徐曉云+孫嘉鴻+李鵬啟+簡川川+劉曉燕+王曉東

摘要：本文以長白山北坡和西坡林線小葉章為研究對象，以2坡樣方調(diào)查得到的實(shí)地?cái)?shù)據(jù)為來源，采用一系列數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對2坡林線小葉章蓋度和生長高度以及氣溫變化進(jìn)行分析，揭示小葉章差異性變動與2坡氣溫變化方式關(guān)系。結(jié)果表明北坡比西坡氣溫上升趨勢明顯，波動幅度大。西坡小葉章蓋度和生長高度顯著大于北坡，西坡林線主要以小葉章先行擴(kuò)張為主；北坡以岳樺先行上侵，小葉章再跟進(jìn)的方式擴(kuò)張。氣溫上升快，波動幅度大對喬木-岳樺的擴(kuò)張有利，而氣溫上升相對慢，幅度小的情況下林下的草本-小葉章積極擴(kuò)張，氣溫上升的差異是林線小葉章擴(kuò)張方式不同的氣候原因。

關(guān)鍵詞：長白山北坡和西坡 小葉章 氣溫變化 擴(kuò)張方式

從山地郁閉林到高山苔原帶之間被叫做高山林線，長白山岳樺-苔原過渡帶是研究林線變動的理想地段，在全球氣候變化的驅(qū)使下林線變動非常明顯，長白山林線有著極為豐富的灌草植物。尤其是小葉章的變動表現(xiàn)很積極，引起廣泛關(guān)注。周永斌等長白山非結(jié)構(gòu)碳水化合物含量的變化研究時(shí)提到小葉章是林下主要的草本植物，郝占慶等利用典范對應(yīng)分析的直接梯度排序方法揭示長白山北坡小葉章分布與環(huán)境因子間的動態(tài)關(guān)系，同時(shí)采用樣方調(diào)查法對草本植物沿海拔梯度的物種豐富性變化規(guī)律進(jìn)行分析。趙淑清等對群落物種豐富度的分析中使用一些生態(tài)指數(shù)對林線小葉章分布特征進(jìn)行探討，鄧?yán)っ兜染土志€小葉章生物量通過野外調(diào)查的方法進(jìn)行了分析。這些研究涉及到林線小葉章生理習(xí)性與動態(tài)變化以及與氣候變化的關(guān)系，使林線的研究內(nèi)容逐漸延伸。雖然這些研究對于長白山林線小葉章各種生理生態(tài)特征進(jìn)行了分析，但是動態(tài)變化與氣候變化方式不夠深入，尤其是不同坡向的對比關(guān)系研究的更少。所以，本文以長白山北坡和西坡林線小葉章為研究對象，分析林下草本植物動態(tài)與氣溫變化的關(guān)系以及不同坡上的差異性表現(xiàn)，對于深入認(rèn)識環(huán)境變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響有一定的借鑒意義。

一、研究方法

（一）研究區(qū)概況

長白山北坡林線海拔1900-2000m，西坡為1800-2250m，林線以上是高山苔原帶。林線附近低溫寒冷，生境嚴(yán)酷，喬木生長受到限制，只有岳樺以相對強(qiáng)大的抗寒能力能夠生長，形成岳樺林線。因?yàn)樽兓黠@，成為研究林線變動對氣候變化的理想地帶。北坡林線地理位置為42°2′27″-42°3′14″N，128°4′35″-128°6′13″E，西坡為41°59′3″-42°1′51″N，127°58′6″-127°59′45″E，都是長白山最為典型的地段。

（二）樣方調(diào)查

2015年9-10月在長白山北坡采用樣方調(diào)查法設(shè)置一系列樣帶，在每一樣帶內(nèi)按與等高線垂直方向自高而低從林線邊緣（樹島）連續(xù)取樣直到郁閉林（郁閉度>0.2），共采集125個(gè)樣方；在西坡選擇4個(gè)樣地，在每個(gè)樣地內(nèi)設(shè)置樣帶，共59個(gè)，在樣帶內(nèi)與北坡相同方式采集樣方，共220個(gè)。所有樣方的大小為10m×10m，用GPS（WI257）測定樣方的經(jīng)緯度和海拔，用坡度儀（ACE-360）測定坡度。調(diào)查內(nèi)容為樣方內(nèi)小葉章的蓋度（方格法與目測法相結(jié)合）、生長高度（用卷尺測量（精確到1cm））。

（三）數(shù)據(jù)分析

1.氣溫記錄的整理

由于2坡林線沒有氣象臺站，所以分別用附近臺站記錄分析長白山2坡林線氣溫變化規(guī)律，北坡為天池臺站（1959-2015），西坡為東崗臺站（1959-2015），將臺站日均溫?cái)?shù)據(jù)計(jì)算求出月均溫，再依次推算2個(gè)臺站逐年的年均溫，利用趨勢線擬合方法判斷2個(gè)臺站的年均溫變化特征，采用相關(guān)分析認(rèn)識2坡林線氣溫變化的關(guān)聯(lián)程度，應(yīng)用常規(guī)統(tǒng)計(jì)揭示長白山2坡氣溫波動和差異性表現(xiàn)。

2.小葉章生長態(tài)勢的對比分析

對2坡林線所有樣方內(nèi)小葉章的蓋度、生長高度進(jìn)行整理，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法認(rèn)識小葉章的擴(kuò)張態(tài)勢，采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)揭示小葉章擴(kuò)張的差異程度。

二、結(jié)果與分析

（一）北坡和西坡的氣溫變化

趨勢線擬和結(jié)果可以看出2坡氣溫都呈上升態(tài)勢（斜率值為正），極差（北坡：3.56；西坡：3.48）和標(biāo)準(zhǔn)差（北坡：0.76；西坡：0.65）都很大，說明氣溫的波動幅度很大，在波動中逐漸上升。從2坡的對比看相關(guān)系數(shù)較高（相關(guān)系數(shù)：0.8，p<0.01），說明整體上氣候都在變暖，變化歷程相似。從氣溫變化的差異性表現(xiàn)為北坡上升幅度略大于西坡（斜率值：0.0237（北坡）>0.0196（西坡）），波動幅度北坡也略大于西坡（極差：3.56（北坡）>3.48（西坡）；標(biāo)準(zhǔn)差：0.76（北坡）>0.65（西坡））。

（二）小葉章擴(kuò)張態(tài)勢

1.蓋度的對比分析

從常規(guī)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的均值大?。ū逼拢?4.66；西坡：37.51）可以看出蓋度較高，說明小葉章是林線常見植物種類，從標(biāo)準(zhǔn)差（北坡：9.84；西坡：25.44）和變異系數(shù)（北坡：0.67；西坡：0.68）看較大，說明在2坡林線區(qū)域小葉章分布不均勻，差異較大，適合生長的小生境蓋度大，而不適合生長則很小。從2坡的差異程度看西坡小葉章蓋度比北坡大（均值：37.51（西坡）>14.66（北坡）），說明西坡擴(kuò)張態(tài)勢更為鮮明，從標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)看西坡也大于北坡說明西坡擴(kuò)張更為復(fù)雜。從峰度看西坡為負(fù)（-0.60），北坡為正（3.86），說明西坡在適應(yīng)生長的小生境內(nèi)擴(kuò)張更為迅速，搶占的更為強(qiáng)烈，而北坡雖然也有擴(kuò)張的趨勢，但是不如北坡那樣直接明顯。

從獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出2坡小葉章蓋度差異較大，達(dá)到顯著性水平（雙尾顯著性概率：<0.001），說明在北坡和西坡小葉章擴(kuò)張態(tài)勢是顯著不同的，西坡擴(kuò)張更為明顯，而北坡相對滯后。長白山林線上侵方式在2個(gè)坡上表現(xiàn)不同，在北坡以岳樺上侵為主力，當(dāng)岳樺樹木上侵后帶動林下植物，如小葉章上移；西坡是小葉章先行擴(kuò)張，從岳樺林下直接向苔原帶入侵，2坡的上移方式不同，使小葉章在北坡和西坡擴(kuò)張態(tài)勢表現(xiàn)不同。endprint

2.生長高度的對比分析

從常規(guī)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的均值大小差異看西坡高于北坡（46.63（西坡）>12.53（北坡）），說明西坡小葉章長勢好于北坡，從標(biāo)準(zhǔn)差看西坡大于北坡（24.39（西坡）>8.62（北坡））說明西坡各個(gè)生境的小葉章高度差異更大，從峰度看西坡為負(fù)（-0.60），北坡為正（3.86），說明西坡在適應(yīng)生長的小生境生長高度大，搶占生境能力更強(qiáng)。

從獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出2坡小葉章生長高度差異較大，達(dá)到顯著性水平（雙尾顯著性概率：<0.001），說明在北坡和西坡小葉章生長高度是顯著不同的，西坡高度更大，北坡相對較小。

以上分析可以看出小葉章蓋度與高度的表現(xiàn)有一定的相似性，說明小葉章的擴(kuò)張是利用生長高度的優(yōu)勢來實(shí)現(xiàn)地域擴(kuò)張，高度越大，接受的陽光越多，光合作用更強(qiáng)，競爭能力越大，擠占其他植物的能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)位的擴(kuò)張，小葉章是憑借生長高度的增加實(shí)現(xiàn)領(lǐng)地的擴(kuò)大。

（三）小葉章擴(kuò)張的坡向差異與氣溫變化方式的關(guān)聯(lián)

按照已有的研究結(jié)論，林線的上侵是氣候變暖的結(jié)果[17，18]。而氣溫變化的速率與幅度差異是林線上移方式不同的重要原因，以上分析可以看出在北坡氣溫上升速率快，使喬木-岳樺做出積極響應(yīng)，成為林線擴(kuò)張的主力。同時(shí)北坡氣溫變化幅度大于西坡說明岳樺適應(yīng)氣溫波動的能力更強(qiáng)，比草本的小葉章對氣溫波動抵御的能力更大。

三、討論

本文的研究結(jié)果可以看出氣候變化無論以何種方式表現(xiàn)出來都對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生積極影響，生態(tài)系統(tǒng)也將順應(yīng)氣候變化的方式靈活調(diào)整響應(yīng)方式，根據(jù)氣候變化的規(guī)律做出對系統(tǒng)最為有利的反映，所以在分析氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況有針對性的進(jìn)行分析，不可以用單一結(jié)論推測所有地方的影響方式。

四、結(jié)論

（一）從長白山林線氣溫變化看無論北坡還是西坡氣溫都呈上升態(tài)勢，北坡比西坡氣溫上升趨勢明顯，波動幅度更大。

（二）從小葉章蓋度和生長高度看西坡小葉章蓋度與生長高度都顯著大于北坡，小葉章憑借高度優(yōu)勢在西坡積極擴(kuò)張，北坡隨岳樺先行上侵后再逐漸跟進(jìn)，小葉章的擴(kuò)張?jiān)?坡上的表現(xiàn)明顯不同。

（三）將氣溫變化方式與小葉章擴(kuò)張的差異聯(lián)系起來可以看出氣溫上升快，波動幅度大對喬木-岳樺的擴(kuò)張有利，而氣溫上升相對慢，幅度小的情況下林下的草本-小葉章積極擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)林線的上侵，所以氣溫上升的方式差異是林線上侵不同的氣候原因。

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（基金項(xiàng)目： 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31500307，

41571078，41601263） ；長春師范大學(xué)自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2016-009）和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201610205044）；作者單位：長春師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院；作者簡介：徐曉云，學(xué)生，研究方向：環(huán)境變化區(qū)域響應(yīng)；通訊作者：王曉東，教師，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：生態(tài)氣候?qū)W。）endprint