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纵向岭谷区山地气候时空变化及其生态效应

刘洋  
【摘要】: 探讨和解释生物多样性的空间分布格局一直是生态学家和生物地理学家所关注的问题,预测气候变化对植物多样性的潜在影响已成为生态学研究的焦点。本研究以纵向岭谷区不同纬度的西双版纳(热带山地)、哀牢山、无量山、高黎贡山和白马雪山(亚热带山地)等5个区域为研究对象,分析了不同区域山地气候要素的时空分布特征、山地面积和植物多样性的垂直分布格局,从气候的角度解释了植物多样性的垂直分布格局,预测了区域气候变化对植物多样性的潜在影响。研究结果表明: 纵向岭谷区不同纬度山地气温和地表温年较差随海拔的升高而减小,随纬度的增加而增大;地表温年较差高于气温年较差。雨季平均相对湿度在75%以上,干季平均相对湿度在60%以上。降雨的年内变化呈单峰型,有明显的干、湿季之分,雨季降雨量占全年降雨的70%以上。整体而言,纵向岭谷区不同纬度山地,5~10月气温、地表温、相对湿度较高,降雨较多,11~4月气温、地表温、相对湿度较低,降雨较少,体现了纵向岭谷区雨热同期的气候特征。相近海拔高度处东坡的热量状况优于西侧坡面,西坡的水分状况优于东侧坡面。山地气温垂直递减率在0.54~0.78℃/100m之间,地表温垂直变率在0.62~0.66℃/100m之间。气温垂直递减率随纬度的增加而增大,山地东坡的气温垂直递减率大于西坡。气温和地表温垂直变率呈现了雨季干季、最热月最冷月的变化特征。降雨随海拔的升高均为线性递增型,均未发现最大降雨高度。除高黎贡山地区以外,随纬度的增加降雨呈减小趋势,山地年降雨量的垂直变率也呈减小趋势,山地东坡降雨垂直变率大于西坡。除西双版纳山区外,相对湿度均随海拔高度的升高而增大,山地东坡相对湿度的垂直变率大于西坡。 哀牢山地区山顶自然保护区内同样存在显著的增温趋势。山区气候的长期变化特征显著,年、季和月平均气温均呈现显著的升高趋势,气温的显著升高主要发生在干季,增温率为干季年雨季。最冷月均温增温率最大,最热月均温变化幅度较小,气温年较差呈减小趋势。∑t≥0℃的有效积温和∑t≥10℃的活动积温显著增加。气温的变化具有显著的空间差异,增温速率为东侧盆地山顶西侧盆地。山地迎风坡面(西坡)气温垂直递减率显著减小,背风坡面(东坡)气温垂直递减率整体呈增大趋势。降雨整体呈增加趋势,不同季节间降雨的变化差异显著,年降雨量的变化趋势主要受雨季降雨控制,干季降雨呈微弱上升或下降趋势,降雨的增加率为东侧盆地山顶西侧盆地。 以哀牢山地区群落样方调查数据为基准,乔木层和灌木层物种多样性沿海拔梯度呈单峰型分布格局,中山湿性常绿阔叶林乔木层树高、胸径和物种多样性最大;灌木层物种多样性最大值出现在中山湿性常绿阔叶林与季风常绿阔叶林和半湿性常绿阔叶林的过渡区域;草本层物种多样性沿海拔梯度呈整体减小的趋势;累加乔、灌、草三层的物种多样性指数,哀牢山地区东、西坡不同海拔梯度植物群落的Shannon-Wiener指数和物种丰富度最大值出现在海拔2000m左右。相同海拔高度处,西坡植物群落的物种多样性高于东坡,季风常绿阔叶林的物种多样性大于半湿性常绿阔叶林,干热河谷植被的物种多样性最小。群落间相似性沿海拔梯度呈“S”型分布格局,存在两个明显的转换点,其中一个出现在由季风常绿阔叶林或半湿性常绿阔叶林向中山湿性常绿阔叶林转换的过程中,另一个出现在由干热河谷植被向半湿性常绿阔叶林的转换过程中。 纵向岭谷区山地种子植物多样性沿海拔梯度存在由平缓至递减(热带山地:西双版纳)和先增后减的单峰型(亚热带山地:哀牢山、无量山、高黎贡山、白马雪山)两种分布格局;随着纬度的增加种子植物多样性沿海拔梯度最大值出现的位置呈升高趋势。西双版纳山区、哀牢山和白马雪山蕨类植物多样性沿海拔梯度均呈单峰型分布格局;蕨类植物最大值出现的海拔高度高于种子植物。以物种分布中心为基准与以物种分布幅度为基准统计分析的物种丰富度垂直分布格局结果一致。物种分布幅度随海拔的升高均呈现先增大后减小的变化趋势,山顶和山谷物种分布幅度较小,最大物种分布幅度出现在中间海拔处。 在所选取的西双版纳山区、哀牢山、无量山、高黎贡山和白马雪山5个研究区中,面积与物种丰富度的垂直分布格局不同(西双版纳),物种丰富度最大值并未出现在面积最大的海拔范围内(5个地区);在去除面积的影响后,植物分类群密度与丰富度垂直分布格局相同;面积作为单一因子不能很好的解释植物多样性的垂直分布格局。作为环境水分和能量状况的综合体现,实际蒸散量能较好的解释不同地区山地植物物种丰富度垂直分布格局及其异同。从气候的角度而言,亚热带山地植物物种丰富度单峰型分布格局主要受制于山地下部高温、少雨的气候特征,水分的胁迫是山地下部物种丰富度减小的主要原因,随着山地下部环境干燥程度的加剧物种丰富度迅速减小。 亚热带山地下部干热河谷植被的形成以及不同坡向相同植被类型分布范围的差异与环境的水热平衡状况有很强的相关性。山地的不同位置都呈显著的升温趋势,河谷地区的干燥程度将进一步加剧。气候变化将对植物的分布产生显著的影响,植物的分布范围将沿海拔梯度向上迁移,然而影响的强度在山地的不同坡向及不同位置有所不同。按照“能量-生物多样性理论”,山地的中上部物种丰富度将增加,河谷地区物种丰富度将减小,山顶和河谷地区狭域分布的植物类群将有灭绝的危险。


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