類型分布
長白山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,沿著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。隨著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%。
自然環境
北極凍原由於氣候寒冷,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
凍原生態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著重要的影響。
植物
凍原生態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。
動物
旅鼠生物量與生產力
凍原生態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)。
食物鏈
雪兔營養物質循環
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。
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。
起源
東西伯利亞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,隨著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。
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