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作者简介:
郑度,中国科学院院士,著名地理学家,我国自然地理学的学科带头人之一。长期从事自然地理的综合研究,特别是有关高原与山地的地理研究工作,对青藏高原的自然环境及其地域分异研究在理论与方法上均有创新,是首批国家重点基础研究发展规划项目“青藏高原形成演化及其环境、资源效应”首席科学家。
青藏高原西起帕米尔高原,东抵横断山区,北边是昆仑山、阿尔金山和祁连山,南边是喀喇昆仑山和喜马拉雅山。青藏高原面积约240×104km2,占我国国土的1/4。青藏高原是全球海拔最高的一个独特地域单元,它的隆起是近数百万年来地球史上最重大的事件之一。青藏高原作为独特的自然地域单元,其自然环境和生态系统在全球占有特殊席位,并且与全球环境变化息息相关,区域响应明显。因此,青藏高原是我国地学、生物学、资源与环境科学有特色的优势研究领域,对解决岩石圈地球动力学和全球环境变化有重要意义,对高原区域可持续发展也有广阔的应用前景。
自19世纪下半叶起,一些外国探险家和科学家在青藏高原进行过各种考察和调查,涉及测绘、地质、地理、气候、植物、动物以及风土民情和习俗等。30年代我国科学家刘慎谔、徐近之、孙健初等曾分别前往高原西北部、南部和东北部,对植物、地理和地质进行考察和调查,发表了有关论文和报告。这一阶段的考察对于科学地认识高原的自然界有积极意义,但由于比较零散、局限,高原大部分地区仍处于科学空白状态。
自50年代以来,国家对青藏高原环境和资源的调查考察极为重视,要求查明并评价高原的自然条件和自然资源,探讨自然灾害及其防治,以适应高原建设的需要。中央和地方,科研和生产部门在青海和西藏建立机构,从事观测、试验与研究工作,并多次组织对青藏高原的各种科学考察和调查。其中规模较大的综合考察有:50年代至60年代对西藏东部和中部、青海与甘肃的祁连山、柴达木盆地、昆仑山、珠穆朗玛峰地区、横断山区以及西藏中南部的考察;60年代中期对希夏邦马峰和珠穆朗玛峰地区进行的登山科学考察。
自1966?1967年参加中国科学院西藏科学考察队对珠穆朗玛峰地区的综合考察工作以来,我就与青藏高原结下了不解之缘。1972年底在珠穆朗玛峰地区科学考察学术交流的基础上,制订了中国科学院青藏高原综合科学考察规划,组建了青藏高原综合科学考察队,开始对高原进行全面系统的考察研究。作为中科院青藏队的一员,我先后参加了对西藏自治区、横断山区、喀喇昆仑山-昆仑山区的综合科学考察。当时青藏高原的可达性较差,加上考察装备有限,野外陷车和风餐露宿习以为常。自然地理组内不同学科的科考队员多在一起开展野外工作,回到驻地又彼此协助整理标本和样品,从而得以学习不同专业的知识并讨论共同关心的科学问题。
一、自然环境的基本特征
幅员广袤、地势高亢的青藏高原,是全球海拔最高的巨型地貌构造单元。有人称它为地球的“第三极”,主要是指它高峻的海拔及与之相联系的寒冷气候。由于青藏高原所处中、低纬的地理位置,使它具有完全不同于南、北极地区的温度和水分条件组合,形成了独特的高原山地自然景观。在我国形成了青藏高原区、西北干旱区与东部季风区三大自然区并列的格局,在主要的自然特征方面表现出十分显著的差异。
地势高亢、历史年轻
青藏高原主体海拔超过4.000m,且有许多超过雪线、海拔6,000?8,000m的山峰,如雪山林立的喜马拉雅山中段。在我国西高东低的地势总轮廓中,青藏高原作为最高一级地势阶梯,是东亚和南亚许多大河的发源地,长江与黄河由此向东逐级下降,最后经由我国东部低地及浅海大陆架没入太平洋海盆。在高原边缘普遍存在着地势抬升、河流深切的地形,发育着众多的峡谷;而高原寒旱化趋势增强、湖泊消退、水系变迁,内部夷平、外部陡切以及土壤剖面分化简单、矿物风化程度浅等则显示出高原自然地理过程的年轻性。
太阳辐射强、气温低
空气稀薄、大气干洁的青藏高原,太阳总辐射强,比同纬低海拔地区高50%?100%不等,但高海拔所导致的相对低温和寒冷是突出的。在冷季,高原面上最冷月平均气温低达-10?-15℃,与我国温带地区大体相当;暖季,青藏高原成为全国最凉的地区,7月平均气温竟与南岭以南的1月平均气温相当,比同纬低地降低15?20℃。与同纬低地相比,高原上气温日较差大一倍左右,气温年较差也不小,因而与热带高山的温度特点迥然有别。
冰雪与寒冻风化作用普遍
青藏高原是世界上中低纬度地区最大的冰川作用中心,现代冰川面积达4.9×104km2,占全国的4/5;第四纪古冰川地貌遗迹也广布于极高山区周围。多年冻土连续分布于高原中北部,厚达80?120m,成为全球中低纬巨大的冻土岛。高原上地表和近地面空气白昼强烈增温、夜间冷却迅速,冰缘融冻及寒冻风化作用普遍,是高原地形与土壤形成过程的重要因素。
独特的动植物生态适应
青藏高原的隆起既保留了若干古老的生物种类,又产生了许多新的动植物种属。迄今所知青藏高原区共有陆栖脊椎动物1047种,其中哺乳纲206种、鸟纲678种;植物区系组成丰富复杂,高等植物种数超过12000种。蕨类植物、裸子植物和被子植物的属数、种数均占全国40%以上。生物种类数量也有明显的区域变化。如位于高原东南部的横断山区高等植物种类在5000种以上,而在羌塘高原腹地高等植物仅400余种,到寒旱的昆仑山腹地所采到的也只有100种左右。因强烈隆起,高原内部寒旱化增强,形成高原特有的动植物成分,具有特殊的生态生物学适应特征,如植株矮小,呈座垫状或莲座状,植物体密被绒毛,根茎发达,行营养繁殖和胎生繁殖等。如雪莲花、垫状点地梅、绿绒蒿、小嵩草等。
高原腹地动物种类贫乏,以高地型成分为主。藏羚是高原上唯一的特化属,和藏野驴一样具有迅跑、耐渴和耐粗食等优点,能在恶劣的寒旱环境中繁衍生息;野牦牛则凭着粗短的气管、发达的心肺和遍体生长的密毛来适应高寒缺氧的高山环境。它们是国家级重点保护的野生动物,成为高原天然动物园的重要成员。因植物生长期短,冬眠越冬时期较长,繁殖季节短促,小型鼠类只繁殖一次。在开阔景观中,小型鸟类多利用鼠类洞穴栖居。 自然环境的脆弱性
受自然条件的限制,青藏高原上人口稀少。在历史时期内,高原自然的发展演变过程中,人为因素的作用和影响远较我国低海拔地区微弱,青藏高原是我国开发程度较低的区域,自然资源的利用仍处于初期阶段。但是在近代由于经济开发、交通改善,人类活动对自然环境的影响逐渐增强。如雅鲁藏布江中游谷地,垦殖历史较长,农田基本建设较好,耕地大多有水利设施,是农业较发达、经济较繁荣的地区。但过度放牧造成高原草场退化,形成‘黑土滩’,而由于燃料缺乏,居民大量砍伐灌木充作薪柴,造成水土流失和风蚀现象。在高原东南部森林区域内由于不合理的开发利用和经营管理,导致森林的破坏、干旱河谷灌丛带的扩大,引起自然环境的进一步恶化,应当予以密切的关注。
二、是否存在统一的高原大冰盖
青藏高原是地球上中低纬度地区最大的现代冰川分布区,在第四纪冰期时冰川范围较今天大得多。关于青藏高原第四纪冰川作用的性质、类型与规模,尤其对是否存在统一的高原大冰盖的问题,引起了人们关注,彼此意见有分歧。我国学者过去30多年的考察和研究认为,高原不存在统一的大冰盖。但德国学者库勒等又重新提出统一大冰盖的观点。
通过对青藏高原第四纪冰川遗迹的综合研究发现:青藏高原大地貌和气候组合在高原外围与高原内部存在巨大差异,对第四纪冰川发育和古雪线分布具有决定性影响。高原腹地的羌塘高原气候干旱,仅在海拔6000m左右的山地周围发育了规模不大的宽尾冰川和山麓冰川,古冰川末端一般在海拔5200m以上。即使在海拔4500m以上地区,第四纪古冰川仍然以高山为中心,多为山谷冰川及冰斗冰川,局部有大型冰帽。在青藏高原东南部一些古冰川规模可以比现代冰川大5倍以上,但未构成统一大冰盖。在高原面上有保留形态完好的火山锥和熔岩台地,有广泛分布距今4?1.5万年前形成的含水草等有机质的古湖泊沉积以及冻胀作用形成的古冰楔,从另一个侧面说明不存在覆盖整个青藏高原的大冰盖。
三、垂直自然带谱的结构类型
青藏高原上山体所在的自然地域单元通常决定着垂直带谱的基带。它们能反映所处带谱的温度、水分条件组合,既可与毗邻自然区域的垂直自然带谱相比较,又能体现高原自然地带的特点。
按照垂直自然带谱的基带、类型组合、优势垂直带以及温度水分条件等特点,可将青藏高原各山系的垂直自然带划分为大陆性和季风性两类性质迥异的带谱系统,其下可按温度水分状况及带谱特征进一步划分为不同的结构类型组。
青藏高原主体上广泛分布的高山草甸、高山草原和高山荒漠具有高原水平地带性意义。因而可冠以“高寒”两字命名,以示其结构类型组具有的特色。未冠以“高寒”的结构类型组则分别以山地森林带、山地草原带和山地荒漠带为基带。其下按照水分状况来划分相应的结构类型组。如以山地草原为基带的划归半干旱结构类型组,而半湿润结构类型组则由不同的山地森林分带为基带。按照垂直自然带谱的基带、类型组合、优势垂直带以及温度水分条件等特点,可将青藏高原各山系的垂直自然带划分为大陆性和季风性两类性质迥异的带谱系统,其下可按温度水分状况及带谱特征进一步划分为不同的结构类型组。
大陆性垂直带谱系统广布于青藏高原腹地、西部和北部。它以高山草原、高山荒漠,山地草原和山地荒漠各分带为基带,主要植被则以旱生及超旱生植物占优势。物理过程强烈,发育着高山草原土(寒冻钙土及寒钙土)、高山寒漠土(寒漠土)、山地栗钙土、山地棕漠土和山地灰漠土等,呈中性至碱性反应。
季风性垂直自然带谱系统以山地森林各分带为主体,如山地常绿阔叶林带、山地针阔叶混交林带、山地暗针叶林带等。植被多属中生类型,生物化学风化作用占优势,发育着山地森林土壤,为硅铝土和铁硅铝土,多呈酸性反应。由于水分条件较好,属湿润、半湿润气候,温度条件在垂直分异中起主导作用。
四、垂直自然带结构类型分布模式
根据各山系垂直自然带的基带、带谱结构、优势垂直带以及温度水分条件特点,建立了垂直带结构类型的分布模式。该模式揭示了青藏高原垂直自然带的分布规律,从边缘山地到高原内部腹地,垂直自然带谱不仅基带不同,而且带谱结构由繁及简,分带数目也相应减少。
从分布模式看出,在青藏高原上大陆性和季风性两类性质迥异的垂直自然带谱的对比十分鲜明。大陆性带谱系统以荒漠和草原各分带占优势,山地森林带仅局部出现,森林上限有自半干旱类型向干旱类型升高的趋势,其上的高山灌丛草甸带逐渐分异为高山草甸带及高山草甸与座垫植被带,亚冰雪带的分布高度向高原腹地升高。季风性带谱系统在地域上则以东南部占优势,山地森林各分带组成垂直带谱的主体。随着类型的不同,基带出现分异,各分带内类型组合也有变化。各分带的界线,特别是森林上限有自湿润类型向半湿润类型递升的趋势。高山带由高山灌丛草甸向高原内部逐渐发展并分异出高山草甸带,显示出高原的特色。高山带及其以上的亚冰雪带和冰雪带具有趋同的特点。
冠以“高寒”的几个结构类型组分别以高山草甸、高山草原和高山荒漠为基带。它们在高原腹地展布,反映出基带的温度、水分条件组合,体现出高原自然地带的分异。各自然分带界线大体上都指向高原腹地逐渐递升,反映出高原热力作用及巨大的山体效应。
五、森林上限与雪线的分布规律
作为垂直自然带谱中区分高山和山地的一条重要界线,森林上限的分布高度随区域不同而变化。通常在湿润地区分布低,在半湿润地区则较高;而偏北的纬度位置也对其分布高度有重要的影响。整个青藏高原森林上限高差变幅大达1000?1200m(阴坡)。和全球高山地区相比较,青藏高原东部山地森林上限居世界之冠,高达海拔4400m(阴坡)至4600m(阳坡),分别由川西云杉(Picea balfouriana)林和大果圆柏(Sabina tibetica)林组成。除了它所处亚热带的纬度位置(30?310N)外, 还和高原上的热力作用及与其相联系的山体效应有密切关系。 森林上限的分布既取决于组成森林树种的生态生物学特性,又与所在位置的外界因素有关。前者包括树木本身在高海拔环境中有利季节的生长能力,以及不利时期内耐干寒、抗风雪等性能。后者则包括地势、气候、土壤、生物及人类影响等。通常认为,在决定森林上限分布的外界因素中生长季的温度起主导作用,从而把森林上限视为温度条件不足的(或寒冷的)界线,并指出在中纬度温带山地森林上限的分布高度和最暖月平均气温10℃等值线的位置接近或大体吻合。
组成森林上限树种的不同,表明它们对当地条件的适应特点。如在高原的南部及东南部,阴阳坡都有森林分布,各类冷杉林、云杉林连片生长,形成明显的垂直分带,带幅宽度可达800?1000m。而在森林分布区的西北部,森林逐渐呈斑块状零星分布,且仅在阴坡有云杉林出现,带幅宽度缩小至400?500m,继续向西北,该带逐渐变窄以至消失。因此,从地域水平分异角度看,森林地区西北边缘的分布界线可以看成是由于水分条件的限制而形成的一条干旱界限。
垂直自然带中另一条重要界线是作为冰雪带下界的现代雪线,其分布高低主要取决于温度和水分条件。从大范围看,降水条件的不同对雪线分布的海拔高度有重要的影响。青藏高原内现代雪线分布高度相差达1600?2200m,大体上有从边缘向内部、自东南向西北升高的趋势。
第四纪冰期中雪线普遍下降,在高原东部和东南边缘最低的古雪线为海拔3600m;向西北逐渐上升至海拔5500m以上,最高的古雪线出现在阿里地区。古雪线下降值在东南部和边缘山地最大,而高原腹地及西北部古雪线下降幅度小,说明末次冰期时降水分布梯度更大。
六、垂直自然带的地生态学问题
青藏高原边缘山地垂直自然带的形成和类型组合的变化与温度、水分条件的组合有密切的关系。除森林上限和雪线外,还涉及山地最大降水带、垂直带倒置以及高山带趋同现象等问题。
山地最大降水带及其与垂直自然带的关系在喜马拉雅山有明显的表现。喜马拉雅山南翼的最大降水带在东段较低、向中、西段略有升高。据东喜马拉雅的观测资料推算,最大降水带位于海拔2000m左右,年降水量可达3000mm。这与山地常绿阔叶林带上段相当,林内十分潮湿,具有苔藓林或雾林的特征。由于山体走向不同,局地变化也不小,如多雄拉南侧支沟中则以海拔3000m的拿格附近降水最高,年降水量达3500?4000mm。
据推算,西昆仑山西段北翼海拔3000?3500m一带,年降水量可达350?400mm,策勒至于田之间的西昆仑山东段北翼,年降水量也可达400mm(杨利普等,1987)。 这反映出高山地形对降水形成过程以及高山区局部环流的影响,与高山草甸的出现是相联系的。
湿润或半湿润结构类型中,云杉林常位于冷杉林之下。在横断山区部分山地针叶林带中存在着云杉林位于冷杉林之上的现象,曾以逆温层的存在或所谓“倒置”排列来解释。实际上它既与冷杉喜冷湿,云杉偏寒旱的生态生物学特性及树种生态型有关,也与其所在的位置、坡向以及温度水分状况有联系。对照在北半球云杉属(Picea)的分布比冷杉属(Abies)偏北的事实,上面所提的垂直分布关系应是一正常现象。云杉林占据横断山森林区域的内部,并且往往是森林向西北方向尖灭的林地建群树种,表明其更适应大陆性高原寒旱化的影响。
在分布图式中,高山带以上的亚冰雪带和冰雪带是互相联通的,并且不再按干湿状况予以划分。例如,对珠穆朗玛峰南北翼垂直自然带的研究表明,无论从地面组成物质、主导成土过程和植被类型结构等自然地理特点来看,南北翼的同名垂直自然带,如高山寒冻冰碛地衣带(即亚冰雪带)和高山冰雪带(即冰雪带)都有较大程度的相似和类同。 如高山草甸/垫状植被带的组成相近,高山草甸土的融冻泥流现象等特点。南北翼出现这种相近的自然分带类型是与高海拔处生长期气温低、降水量差异并不明显,干燥度较低等相联系的。
七、独特的地生态现象与空间格局
通过对高原山地若干引人瞩目的地生态现象的考察研究,加深了对高原独特空间格局的认识。它们是:雅鲁藏布江下游的水汽通道、边缘山地的干旱河谷,中东部的高寒灌丛草甸地带以及羌塘北部和昆仑山腹地的寒旱核心区域等。
水汽通道
从气象学角度看,雅鲁藏布江下游的水汽通道有两层含义:一是指从印度洋来的暖湿气流沿布拉马普特拉河溯江而上,由这里向高原腹地输送;二是指通过雅鲁藏布江下游河谷向高原输送的水汽量居高原四周向高原水汽输送的首位。其输送量与夏季自长江流域以南向其北部地区的水汽输送量相近。
通道地区环境优越,成为第四纪冰期中生物的“避难所”,保存了大量古老的物种。雅鲁藏布江下游河谷是生物迁移的走廊,促进了山脉两翼生物的交往和混合。地势高差悬殊的高山峡谷对生物的隔离作用十分显著。这里是东喜马拉雅地区乃至整个喜马拉雅物种分化最强烈的区域,是物种分化和分布的中心,也是中国-喜马拉雅植物区系成分最集中的区域。
水汽通道是东喜马雅山脉最湿润的地段,发育着独特完整的湿润类型的垂直自然带谱。受南来暖湿气流的惠泽,加上高原及山脉主体的屏障,通道地区东喜马拉雅南翼的垂直自然带具有热带北缘的特征。热带森林溯江而上进入低山带,可达290N。从水平自然地带来看,它处于热带的北部边缘,远超出其他大陆热带所在的纬度界限。同时,热带森林的上界可高达海拔1100m,比我国东部季风区北纬200N以南的海南岛热带森林达海拔800m的上限还要高。
雅鲁藏布江下游水汽通道向西北延伸直达念青唐古拉山南翼,成为青藏高原海洋性冰川的发育中心,分布着我国最长的海洋性冰川——卡钦冰川(长35km)。这里频繁出现的灾害性地质地貌现象,如山崩、滑坡、泥石流等也多与水汽通道有一定的联系,且往往成为冰雪型、暴雨型泥石流发育中心。
干旱河谷
青藏高原东、南、西侧的周边山地,自东缘的横断山脉经南缘的喜马拉雅山至西缘的喀喇昆仑山,许多深切谷地的下部普遍出现干旱河谷灌丛景观,是引人瞩目的、独特的地生态现象。这种现象无论在阿尔卑斯山或喜马拉雅山都早已引起人们的注意。在安第斯山脉中部东坡,具有旱生型植被的干热河谷也比较普遍。 横断山脉中段的干旱河谷大多具有明显的特定景观,有独特的优势植被类型——耐旱灌丛及稀树灌木草丛。它们分别由旱中生小叶落叶具剌灌木或肉质具剌灌木及耐旱草本(禾草为主)植物所组成,通常具有生长稀疏、覆盖度较低等特点。在上述植被类型下发育的土壤具有土体偏干、淋溶较弱,有碳酸钙残留,呈碱性反应等旱成土的特征。但在青藏高原西缘的喀喇昆仑山南翼的洪札谷地则具有山地荒漠的植被和土壤类型。
横断山区山脉走向与湿润气流来向交角的大小对干旱河谷的形成有明显的影响。山谷中温度的周日变化引起山谷风的昼夜环流,其结果是谷地干燥的气流上升,形成具有一定垂直幅度的局部干旱现象。而谷地气流上升至一定高度所形成的云雾带又恰好与山地森林的存在相吻合。这也说明了谷底干燥而两侧谷坡上部比较湿润的不协调现象。
干旱河谷灌丛带的分布上界大体上有自外缘向内部升高、从南到北上升的趋势。它与谷底海拔高度由南到北逐渐递增相联系。各河段干旱河谷的垂直分布幅度主要决定于干旱程度的强弱。在横断山区八宿怒江桥附近的干温河谷,最大的垂直幅度可宽达1000m左右;中喜马拉雅南翼吉隆热索桥一带,只有300m的垂直幅度。
高寒灌丛草甸地带
位于青藏高原中东部的高寒灌丛草甸地带,是由地势陡峻的深切峡谷向一望无垠的高原腹地转变,具有高原亚寒带半湿润气候的自然地域单元。辽阔的丘状高原上广布着高山灌丛和高山草甸植被。占优势的高山草甸植被,主要有矮型莎草和杂类草草甸。杂类草草甸以东南部居多,其他则以小嵩草草甸占绝对优势。
高山草甸土(寒毡土)属AC型,最主要的特征是土壤表层有一为小嵩草等死根和活根密集纠结而成的草皮层(Ac层),厚约10cm左右。草皮层形成的原因,主要在于低温条件下,植物生理干旱的持续时间较长,微生物活动受到抑制,植物残体分解缓慢,嵩草等庞大根系因而缠结成层,且常有冻胀裂缝,形成草皮层块。
青藏高原的高寒灌丛草甸地带是高原东南部湿润、半湿润型垂直带谱高山带在高原面上延伸联结展布的、具有水平地带性意义的、独特的自然地带。无论从其自然环境特点,还是生态系统本身的性质看,在低海拔区域并不存在相应的自然地带。比较研究表明,高寒草甸地带的温度水分条件均高于北半球的苔原带。高寒草甸地带东南边缘的界线与山地森林的西北界限大体相符,取决于最暖月的平均温度;而其西北边缘的界线则与高山草原或高山草甸草原的出现有关,与从半湿润至半干旱的界线一致,可视为水分不足的一条界线。据布迪科,苔原带的辐射干燥指数<0.33,而高山草甸带则<0.45。
从人类活动角度看,高寒草甸地带与苔原带也有很大的不同。青藏高原的高寒草甸地带面积达26.9万km2,占高原区域总面积的10.7%,人口密度为3.0人/km2,在高原亚寒带中它远高于高寒草原和高寒荒漠区域。至于苔原带则基本上属于无人区,人类活动的影响极其微弱。高寒草甸地带是青藏高原重要的畜牧业生产基地。草场资源的特点是以小嵩草占优势的高山草甸为主,牧草低矮,产量低,但营养价值较高。放牧家畜组成主要为牦牛、马和绵羊,其中牦牛在畜群中(按绵羊单位计)比例高,是青藏高原牦牛的集中分布区。畜牧业生产的主要限制因素是青草期短、枯草期长,季节不平衡严重;抗灾能力弱,冬春雪灾较多,牧业生产不稳定;冷季牧场超载,限制暖季牧场的充分利用;牧场过度采食,草地退化现象普遍;草原毛虫和鼠(高原鼠兔和鼢鼠)危害严重,降低了牧草产量。
寒旱核心区域
在全球有两个非常干旱的高海拔区域:一是位于玻利维亚西南,智利北部和阿根廷西北部的南美安第斯山脉中段,即所谓普那荒漠(Puna de Atacama);另一则位于青藏高原的西北部。普那荒漠处于反气旋高压的气流下沉区域,由于南北向山脉对水汽的阻障作用明显,加上洪堡寒流干旱效应的相互作用,在安第斯山脉中段西部形成极其干旱的环境条件。位于青藏高原西北部的昆仑山-喀喇昆仑山属于高山/山地荒漠、半荒漠地区,与亚洲腹地极端干旱的暖温带低地荒漠相连。在高原主体地域分异的空间格局中,与高原东南部湿润的水汽通道形成鲜明的对照。
青藏高原有两条水汽输送路径。东线来自孟加拉湾,可达高原北缘柴达木盆地一带。西线来自阿拉伯海,夏季可越过喜马拉雅山进入阿里地区。中昆仑山内部腹地及南翼高原恰好远离上述两条水汽输送路径,从而形成了极端寒冷干旱的区域。这里地势坦荡,干燥剥蚀及寒冻冰缘作用发达,湖泊干涸退缩,湖水矿化度增大。高山荒漠植被占优势,植被盖度极为稀疏,仅1%?5%左右。土壤为高山荒漠土,甚至出现高山石膏荒漠土。从中昆仑山主脉的垂直自然带谱看,属于高寒极干旱结构类型组和毗邻高山上发育的极大陆性冰川正相吻合,互为佐证。
Troll,C.(1972)在亚洲中部和南美干旱上限的比较研究中引入亚洲高地的干旱核心一词,用于泛指这一地区的干旱以及完全缺失森林植被的高地。与此相对照,中昆仑山腹地及南翼高原具有极高的干旱上限,寒冷干旱的气候和相应的植被和土壤,因而称之为青藏高原寒冷干旱的核心区域。
八、自然地域分异的三维地带性
地表自然界的地域分异是地带性因素和非地带性因素相互制约、共同作用的结果。地带性原则是根据气候在土壤、植被上的反映,来观察自然现象的水平地带规律,并寻求相应的划分方法。从三维地带性观点出发,高原边缘的垂直自然带与毗邻的水平地带有密切的联系;而在高原内部的垂直自然带,其基带或优势垂直分带在高原面上联结、展布,反映出自然地带的水平分异,反过来又制约着其上垂直自然带的特点。这样,青藏高原上自然地带的水平分异和自然带的垂直变化犬牙交错、互相结合,是三维地带性原则在广袤高原基础上的发展,显示出自然地域分异的独特性,是一般范围狭小的高原山地所不能比拟的。
作为纬向地带性主要分异因素的太阳辐射在高原范围内虽仍显示出它的重要影响,表现为温度从南到北递减,垂直自然分带界线的海拔高程也沿同一方向降低。但是高原上辐射平衡和温度等项要素以高原西北部为中心的环状分布态势在空间上呈“同心弧状”的分布态势,则在更大程度上反映出地势结构和海拔等因素的作用,与一般的纬向地带分异明显有别。 受大气环流影响和高原地势格局的制约,形成了温度、水分条件地域组合的不同,呈现从东南暖热湿润向西北寒冷干旱递变的趋势。在自然景观上表现为由山地森林-高山草甸-山地/高山草原-山地/高山荒漠的带状更迭,具有明显的水平地带分异特点。与我国温带相应自然地带相比较,它们在水分状况特点上相似,而以温度偏低表现出高原自身的特色。
九、青藏高原的自然地域系统
比较中国自然区划的各种方案可以看出,大多数区划方案都将青藏高原作为高级区域单位划出。主要分歧在于柴达木盆地及阿尔金山、祁连山的归属。部分学者认为柴达木盆地及其毗邻山地气候干旱,具有温带荒漠的自然景观,将其划归西北干旱区。根据构造地貌、海拔高度、温度条件、土地利用、植物和植被类型以及山地垂直带的分析,我们从发生学观点认为,按照现代景观特征,青藏高原北缘界线应从北部山系外侧暖温带/温带地带性荒漠的上限通过,将柴达木盆地和阿尔金山、祁连山一起划归青藏高原。
为了先使水平地带性得到充分的反映,后再体现垂直地带性的差异,需要对高原山地的各种地貌类型组合与基面的海拔高度进行分析研究,按不同区域确定代表基面及其海拔高度范围,使生物气候的资料数据得以对照比较。例如,羌塘高原海拔4500?4800m,以广阔的湖成平原和山麓平原为代表,为高寒草原地带;而藏南则以海拔3500?4200m的宽谷盆地为代表部位,属山地灌丛草原地带。又如地势起伏、高差悬殊的横断山区中北部,占有优势地位的山地暗针叶林带的幅度最宽,而人类聚居和主要生产活动则多集中在宽谷盆地。因此,可将海拔2500?3500(4000)m的河谷盆地作为川西藏东山地针叶地带的代表基面。根据所确定代表基面的海拔高度来比较各个区域的温度、水分条件组合以及地带性植被和土壤,进而划分为不同的自然地带或区域单元。
和低海拔地域一样,大体上可依次按温度条件、水分状况和地形将青藏高原加以划分。青藏高原自然地域系统的拟订采用比较各项自然地理要素分布特征的地理相关法,着重考虑气候、生物、土壤的相互关系及其在农业生产上的意义。采用的等级单位为:温度带-自然地带-自然区。根据上述原则、方法和指标,除东喜马拉雅南翼山地划归山地亚热带以外,可将青藏高原划分为2个温度带,其下划分为10个自然地带,其命名原则是:地域名称 优势的地带性植被类型。
温度是影响植物生长和分布的重要因素,人为措施不易大规模或长时间地改变它。以日均温稳定≥10℃的日数作为主要指标,最暖月平均气温为辅助指标,将青藏高原划分为山地亚热带(O)、高原温带(Ⅱ)和高原亚寒带(Ⅰ)。
在一定的温度条件下,水分成为植物生长和分布的限制性因子。采用年干燥度(年蒸发力与年降水量之比)作为主要指标,年降水量为辅助指标,划分出湿润(A)、半湿润(B)、半干旱(C)和干旱(D)等地域类别。
自然地带指受大地势结构和大气环流的影响,在温度、水分条件组合上呈现共同特征,具有地带性植被和土壤的范围较大的自然地域。自然地带内垂直自然带谱的性质和结构类型组合相似,土地利用特点及农林牧业的发展方向大体一致。这是青藏高原自然地域系统中最主要的等级单元。
青藏高原的自然地带如下:0A1东喜马拉雅南翼山地常绿阔叶林地带;ⅡAB1川西藏东山地针叶林地带;ⅡC1藏南山地灌丛草原地带:ⅡC2青东祁连山地草原地带:ⅡD1阿里山地半荒漠、荒漠地带:ⅡD2柴达木山地荒漠地带:ⅡD3昆仑北翼山地荒漠地带;IB1果洛那曲高寒灌丛草甸地带;IC1青南高寒草甸草原地带:IC2羌塘高寒草原地带:ID1昆仑高寒荒漠地带。
青藏高原是我国长江、黄河和亚洲多条重要江河水系的发源地,高寒生态系统在涵养水源、保持水土等方面发挥着显著的作用,对中下游地区有着重要的生态安全屏障功能。作为世界上主要的高寒生物资源库,青藏高原蕴含着许多独特的种质资源和土著生物,具有极大的生物多样性保护价值。青藏高原雪峰林立、冰川众多、湖泊遍布、自然景观丰富多彩,加上珍贵的传统民族文化遗存,是国内外重要的旅游目的地。但是,由于青藏高原形成年代新、海拔高、地表自然过程年青,虽然人类开发历史比我国低海拔区域要迟,但自然环境对人类活动影响十分敏感而脆弱。青藏高原作为国家生态安全屏障,对我国及周边区域的环境有重要的作用和影响。我们应贯彻“生态优先”的基本理念,切实保护好雪域高原的“蓝天、青山、净水”,为子孙后代留下可持续发展的资源与环境基础。从国家发展的总体出发,应将青藏高原自然环境与生态系统的维护和保育作为国家与相关省区的重要责任,也是我们全国人民的共同责任和义务,让作为“世界屋脊”的青藏高原家园更加美好。
郑度,中国科学院院士,著名地理学家,我国自然地理学的学科带头人之一。长期从事自然地理的综合研究,特别是有关高原与山地的地理研究工作,对青藏高原的自然环境及其地域分异研究在理论与方法上均有创新,是首批国家重点基础研究发展规划项目“青藏高原形成演化及其环境、资源效应”首席科学家。
青藏高原西起帕米尔高原,东抵横断山区,北边是昆仑山、阿尔金山和祁连山,南边是喀喇昆仑山和喜马拉雅山。青藏高原面积约240×104km2,占我国国土的1/4。青藏高原是全球海拔最高的一个独特地域单元,它的隆起是近数百万年来地球史上最重大的事件之一。青藏高原作为独特的自然地域单元,其自然环境和生态系统在全球占有特殊席位,并且与全球环境变化息息相关,区域响应明显。因此,青藏高原是我国地学、生物学、资源与环境科学有特色的优势研究领域,对解决岩石圈地球动力学和全球环境变化有重要意义,对高原区域可持续发展也有广阔的应用前景。
自19世纪下半叶起,一些外国探险家和科学家在青藏高原进行过各种考察和调查,涉及测绘、地质、地理、气候、植物、动物以及风土民情和习俗等。30年代我国科学家刘慎谔、徐近之、孙健初等曾分别前往高原西北部、南部和东北部,对植物、地理和地质进行考察和调查,发表了有关论文和报告。这一阶段的考察对于科学地认识高原的自然界有积极意义,但由于比较零散、局限,高原大部分地区仍处于科学空白状态。
自50年代以来,国家对青藏高原环境和资源的调查考察极为重视,要求查明并评价高原的自然条件和自然资源,探讨自然灾害及其防治,以适应高原建设的需要。中央和地方,科研和生产部门在青海和西藏建立机构,从事观测、试验与研究工作,并多次组织对青藏高原的各种科学考察和调查。其中规模较大的综合考察有:50年代至60年代对西藏东部和中部、青海与甘肃的祁连山、柴达木盆地、昆仑山、珠穆朗玛峰地区、横断山区以及西藏中南部的考察;60年代中期对希夏邦马峰和珠穆朗玛峰地区进行的登山科学考察。
自1966?1967年参加中国科学院西藏科学考察队对珠穆朗玛峰地区的综合考察工作以来,我就与青藏高原结下了不解之缘。1972年底在珠穆朗玛峰地区科学考察学术交流的基础上,制订了中国科学院青藏高原综合科学考察规划,组建了青藏高原综合科学考察队,开始对高原进行全面系统的考察研究。作为中科院青藏队的一员,我先后参加了对西藏自治区、横断山区、喀喇昆仑山-昆仑山区的综合科学考察。当时青藏高原的可达性较差,加上考察装备有限,野外陷车和风餐露宿习以为常。自然地理组内不同学科的科考队员多在一起开展野外工作,回到驻地又彼此协助整理标本和样品,从而得以学习不同专业的知识并讨论共同关心的科学问题。
一、自然环境的基本特征
幅员广袤、地势高亢的青藏高原,是全球海拔最高的巨型地貌构造单元。有人称它为地球的“第三极”,主要是指它高峻的海拔及与之相联系的寒冷气候。由于青藏高原所处中、低纬的地理位置,使它具有完全不同于南、北极地区的温度和水分条件组合,形成了独特的高原山地自然景观。在我国形成了青藏高原区、西北干旱区与东部季风区三大自然区并列的格局,在主要的自然特征方面表现出十分显著的差异。
地势高亢、历史年轻
青藏高原主体海拔超过4.000m,且有许多超过雪线、海拔6,000?8,000m的山峰,如雪山林立的喜马拉雅山中段。在我国西高东低的地势总轮廓中,青藏高原作为最高一级地势阶梯,是东亚和南亚许多大河的发源地,长江与黄河由此向东逐级下降,最后经由我国东部低地及浅海大陆架没入太平洋海盆。在高原边缘普遍存在着地势抬升、河流深切的地形,发育着众多的峡谷;而高原寒旱化趋势增强、湖泊消退、水系变迁,内部夷平、外部陡切以及土壤剖面分化简单、矿物风化程度浅等则显示出高原自然地理过程的年轻性。
太阳辐射强、气温低
空气稀薄、大气干洁的青藏高原,太阳总辐射强,比同纬低海拔地区高50%?100%不等,但高海拔所导致的相对低温和寒冷是突出的。在冷季,高原面上最冷月平均气温低达-10?-15℃,与我国温带地区大体相当;暖季,青藏高原成为全国最凉的地区,7月平均气温竟与南岭以南的1月平均气温相当,比同纬低地降低15?20℃。与同纬低地相比,高原上气温日较差大一倍左右,气温年较差也不小,因而与热带高山的温度特点迥然有别。
冰雪与寒冻风化作用普遍
青藏高原是世界上中低纬度地区最大的冰川作用中心,现代冰川面积达4.9×104km2,占全国的4/5;第四纪古冰川地貌遗迹也广布于极高山区周围。多年冻土连续分布于高原中北部,厚达80?120m,成为全球中低纬巨大的冻土岛。高原上地表和近地面空气白昼强烈增温、夜间冷却迅速,冰缘融冻及寒冻风化作用普遍,是高原地形与土壤形成过程的重要因素。
独特的动植物生态适应
青藏高原的隆起既保留了若干古老的生物种类,又产生了许多新的动植物种属。迄今所知青藏高原区共有陆栖脊椎动物1047种,其中哺乳纲206种、鸟纲678种;植物区系组成丰富复杂,高等植物种数超过12000种。蕨类植物、裸子植物和被子植物的属数、种数均占全国40%以上。生物种类数量也有明显的区域变化。如位于高原东南部的横断山区高等植物种类在5000种以上,而在羌塘高原腹地高等植物仅400余种,到寒旱的昆仑山腹地所采到的也只有100种左右。因强烈隆起,高原内部寒旱化增强,形成高原特有的动植物成分,具有特殊的生态生物学适应特征,如植株矮小,呈座垫状或莲座状,植物体密被绒毛,根茎发达,行营养繁殖和胎生繁殖等。如雪莲花、垫状点地梅、绿绒蒿、小嵩草等。
高原腹地动物种类贫乏,以高地型成分为主。藏羚是高原上唯一的特化属,和藏野驴一样具有迅跑、耐渴和耐粗食等优点,能在恶劣的寒旱环境中繁衍生息;野牦牛则凭着粗短的气管、发达的心肺和遍体生长的密毛来适应高寒缺氧的高山环境。它们是国家级重点保护的野生动物,成为高原天然动物园的重要成员。因植物生长期短,冬眠越冬时期较长,繁殖季节短促,小型鼠类只繁殖一次。在开阔景观中,小型鸟类多利用鼠类洞穴栖居。 自然环境的脆弱性
受自然条件的限制,青藏高原上人口稀少。在历史时期内,高原自然的发展演变过程中,人为因素的作用和影响远较我国低海拔地区微弱,青藏高原是我国开发程度较低的区域,自然资源的利用仍处于初期阶段。但是在近代由于经济开发、交通改善,人类活动对自然环境的影响逐渐增强。如雅鲁藏布江中游谷地,垦殖历史较长,农田基本建设较好,耕地大多有水利设施,是农业较发达、经济较繁荣的地区。但过度放牧造成高原草场退化,形成‘黑土滩’,而由于燃料缺乏,居民大量砍伐灌木充作薪柴,造成水土流失和风蚀现象。在高原东南部森林区域内由于不合理的开发利用和经营管理,导致森林的破坏、干旱河谷灌丛带的扩大,引起自然环境的进一步恶化,应当予以密切的关注。
二、是否存在统一的高原大冰盖
青藏高原是地球上中低纬度地区最大的现代冰川分布区,在第四纪冰期时冰川范围较今天大得多。关于青藏高原第四纪冰川作用的性质、类型与规模,尤其对是否存在统一的高原大冰盖的问题,引起了人们关注,彼此意见有分歧。我国学者过去30多年的考察和研究认为,高原不存在统一的大冰盖。但德国学者库勒等又重新提出统一大冰盖的观点。
通过对青藏高原第四纪冰川遗迹的综合研究发现:青藏高原大地貌和气候组合在高原外围与高原内部存在巨大差异,对第四纪冰川发育和古雪线分布具有决定性影响。高原腹地的羌塘高原气候干旱,仅在海拔6000m左右的山地周围发育了规模不大的宽尾冰川和山麓冰川,古冰川末端一般在海拔5200m以上。即使在海拔4500m以上地区,第四纪古冰川仍然以高山为中心,多为山谷冰川及冰斗冰川,局部有大型冰帽。在青藏高原东南部一些古冰川规模可以比现代冰川大5倍以上,但未构成统一大冰盖。在高原面上有保留形态完好的火山锥和熔岩台地,有广泛分布距今4?1.5万年前形成的含水草等有机质的古湖泊沉积以及冻胀作用形成的古冰楔,从另一个侧面说明不存在覆盖整个青藏高原的大冰盖。
三、垂直自然带谱的结构类型
青藏高原上山体所在的自然地域单元通常决定着垂直带谱的基带。它们能反映所处带谱的温度、水分条件组合,既可与毗邻自然区域的垂直自然带谱相比较,又能体现高原自然地带的特点。
按照垂直自然带谱的基带、类型组合、优势垂直带以及温度水分条件等特点,可将青藏高原各山系的垂直自然带划分为大陆性和季风性两类性质迥异的带谱系统,其下可按温度水分状况及带谱特征进一步划分为不同的结构类型组。
青藏高原主体上广泛分布的高山草甸、高山草原和高山荒漠具有高原水平地带性意义。因而可冠以“高寒”两字命名,以示其结构类型组具有的特色。未冠以“高寒”的结构类型组则分别以山地森林带、山地草原带和山地荒漠带为基带。其下按照水分状况来划分相应的结构类型组。如以山地草原为基带的划归半干旱结构类型组,而半湿润结构类型组则由不同的山地森林分带为基带。按照垂直自然带谱的基带、类型组合、优势垂直带以及温度水分条件等特点,可将青藏高原各山系的垂直自然带划分为大陆性和季风性两类性质迥异的带谱系统,其下可按温度水分状况及带谱特征进一步划分为不同的结构类型组。
大陆性垂直带谱系统广布于青藏高原腹地、西部和北部。它以高山草原、高山荒漠,山地草原和山地荒漠各分带为基带,主要植被则以旱生及超旱生植物占优势。物理过程强烈,发育着高山草原土(寒冻钙土及寒钙土)、高山寒漠土(寒漠土)、山地栗钙土、山地棕漠土和山地灰漠土等,呈中性至碱性反应。
季风性垂直自然带谱系统以山地森林各分带为主体,如山地常绿阔叶林带、山地针阔叶混交林带、山地暗针叶林带等。植被多属中生类型,生物化学风化作用占优势,发育着山地森林土壤,为硅铝土和铁硅铝土,多呈酸性反应。由于水分条件较好,属湿润、半湿润气候,温度条件在垂直分异中起主导作用。
四、垂直自然带结构类型分布模式
根据各山系垂直自然带的基带、带谱结构、优势垂直带以及温度水分条件特点,建立了垂直带结构类型的分布模式。该模式揭示了青藏高原垂直自然带的分布规律,从边缘山地到高原内部腹地,垂直自然带谱不仅基带不同,而且带谱结构由繁及简,分带数目也相应减少。
从分布模式看出,在青藏高原上大陆性和季风性两类性质迥异的垂直自然带谱的对比十分鲜明。大陆性带谱系统以荒漠和草原各分带占优势,山地森林带仅局部出现,森林上限有自半干旱类型向干旱类型升高的趋势,其上的高山灌丛草甸带逐渐分异为高山草甸带及高山草甸与座垫植被带,亚冰雪带的分布高度向高原腹地升高。季风性带谱系统在地域上则以东南部占优势,山地森林各分带组成垂直带谱的主体。随着类型的不同,基带出现分异,各分带内类型组合也有变化。各分带的界线,特别是森林上限有自湿润类型向半湿润类型递升的趋势。高山带由高山灌丛草甸向高原内部逐渐发展并分异出高山草甸带,显示出高原的特色。高山带及其以上的亚冰雪带和冰雪带具有趋同的特点。
冠以“高寒”的几个结构类型组分别以高山草甸、高山草原和高山荒漠为基带。它们在高原腹地展布,反映出基带的温度、水分条件组合,体现出高原自然地带的分异。各自然分带界线大体上都指向高原腹地逐渐递升,反映出高原热力作用及巨大的山体效应。
五、森林上限与雪线的分布规律
作为垂直自然带谱中区分高山和山地的一条重要界线,森林上限的分布高度随区域不同而变化。通常在湿润地区分布低,在半湿润地区则较高;而偏北的纬度位置也对其分布高度有重要的影响。整个青藏高原森林上限高差变幅大达1000?1200m(阴坡)。和全球高山地区相比较,青藏高原东部山地森林上限居世界之冠,高达海拔4400m(阴坡)至4600m(阳坡),分别由川西云杉(Picea balfouriana)林和大果圆柏(Sabina tibetica)林组成。除了它所处亚热带的纬度位置(30?310N)外, 还和高原上的热力作用及与其相联系的山体效应有密切关系。 森林上限的分布既取决于组成森林树种的生态生物学特性,又与所在位置的外界因素有关。前者包括树木本身在高海拔环境中有利季节的生长能力,以及不利时期内耐干寒、抗风雪等性能。后者则包括地势、气候、土壤、生物及人类影响等。通常认为,在决定森林上限分布的外界因素中生长季的温度起主导作用,从而把森林上限视为温度条件不足的(或寒冷的)界线,并指出在中纬度温带山地森林上限的分布高度和最暖月平均气温10℃等值线的位置接近或大体吻合。
组成森林上限树种的不同,表明它们对当地条件的适应特点。如在高原的南部及东南部,阴阳坡都有森林分布,各类冷杉林、云杉林连片生长,形成明显的垂直分带,带幅宽度可达800?1000m。而在森林分布区的西北部,森林逐渐呈斑块状零星分布,且仅在阴坡有云杉林出现,带幅宽度缩小至400?500m,继续向西北,该带逐渐变窄以至消失。因此,从地域水平分异角度看,森林地区西北边缘的分布界线可以看成是由于水分条件的限制而形成的一条干旱界限。
垂直自然带中另一条重要界线是作为冰雪带下界的现代雪线,其分布高低主要取决于温度和水分条件。从大范围看,降水条件的不同对雪线分布的海拔高度有重要的影响。青藏高原内现代雪线分布高度相差达1600?2200m,大体上有从边缘向内部、自东南向西北升高的趋势。
第四纪冰期中雪线普遍下降,在高原东部和东南边缘最低的古雪线为海拔3600m;向西北逐渐上升至海拔5500m以上,最高的古雪线出现在阿里地区。古雪线下降值在东南部和边缘山地最大,而高原腹地及西北部古雪线下降幅度小,说明末次冰期时降水分布梯度更大。
六、垂直自然带的地生态学问题
青藏高原边缘山地垂直自然带的形成和类型组合的变化与温度、水分条件的组合有密切的关系。除森林上限和雪线外,还涉及山地最大降水带、垂直带倒置以及高山带趋同现象等问题。
山地最大降水带及其与垂直自然带的关系在喜马拉雅山有明显的表现。喜马拉雅山南翼的最大降水带在东段较低、向中、西段略有升高。据东喜马拉雅的观测资料推算,最大降水带位于海拔2000m左右,年降水量可达3000mm。这与山地常绿阔叶林带上段相当,林内十分潮湿,具有苔藓林或雾林的特征。由于山体走向不同,局地变化也不小,如多雄拉南侧支沟中则以海拔3000m的拿格附近降水最高,年降水量达3500?4000mm。
据推算,西昆仑山西段北翼海拔3000?3500m一带,年降水量可达350?400mm,策勒至于田之间的西昆仑山东段北翼,年降水量也可达400mm(杨利普等,1987)。 这反映出高山地形对降水形成过程以及高山区局部环流的影响,与高山草甸的出现是相联系的。
湿润或半湿润结构类型中,云杉林常位于冷杉林之下。在横断山区部分山地针叶林带中存在着云杉林位于冷杉林之上的现象,曾以逆温层的存在或所谓“倒置”排列来解释。实际上它既与冷杉喜冷湿,云杉偏寒旱的生态生物学特性及树种生态型有关,也与其所在的位置、坡向以及温度水分状况有联系。对照在北半球云杉属(Picea)的分布比冷杉属(Abies)偏北的事实,上面所提的垂直分布关系应是一正常现象。云杉林占据横断山森林区域的内部,并且往往是森林向西北方向尖灭的林地建群树种,表明其更适应大陆性高原寒旱化的影响。
在分布图式中,高山带以上的亚冰雪带和冰雪带是互相联通的,并且不再按干湿状况予以划分。例如,对珠穆朗玛峰南北翼垂直自然带的研究表明,无论从地面组成物质、主导成土过程和植被类型结构等自然地理特点来看,南北翼的同名垂直自然带,如高山寒冻冰碛地衣带(即亚冰雪带)和高山冰雪带(即冰雪带)都有较大程度的相似和类同。 如高山草甸/垫状植被带的组成相近,高山草甸土的融冻泥流现象等特点。南北翼出现这种相近的自然分带类型是与高海拔处生长期气温低、降水量差异并不明显,干燥度较低等相联系的。
七、独特的地生态现象与空间格局
通过对高原山地若干引人瞩目的地生态现象的考察研究,加深了对高原独特空间格局的认识。它们是:雅鲁藏布江下游的水汽通道、边缘山地的干旱河谷,中东部的高寒灌丛草甸地带以及羌塘北部和昆仑山腹地的寒旱核心区域等。
水汽通道
从气象学角度看,雅鲁藏布江下游的水汽通道有两层含义:一是指从印度洋来的暖湿气流沿布拉马普特拉河溯江而上,由这里向高原腹地输送;二是指通过雅鲁藏布江下游河谷向高原输送的水汽量居高原四周向高原水汽输送的首位。其输送量与夏季自长江流域以南向其北部地区的水汽输送量相近。
通道地区环境优越,成为第四纪冰期中生物的“避难所”,保存了大量古老的物种。雅鲁藏布江下游河谷是生物迁移的走廊,促进了山脉两翼生物的交往和混合。地势高差悬殊的高山峡谷对生物的隔离作用十分显著。这里是东喜马拉雅地区乃至整个喜马拉雅物种分化最强烈的区域,是物种分化和分布的中心,也是中国-喜马拉雅植物区系成分最集中的区域。
水汽通道是东喜马雅山脉最湿润的地段,发育着独特完整的湿润类型的垂直自然带谱。受南来暖湿气流的惠泽,加上高原及山脉主体的屏障,通道地区东喜马拉雅南翼的垂直自然带具有热带北缘的特征。热带森林溯江而上进入低山带,可达290N。从水平自然地带来看,它处于热带的北部边缘,远超出其他大陆热带所在的纬度界限。同时,热带森林的上界可高达海拔1100m,比我国东部季风区北纬200N以南的海南岛热带森林达海拔800m的上限还要高。
雅鲁藏布江下游水汽通道向西北延伸直达念青唐古拉山南翼,成为青藏高原海洋性冰川的发育中心,分布着我国最长的海洋性冰川——卡钦冰川(长35km)。这里频繁出现的灾害性地质地貌现象,如山崩、滑坡、泥石流等也多与水汽通道有一定的联系,且往往成为冰雪型、暴雨型泥石流发育中心。
干旱河谷
青藏高原东、南、西侧的周边山地,自东缘的横断山脉经南缘的喜马拉雅山至西缘的喀喇昆仑山,许多深切谷地的下部普遍出现干旱河谷灌丛景观,是引人瞩目的、独特的地生态现象。这种现象无论在阿尔卑斯山或喜马拉雅山都早已引起人们的注意。在安第斯山脉中部东坡,具有旱生型植被的干热河谷也比较普遍。 横断山脉中段的干旱河谷大多具有明显的特定景观,有独特的优势植被类型——耐旱灌丛及稀树灌木草丛。它们分别由旱中生小叶落叶具剌灌木或肉质具剌灌木及耐旱草本(禾草为主)植物所组成,通常具有生长稀疏、覆盖度较低等特点。在上述植被类型下发育的土壤具有土体偏干、淋溶较弱,有碳酸钙残留,呈碱性反应等旱成土的特征。但在青藏高原西缘的喀喇昆仑山南翼的洪札谷地则具有山地荒漠的植被和土壤类型。
横断山区山脉走向与湿润气流来向交角的大小对干旱河谷的形成有明显的影响。山谷中温度的周日变化引起山谷风的昼夜环流,其结果是谷地干燥的气流上升,形成具有一定垂直幅度的局部干旱现象。而谷地气流上升至一定高度所形成的云雾带又恰好与山地森林的存在相吻合。这也说明了谷底干燥而两侧谷坡上部比较湿润的不协调现象。
干旱河谷灌丛带的分布上界大体上有自外缘向内部升高、从南到北上升的趋势。它与谷底海拔高度由南到北逐渐递增相联系。各河段干旱河谷的垂直分布幅度主要决定于干旱程度的强弱。在横断山区八宿怒江桥附近的干温河谷,最大的垂直幅度可宽达1000m左右;中喜马拉雅南翼吉隆热索桥一带,只有300m的垂直幅度。
高寒灌丛草甸地带
位于青藏高原中东部的高寒灌丛草甸地带,是由地势陡峻的深切峡谷向一望无垠的高原腹地转变,具有高原亚寒带半湿润气候的自然地域单元。辽阔的丘状高原上广布着高山灌丛和高山草甸植被。占优势的高山草甸植被,主要有矮型莎草和杂类草草甸。杂类草草甸以东南部居多,其他则以小嵩草草甸占绝对优势。
高山草甸土(寒毡土)属AC型,最主要的特征是土壤表层有一为小嵩草等死根和活根密集纠结而成的草皮层(Ac层),厚约10cm左右。草皮层形成的原因,主要在于低温条件下,植物生理干旱的持续时间较长,微生物活动受到抑制,植物残体分解缓慢,嵩草等庞大根系因而缠结成层,且常有冻胀裂缝,形成草皮层块。
青藏高原的高寒灌丛草甸地带是高原东南部湿润、半湿润型垂直带谱高山带在高原面上延伸联结展布的、具有水平地带性意义的、独特的自然地带。无论从其自然环境特点,还是生态系统本身的性质看,在低海拔区域并不存在相应的自然地带。比较研究表明,高寒草甸地带的温度水分条件均高于北半球的苔原带。高寒草甸地带东南边缘的界线与山地森林的西北界限大体相符,取决于最暖月的平均温度;而其西北边缘的界线则与高山草原或高山草甸草原的出现有关,与从半湿润至半干旱的界线一致,可视为水分不足的一条界线。据布迪科,苔原带的辐射干燥指数<0.33,而高山草甸带则<0.45。
从人类活动角度看,高寒草甸地带与苔原带也有很大的不同。青藏高原的高寒草甸地带面积达26.9万km2,占高原区域总面积的10.7%,人口密度为3.0人/km2,在高原亚寒带中它远高于高寒草原和高寒荒漠区域。至于苔原带则基本上属于无人区,人类活动的影响极其微弱。高寒草甸地带是青藏高原重要的畜牧业生产基地。草场资源的特点是以小嵩草占优势的高山草甸为主,牧草低矮,产量低,但营养价值较高。放牧家畜组成主要为牦牛、马和绵羊,其中牦牛在畜群中(按绵羊单位计)比例高,是青藏高原牦牛的集中分布区。畜牧业生产的主要限制因素是青草期短、枯草期长,季节不平衡严重;抗灾能力弱,冬春雪灾较多,牧业生产不稳定;冷季牧场超载,限制暖季牧场的充分利用;牧场过度采食,草地退化现象普遍;草原毛虫和鼠(高原鼠兔和鼢鼠)危害严重,降低了牧草产量。
寒旱核心区域
在全球有两个非常干旱的高海拔区域:一是位于玻利维亚西南,智利北部和阿根廷西北部的南美安第斯山脉中段,即所谓普那荒漠(Puna de Atacama);另一则位于青藏高原的西北部。普那荒漠处于反气旋高压的气流下沉区域,由于南北向山脉对水汽的阻障作用明显,加上洪堡寒流干旱效应的相互作用,在安第斯山脉中段西部形成极其干旱的环境条件。位于青藏高原西北部的昆仑山-喀喇昆仑山属于高山/山地荒漠、半荒漠地区,与亚洲腹地极端干旱的暖温带低地荒漠相连。在高原主体地域分异的空间格局中,与高原东南部湿润的水汽通道形成鲜明的对照。
青藏高原有两条水汽输送路径。东线来自孟加拉湾,可达高原北缘柴达木盆地一带。西线来自阿拉伯海,夏季可越过喜马拉雅山进入阿里地区。中昆仑山内部腹地及南翼高原恰好远离上述两条水汽输送路径,从而形成了极端寒冷干旱的区域。这里地势坦荡,干燥剥蚀及寒冻冰缘作用发达,湖泊干涸退缩,湖水矿化度增大。高山荒漠植被占优势,植被盖度极为稀疏,仅1%?5%左右。土壤为高山荒漠土,甚至出现高山石膏荒漠土。从中昆仑山主脉的垂直自然带谱看,属于高寒极干旱结构类型组和毗邻高山上发育的极大陆性冰川正相吻合,互为佐证。
Troll,C.(1972)在亚洲中部和南美干旱上限的比较研究中引入亚洲高地的干旱核心一词,用于泛指这一地区的干旱以及完全缺失森林植被的高地。与此相对照,中昆仑山腹地及南翼高原具有极高的干旱上限,寒冷干旱的气候和相应的植被和土壤,因而称之为青藏高原寒冷干旱的核心区域。
八、自然地域分异的三维地带性
地表自然界的地域分异是地带性因素和非地带性因素相互制约、共同作用的结果。地带性原则是根据气候在土壤、植被上的反映,来观察自然现象的水平地带规律,并寻求相应的划分方法。从三维地带性观点出发,高原边缘的垂直自然带与毗邻的水平地带有密切的联系;而在高原内部的垂直自然带,其基带或优势垂直分带在高原面上联结、展布,反映出自然地带的水平分异,反过来又制约着其上垂直自然带的特点。这样,青藏高原上自然地带的水平分异和自然带的垂直变化犬牙交错、互相结合,是三维地带性原则在广袤高原基础上的发展,显示出自然地域分异的独特性,是一般范围狭小的高原山地所不能比拟的。
作为纬向地带性主要分异因素的太阳辐射在高原范围内虽仍显示出它的重要影响,表现为温度从南到北递减,垂直自然分带界线的海拔高程也沿同一方向降低。但是高原上辐射平衡和温度等项要素以高原西北部为中心的环状分布态势在空间上呈“同心弧状”的分布态势,则在更大程度上反映出地势结构和海拔等因素的作用,与一般的纬向地带分异明显有别。 受大气环流影响和高原地势格局的制约,形成了温度、水分条件地域组合的不同,呈现从东南暖热湿润向西北寒冷干旱递变的趋势。在自然景观上表现为由山地森林-高山草甸-山地/高山草原-山地/高山荒漠的带状更迭,具有明显的水平地带分异特点。与我国温带相应自然地带相比较,它们在水分状况特点上相似,而以温度偏低表现出高原自身的特色。
九、青藏高原的自然地域系统
比较中国自然区划的各种方案可以看出,大多数区划方案都将青藏高原作为高级区域单位划出。主要分歧在于柴达木盆地及阿尔金山、祁连山的归属。部分学者认为柴达木盆地及其毗邻山地气候干旱,具有温带荒漠的自然景观,将其划归西北干旱区。根据构造地貌、海拔高度、温度条件、土地利用、植物和植被类型以及山地垂直带的分析,我们从发生学观点认为,按照现代景观特征,青藏高原北缘界线应从北部山系外侧暖温带/温带地带性荒漠的上限通过,将柴达木盆地和阿尔金山、祁连山一起划归青藏高原。
为了先使水平地带性得到充分的反映,后再体现垂直地带性的差异,需要对高原山地的各种地貌类型组合与基面的海拔高度进行分析研究,按不同区域确定代表基面及其海拔高度范围,使生物气候的资料数据得以对照比较。例如,羌塘高原海拔4500?4800m,以广阔的湖成平原和山麓平原为代表,为高寒草原地带;而藏南则以海拔3500?4200m的宽谷盆地为代表部位,属山地灌丛草原地带。又如地势起伏、高差悬殊的横断山区中北部,占有优势地位的山地暗针叶林带的幅度最宽,而人类聚居和主要生产活动则多集中在宽谷盆地。因此,可将海拔2500?3500(4000)m的河谷盆地作为川西藏东山地针叶地带的代表基面。根据所确定代表基面的海拔高度来比较各个区域的温度、水分条件组合以及地带性植被和土壤,进而划分为不同的自然地带或区域单元。
和低海拔地域一样,大体上可依次按温度条件、水分状况和地形将青藏高原加以划分。青藏高原自然地域系统的拟订采用比较各项自然地理要素分布特征的地理相关法,着重考虑气候、生物、土壤的相互关系及其在农业生产上的意义。采用的等级单位为:温度带-自然地带-自然区。根据上述原则、方法和指标,除东喜马拉雅南翼山地划归山地亚热带以外,可将青藏高原划分为2个温度带,其下划分为10个自然地带,其命名原则是:地域名称 优势的地带性植被类型。
温度是影响植物生长和分布的重要因素,人为措施不易大规模或长时间地改变它。以日均温稳定≥10℃的日数作为主要指标,最暖月平均气温为辅助指标,将青藏高原划分为山地亚热带(O)、高原温带(Ⅱ)和高原亚寒带(Ⅰ)。
在一定的温度条件下,水分成为植物生长和分布的限制性因子。采用年干燥度(年蒸发力与年降水量之比)作为主要指标,年降水量为辅助指标,划分出湿润(A)、半湿润(B)、半干旱(C)和干旱(D)等地域类别。
自然地带指受大地势结构和大气环流的影响,在温度、水分条件组合上呈现共同特征,具有地带性植被和土壤的范围较大的自然地域。自然地带内垂直自然带谱的性质和结构类型组合相似,土地利用特点及农林牧业的发展方向大体一致。这是青藏高原自然地域系统中最主要的等级单元。
青藏高原的自然地带如下:0A1东喜马拉雅南翼山地常绿阔叶林地带;ⅡAB1川西藏东山地针叶林地带;ⅡC1藏南山地灌丛草原地带:ⅡC2青东祁连山地草原地带:ⅡD1阿里山地半荒漠、荒漠地带:ⅡD2柴达木山地荒漠地带:ⅡD3昆仑北翼山地荒漠地带;IB1果洛那曲高寒灌丛草甸地带;IC1青南高寒草甸草原地带:IC2羌塘高寒草原地带:ID1昆仑高寒荒漠地带。
青藏高原是我国长江、黄河和亚洲多条重要江河水系的发源地,高寒生态系统在涵养水源、保持水土等方面发挥着显著的作用,对中下游地区有着重要的生态安全屏障功能。作为世界上主要的高寒生物资源库,青藏高原蕴含着许多独特的种质资源和土著生物,具有极大的生物多样性保护价值。青藏高原雪峰林立、冰川众多、湖泊遍布、自然景观丰富多彩,加上珍贵的传统民族文化遗存,是国内外重要的旅游目的地。但是,由于青藏高原形成年代新、海拔高、地表自然过程年青,虽然人类开发历史比我国低海拔区域要迟,但自然环境对人类活动影响十分敏感而脆弱。青藏高原作为国家生态安全屏障,对我国及周边区域的环境有重要的作用和影响。我们应贯彻“生态优先”的基本理念,切实保护好雪域高原的“蓝天、青山、净水”,为子孙后代留下可持续发展的资源与环境基础。从国家发展的总体出发,应将青藏高原自然环境与生态系统的维护和保育作为国家与相关省区的重要责任,也是我们全国人民的共同责任和义务,让作为“世界屋脊”的青藏高原家园更加美好。