中南阿拉斯加生態(tài)地理區(qū)劃及生態(tài)演化研究

大衛(wèi)·卡爾·施耐德著；戴長雷，楊朝暉譯

(1.阿拉斯加大學(xué) 安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508；2.黑龍江大學(xué) 寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

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中南阿拉斯加生態(tài)地理區(qū)劃及生態(tài)演化研究

大衛(wèi)·卡爾·施耐德1著；戴長雷2,3，楊朝暉1譯

(1.阿拉斯加大學(xué) 安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508；2.黑龍江大學(xué) 寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

生態(tài)區(qū)是由于水文因素、地質(zhì)因素、生物因素、氣候因素、人類因素而具有不同生態(tài)特征的區(qū)域。通過研究生態(tài)地理區(qū)劃及其演化，有助于了解中南阿拉斯加的地形地貌特征。文章在梳理生態(tài)地理區(qū)劃的基礎(chǔ)上，對阿拉斯加中南部地區(qū)的生態(tài)區(qū)情況進(jìn)行了分析。指出：中南阿拉斯加可分為6個生態(tài)區(qū)：庫克灣生態(tài)區(qū)、科珀河(銅河)流域生態(tài)區(qū)、太平洋沿岸森林生態(tài)區(qū)、阿拉斯加山脈生態(tài)區(qū)、蘭格爾山地生態(tài)區(qū)以及太平洋海岸山脈生態(tài)區(qū)。庫克灣生態(tài)區(qū)植被豐茂，氣候溫暖。地貌從開闊的河流洪積平原變到泥炭地再變化到連綿起伏的丘陵。消退的冰川沉積形成許多小山丘；科珀河(銅河)流域生態(tài)區(qū)冬天氣溫比庫克灣地區(qū)冷得多，夏季氣溫與庫克灣地區(qū)相同，這里存在永久凍土；太平洋沿岸森林生態(tài)區(qū)空氣中水汽豐富，氣候十分溫和。阿拉斯加山脈生態(tài)區(qū)內(nèi)矗立著北美洲最高的山脈，絕大部分地區(qū)為大陸性氣候，冬季寒冷，且除了海拔較高的地方以外夏季都很溫暖。阿拉斯加山脈生態(tài)區(qū)降水相當(dāng)多，特別是在面向庫克灣的山坡地區(qū)；蘭格爾山地生態(tài)區(qū)火山活動十分不活躍，森林出現(xiàn)在海拔最低的地方；太平洋沿岸山地生態(tài)區(qū)山地上有十分豐沛的降水，許多山地植物群落尚未發(fā)育完全。由于氣候的變化、冰川的進(jìn)退等因素的影響，阿拉斯加的地理景觀和樹種一直處于動態(tài)變化中。

生態(tài)區(qū)；植被；氣候；降水；地理景觀；中南阿拉斯加

1　中南阿拉斯加生態(tài)地理區(qū)劃概述

中南阿拉斯加可分為幾個不同的生態(tài)區(qū)。美國地調(diào)局將生態(tài)區(qū)定義為由于水文因素、地質(zhì)因素、生物因素、氣候因素、人類因素而具有不同生態(tài)特征的區(qū)域。盡管不同生態(tài)區(qū)之間的界線并不十分精確，相鄰的生態(tài)區(qū)之間都存在過渡地帶，但通常將下列區(qū)域劃分為不同的生態(tài)區(qū)：庫克灣生態(tài)區(qū)、科珀河(銅河)流域生態(tài)區(qū)、太平洋沿岸森林生態(tài)區(qū)、阿拉斯加山脈生態(tài)區(qū)、蘭格爾山地生態(tài)區(qū)以及太平洋海岸山脈生態(tài)區(qū)[1]，見圖1。

2　分區(qū)生態(tài)地理分析

2.1庫克灣生態(tài)區(qū)

庫克灣生態(tài)區(qū)是指位于阿拉斯加山脈和楚加奇山以及塔爾基特納山之間的匯水區(qū)。由于緊鄰大洋，所以這是一個溫和的區(qū)域，植被豐茂，氣候溫暖。地貌從開闊的河流洪積平原變到泥炭地再變化到連綿起伏的丘陵。消退的冰川沉積形成許多小山丘。土壤水分的含量是植被類型的主要影響因素[2]。

云杉林和白樺林在庫克灣生態(tài)區(qū)廣泛分布。最常見的樹種是白云杉、黑云杉和西加云杉，顫楊、紙皮樺和基奈樺樹，香脂楊樹和美國黑楊。黑云杉生長在排水較差的泥炭地，而白楊、榿樹、白云杉以及紙皮樺生長在較為干燥的土壤中。西加云杉、美國黑楊以及香脂楊生長在河流的洪積平原上。榿樹和柳樹組成了庫克灣生態(tài)區(qū)的灌木叢。牛防風(fēng)草(普什基)以及刺參、火草、刺玫瑰(玫瑰果)和高叢越橘通常組成高水平的林下灌草層。草、苔蘚、蕨類植物和地衣組成最低等的草本植物層。

基于植被類型和氣候區(qū)的差異，將中南阿拉斯加劃分為幾個主要的生態(tài)區(qū)?？拷矫}還是靠近海洋是劃分生態(tài)區(qū)邊界的重要依據(jù)。圖1　中南阿拉斯加的生態(tài)區(qū)

2.2科珀河(銅河)流域生態(tài)區(qū)

本生態(tài)區(qū)是指與庫克灣生態(tài)區(qū)同一緯度的連綿的平原，本區(qū)海拔超過1300 ft，不受海洋的調(diào)節(jié)影響。由于海拔高度和大陸性氣候，本區(qū)冬天氣溫比庫克灣地區(qū)冷得多，夏季氣溫與庫克灣地區(qū)相同。這里存在永久凍土，使得土壤排水不暢，且沿公路上有許多鼓起。

植被標(biāo)示著當(dāng)?shù)貪駶櫟耐寥罈l件——黑云杉是這一生態(tài)區(qū)的主導(dǎo)樹木。在較為干旱的地區(qū)，如冰磧帶和低山坡，生長著白云杉、香脂楊、紙皮樺和白楊。柳樹和樺木是灌木層的主導(dǎo)植物。本生態(tài)區(qū)泥炭沼澤分布廣泛，其中苔蘚，特別是水苔非常繁茂。

2.3太平洋沿岸森林生態(tài)區(qū)

本生態(tài)區(qū)是從北加利福尼亞綿延到阿拉斯加的太平洋濱海雨森最北的部分。它僅分布于沿著阿拉斯加海灣低海拔地區(qū)的狹窄條帶上，盡管它確實延伸到內(nèi)陸的在格德伍德鎮(zhèn)。由于臨近海洋，空氣中水汽豐富，這里的氣候十分溫和，冬天平均最低溫度很少低于20 ℉，夏季平均最高溫度通常在64 ℉左右。但是，豐沛的降水使得這一區(qū)域真正與中南阿拉斯加的其他區(qū)域變得不同。

優(yōu)勢樹種是西鐵杉和西加云杉，這兩種樹在本區(qū)以外的地方很少出現(xiàn)。榿樹和美國黑楊在本區(qū)也有分布。較低的冠層由各種各樣的漿果組成：酸果蔓、藍(lán)莓、美洲大樹莓、黑醋栗和熊果。刺參和牛防風(fēng)草也很常見。柳樹和榿木灌層可以在海拔較高的地方生長，而整個地面層則通常覆蓋著苔蘚濕地墊。

2.4阿拉斯加山脈生態(tài)區(qū)

本生態(tài)區(qū)內(nèi)矗立著北美洲最高的山脈，其中的大部分山脈只有最為頑強的苔原，沒有其他的植被。絕大部分地區(qū)為大陸性氣候，冬季寒冷，且除了海拔較高的地方以外夏季都很溫暖。本生態(tài)區(qū)內(nèi)決定植被類型的基本因素就是海拔高度。本區(qū)降水相當(dāng)多，特別是在面向庫克灣的山坡地區(qū)。

由于海拔高，矮灌木和低灌木植物群落主導(dǎo)了本區(qū)。灌木區(qū)常見的植物有仙女木(三葉水楊梅)、石南花、酸果蔓、藍(lán)莓以及熊果。在海拔較低的地方可以發(fā)現(xiàn)樺樹、柳樹和榿木。在某些較低的山坡和排水較好的山谷，有常綠的由黑云杉和白云杉組成的森林。

2.5蘭格爾山地生態(tài)區(qū)

盡管從本質(zhì)上說蘭格爾山地屬于火山類型，但它們的火山活動十分不活躍，以至于從生態(tài)來說，它們與中南阿拉斯加類似海拔高度的其他山峰并無明顯區(qū)別。主導(dǎo)的植被是由仙女木(三葉水楊梅)、石南花、柳樹和各種各樣的漿果組成的矮灌木。就像阿拉斯加山脈生態(tài)區(qū)一樣，森林出現(xiàn)在海拔最低的地方。在那里，白云杉、白楊和紙白樺主導(dǎo)了較高的冠層，而灌木層則主要由榿木和柳樹組成[3]。

2.6太平洋沿岸山地生態(tài)區(qū)

由于靠近阿拉斯加灣的暖流，所以與阿拉斯加山脈和蘭格山地不同，本區(qū)的山地上有十分豐沛的降水。此外，本區(qū)的有些地方直到近期才從數(shù)千英尺厚的冰川消融后顯露出來。因此，許多山地植物群落尚未發(fā)育完全。

在有植被的地方，?？砂l(fā)現(xiàn)由石南花和各種漿果組成的矮灌叢。豐沛的降水使得海岸沿線呈條帶狀分布著喜濕的鐵杉和西加云杉森林。與之對應(yīng)，在中南阿拉斯加的其他山區(qū)，生長著黑云杉、白云杉和紙皮樺。

2.7區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)

土壤濕度、坡度和海拔高度的細(xì)微不同，會導(dǎo)致局地植被的重要差異。美國地調(diào)局將阿拉斯加的生態(tài)系統(tǒng)劃分為9種主要的類型，這些類型在中南阿拉斯加都有體現(xiàn)。它們包括：高寒濕苔原、高灌木、低灌木、泥炭地、山地云杉和闊葉林、低地云杉和闊葉林、灘地云杉和楊樹林以及鐵杉和西加云杉林。

中南阿拉斯加海拔較高的地區(qū)發(fā)育了苔原所需的環(huán)境，隨著土壤含水程度的不同而有所變化。排水較好的山坡發(fā)育干苔原，而在更為平坦的地區(qū)則會出現(xiàn)一種亞北極泥炭沼澤地。順著山坡往下，就會出現(xiàn)灌木叢。海拔越低的地方，灌木長得越高。

在海拔中等比較平坦的地區(qū)會發(fā)育由黑云杉和沼澤地組成的泰加木環(huán)境。在海拔較低的地方，干燥有山的地區(qū)，會形成由白云杉和樺樹組成的寒帶森林。這又分為更為平坦干燥地區(qū)的白云杉林，以及在較濕土壤和泥炭地上發(fā)育的黑云杉林。沿著河床生長的是黑楊木和白楊木。

在阿拉斯加灣海濱海拔較低的地區(qū)生長著鐵杉和西加云杉森林。

3　中南阿拉斯加的生態(tài)演化

3.1生物的演進(jìn)

阿拉斯加的地理景觀一直處于動態(tài)變化之中。由于一直在經(jīng)歷全新世的氣候變化，所以，我們今天在某地看到的植被可能與該地100 a前的植被并不一樣。或者是由于火災(zāi)、洪災(zāi)、冰川運動、雪崩，或者是由于人工砍伐，假設(shè)某地區(qū)的植被被清除以后，某些植被將會首先覆蓋該地區(qū)，數(shù)年以后，它們又會被其他物種植被取代[4]。

諸如地衣、苔蘚、草本植物、火草等非木本植物，常常是第一批在一個植被被清空了的地區(qū)生長起來的植物，它們能夠促進(jìn)土壤的發(fā)育。數(shù)年以后，在較干的地方，榿樹、柳樹和白楊成為第一批出現(xiàn)的木本植物。盡管白楊可以堅持下來，但柳樹和榿木會逐漸被諸如樺樹這樣的植物取代。樺樹可以占據(jù)數(shù)十年，特別是在發(fā)生過森林大火的地區(qū)，但它終究會被白云杉漸漸取代。

在河川和溪流附近較濕的低地，歐洲大葉楊和香脂楊最先在這類地區(qū)生長起來。盡管它們是長壽的樹木，但隨著歲月的輪替，它們還會慢慢地被白云杉取代。黑云杉常常是最先也是唯一在排水不暢的泥炭地上生長的樹種。

在雨水更為充足的濱海森林里，榿木歐洲大葉楊和柳樹最先生長起來，但它們很快就會被西加云杉取代。然后，隨著時間的推移，這些西加云杉又會被西鐵杉取代，西鐵杉才是這類地區(qū)的主導(dǎo)樹種。

3.2古植物的演化

千年以來，中南阿拉斯加的樹種經(jīng)歷了重要的變化。氣候的冷暖、冰川的進(jìn)退，最終都會影響當(dāng)?shù)氐闹参锶??？茖W(xué)家通過基于研究花粉的孢粉學(xué)，已揭示了大量的生態(tài)史。在湖底經(jīng)常存有古代的花粉，科學(xué)家從湖底采取巖芯樣品，可以準(zhǔn)確地分析出這些過去沉積的花粉類型。

區(qū)域生態(tài)史可以據(jù)之追溯到上萬年前。在過去的2000萬a里，由于較冷的氣候條件經(jīng)常出現(xiàn)，所以我們今天所見的物種在當(dāng)時已居于主導(dǎo)地位。但是，在大約1600萬a前的中新世，全球顯著變暖,阿拉斯加的森林植被看起來與當(dāng)前美國東部的植被非常相似。橡木、山胡桃木、櫸樹、板栗、核桃、榆樹以及許多其他溫帶落葉樹種的祖先也在那個時期出現(xiàn)在阿拉斯加(表1)。

表1　2000萬a來阿拉斯加氣候和植被變化

此后，氣候逐漸變冷，直到260萬a前出現(xiàn)了第四紀(jì)冰川。從那時起，盡管冰川運動的起起伏伏蹂躪著中南阿拉斯加的生態(tài)景觀，但在每次冰川消退的時候，植被總會設(shè)法在這片土地上重新生長起來。在大約1.1萬a前的末次冰川結(jié)束后，植被為我們提供了它們是怎樣慢慢恢復(fù)生長的好例證。

隨著氣候的變暖，最先到達(dá)冰川消退地區(qū)生長起來的是由地苔蘚、青草以及其他草本植物組成的苔原。大約1萬a前，進(jìn)一步變暖的氣候使得諸如矮樺樹和柳樹等低灌木生長起來。香脂楊是最先到達(dá)這一地區(qū)的真正的“樹”類植被，它們沿著河岸和低山坡生長起來。榿木幾乎在同一時段到達(dá)，并且很快成為在中南阿拉斯加占主導(dǎo)地位的灌木樹種。在整個冰期，矮樺樹、柳樹和白楊都能夠在阿拉斯加內(nèi)陸未被冰川覆蓋的地方存活，所以，氣候變暖后，中南阿拉斯加的這些樹種極有可能來自阿拉斯加內(nèi)陸地區(qū)。

8000 a前，樺樹、白云杉和黑云杉開始到達(dá)中南阿拉斯加，并且取代了最大的榿木灌叢。這些樹種同樣來自于阿拉斯加內(nèi)陸地區(qū)。它們慢慢地向南拓展地盤，從阿拉斯加山脈拓展到基奈半島的頂端用了數(shù)千年的時間。

大約4000 a前，鐵杉和西加云杉從太平洋西北部來到了中南阿拉斯加。伴隨著它們的到來，今天中南阿拉斯加所見到的主要植被都已到位。但是，植物的生命仍處于動態(tài)變化之中。冰川仍在消退，新的植被仍在生長。后成長起來的植被仍然會勝過之前生長起來的植被，仍在變暖的氣候會使鐵杉和西加云杉在阿拉斯加州更多的地方生長起來。

有趣的是，在冰川運動期間，阿拉斯加曾與北美洲的其他部分隔斷。而較低的海水位卻使得沒有冰川的阿拉斯加內(nèi)陸地區(qū)與沒有冰川的東西伯利亞通過一個800 mi寬的陸橋連接起來。從生物學(xué)的角度來說，阿拉斯加成為亞洲的一部分。在這一時期，許多極地和亞極地的植物物種從亞洲來到阿拉斯加。從史前植物群落來看，阿拉斯加與亞洲更為接近，而不是與冰蓋南部的北美洲的其他部分。

中新世早期，氣候趨于變暖，阿拉斯加大部分地方覆蓋著闊葉林，就像現(xiàn)在美國東北部地區(qū)植被的樣子。后來天氣漸漸變涼，由云杉和樺樹組成的寒帶森林又回到阿拉斯加，就和今天我們能看到植被的一樣。隨著300萬a前第四紀(jì)冰期的開始，這些寒帶森林也消失了。

12.5萬a前，第四紀(jì)冰期期間，氣候變暖，冰川消融，森林成長。與之對應(yīng)的是2萬a前，氣候開始變冷，冰川進(jìn)步，森林消亡。在冰川尚未覆蓋的地方，只有苔原在這種寒冷的氣候條件下堅持生長(表2)。

表2　15萬a來阿拉斯加氣候和植被變化

4　結(jié)論

中南阿拉斯加可分為6個生態(tài)區(qū)：庫克灣生態(tài)區(qū)、科珀河(銅河)流域生態(tài)區(qū)、太平洋沿岸森林生態(tài)區(qū)、阿拉斯加山脈生態(tài)區(qū)、蘭格爾山地生態(tài)區(qū)以及太平洋海岸山脈生態(tài)區(qū)。

庫克灣生態(tài)區(qū)是指位于阿拉斯加山脈和楚加奇山以及塔爾基特納山之間的匯水區(qū)，植被豐茂，氣候溫暖。地貌從開闊的河流洪積平原變到泥炭地再變化到連綿起伏的丘陵。消退的冰川沉積形成許多小山丘；科珀河(銅河)流域生態(tài)區(qū)是指與庫克灣生態(tài)區(qū)同一緯度的連綿的平原，由于海拔高度和大陸性氣候，本區(qū)冬天氣溫比庫克灣地區(qū)冷得多，夏季氣溫與庫克灣地區(qū)相同。這里存在永久凍土，使得土壤排水不暢，沿公路上有許多鼓起；太平洋沿岸森林生態(tài)區(qū)是從北加利福尼亞綿延到阿拉斯加的太平洋濱海雨森最北的部分。由于臨近海洋，空氣中水汽豐富，這里的氣候十分溫和，冬天平均最低溫度很少低于20 ℉，夏季平均最高溫度通常在64 ℉左右。但是，豐沛的降水使得這一區(qū)域真正與中南阿拉斯加的其他區(qū)域變得不同；阿拉斯加山脈生態(tài)區(qū)內(nèi)矗立著北美洲最高的一些山脈，其中的大部分只有最為頑強的苔原，沒有其他的植被。絕大部分地區(qū)為大陸性氣候，冬季寒冷，且除了海拔較高的地方以外夏季都很溫暖。本生態(tài)區(qū)內(nèi)決定植被類型的基本因素就是海拔高度。本區(qū)降水相當(dāng)多，特別是在面向庫克灣的山坡地區(qū)；蘭格爾山地生態(tài)區(qū)火山活動十分不活躍，主導(dǎo)的植被是由仙女木(三葉水楊梅)、石南花、柳樹和各種各樣的漿果組成的矮灌木。就像阿拉斯加山脈生態(tài)區(qū)一樣，森林出現(xiàn)在海拔最低的地方；太平洋沿岸山地生態(tài)區(qū)本區(qū)的山地上有十分豐沛的降水。此外，本區(qū)的有些地方直到近期才從數(shù)千英尺厚的冰川消融后顯露出來。因此，許多山地植物群落尚未發(fā)育完全。

阿拉斯加的生態(tài)系統(tǒng)劃分為9種主要的類型，這些類型在中南阿拉斯加都有體現(xiàn)。它們包括：高寒濕苔原、高灌木、低灌木、泥炭地、山地云杉和闊葉林、低地云杉和闊葉林、灘地云杉和楊樹林以及鐵杉和西加云杉林。

由于氣候的變化、冰川的進(jìn)退等因素的影響，中南阿拉斯加的地理景觀和樹種一直處于動態(tài)變化中。

[1]Gallant, Alisa L, Binnian, et al. Ecoregions of Alaska[R]. Washington: U.S. Geological Survey, 1995.

[2]Combellick R A. Paleoseismicity of the Cook Inlet Region, Alaska: Evidence from Peat Stratigraphy in Turnagai and Knik Arms[R]. Fairbanks: Department of Natural Resoures, State of Alaska, 1991.

[3]Richter, Donald H, Rosenkrans, et al. Guide to the Volcanoes of the Western Wrangell Mountains, Alaska-Wrangell-St. Elias National Park and Preserve[R]. Washington: U.S. Geological Survey, 1995.

[4]Viereck, Elbert L. Alaska Trees and Shrubs[M]. Fairbanks: University of Alaska Press, 2000.

abundant. The Alaska Range region contains some of the highest mountains in North America. The climate is continental for the most part, meaning that it has cold winters and would have warm summers if not for the high elevation. A fair amount of precipitation is received here, particularly on the slopes facing Cook Inter. Volcanic activities are relatively inactive in the Wrangell Mountains and forests are present at the lowest elevations. The Pacific Coastal Mountains receive enormous amounts of precipitation. Many vegetation communities in the mountains are not yet fully developed. Due to the influence of such factors as the change of climate, glaciation and deglaciation,the landscape and tree species of Alaska is always changing.

Research of the ecological regions and biological changes in Southcentral Alaska

Written by David K.Snyder1; Translated by DAI Changlei2,3, YANG Zhaohui1

(1.University of Alaska-Anchorage, Anchorage 99508, USA;2.InstituteofGroundwaterinColdRegion,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China;3.SchoolofHydraulicandElectricPower,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

Ecological regions are defined as areas of distinct ecological character due to the interactions between hydrologic, geologic, biologic, climatic and human factors. Studying the ecological regions and biological changes in southcentral Alaska can help further understand its landscape views. This paper analyzes the ecological conditions on the basis of combingthe ecological regions in southcentral Alaska under the premise of knowledge. It points out: Southcentral Alaska has six distinct ecological regions: Cook Inter, the Copper River Basin, Pacific Coastal Forests, the Alaska Range, the Wrangell Mountains, and the Pacific Coastal Mountains. There are plentiful vegetation and moderate temperatures in the Cook Inter region. The landscape varies from broad river floodplains to peatlands to rolling hills. Retreating glaciers deposited many of these hills. The winter temperatures are much colder in Copper River Basin than in Cook Inter, but summer temperatures are about the same. This ecological region exists permafrost. The climate in Pacific Coastal Forests is extremely moderate and the moisture in the air is

ecological regions;vegetation;climate;precipitation; geographical landscape; Southcentral Alaska

中科院寒旱所凍土工程國家重點實驗室開放基金項目(NO.SKLFSE201310)；國家自然科學(xué)基金項目(NO.1202171)

大衛(wèi)·卡爾·施耐德(1969-)，男，美國阿拉斯加州安克雷奇市人，助理教授，主要從事自然地理及地理信息系統(tǒng)方向的科研和教學(xué)工作。

譯者簡介:戴長雷(1978-)，男，副教授，主要從事寒區(qū)地下水及國際河流方向的教學(xué)及科研工作。

Q948

A

2096-0506(2016)08-0030-06