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1、植物生态学报 1998, 22( 5)428 433 Acta Phytoecologica Sinica 中国东北样带生物群区及其对全球气候 变化响应的初步探讨 唐海萍 陈旭东 张新时 (中国科学院植物研究所 ,北京 100093) 摘 要 本文应用室内模拟与野外实地调查相结合的方法 ,对中国东北森林草原样带上生物群区及其 过渡带的位置与面积进行了判定 ,并预测了未来全球变化条件下生物群区及过渡带可能的变化趋势。 结 果表明: 中国东北样带内的生物群区和过渡带可由基于气候数据和 Holdridge方法的数量模型较确切地 判定出 ,与实际调查的结果吻合较好。 在未来气候变化下 ,过渡带面积呈扩
2、大化趋势;森林区对降水量的 变化反应敏感;草原区地理分布位置变动很大 ,但其相对面积变化较小; 荒漠灌丛对全球变化的反应最 为剧烈。 关键词 中国东北陆地样带 生物群区 过渡带 全球变化 A PRELIMINARY STUDY ON THE BIOME CLASSIFICATION AND THE RESPONSE OF BIOMES TO GLOBAL CHANGE ALONG NORTHEAST CHINA TRANSECT (NECT) Tang Haiping, Chen Xudong and Zhang Xinshi (Institute of Botany,Chinese Acad
3、emy of Sciences,Beijing 100093) Abstract The main biomes and ecotones along Northeast China Transect ( NECT) were i- dentified by means of the Model, Biodiversity Pattern Analysis ( BPA) derived from the cli- mate data sets measured since1950s,and the Holdridge Life Zone System.Such a simulation was
4、 tested through the actual field investigation.The results show that locations and areas of the main biomes and the ecotones lying between them could be accurately distinguished through the BPA model. And the simulated distribution of biomes and ecotones was in agree- ment with that of actual geogra
5、phy location and plant community investigation.The respons- es of biomes and ecotones to global change can be also simulated using the Model. Under global climate change, the areas of some ecotones may increase. It is quite sensitive for the forest biome respond to the change of precipitation. There
6、 would be a large change in the lo- cation of grass biome,but the change in its relative area could be small.The shrub biome a- long N ECT,nevertheless,would be most violent when global change occurs. Key words North East China Transect, Biome, Ecotone, Global Change 本文于 1997-12-23 收稿, 1998-03-17 收到
7、修改稿。 本研究得到国家自然科学基金重大项目及国家科委“八五”攀登计划项目基金资助。 陆地样带 ( Terrestrial Transect)是由一系列沿基本梯度分布的研究站点组成 , 有足 够的长度 ( 1000km)和宽度 ( 300km)以涵盖遥感影象的范围或区间。 目前国际上陆地 样带研究已成为陆地生态系统与全球变化 ( Global Change and Terrestrial Ecosystem, GCTE)研究的重要手段 ( Castro-Diez et al. , 1993; Raich et al. , 1997; Steffen et al. , 1992)。中国东北温带森
8、林 - 草原陆地样带 ( North East China Transect, NECT) ,位于东 经 112 130. 5 之间 ,沿北纬 43. 5 设置 ,长约 1600km。是中纬度地区以降水为主要驱动因 素的样带 ,具有良好的植被、土壤、土地利用、气候等环境因素的过渡特征 ,被列为 IGBP 在全球首选的 4 条样带之一 (张新时等 , 1997)。Holdridge的植被 - 气候分类方法以其简明、 合理及与植被类型密切对应的特点在生物群区分类中受到重视和广泛应用 (张新时 , 1993)。该方法根据某一地区的月平均气温和年降水量来估测植被类型 ,并用来表示生物 群区 ( Bio
9、me)的分布格局。在近年来开展的全球变化对陆地生态系统影响的研究中 , Holdridge系统被广泛用来预测陆地生态系统对模拟的气候变化响应的敏感程度 ,预测大 气 CO 2浓度加倍后植被分布格局的变化 ( Emanuel et al. , 1985; Henderson, 1991; Pren- tice, 1990)。本研究试图利用基于 Holdridge的分类系统编制的计算机程序对东北样带内 的生物群区进行划分并判定过渡带的位置。 沿北纬 43 30 路线 ,从东向西进行有关定点、群 落调查和气象数据采集 ,用实地观测的数据进行了验证和修正。模拟全球变化后 NECT 内的植被格局重点是生
10、态过渡带的变化 ,为进一步研究全球变化与样带的生物多样性梯 度及植物功能型变化提供科学依据。 1 材料与方法 1. 1 气侯数据库和应用软件 根据东北样带内 110个气象台站的 1950 1980 年月均温和年降水量资料 ,利用以 Holdridge方法为基础构建的计算机判别模型软件 ,对中国东北森林 - 草原陆地样带进行 生物群区分类及过渡带的判定。 用实地观测的 107 个点的数据对前面模拟结果进行验证 , 确定过渡带的位置和宽度。 1. 2 全球定位系统定位 1997 年 7 8 月 ,中国科学院植物研究所联合北京师范大学、东北师范大学、中国科学 院沈阳应用生态研究所、美国 Colora
11、do大学等研究植被、草地、土地利用、土壤等方面的 研究人员 20 余人对中国东北森林- 草原陆地样带进行了实地考察。 从珲春开始定位 ,向东 沿 43. 5 N到中俄边境的春化林场 ,之后基本沿该纬度一直往西 ,止于内蒙古二连浩特。 每 隔 25km用全球定位系统 ( Global Positioning System, GPS)定位 ,记录该点所属的植被 类型及土地利用状况。选择典型植被分布地段进行样方调查 ,共调查 30 个样方。森林区取 样面积为 20 30m 2 ,草原区采用样线调查法 ,草本样方为 1 1m 2、灌木样方为 2m 2m。 1. 3 全球变化的生物群区格局动态模拟 利用
12、自行开发的软件 ( Biodiversity Pattern Analysis, BPA)模拟温度和降雨在大气 环流模型 ( General Climate Models, GCMs)预测未来的气候变化的几种情景下 ,中国东北 森林- 草原陆地样带的生物群区 ,尤其是过渡带的变化情况。 429 5 期唐海萍等: 中国东北样带生物群区及其对全球气候变化响应的初步探讨 2 结果与讨论 2. 1 样带的生物群区分类及过渡带位置的判定 样带调查收集到沿途所包含的 110 个气象台站资料 ,用地理坐标定位、趋势面法和 Holdridge生命地带方法 ,模拟出样带的生物群区分布图。 图 1A显示了样带内从
13、东到西主要生物群区的类型与位置。 从东到西主要为潮湿森林、湿 润森林、草原、荒漠灌丛(即样带的荒漠草原类型 ) 4 大生物群区以及北面大兴安岭南缘存在的 一小块北方带的湿润森林和右下角的长白山高山冻原(雨冻原 )。潮湿森林主要以云杉( Picea sp. )、冷杉 ( Abies sp. )林,红松 ( Pinus koraiensis)针阔叶林为主,林下阴冷潮湿,代表植物有 红松、沙松 ( Abies holophylla)、冷杉、鱼鳞松( Picea jezoensis)、水曲柳( Fraxinus mandshuri- ca)、紫椴( Tilia amurensis)、蒙古栎 (Quer
14、cus mongolica)、色木槭 ( Acer mono)等;湿润森林 主要有蒙古栎林 ,椴- 槭 - 柞杂木林和山杨白桦林等。 包括东北著名的“三大硬阔”: 水曲柳、山胡 桃 (Juglans mandshurica)、黄檗( Phellodendron amurense)。 草原区植物主要以羊草 ( Leymus chinensis)、贝加尔针茅 ( Stipa baicalensis)、大针茅 ( S. grandis)、克氏针茅 ( S. krylovii)、糙隐子草 (Clistogenes squarrvsa)、萎陵菜属 ( Poten- tilla)、蒿属 ( Artermi
15、sia) 植物为代表; 荒漠灌丛主要 由锦鸡儿属 (Caragana)、冷蒿 ( Artemisia frigida)、栉叶蒿 (Neopaleasia pectinata)、戈壁针茅 ( Stipa gobica)、沙生冰草 ( Agropyron sp. )等组成。 该软件模拟出了两群区之间的生态过渡带的确切位置与宽度以及过渡带的总面积。 模拟结果与此次野外考察定点观测到的 43. 5 N左右的群落与典型地段的样方群落调查 非常符合。 考察从珲春开始 ,珲春位于中朝边境 ,靠近日本海。 它的西南面是长白山山系 ,东北面 是春化 ,就位于模拟的潮湿森林区内。在春化林场所作的鹅耳枥 - 沙松冷
16、杉- 红松林与柞木 - 沙松混交林样方 ,从种类成分及环境特征来看具明显的潮湿森林特征 ,林下有大量凋落 物 ,形成弱酸性且代换性盐基含量较为丰富的腐殖质层。土壤比较深厚、湿润。 潮湿森林与 湿润森林的过渡带不很明显。 在汪清与吉林之间为湿润森林。 吉林到长春之间处于森林 - 草原过渡带的位置 ,现在大部分地区已开垦为农田 ,为东北著名的玉米带。偏离 43. 5 N往 南一些 ,玉米带一直向西延伸到双辽附近;往北则进入松嫩平原南端的羊草碱化草地。长 春东面一直到通辽 ,沿途可以看出属于农牧交错区。在模拟图上 ,此段属于过渡带。 根据卫 星遥感资料 ,这段的土地利用情况十分复杂 ,属于从农田向草原的过渡区。 穿过通辽就正式进入草原区 ,一直延伸到阿巴嘎附近。 之后 ,进入典型草原与荒漠灌 丛 (荒漠草原 )的过渡带。 在此区域所作的样方内开始出现小叶锦鸡儿和狭叶锦鸡儿等小 半灌木。 到离苏尼特左旗 50km处 ,景观发生变化 ,小半灌木比例明显增加。 样方内出现戈 壁针茅 ,进入荒漠灌丛区 ,一直到二连浩特都基本上属于这种生物
