目錄摘要 I英文摘要 Ⅱ1前言 12.長白山地區自然概況 22.1長白山地區地理區域分析 22.2長白山地區地形地貌分析 23長白山地區植被分布及觀覺特征 33.1長白山地區植被種類 33.2長白山地區植被分布的影響因素 33.3長白山地區植被分布的觀覺特征 34.結論 6參考文獻 7致謝 7III1.引言山地作為陸地上高高隆起的部分有著明顯不同于平原和低地的各種自然與人文現象；山地具有濃縮的環境梯度、高度異質化的生境以及相對較低的人類干擾強度，是景觀多樣性和生物多樣性的集聚地，蘊含了極為豐富的生態和地理信息，同時，山地也是貧困地區、脆弱地區和環境變化敏感區的代名詞，對維護區域和全球生態安全及可持續發展具有重要的戰略意義[1-2]。從19世紀洪堡對南美安第斯山的垂直帶研究以來，山地垂直帶一直是傳統自然地理研究的重要內容和山地研究的最基本方法[3-4]。自20世紀30年代起，人們就已經開始進行主要山地垂直帶空間分布規律的比較研究。四十年代到九十年代期間，國際上對垂直帶的研究迎來了百花爭艷的鼎盛時期。在地理學研究方面走在前列的德國為山地垂直帶的研究做出了巨大的貢獻，不僅積累了大量世界各大山系垂直帶譜的基礎數據，并發表了一系列關于山地垂直帶分布規律的論文專著。前蘇聯學者Stanykovich在前人研究的基礎上，首次對前蘇聯境內的山地垂直帶進行分類[5-6]。我國受蘇聯地帶性學說思想的影響，在五六十年代對垂直帶和水平帶的關系進行了深入研究，建立了“垂直帶結構的地帶性原則”。長白山是歐亞大陸東部著名的高山，山地地形錯綜復雜，太陽輻射、溫度、土壤水分等可在很短的距離隨地形發生較大的變化。植被垂直帶譜明顯，生物多樣性豐度高。該區具有獨特的地貌單元，在研究領域具有較高的科學價值。研究長白山植物區系的垂直分布格局對了解長白山各植被垂直帶植物區系的發生、發展及其與周邊地區的關聯途徑十分重要。目前，許多國內外學者主要針對氣候因子、地形、土壤等對植物多樣性及分布變化之間的關系研究，并取得了一定成果，而綜合考慮地質背景（構造、地層、巖性、土壤地球化學、地貌）與植物（植被）關系的研究鮮見報道。因此，本文就地質因子對長白山地區植物分布的影響及景觀特征進行淺析。研究路線圖1-1圖片來源：作者自繪東北農業大學碩士論文2.長白山地區自然概況2.1長白山地區地理區域分析長白山地處我國吉林省的東南部，位于哈達嶺和老爺嶺以東，東經125°16'~125°30'，北緯40°51'~44°30'，總面積951875km2，最高海拔2691m。該區屬于溫帶大陸性季風氣候區，年降水量可達800~1800mm，年相對濕度65%~74%，年均溫度4.9~7.3e之間[7]。長白山是我國與朝鮮兩國的交界處，己被確定為一座休眠火山，自古至今，發生過多次噴發，形成了獨特的自然景觀。長白山地區物種豐富，森林系統保存較好，具有亞洲東部典型的山地森林生態系統。2.2長白山地區地形地貌分析長白山位于歐亞大陸邊緣，濱臨太平洋的強烈褶皺帶（長白山山地南部屬于中朝準地臺，北部屬吉黑華力西糟皺帶）。經歷多次地殼變遷活動后構成玄武巖臺地，形成了火山地貌、流水地貌、冰川冰緣地貌等多樣性地貌組合類型。（如下表2-1所示）早期長白山巖石分類表2-1圖片來源：作者自繪（參考：劉德生，1959）長白山從山頂自上而下可分為火山錐體、玄武巖高原和玄武巖臺地三個環狀地帶，主要由花崗巖、玄武巖、片麻巖和片巖組成，以花崗巖分布面積最廣。火山錐坐落在玄武巖高原上，海拔在1800m～2691m之間，錐體底部平面呈卵圓型，向北西——南東方向延伸，地勢陡峭，坡度在15°～20°左右。以火山錐為中心放射狀分布著流水侵蝕形成的谷地，地面起伏較大。玄武巖高原是火山錐體向玄武巖臺地的過渡地帶，海拔在1000m～1800m之間。地勢傾斜明顯，坡度在10°左右。玄武巖臺地位于長白山下部，海拔在1000m以下，相對高差200m，地勢平緩。3.長白山地區植被分布及觀覺特征3.1長白山地區植被種類長白山是我國東北第一高山，最高峰白云峰為海拔2619m，由于受海洋濕氣團的影響，降雨量較豐富，氣候濕潤，適于植物生長，種類繁多，又加以植被垂直分布明顯，植被類型多樣性，是目前地球上為數不多的保存完整自然生態系統之一[8]。據文獻資料記載[9]，長白山共有維管植物105科、336屬、610種(含變種及變型，不包括栽培種和外來種)。其中蕨類植物13科、16屬、21種；裸子植物3科、7屬、13種；被子植物89科、314屬、576種。種子植物共計92科，占東北植物區總科數的79.31%，屬數321屬，占東北植物區總屬數的55.83%，種數為589種，占東北植物區總種數的33.16%[10]。（如圖3-1所示）長白山植物區系組成成分表3-1圖片來源：作者自繪（參考：曹偉，2008）3.2長白山地區植被分布的影響因素形因素對長白山自然景觀帶的形成起著主導作用，氣溫自下而上遞減、而降水量自下而上遞增的現象非常明顯；同時地勢愈高，寒凍風化作用愈顯著，風力也愈強。在長白山，地形是影響山地植物生長和植被分布的間接生態因子。通過海拔、坡度、坡向等地形要素制約對水、熱、土壤、風、雪等直接生態因子的空間分布和組合控制植被分布。海拔高度、坡向和坡度三個地形因素對植被分布的影響最為顯著。其中海拔高度是山地地形變化最明顯的因子[11]。由于氣候和土壤隨海拔高度的變化，使得一個樹種只能分布在一定的海拔范圍內，不同的海拔高度分布著不同的植被而形成垂直帶。隨海拔升高，某一垂直帶主要植被類型的百分比逐漸減少，下一垂直帶植被類型百分比逐漸增多到占主要優勢形成新的垂直帶，這是植被垂直帶產生的根本機理。垂直帶在海拔方向上的格局主要受海拔高度制約，在水平方向上的格局則主要受坡度、坡向等地形因素影響。在同一海拔范圍內，各生態因子隨坡度、坡向變化組合成不同的微生境，導致不同植被斑塊鑲嵌分布，垂直帶格局。在水平方向上發生變化環境因素沿海拔方向的梯度變化引起植被垂直帶更替形成垂直帶譜。不同的坡向由于太陽輻射強度和日照時數的不同，光、熱、水和土壤狀況有較大差異。一般來說陽坡比陰坡溫度高、濕度小、蒸發量大、土壤的物理風化和化學風化作用強，因而土壤干旱貧瘠[12]。因此，陰陽坡常分布著對光、溫、水有不同需求的樹種，陽坡的物候也早于陰坡，同一樹種和森林類型的垂直分布在陽坡常高于陰坡。陽坡樹木樹冠積雪覆蓋比陰坡少，相對較容易受冬季生理干旱的傷害[13-14]。迎風坡的空氣溫度、土壤溫度通常比背風坡低會影響樹木生長[15-16]。迎風坡樹木較背風坡更易受冬季生理干旱的傷害。在迎風坡的樹木長期受來自同一方向的持續強風作用會抑制針葉的生長發育[17-18]。迎風坡和背風坡的積雪厚度相差也很大[19]。不同的坡度由于入射角度不同，所獲得的太陽輻射也有所區別，氣溫、土溫及其它生態因子也隨之發生變化。坡度越大，水分流失越嚴重，土壤受侵蝕的可能性愈大，土層薄、有機物質少。平坡土層深厚、養分肥沃，適合喜濕好肥的樹種生長。緩坡土壤養分較肥沃，排水良好，是樹木生長的理想地段。陡坡土層淺薄，水分供應不穩定，植物生長不良。急坡和險坡水土流失嚴重，常發生塌方和滑坡，基巖裸露，植物稀疏而低矮[20]。以北坡為例：“長白山北坡植被垂直帶在海拔方向上受水熱條件制約呈現明顯的更替過渡格局。在水平方向上各帶界線都在山體坡向效應基礎上受小尺度影響因素作用表現為波動的曲線。在不同海拔和水平位置上小尺度影響因素的作用強度不同，使得各帶海拔高度、寬度、形狀和植被鑲嵌格局沿水平方向上變化具有不同的特點，導致垂直帶譜在水平方向上的格局具有異質性。在小尺度影響因素中，地形起著主導作用。”3.3長白山地區植被分布的觀覺特征長白山是松花江、鴨釋江和圖們江等水系的發源地。松花江上游水勢急湍，峽谷幽深，遠望河道，常呈一條美麗的白鏈，所以有二道白河、三植白河等的名稱。河流水源除天池水外，還有雨水、融雪水、地下水等。長白山植被屬長白區系植被，生態系統比較完整，植物資源十分豐富。由于山體高程高差相對較大，氣候、土壤條件隨海拔梯度變化明顯，導致植被也隨海拔出現垂直分異，形成四個典型植被垂直帶。上而下劃分為高山凍原帶、亞高山岳樺林帶、暗針葉林帶和紅松針闊混交林帶。統計表明，長白山共有維管束植物134科517屬1323種。構成各個植被垂直帶的物種數量分別為：闊葉紅松林帶132科480屬1189種，暗針葉林帶69科200屬355種，亞高山岳樺林帶47科130屬185種，高山凍原帶37科91屬137種。從種類組成上看，紅松針闊混交林帶>暗針葉林帶>亞高山岳樺林帶>高山苔原帶；闊葉紅松林植物種類豐富，其種數比其他三個植被帶的種數之和還多[21]。（1）紅松針闊混交林帶植被觀覺特征紅松針闊混交林帶分布在海拔700m～1100m以下的玄武巖臺地上，也稱闊葉紅松林帶。是長白山垂直帶譜的基帶和優勢垂直帶。地勢平緩，土壤質地較粗，結構疏松，排水良好，氣候溫濕，植物種類繁多，結構復雜，層次不甚清晰。喬、灌、藤、草、蕨等在這一植物帶中有多種分布。植被以紅松闊葉林為主。主林層的優勢種主要為紅松（Pinuskoraiensis），與紅松混交的樹種有紅皮云杉（Piceakoraiensis）、水曲柳（Fraxinusmandshurica）、黃檗（Phellodendronamurense）、胡桃楸（Juglansmandshurica）、槭樹（Acerspp.）、椴樹（Tiliaspp.）、楊樹（Populusspp.）、榆樹（Ulmusspp.）和白樺（Betulaplatyphylla）[22]。林下灌木種類較豐富，常見的灌木有毛榛(CorylusmandshuricaMaxim)、刺五加(RadixAcanthopanacisSenticosl)、五加(Araliaceae)、忍冬(Lonicerajaponica)、衛矛(Euonymusalatus)、懸鉤子(Rubuscorchorifolius)、接骨木(S.williamsii)和刺玫(Rosadavurica)等。林下草本植物種類繁多，代表性的有山茄子(Loniceracaerules)、棉馬(Dryopteriscrassirhizoma)、木賊(Horsetail)、蕨(Pteridiumaquilinum)和掌葉鐵線蕨(Adiantumpedatum)等。海拔1100m～1400m是紅松針闊混交林與云冷杉林組成的過渡地帶。既有紅松針闊混交林中的紅松、槭樹、楊樹等成分，也有暗針葉林中的魚鱗云杉（Piceajezoensis）和臭冷杉（Abiesnephrolepis）[23]。（如圖3-1所示）紅松針闊混交林帶示意圖3-1圖片來源：作者自繪（2）暗針葉林帶植被觀覺特征暗針葉林帶位于海拔1100-1700米的傾斜玄武巖高原上，也稱云冷杉林。氣候冷濕，土層較薄，植物層次清晰，整齊高大。植被以云、冷杉為主，混生有岳禪及長白落葉松。除針葉樹之外，伴生有槭樹、花楸等闊葉樹，林下灌木、草本種類較針闊混交林帶明顯減少。（如圖3-2所示）暗針葉林帶林帶示意圖3-2圖片來源：作者自繪（3）亞高山岳樺林帶植被觀覺特征亞高山岳樺林帶在海拔1700-2000米之間，占據火山錐體下部，坡度陸，土層較薄，氣溫低，降水多，濕度大，風力強，樹木矮小彎曲。該帶代表樹種是岳樺。基本為岳樺純林[24]或混有極少的花楸和臭冷杉。岳樺由于具有較強的抗旱、抗風能力在該帶占據絕對優勢，形成長白山郁閉森林分布的上限——林線。岳樺林帶又可根據林下植物的不同分為牛皮杜鵑岳樺林和高草岳樺林兩種群落類型。前者位于岳樺林帶的上部，林下優勢種為牛皮杜鵑(Rhododendronaureum)和篤斯越桔(Vacciniumuliginosum)；后者位于岳樺林帶的下部，林下優勢種為小葉樟(Deyeuxiaangustifolia)[25]。伴有散生的長白落葉松、東北赤楊、花楸等，低佳及溝谷處有赤楊分布。灌木以耐寒種類為主。（如圖3-3所示）亞高山岳樺林帶示意圖3-3圖片來源：作者自繪高山苔原帶植被觀覺特征高山苔原帶處于海拔2000米以上的火山錐體上部，土層很薄，氣溫低，濕度大。隨著海拔的增高，植物逐漸稀疏，種類逐漸減少，生長期很短。高山苔原帶又可以分為：小灌木苔原、草甸苔原和石質苔原[26]。在苔原帶下部，岳樺呈斑塊狀鑲嵌并逐漸向高海拔擴展，構成了岳樺林帶向高山苔原帶的過渡帶——樹線過渡帶。該帶植物矮小為匍萄狀，根系肥大，花序大型，色彩鮮艷，植被只有矮小的灌木、草本和地衣、苔蘚等，為典型的苔原植被類型。建群種主要有牛皮杜鵑、毛氈杜鵑（Rhododendronconfertissimum)、松毛翠(Phyllodocecaerulea)、篤斯越桔、苞葉杜鵑(Rhcdodendronredowskianum)和寬葉仙女木(Dryasoctopetala)等。南坡植被類型與高程關系表3-2圖片來源：作者自繪（參考：曹偉，2008）北坡植被類型與高程關系表3-3圖片來源：作者自繪（參考：曹偉，2008）各垂直帶譜連續完整。但垂直帶寬度區別較大。岳樺林帶寬度為60m，與其它植被垂直帶相比最窄。暗針葉林帶寬度為307m，相對較寬。各垂直帶植被斑塊鑲嵌格局不同。高山苔原帶下部條帶狀鑲嵌著岳樺林。岳樺林帶為純林，岳樺林呈斑塊狀分布。暗針葉帶上部為純林，下部斑塊逐漸破碎化。紅松針闊混交林帶零散鑲嵌著小的暗針葉林斑塊。各垂直帶間界線類型與寬度不同。岳樺林帶與高山苔原帶、暗針葉林與紅松針闊混交林帶的界線為漸變型。岳樺林帶與暗針葉林帶間界線為突變型。暗針葉林與紅松針闊混交林界線最寬，過渡最緩慢。樹線過渡帶寬度為177m。樹種限分布在海拔2200m，林線分布在海拔1835m。沿水平方向上由西北向東北，垂直帶的排列順序沒有變化，各帶界線呈曲線狀，各帶的海拔高度、寬度和形狀均有明顯變化[27]。各帶海拔高度都受山體效應影響隨山體坡向由西北向東北逐漸升高，但這種趨勢在山下部較明顯。樹線過渡帶上界（樹種限）呈現兩邊低中間高的拋物線變化模式，高差變化較大，曲線最曲折。樹線過渡帶寬度變化大，山體坡向效應的作用完全被其它影響因素導致的界線劇烈波動所湮沒；岳樺林帶上界（林線）呈現波動較大的起伏式升高趨勢，高差變化劇烈程度低于樹線過渡帶，曲線較曲折。岳樺林帶寬度變化較大，山體坡向效應有一定顯現，但在很大程度上被其它影響因素削弱；暗針葉林帶上界呈現波動較頻繁的平直變化趨勢，曲線波動幅度較樹線過渡帶和岳樺林帶小。暗針葉林帶寬度沒有劇烈變化，沿水平方向上逐漸減小，山體坡向效應和其它影響因素的作用都不突出，相互抵消而減弱；紅松針闊混交林和暗針葉林過渡帶呈現明顯的平滑上升趨勢，曲線形狀波動很小。寬度沿水平方向上沒有明顯變化。山體坡向效應作用顯著；紅松針闊混交林帶呈現稍有谷值的上升趨勢，曲線波動大于上部紅松針闊混交林和暗針葉林過渡帶，山體坡向效應較明顯但略遜于上部紅松針闊混交林和暗針葉林過渡帶。4.結論長白山北坡植被垂直帶在海拔方向上受水熱條件制約呈現明顯的更替過渡格局。在水平方向上，垂直帶格局受小尺度因素影響具有高度異質性。各帶的寬度、植被鑲嵌格局、界線類型不同。岳樺林帶最窄。暗針葉林帶最寬。岳樺林帶與暗針葉林帶之間的界線為突變型，其它界線為漸變型。各帶界線呈曲線狀沿山體坡向由西北向東北逐漸升高。沿水平方向上各帶的海拔高度、寬度和形狀均有不同程度的變化。樹線過渡帶變化最大。地形控制著小尺度下植被垂直帶在水平方向上的格局變化。不同的地形具有不同的植被組成。在同一海拔范圍內，植被格局由地形分布格局和各地形的植被組成共同決定。地形通過對直接生態因子進行再分配而間接控制山地垂直帶的水平分布格局。垂直帶的水平格局是地形控制下主要生態因子共同作用的結果。坡度主要通過對太陽輻射和土壤水分進行再分配而影響垂直帶空間分布格局。坡向主要通過對土壤水分和積雪進行再分配而影響垂直帶空間分布格局。坡度和坡向組合在一起，在山體上部形成很多極端生境限制樹木向高海拔入侵。參考文獻[1]LauerW。HumandevelopmentandenvironmentintheAndes.Ageoecologicaloverview。MountainResearchandDevelopment，1993，13，57-166。[2]KomerC。Theuseof‘altitude’inecologicalresearchTrendsinEcologyandEvolution，2007，22，569-574。[3]張百平，譚靖，姚永慧。山地垂直帶信息圖譜研究[M]。中國環境科學出版社，2009年。[4]姚永慧，張百平，譚靖，韓芳。長江上游山地垂直帶譜及其空間分布模式[J]。地理研究，2009，28(6)：1633-1643。[5]MajorJ。Review：AltitudinalBeltsofMountainVegetationintheUSSR。Ecology，1977，58(2)：460-461。[6]侯學煜。論中國各植被區的山地垂直帶譜的特征。中國植物學會。中國植物學會三十周年年會論文摘要匯編[C]。1963：254-258。[7]傅沛云，李冀云曹偉，等。長白山種子植物區系研究[J]。植物研究，1995。15(4)：491--500。[8]LetcherSG。Phylogeneticstructureofangiospermcommunitiesduringtropicalforestsuccession[J]。ProceedingsoftheRoyalSocietyB：Biologi-calSciences，2010，277(1678)：97－104。[9]祝廷成，嚴仲鎧，周守標。中國長白山植物[M]。北京：科學技術出版社，2003。[10]傅沛云，李冀云，曹偉等。東北植物區系地區種子植物區系研究[J]。云南植物研究，1995，增刊VII。[11] WhittakerRH。Dominanceanddiversityinlandplantcommunities[J]。Science，2005，147：250-260。[12]李俊清。森林生態學[M]。北京：高等教育出版社，2010。[13]MarchandPJ，ChabotBF。Winterwaterrelationsoftree-lineplantspeciesonMt.。Washington，NewHampshire[J]。ArcticandAlpineResearch，1978：105-116。[14]CairnsDM。PatternsofwinterdesiccationinkrummholzformsofAbieslasiocarpaattreelinesitesinGlacierNationalPark，Montana，USA[J]。GeografiskaAnnaler：SeriesA，PhysicalGeography，2001，83(3)：157-168。[15]WardleP。AcomparisonofalpinetimberlinesinNewZealandandNorthAmerica[M]。DepartmentofScientificandIndustrialResearch，1965。[16]HoltmeierFK。InfluenceofwindontreephysiognomyattheuppertimberlineintheColoradoFrontRange[J]。MountainEnvironmentsandSubalpineTreeGrowth，ForestResearchInstitute，NewZealandForestService，Wellington，NewZealand，1980：247-261。[17]GraceJ。Plantresponsetowind[M]。AcademicPress。1977。[18]Wad