冻原生态系统

`又称苔原生态系统(polarecosystem)。是由极地平原和高山苔原的生物群落与其生存环境所组合成的综合体。根据分布区域的不同,又分为极地(苔原)生态系统和高山(苔原)生态系统。主要特征是低温、生物种类贫乏、生长期短、降水量少。全球苔原面积约800万平方千米,约占陆地总面积的53％。苔原的生态环境甚为恶劣。气候特点是寒冷,冬季漫长而严寒,夏季短而凉。年降水量不多,但降水次数多,水分蒸发弱,故空气湿度大。苔原土壤在一定深度下都有永冻层,且分布广。冻原的环境特点对生物来说，冻原的生态环境是十分严酷的。北极冻原气候寒冷，年平均气温在0℃以下，冬季漫长而严寒，最低温可达-70℃，有6个月不见太阳；夏季短暂而寒冷，整个昼夜都有太阳照射，最热月平均气温才0°～10℃之间。植物生长期很短，大约两个月左右。年降水量不多,在俄国欧洲部分为200～300毫米,亚洲东北部为100毫米左右，北美阿拉斯加为124.4毫米。降水次数多，气温低，蒸发弱，空气相对湿度大。风大，云多，更增加北极冻原气候的严酷性。山地冻原的气候与北极冻原相似，不同的是北极圈以外的山地全年均有白天黑夜之分，日温差大，降水较多，日照强烈，紫外线较多。冻原植被型的地理分布：冻原植被型主要分布在北半球欧亚大陆和北美大陆的北部边缘地区。在南半球,因南极大陆为冰川所覆盖，只在沿海一些岛屿有小面积分布。冻原的冬季严寒而漫长，夏季寒冷而短促，年降水量200～300毫米，主要集中在夏半年，风力强劲，雪被不均匀,土壤下常有永冻层,这种冷湿的生态环境对植物生长十分不利。冻原土壤的永冻层是东原生态系统最为独特的一个现象，所谓永冻层是指土层下面永久处于冻结状态的岩土层，深度从几米到几百米，甚至达几千米。永冻层的存在阻碍了地表水渗透，易引起土壤沼泽化。冻土层上部是冬冻夏融的活动层，厚度在粘质土为0.7-1.2M，砂质土1.2-1.6M。活动层对生物的活动和土壤的形成有重要的意义。植物的根系得到延伸，吸取营养物质，动物在此挖掘洞穴，有机物得到积累和分解。冻原系统中营养物质循环在冻原生态系统中，植物从岩石和土壤中吸收所需要的营养物质，一部分贮存在小灌木和多年生草本植物的身体中，特别是它们的根部，同时每年又以枯枝落叶的形式将大部分吸收的营养物质归还土壤,以此进行生物小循环。由于冻原土壤温度低、水分多、空气状况又不好，因此，厌氧性细菌的活动占绝对优势，而需氧性的固氮细菌与硝化细菌的活动却受到限制；不仅氮素养分贫乏，而且有机质的分解非常缓慢，或者分解不彻底，出现半泥炭化和泥炭化的有机物质积累，大大延缓了元素周转和生物循环。凋落物分解比率（凋落物总量／每年凋落物数量）在冻原为20～50，草原为1～1.5，泰加林为10～17。可见冻原养分元素循环周期比草原和泰加林都长。北极保护区是一座宝藏，一些人想办法保护,另一些人要利用。北极国家野生动物保护区是由艾森豪威尔总统在1960年为保护而指定的。虽然环保人士们说这块陆地应该单独留给住在那里的许多动物，包括北极熊，但另一些人仍然热切地渴望使用它的石油财富。植物组成及其特点组成冻原的植物比较贫乏。已知北半球冻原大约有900种左右维管植，分属230属66科。其中典型的灌木有矮桦、细长桦、极地柳、匍匐柳、网状柳、卷毛柳、拉伯兰柳、笃斯、越橘、北极果、四角岩须、极地熊果、岩高兰；草本植物主要有苔草属、早熟禾属、发草属、马先蒿属植物以及珠牙蓼、白毛羊胡子草、北方毛茛、高山勿忘草、北极黄芪等。苔藓和地衣在冻原植被中占有十分重要的地位，常常形成单独的苔藓地衣建群层片，主要代表种有金发藓属、皱蒴藓属、黑松萝属、冰岛衣属、石蕊属等。冻原植物的生活型，以地上芽和地面芽占优势，几乎没有一年生植物。冻原植物具有最大的抗寒性和忍受生理干旱的本领。许多植物在非常寒冷的环境里，营养器官却不受损伤，有的植物在雪被下生长甚至开花。由于气温低，生长期又短，绝大部分植物生长缓慢，不仅矮小，而且呈垫状和匍匐状。有些植物适应短暂的生长季节，行无性繁殖；有的为“胎生”植物，如珍珠蓼、大花虎耳草；有的为常绿种类。植被特点（1）植被组成简单，植物种类数目通常为100~200种。没有特殊的科，具有代表性的为石楠科，杨柳科，莎草科，禾本科，毛茛科，十字花科和蔷薇科。多是灌木和草本，无乔本。苔藓和地衣很发达，在一些地区可为优势种，故冻原又译为苔原。（2）植物群落结构简单，可分为一至二层，最多三层。即小灌木和矮灌木层，草本层，藓类和地衣层。（3）许多植物在严寒中营养器官不受损害，有的植物在雪下生长和开花。（4）冻原中通常为多多年生植物，没有一年生植物，并且多数为常绿植物，它们在春季可以很快的进行光合作用。在南极，目前已经辨认出来的地衣大约只有400种左右，苔藓有75种，仅有4种开花植物，还都是生活在南极圈以外的南极半岛上。也就是说，在南极圈以内是看不到任何鲜花的。而在北极，地衣有3000多种，苔藓有500多种，各种各样的开花植物则达900种之多。在北纬66°～71°之间的阿拉斯加北坡及加拿大的诸岛屿上，生长着53个有花植物科的450种开花植物。而在北纬80°左右的格陵兰岛北部地区，仍然可以看到90多种各种各样的开花植物，它们无疑是地球上纬度最高的开花植物。松毛翠分布于长白山高山苔原带，并在欧洲、苏联和北美洲的北极高寒地区也有分布。长白山苔原带与北极植物区系的联系松毛翠就是一个重要的证据，因而该植物对植物地理区系的研究具有重要意义。松毛翠花虽小，然而花多且玲珑可爱，随着长白山旅游事业的开发，如果不注意保护，大量游客的践踏在这分布狭小的地理区域有可能遭灭顶之灾。现已定为国家三级保护植物。松毛翠为常绿灌木，株高仅10～20厘米，外形极似草本植物，这是许多高海拔山顶植物生态适应性的表现。其叶线形，长5～10毫米，螺旋形排列于小枝上。花单一或多朵生枝顶。苔原的动物于植物种类少，生态环境又十分严酷，冻原动物也十分贫乏，其中比较典型的种类有：北极狐、白熊、有蹄旅鼠、挪威旅鼠、鄂毕旅鼠、黄腹旅鼠、雪鸮、铁爪鹀、毛脚、冻原雷鸟、柳雷鸟、贼鸥、雪兔，驯鹿麝牛，狼等。几乎没有爬行纲和两栖纲，昆虫种类也很少；但在夏季蚊、蝇比较多。因冬季严寒，大地雪封，土层冻结，只有一些动物在这里挖洞休眠和储藏食物；绝大多数动物，特别是鸟类，在严寒到来之前即行季节迁徙，到冻原带以外的地区，待第二年天暖再回来。旅鼠是一种极普通、可爱的小动物，常年居住在北极，体形椭圆，四肢短小，比普通老鼠要小一些，最大可长到15厘米，尾巴粗短，耳朵很小，两眼闪着胆怯的光芒，但当被逼得走投无路时，它也会勃然大怒，奋力反击。爱斯基摩人称其为来自天空的动物，而斯堪的纳维亚的农民则直接称之为“天鼠”。这是因为，在特定的年头，它们的数量会大增，就像是天兵天将，突然而至似的。旅鼠虽为哺乳动物，但其繁殖能力是很强的。在北极的3月份，当北极狐为求偶而发出的粗哑尖叫声打破了宁静的苔原带时，旅鼠早已产下了第一窝仔，并在雪下忙于抚养其新生的子女。赶上好年头，一只母旅鼠一年可生产6～7窝，新生的小旅鼠出生后30天便可交配（最高的记录是出生后14天便可交配），经20天的妊娠期，即可生下一窝小旅鼠，每窝可生11个，据此速度，一只母鼠一年可生成千上万只后代，确实令人惊叹不已！实际上，北极野兔并不仅仅分布于北极，在美洲北部和北欧也有很多，只不过名称不一，有的地方叫山兔或蓝免，也有的地方，例如北美洲，则叫雪鞋兔，因为在北美洲这种兔子不仅膀子很大，而且下面还长有长毛，这样有助于减少压强，即使在雪地上奔跑也不大容易陷下去。这种兔子有一个共同的特点，或叫生存绝招，即能随着季节的不同而改变自已的颜色，春夏秋三季为灰褐色，一到冬季则变为清白，这样不仅便于伪装，而且白色还能起到一种光学反射作用，使天敌难以发现。蓬松的绒毛在其身体周围捕捉到一些空气，就像中空的墙壁一样，形成一层绝缘层，有效地防止了热量的散失，这对度过北极的严冬是至关重要的。此外，北极兔还有一种绝招，即幼仔一产下来就能看东西，这也是为生存所必须。而家兔的幼仔产下后总是眼睛紧闭，要到12天后才能睁眼看东西。北极兔的形体比家兔要大，身体肥胖，耳朵和后肢都较小。当然，“兔子尾巴长不了”则是所有兔子的共同特征。食物链冻原生物种类少，生物生产量低，这导致食物链简短，地衣类、藓类、草本植物和一些小灌木是初级生产者的最重要代表。它们所生产的有机物质被驯鹿、雪兔、旅鼠、麝牛、雷鸟、雁和昆虫等草食动物所食，而草食动物又被肉食动物如北极狐、毛脚、雪鸮、狼等所食。由于冻原冬季气候严寒，大部分动物实行冬季迁徙，许多动物种群数量变化大，由此引起种间联系的不稳定性。食物种类数量增加时，很容易建立食物联系，但在食物种类数量减少时，这种联系又很容易受到破坏，食性较窄的动物就难于生存。适应这种环境，许多窄食性动物变为广食性。有些动物不但食肉，也食草。如北极狐既食浆果，也食旅鼠和鸟类等，因而食物链彼此交叉，组成较复杂的食物链。北极生态系统易受人类干扰主要是因极区特有的环境因素。由于北极生态系统的生物种类十分贫乏，食物链上个别物种的兴衰都有可能导致整个系统的失调或毁灭。因此，北极生态系统的稳定性很差，是地球上最脆弱、最敏感的生态系统：1．低温抑制了动植物尸体和污染物的分解，致使该系统的物质循环速度极其缓慢。2．因为生长季节极短，植被的再生变为一个漫长的过程。3．大批动物的高度集中使它们极易遭受灭顶之灾。4．与世界上其他地区相比，海洋在北极的地位显得特别重要，因为大部分食物都集中在海里。5．北极特殊的气候条件，使二氧化碳诱发的增暖趋势比在温带地区更加明显，并且已引起空中污染物的高度浓缩，危害了北极的植被，并对那里的人类和动物的健康构成了威胁。驯鹿迁徙暴风雪中的麝牛北极熊成群结队的北极兔冰雪中的苔藓仍呈现一片嫩绿开发与利用人类对极地冻原生态系统的影响，相对说来是较小的。过去只有爱斯基摩人居住在这里，并饲养驯鹿和采食野生植物的可利用部分。现在，北美阿拉斯加或欧亚大陆北部的冻原，已经开始建设道路、机场、房屋，建立小规模农场和铺设油管等，进行开发，这对冻原生态系统开始产生影响。由于冻原生态系统与其他生态系统不同，要从变化或破坏中恢复过来是很慢的；低温也大大妨碍废弃物的降解和植被自然发生的演替过程。因此，在开发过程中要特别注意环境保护问题。