高原7月平均氣溫為0℃~10℃的分布范圍內(nèi),屬于冰沼土類的有寒凍沼澤化草甸土和泥炭土。其中,寒凍沼澤化草甸土廣泛分布于山鞍、坡面及盆谷地,僅有薄層泥炭或灰色潛育層;泥炭土多見于谷底及扇緣,沉積厚層泥炭,最大厚度達5.0m,與極地苔原區(qū)相近,分別發(fā)現(xiàn)于橫斷山地的年保也則山冰磧臺地和當雄盆地。寒凍土多以冰磧及冰水沉積和寒凍巖屑為主要基質(zhì)形成的土壤,成土淺,植被稀疏。由于對高原苔原并未認定,中國學(xué)者對樹與雪線之間的沼澤土類并沒有采用冰沼土術(shù)語,相應(yīng)的其他土類多以寒氈土、寒性薄層土等定名。2.6氣候變化對草地生境的影響依據(jù)7月平均氣溫10℃的等溫線、冰川分布、凍土分布、植被無林以及苔原土分布,可以判定青藏高原7月平均氣溫為0℃~10℃的分布范圍內(nèi),主要環(huán)境特征與極地苔原高度相似,因此可以認定青藏高原此范圍環(huán)境屬于山地苔原。3高原雜草型遞變受高原地帶規(guī)律控制,沼澤類型由東部橫斷山地的小灌叢類型,向西部的帕米爾高原草叢型遞變。筆者以分布最廣、具有典型意義的高山杜鵑(Rhododendronlapponicum)沼澤及藏北嵩草(Kobresialittledalei)沼澤為例進行分析。3.1白血培養(yǎng)的東北部跨境景觀區(qū)發(fā)育于橫斷山地島狀多年凍土區(qū)高山帶上的古冰川槽谷、冰磧臺地等地貌的下限海拔為3950m,小灌木主要為高山杜鵑群系的隱蕊杜鵑(Rhododendronintricatum)、草原杜鵑(Rhododendrontelmateium)、毛蕊杜鵑(Rhododendronwebsterianum)和狹萼杜鵑(Rhododendrontapetiforme)等。以白芒雪山埡口的狹萼杜鵑-苔草-泥炭蘚(Sphagnum)沼澤為例(表3),其地面海拔4200m,發(fā)育島狀多年凍土;沼澤位于山鞍淺谷,形成高度僅10cm、直徑50~100cm的草丘;土壤為泥炭土,地表根系層厚18cm,下部為泥炭層,厚度100cm左右,基底為冰磧礫石。沼澤植被由3層組成:第1層為建群種狹萼杜鵑,群叢狀生長于草丘頂部,高15~20cm,它是高原常綠革葉杜鵑灌叢的一種,適應(yīng)年平均氣溫-4℃~-2℃的冷濕又多大風的惡劣氣候,具有苔原植物特性;第2層以苔草為優(yōu)勢種,葉層高度小于10cm,矮化明顯;第3層是由泥炭蘚組成的地被層,分蓋度為30%~50%。這些特征是中國其他地區(qū)所沒有的,而與極地苔原沼澤較為接近。3.2群落習(xí)性種及生長特性草叢沼澤主要分布在高原主體地帶的三江源地區(qū),從橫斷山地到帕米爾高原西端,以及從喜馬拉雅山地到昆侖山地,此類沼澤都有出現(xiàn);在垂直帶上分布于海拔4300m直到流石灘植被之間。沼澤植物以藏北蒿草、喜馬拉雅蒿草(Kobresiaroyleana)等群落最為普遍,伴生種以華扁穗草(Blysmussinocompressus)居多。如三江源那曲地區(qū)的藏北嵩草沼澤,海拔高度為4500~4800m,高原面較完整,藏北嵩草沼澤呈廣泛分布形態(tài)。優(yōu)勢種藏北蒿草屬于莎草科嵩草屬,適應(yīng)海拔4200~6700m的湖河灘地、潛水溢出帶和冰川前緣積水區(qū);植株高20~30cm,濕-中生,密叢,耐寒,萌發(fā)早,生育期短,根莖葉通氣,組織發(fā)達,莖葉因角質(zhì)化而堅韌;其與群落中的藏西嵩草(Kobresiadeasyi)、青藏苔草(Carexmoorcroftii)、喜馬拉雅嵩草(Kobresiaroyleana)均為特有種。3.3寒凍土連續(xù)覆蓋、生物群落易感染等盡管青藏高原與極地環(huán)境存在干濕的明顯差異,但苔原的本質(zhì)是一致的,沼澤發(fā)育的地生態(tài)學(xué)要素具有內(nèi)在相似性(表4)。兩者的共同特征是氣候嚴寒,多年凍土連續(xù),寒凍冰緣作用強烈;植被無林,僅有小灌木、草叢及苔蘚地衣等;動物群耐嚴寒,多特有種;冰沼土發(fā)育。這是一切苔原的本質(zhì)屬性。當然,兩者的沼澤苔原也有類型上的差異,因為它們分屬于水平和垂直兩大地帶規(guī)律的產(chǎn)物。兩者的某些差異性不僅不是前者否定后者的依據(jù),反而是地球苔原多樣性的表現(xiàn)。4基于高原苔蘚源發(fā)育的理論依據(jù)4.1藏族中基本信息索恰瓦曾指出:長白山存在高山苔原,黑龍江流域只要滿足一定的高度,都可以發(fā)育山地苔原。中國對苔原的研究始于長白山,黃錫疇等對長白山苔原進行了綜合論證,開拓了中國苔原研究的新領(lǐng)域。而后進行的延伸研究,確認其為山地苔原,最遠只能分布到溫帶的山地中,亞熱帶山地不存在高山苔原,長白山是中國唯一典型的苔原自然景觀,并得出長白山、阿爾泰山及日本大雪山苔原是歐亞大陸苔原南緣的結(jié)論。吳征鎰也認為長白山凍原(苔原)與阿爾泰山凍原是高山凍原在歐亞大陸分布的南界。因而,在青藏高原植被的水平分區(qū)與垂直帶劃分中,它們分別定為高寒草原、高寒灌叢和高寒草甸,未見苔原類型的劃分。Huang等在進行青藏高原自然區(qū)劃時,也沒有提到苔原類型,籠統(tǒng)地稱之為青藏高寒區(qū),或?qū)⒈路Q為高山寒凍帶、高山草原帶及高山草甸帶等。20世紀50年代至今,苔原在青藏高原沒有被關(guān)注,也沒有獲得垂直帶應(yīng)有的帶譜地位。長白山是歐亞大陸苔原南緣的結(jié)論也屬于學(xué)術(shù)誤判。首先,水平地帶和垂直地帶皆基于太陽能梯度(即熱力分帶性),因此盡管兩種地帶性都會受到某些區(qū)域要素的干擾而發(fā)生局部變化,但兩者空間組合的架構(gòu)并不改變,各個緯度自然帶與相應(yīng)垂直自然帶之間具有明顯相似之處;馬克耶夫所擬的大陸性與海洋性自然帶理性模式中,水平地帶與垂直地帶都劃分出苔原地帶,他還指出在海洋性環(huán)境下,垂直帶可能基本上重復(fù)水平自然帶系統(tǒng)。這樣,具有充分絕對與相對高度的青藏高原理應(yīng)出現(xiàn)高山苔原。其次,冰雪要素是山地能否形成苔原的關(guān)鍵性要素。伍光和等指出高山冰雪帶的出現(xiàn)是垂直帶譜完整的標準;這一要素在青藏高原是充分具備的,那么具有充分絕對和相對高度、又具有必要冰雪要素的青藏高原,就不可能缺失苔原帶。概而言之,地球上任何一個點位,只要滿足上述條件,都可以在確定的高度出現(xiàn)苔原。鄒春靜等在緯度帶屬于寒溫帶的大興安嶺白蛤蜊山等首次發(fā)現(xiàn)山地凍原。在此基礎(chǔ)上,筆者近年又在大興安嶺北部識別出堰松礫質(zhì)苔原類型。因此,山地苔原能否產(chǎn)生與其所在的水平地帶無關(guān),青藏高原也不會因水平地帶地處亞熱帶至溫帶而不發(fā)育苔原。再者,由于長白山苔原屬于山地苔原而非平原苔原,所以不存在山地苔原止于長白山的依據(jù)。恰恰相反,在中低緯度因巨大隆起而形成的青藏高原,應(yīng)是長白山、天山和阿爾泰山高山苔原越過中國北部廣大地貌第二階梯在青藏高原的再現(xiàn)。在青藏高原以南,中國再無高于森林線的高山。因此,青藏高原才是中國山地苔原的南緣。4.2青海湖更體現(xiàn)了健全的土壤條件,具有提出了能力,符合世界考核、保藏和健康狀況按傳統(tǒng)劃分,苔原分為高緯極地環(huán)境的平原苔原與中低緯高地環(huán)境的山地苔原。山地由獨立山體組合,水平尺度局限,垂直譜系各帶基本沒有明顯水平變化,因而垂直帶具有單純性。而青藏高原與此不同,高山環(huán)繞高原,高原聳立高山,成為巨大而完整的山原。其中東部橫斷山地屬于高山-峽谷地貌,主要發(fā)育單純性山地苔原;而中西部高山寬谷形成了完整的高原面,海拔為4000~5500m,苔原面恰是其主體,向上則達于雪線。這樣,苔原的二維空間具有巨大的廣延性,顯示高原地帶性特征,這與一般山地(包括橫斷山地)苔原在空間格局上有本質(zhì)不同,應(yīng)屬于高原苔原。因此,青藏高原苔原是山地苔原與高原苔原復(fù)合的山原苔原,在世界苔原環(huán)境中獨具特色。高原苔原和山原苔原都是與極地平原苔原、中低緯度山地苔原相并列的一類新苔原。青藏高原是地球冰凍圈唯一的同時具有高原苔原和山地苔原、并由兩者構(gòu)成山原苔原復(fù)合類型的地區(qū)。另外,基于極地平原苔原的研究較為充分,一般習(xí)慣于將其作為苔原的范本模式,將其要素降水、植物成分等也都作為判定指標,實為偏頗。地球的任何一個自然帶,都有其普適性,也有其局限(特殊)性;何況水平地帶規(guī)律產(chǎn)物與垂直地帶規(guī)律產(chǎn)物,更是既有其相似性,又有差異性。兩者不但互不排斥,而且相互補充。在低溫、寒凍、無林等共同的