再论青藏高原苔原：地球第三极地理极性的理论

　　0引言
　　青藏高原是否存在苔原（Tundra），是全球地理环境系统的重要理论问题之一，也关系到对青藏高原生态环境结构的深化认知和准确定位。青藏高原被誉为“地球第三极”，数十年来，该地区地学研究取得重大成就，走在世界前沿[14]。由于山体高大，该区发育有地球中低纬度山地最完善的垂直带谱；又由于青藏高原跨13个纬度，自然带模式表现复杂。郑度等依据三维分异规律（高原地带性规律），构建出完整的带谱模式体系，成为高原环境研究的重要成就，发展了地理学的地带理论[56]。然而已有文献并未将高原定义为苔原，而以高寒高原称谓，带谱的亚顶层则统以高山草甸或高山草原、高山灌丛等表征，亦无苔原定性。苔原是地球南北极生态环境的“极性”特征，作为“第三极”的青藏高原缘何没有苔原？显然这是一个值得深入探讨的科学问题。
　　沼泽湿地是极地苔原的主导性和标志性景观类型，对其分析有助于青藏高原苔原的确立。高原沼泽湿地研究始于20世纪60年代柴岫等对若尔盖高原的调查，但没有涉及苔原沼泽[7]；赵魁义首次调查了高原腹地那曲等地的沼泽[8]，虽然发现了连片多年冻土，但亦未涉及苔原沼泽的概念；孙广友根据对横断山区以及长江和黄河源区沼泽与泥炭的调查[9]，认为沼泽不仅受控于一般性湿地形成规律，还受控于高原冰缘环境的特殊规律，沼泽发育达到上限，并首次发现冰缘沼泽[10]，但仍未从苔原概念上进行论证。2004年，孙广友提出并初步论证了高原苔原的存在，判识出包括沼泽苔原在内的4种苔原生态景观类型；概略指出沼泽苔原广布于大江源等地区的大面积多年冻土带、冰缘过程强烈等特征，但仍缺乏以苔原指标体系对高原苔原及主导景观类型（沼泽湿地）进行系统分析[11]。基于此，笔者拟深化前期研究成果，以期对高原苔原的存在提供更为有力的证据，并赋予世界第三极地理环境意义的极性；同时，在苔原机理上深化对青藏高原环境的认识；在实践上，将苔原理论应用于道路、管道工程等领域具有新的意义。
　　1苔原定义和判定指标
　　为了厘定青藏高原的苔原，需要采用明确的苔原定义和判定指标，而目前尚未见到公认的苔原定义，更缺乏定义苔原的指标体系。
　　1.1苔原定义
　　包洛文金指出，北冰洋沿岸和岛屿有广大的苔原地区，基本特征是没有森林[12]。斯特拉斯指出，苔原气候出现在自北极圈到北纬75°之间的大陆边缘地区，普遍存在永冻层，土壤为岩石碎屑或泥炭，高山苔原位于森林线之上[13]。《地理学词典》认为苔原带位于亚欧大陆及北美的最北部，为无林旷野，最暖月平均气温低于10 ℃，通常有永冻层，苔原有地衣苔原、灌丛苔原、草甸苔原多种[14]。黄锡畴认为苔原是大陆高纬度的无林地带[15]。刘南威认为苔原带占据着欧亚及北美大陆最北部及岛屿，严寒而湿润，土壤冻结，沼泽化现象普遍，是以苔藓和地衣占优势的无林地带，土壤属于冰沼土[16]。2007年出版的《地理学名词》认为，苔原是极地或高山永久冻土分布区，有以地衣、苔藓、多年生草本和小灌木组成的无林低矮植被[17]。
　　苔原作为地球上独立的自然带、环境结构、景观类型或生态系统，学者们尚未从自然综合体角度形成一个完整而严谨的苔原概念或定义。笔者认为苔原（冻原）是森林带与冰雪带之间的冰缘自然区。在北极为极圈至北冰洋沿岸带，在南极则为大陆冰盖裸岩区和岛屿；在中低纬度高地则为森林线与雪线之间的地带，气候严寒，多年冻土发育，寒冻过程强烈，冻胀、多边形裂隙等为标志性现象，植被无林，以小灌木、草类及苔藓等组成优势群落；土壤为冰沼土或粗骨性寒冻土。基于此，苔原可定义为森林带与冰雪带之间的冰缘地带，气候严寒，寒冻过程强烈，多年冻土发育，植被无林。
　　1.2判定指标
　　从苔原概念得到由5要素组成的苔原判定指标：7月平均气温为0 ℃～10 ℃，气候严寒，苔原植被仅有最低限度的热能收入；分布于冰盖或冰川外围的冰缘地带，寒冻过程强烈，这是与非苔原带动力过程的本质区别；多年冻土层连续发育；植被无林，仅有小灌木、草类及苔藓等；土壤为冰沼土或岩屑寒冻土，显示独特的成土过程。这5个要素具有共生性内在联系，都是判定苔原的必要因素。
　　2高原苔原及沼泽苔原存在的判定
　2.17月平均气温10 ℃的等温线
　　青藏高原7月平均气温10 ℃的等温线有2类走势[18]：一类是圈定7月平均气温为0 ℃～10 ℃的昆仑—冈底斯山山脉间的高原中部主体，喜马拉雅山则以带状与之连接，呈连续性大面积展布；另一类是横断山地在4 200 m高度以上出现10 ℃等温线的斑块闭合圈，属于岛状展布。这2类区域在气温上符合苔原范畴，约占高原总面积的504%[19] （图1）。对于第一类区域，沼泽在高原东部广泛分布，长江、黄河和怒江的三江源沼泽面积超过8 000 km2[20]，成为主导景观，在楚玛尔河及雅鲁藏布江上游也有分布，帕米尔高原也有零星分布。对于第二类区域，沼泽常见于坡麓带及汇水盆地，如新龙古冰帽区沼泽化面积达3 000 km2[21]。
　　2.2冰川分布
　　冰雪环境是苔原发育的必要条件。青藏高原虽无大冰盖，却是世界山地冰川最发育的地区，雪线高度为5 400～6 000 m，共有冰川20 066条，面积46 640 km2，覆盖度186%[22]，且有冰帽或小冰盖（如唐古拉山姜古迪冰川群），对苔原形成具有与极地冰盖相似的冰缘效应。就冰雪对苔原发育条件而论，青藏高原许多地区（如珠穆朗玛峰、唐古拉山等）远优于长白山[2325]。珠穆朗玛峰范围内有7 000 m以上山峰38座，大于10 km2的放射状冰川18条，冰川总面积达1 500 km3，覆盖度高达32%[22]，形成典型的冰缘环境，苔原系列相对完整[图2（a）]。而长白山并无现代冰川，冰缘环境远为逊色，以致草甸苔原发育不够典型，更缺少草原苔原等类型。
　　2.3冻土分布
　　青藏高原是地球上中低纬度最大的多年冻土分布区，冻土面积达1761×104 km2（表1），运用7月平均气温10 ℃的等温线图叠合，得到苔原约占高原多年冻土面积的9687%， 面积为1706×104 km2。这为苔原发育提供了基础条件。
　　冰缘过程强烈，苔原区受高度控制的寒冻生成物呈现垂直系列：高位寒冻剥蚀面与石海；坡面上部石川、石河；坡面下部泥流阶地、鳞片草皮；坡麓为网状及多边形构造；谷口扇缘为冻胀泥炭丘 、冰锥等。据程国栋等的研究[26]，冻胀泥炭丘分为层状埋藏冰大型丘、冰核小型丘及无冰核平顶丘。大型丘在昆仑山口2号道班出现，高20 m，长40～50 m，宽20～30 m。而唐古拉山发现冻胀泥炭丘，高3 m，直径7～8 m[图2（a）]。冰核小型丘见于阿尼玛卿山东南端，因融塌而呈乱坟状[图2（b）]。平顶丘以当曲源头（海拔5 400 m）的叠状草丘为例，形成宽谷平原沼泽苔原[图2（c）]，草甸苔原则不发育草丘[图2（d）]。埋藏冻胀泥炭丘分布零星，而小型冰核冻胀泥炭丘在三大河源头都有发现（表 2）。冻胀泥炭丘和多边形构造被公认为极地苔原的标志性特征。
　　2.4植被无林
　　在7月平均气温小于10 ℃的无林植被带，以小灌木、草类和少量地衣、藓类为特色，与极地苔原类似[27]。在垂向上可分上、下两带，下部带依次为高山灌丛、高山草甸或草原，上部带为流石滩稀疏植被[28]，临近冰雪带。沼泽则可出现在从谷底到山鞍的低平或负微地貌形态。
　　2.6小结
　　依据7月平均气温10 ℃的等温线、冰川分布、冻土分布、植被无林以及苔原土分布，可以判定青藏高原7月平均气温为0 ℃～10 ℃的分布范围内，主要环境特征与极地苔原高度相似，因此可以认定青藏高原此范围环境属于山地苔原。
　　3苔原区典型沼泽类型
　　受高原地带规律控制，沼泽类型由东部横断山地的小灌丛类型，向西部的帕米尔高原草丛型递变。笔者以分布最广、具有典型意义的高山杜鹃（Rhododendron lapponicum）沼泽及藏北嵩草（Kobresia littledalei）沼泽为例进行分析。
　　3.1小灌木草丛沼泽
　　发育于横断山地岛状多年冻土区高山带上的古冰川槽谷、冰碛台地等地貌的下限海拔为3 950 m[28]，小灌木主要为高山杜鹃群系的隐蕊杜鹃（Rhododendron intricatum）、草原杜鹃（Rhododendron telmateium）、毛蕊杜鹃（Rhododendron websterianum）和狭萼杜鹃（Rhododendron tapetiforme）等。以白芒雪山垭口的狭萼杜鹃苔草泥炭藓（Sphagnum）沼泽为例（表3），其地面海拔4 200 m，发育岛状多年冻土；沼泽位于山鞍浅谷，形成高度仅10 cm、直径50～100 cm的草丘；土壤为泥炭土，地表根系层厚18 cm，下部为泥炭层，厚度100 cm左右，基底为冰碛砾石。
　　沼泽植被由3层组成：第1层为建群种狭萼杜鹃，群丛状生长于草丘顶部，高15～20 cm，它是高原常绿革叶杜鹃灌丛的一种，适应年平均气温-4 ℃～-2 ℃的冷湿又多大风的恶劣气候，具有苔原植物特性；第2层以苔草为优势种，叶层高度小于10 cm，矮化明显；第3层是由泥炭藓组成的地被层，分盖度为30%～50%。这些特征是中国其他地区所没有的，而与极地苔原沼泽较为接近。
　　3.2草丛沼泽
　　草丛沼泽主要分布在高原主体地带的三江源地区，从横断山地到帕米尔高原西端，以及从喜马拉雅山地到昆仑山地，此类沼泽都有出现；在垂直带上分布于海拔4 300 m直到流石滩植被之间。沼泽植物以藏北蒿草、喜马拉雅蒿草（Kobresia royleana）等群落最为普遍，伴生种以华扁穗草（Blysmus sinocompressus）居多。如三江源那曲地区的藏北嵩草沼泽，海拔高度为4 500～4 800 m，高原面较完整，藏北嵩草沼泽呈广泛分布形态。优势种藏北蒿草属于莎草科嵩草属，适应海拔4 200～6 700 m的湖河滩地、潜水溢出带和冰川前缘积水区；植株高20～30 cm，湿中生，密丛，耐寒，萌发早，生育期短，根茎叶通气，组织发达，茎叶因角质化而坚韧；其与群落中的藏西嵩草（Kobresia deasyi）、青藏苔草（Carex moorcroftii）、喜马拉雅嵩草（Kobresia royleana）均为特有种[28]。
　　3.3高原苔原与极地苔原沼泽的对比
　　尽管青藏高原与极地环境存在干湿的明显差异，但苔原的本质是一致的，沼泽发育的地生态学要素具有内在相似性（表4）。两者的共同特征是气候严寒，多年冻土连续，寒冻冰缘作用强烈；植被无林，仅有小灌木、草丛及苔藓地衣等；动物群耐严寒，多特有种；冰沼土发育。这是一切苔原的本质属性。当然，两者的沼泽苔原也有类型上的差异，因为它们分属于水平和垂直两大地带规律的产物。两者的某些差异性不仅不是前者否定后者的依据，反而是地球苔原多样性的表现。
　　4高原苔原发育的理论依据
　　4.1苔原南缘与高原苔原发育
　　索恰瓦曾指出：长白山存在高山苔原，黑龙江流域只要满足一定的高度，都可以发育山地苔原。中国对苔原的研究始于长白山，黄锡畴等对长白山苔原进行了综合论证[32]，开拓了中国苔原研究的新领域。而后进行的延伸研究，确认其为山地苔原，最远只能分布到温带的山地中，亚热带山地不存在高山苔原，长白山是中国唯一典型的苔原自然景观，并得出长白山、阿尔泰山及日本大雪山苔原是欧亚大陆苔原南缘的结论[15]。吴征镒也认为长白山冻原（苔原）与阿尔泰山冻原是高山冻原在欧亚大陆分布的南界[33]。因而，在青藏高原植被的水平分区与垂直带划分中，它们分别定为高寒草原、高寒灌丛和高寒草甸[34]，未见苔原类型的划分。Huang等在进行青藏高原自然区划时，也没有提到苔原类型，笼统地称之为青藏高寒区，或将冰雪带下称为高山寒冻带、高山草原带及高山草甸带等[3435]。20世纪50年代至今，苔原在青藏高原没有被关注，也没有获得垂直带应有的带谱地位。
　　长白山是欧亚大陆苔原南缘的结论也属于学术误判。首先，水平地带和垂直地带皆基于太阳能梯度（即热力分带性）[3637]，因此尽管两种地带性都会受到某些区域要素的干扰而发生局部变化，但两者空间组合的架构并不改变，各个纬度自然带与相应垂直自然带之间具有明显相似之处；马克耶夫所拟的大陆性与海洋性自然带理性模式中，水平地带与垂直地带都划分出苔原地带，他还指出在海洋性环境下，垂直带可能基本上重复水平自然带系统。这样，具有充分绝对与相对高度的青藏高原理应出现高山苔原。其次，冰雪要素是山地能否形成苔原的关键性要素。伍光和等指出高山冰雪带的出现是垂直带谱完整的标准[37]；这一要素在青藏高原是充分具备的，那么具有充分绝对和相对高度、又具有必要冰雪要素的青藏高原，就不可能缺失苔原带。概而言之，地球上任何一个点位，只要满足上述条件，都可以在确定的高度出现苔原。邹春静等在纬度带属于寒温带的大兴安岭白蛤蜊山等首次发现山地冻原[38]。在此基础上，笔者近年又在大兴安岭北部识别 出堰松砾质苔原类型。
　　因此，山地苔原能否产生与其所在的水平地带无关，青藏高原也不会因水平地带地处亚热带至温带而不发育苔原。再者，由于长白山苔原属于山地苔原而非平原苔原，所以不存在山地苔原止于长白山的依据。恰恰相反，在中低纬度因巨大隆起而形成的青藏高原，应是长白山、天山和阿尔泰山高山苔原越过中国北部广大地貌第二阶梯在青藏高原的再现。在青藏高原以南，中国再无高于森林线的高山。因此，青藏高原才是中国山地苔原的南缘。
　　4.2青藏高原苔原的性质
　　按传统划分，苔原分为高纬极地环境的平原苔原与中低纬高地环境的山地苔原。山地由独立山体组合，水平尺度局限，垂直谱系各带基本没有明显水平变化，因而垂直带具有单纯性。而青藏高原与此不同，高山环绕高原，高原耸立高山，成为巨大而完整的山原。其中东部横断山地属于高山峡谷地貌，主要发育单纯性山地苔原；而中西部高山宽谷形成了完整的高原面，海拔为4 000～5 500 m，苔原面恰是其主体，向上则达于雪线。这样，苔原的二维空间具有巨大的广延性，显示高原地带性特征[3940]，这与一般山地（包括横断山地）苔原在空间格局上有本质不同，应属于高原苔原。因此，青藏高原苔原是山地苔原与高原苔原复合的山原苔原[11]，在世界苔原环境中独具特色。高原苔原和山原苔原都是与极地平原苔原、中低纬度山地苔原相并列的一类新苔原。青藏高原是地球冰冻圈唯一的同时具有高原苔原和山地苔原、并由两者构成山原苔原复合类型的地区。
　　另外，基于极地平原苔原的研究较为充分，一般习惯于将其作为苔原的范本模式，将其要素降水、植物成分等也都作为判定指标，实为偏颇。地球的任何一个自然带，都有其普适性，也有其局限（特殊）性；何况水平地带规律产物与垂直地带规律产物，更是既有其相似性，又有差异性。两者不但互不排斥，而且相互补充。在低温、寒冻、无林等共同的本质属性前提下，降水、植物组成甚至冰雪形态等都允许有不同之处，从而构成地球环境（包括苔原）的多样性。
　　5结 语
　　（1）青藏高原是否存在苔原是全球地理环境科学的基本问题之一。笔者认为，苔原是森林带与冰雪带之间的冰缘地带，气候严寒，寒冻强烈，多年冻土发育，植被无林。拟定的5个要素苔原环境指标组合为：7月平均气温为0 ℃～10 ℃；位于冰盖（川）外围的现代冰缘区，寒冻强烈；分布多年冻土；发育寒冻土；植被无林。这5个要素能够全面反映苔原的综合特征。将其用于青藏高原环境分析，发现7月平均气温介于0 ℃～10 ℃的范围约占高原面积的504%，为1296×104 km2。在此范围内，山谷冰川广泛，现代冰缘环境典型，寒冻过程强烈；连续多年冻土占高原多年冻土面积的725%，土壤为寒冻土，冰沼土发育；植被因处于森林线之上仅有小灌丛、草类及苔藓等。因此，判定青藏高原存在苔原。
　　（2）青藏高原沼泽湿地广泛，植物成分多为特有种，冻胀泥炭丘普遍，与多边形土等形成冻胀组合，构成独特的沼泽湿地苔原。