长白山北坡和西坡林线小叶章扩张态势与气温变化的对比关系

徐晓云+孙嘉鸿+李鹏启+简川川+刘晓燕+王晓东

摘要：本文以长白山北坡和西坡林线小叶章为研究对象，以2坡样方调查得到的实地数据为来源，采用一系列数理统计方法对2坡林线小叶章盖度和生长高度以及气温变化进行分析，揭示小叶章差异性变动与2坡气温变化方式关系。结果表明北坡比西坡气温上升趋势明显，波动幅度大。西坡小叶章盖度和生长高度显著大于北坡，西坡林线主要以小叶章先行扩张为主；北坡以岳桦先行上侵，小叶章再跟进的方式扩张。气温上升快，波动幅度大对乔木-岳桦的扩张有利，而气温上升相对慢，幅度小的情况下林下的草本-小叶章积极扩张，气温上升的差异是林线小叶章扩张方式不同的气候原因。

关键词：长白山北坡和西坡 小叶章 气温变化 扩张方式

从山地郁闭林到高山苔原带之间被叫做高山林线，长白山岳桦-苔原过渡带是研究林线变动的理想地段，在全球气候变化的驱使下林线变动非常明显，长白山林线有着极为丰富的灌草植物。尤其是小叶章的变动表现很积极，引起广泛关注。周永斌等长白山非结构碳水化合物含量的变化研究时提到小叶章是林下主要的草本植物，郝占庆等利用典范对应分析的直接梯度排序方法揭示长白山北坡小叶章分布与环境因子间的动态关系，同时采用样方调查法对草本植物沿海拔梯度的物种丰富性变化规律进行分析。赵淑清等对群落物种丰富度的分析中使用一些生态指数对林线小叶章分布特征进行探讨，邓坤枚等就林线小叶章生物量通过野外调查的方法进行了分析。这些研究涉及到林线小叶章生理习性与动态变化以及与气候变化的关系，使林线的研究内容逐渐延伸。虽然这些研究对于长白山林线小叶章各种生理生态特征进行了分析，但是动态变化与气候变化方式不够深入，尤其是不同坡向的对比关系研究的更少。所以，本文以长白山北坡和西坡林线小叶章为研究对象，分析林下草本植物动态与气温变化的关系以及不同坡上的差异性表现，对于深入认识环境变化对生态系统的影响有一定的借鉴意义。

一、研究方法

（一）研究区概况

长白山北坡林线海拔1900-2000m，西坡为1800-2250m，林线以上是高山苔原带。林线附近低温寒冷，生境严酷，乔木生长受到限制，只有岳桦以相对强大的抗寒能力能够生长，形成岳桦林线。因为变化明显，成为研究林线变动对气候变化的理想地带。北坡林线地理位置为42°2′27″-42°3′14″N，128°4′35″-128°6′13″E，西坡为41°59′3″-42°1′51″N，127°58′6″-127°59′45″E，都是长白山最为典型的地段。

（二）样方调查

2015年9-10月在长白山北坡采用样方调查法设置一系列样带，在每一样带内按与等高线垂直方向自高而低从林线边缘（树岛）连续取样直到郁闭林（郁闭度>0.2），共采集125个样方；在西坡选择4个样地，在每个样地内设置样带，共59个，在样带内与北坡相同方式采集样方，共220个。所有样方的大小为10m×10m，用GPS（WI257）测定样方的经纬度和海拔，用坡度仪（ACE-360）测定坡度。调查内容为样方内小叶章的盖度（方格法与目测法相结合）、生长高度（用卷尺测量（精确到1cm））。

（三）数据分析

1.气温记录的整理

由于2坡林线没有气象台站，所以分别用附近台站记录分析长白山2坡林线气温变化规律，北坡为天池台站（1959-2015），西坡为东岗台站（1959-2015），将台站日均温数据计算求出月均温，再依次推算2个台站逐年的年均温，利用趋势线拟合方法判断2个台站的年均温变化特征，采用相关分析认识2坡林线气温变化的关联程度，应用常规统计揭示长白山2坡气温波动和差异性表现。

2.小叶章生长态势的对比分析

对2坡林线所有样方内小叶章的盖度、生长高度进行整理，采用数理统计方法认识小叶章的扩张态势，采用独立样本T检验揭示小叶章扩张的差异程度。

二、结果与分析

（一）北坡和西坡的气温变化

趋势线拟和结果可以看出2坡氣温都呈上升态势（斜率值为正），极差（北坡：3.56；西坡：3.48）和标准差（北坡：0.76；西坡：0.65）都很大，说明气温的波动幅度很大，在波动中逐渐上升。从2坡的对比看相关系数较高（相关系数：0.8，p<0.01），说明整体上气候都在变暖，变化历程相似。从气温变化的差异性表现为北坡上升幅度略大于西坡（斜率值：0.0237（北坡）>0.0196（西坡）），波动幅度北坡也略大于西坡（极差：3.56（北坡）>3.48（西坡）；标准差：0.76（北坡）>0.65（西坡））。

（二）小叶章扩张态势

1.盖度的对比分析

从常规统计结果的均值大小（北坡：14.66；西坡：37.51）可以看出盖度较高，说明小叶章是林线常见植物种类，从标准差（北坡：9.84；西坡：25.44）和变异系数（北坡：0.67；西坡：0.68）看较大，说明在2坡林线区域小叶章分布不均匀，差异较大，适合生长的小生境盖度大，而不适合生长则很小。从2坡的差异程度看西坡小叶章盖度比北坡大（均值：37.51（西坡）>14.66（北坡）），说明西坡扩张态势更为鲜明，从标准差和变异系数看西坡也大于北坡说明西坡扩张更为复杂。从峰度看西坡为负（-0.60），北坡为正（3.86），说明西坡在适应生长的小生境内扩张更为迅速，抢占的更为强烈，而北坡虽然也有扩张的趋势，但是不如北坡那样直接明显。

从独立样本T检验统计结果可以看出2坡小叶章盖度差异较大，达到显著性水平（双尾显著性概率：<0.001），说明在北坡和西坡小叶章扩张态势是显著不同的，西坡扩张更为明显，而北坡相对滞后。长白山林线上侵方式在2个坡上表现不同，在北坡以岳桦上侵为主力，当岳桦树木上侵后带动林下植物，如小叶章上移；西坡是小叶章先行扩张，从岳桦林下直接向苔原带入侵，2坡的上移方式不同，使小叶章在北坡和西坡扩张态势表现不同。endprint

2.生长高度的对比分析

从常规统计结果的均值大小差异看西坡高于北坡（46.63（西坡）>12.53（北坡）），说明西坡小叶章长势好于北坡，从标准差看西坡大于北坡（24.39（西坡）>8.62（北坡））說明西坡各个生境的小叶章高度差异更大，从峰度看西坡为负（-0.60），北坡为正（3.86），说明西坡在适应生长的小生境生长高度大，抢占生境能力更强。

从独立样本T检验统计结果可以看出2坡小叶章生长高度差异较大，达到显著性水平（双尾显著性概率：<0.001），说明在北坡和西坡小叶章生长高度是显著不同的，西坡高度更大，北坡相对较小。

以上分析可以看出小叶章盖度与高度的表现有一定的相似性，说明小叶章的扩张是利用生长高度的优势来实现地域扩张，高度越大，接受的阳光越多，光合作用更强，竞争能力越大，挤占其他植物的能力强，实现生态位的扩张，小叶章是凭借生长高度的增加实现领地的扩大。

（三）小叶章扩张的坡向差异与气温变化方式的关联

按照已有的研究结论，林线的上侵是气候变暖的结果[17，18]。而气温变化的速率与幅度差异是林线上移方式不同的重要原因，以上分析可以看出在北坡气温上升速率快，使乔木-岳桦做出积极响应，成为林线扩张的主力。同时北坡气温变化幅度大于西坡说明岳桦适应气温波动的能力更强，比草本的小叶章对气温波动抵御的能力更大。

三、讨论

本文的研究结果可以看出气候变化无论以何种方式表现出来都对生态系统产生积极影响，生态系统也将顺应气候变化的方式灵活调整响应方式，根据气候变化的规律做出对系统最为有利的反映，所以在分析气候变化对生态系统的影响时要根据实际情况有针对性的进行分析，不可以用单一结论推测所有地方的影响方式。

四、结论

（一）从长白山林线气温变化看无论北坡还是西坡气温都呈上升态势，北坡比西坡气温上升趋势明显，波动幅度更大。

（二）从小叶章盖度和生长高度看西坡小叶章盖度与生长高度都显著大于北坡，小叶章凭借高度优势在西坡积极扩张，北坡随岳桦先行上侵后再逐渐跟进，小叶章的扩张在2坡上的表现明显不同。

（三）将气温变化方式与小叶章扩张的差异联系起来可以看出气温上升快，波动幅度大对乔木-岳桦的扩张有利，而气温上升相对慢，幅度小的情况下林下的草本-小叶章积极扩张，实现林线的上侵，所以气温上升的方式差异是林线上侵不同的气候原因。

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（基金项目： 国家自然科学基金资助项目（31500307，

41571078，41601263） ；长春师范大学自然科学基金项目（2016-009）和大学生创新创业训练计划项目（201610205044）；作者单位：长春师范大学城市与环境科学学院；作者简介：徐晓云，学生，研究方向：环境变化区域响应；通讯作者：王晓东，教师，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：生态气候学。）endprint