俊富环境
山变绿水变清荒漠变绿洲
青藏高原被誉为“地球第三极”、“世界屋脊”,它的高度占了对流层1/3,是一个独特的地理单元。很多人认为青藏高原全域都是“生命禁区”。以青藏高原东北部的羌塘高原为例,平均海拔在4600米以上,年均气温在摄氏0°之下,空气极为稀薄,常年有强风,属于我国气候条件中十分恶劣、生态环境极为脆弱的典型地区。
然而事实上,青藏高原其实是一个充满生机的地方,分布着丰富的动物和物。许多物种不仅在严酷的高原存活了下来,并且繁衍生息。以植物为例,它们如何适应当地环境呢?
“低调”生长:应对低温、干旱、强风
温度、水分是影响植物生长的2大最重要因素。羌塘高原年均气温在低于摄氏0°,即使在炎炎夏日,这里的月均气温也不超过摄氏15°;年均降水量不足500mm,而蒸发量大于1800mm;年平均风速超过3米/秒,月均最高风速为6.4米/秒。多数地区的年平均大风天数超过80天,部分地区甚至超过了160天。因此,生长在这一地区的植物既要应对低温对生长发育的影响,又要应对强烈的大风以及由此导致的强烈蒸发引发的干旱胁迫对植物生长发育的影响。
羌塘高原的典型景观图
为了应付高原上的寒旱和大风,植物一般使用的方式是变矮,甚至是贴着地面生长。羌塘高原因此几乎没有自然生长的大树,也不见草原。但不可小看这些矮化的植物,它们的形态一方面能避免强风引起的剧烈蒸腾引发水分丧失,另一方面能避免低温带来的冻害及冻融现象引起的细胞干旱。
矮小的囊种草(左)和金露梅(右)(图片来源:作者拍摄)
若说植物矮化,我们最先想到的是高山流石滩上的“垫状植物”。“垫状植物”是人们对有着球形或半球形表面的植物的总称,有极端缩短的茎、密集的叶或者小枝,是植物经过多年辐射性生长而形成的紧密簇生结构。垫状植物的寿命很长,在高海拔生境内,垫状植物是最具代表性的高度特化植物生活型的模式种类。羌塘高原最常见的垫状植物有囊种草(Thylacospermum caespitosum)、无心菜属(Arenaria)、点地梅属(Androsace)、垫紫草属(Chionocharis)和委陵菜属(Potentilla)等类群。
这些植物呈垫状或密集匍匐状生长,不但适应了这里的高海拔、严寒、干旱环境,还能改善周边环境的土壤理化性质、营养成分和水热条件,由此形成了垫状植物内部相对较为良好的微环境,而这种微环境的改变能够显著提高群落水平的物种多样性和丰富度,在群落物种组成和结构方面起着重要的调节作用。
矮小的高原点地梅(左)和西藏微孔草(右)
已有的研究表明,垫状或者密集生长的植物内部均能为其他非垫状植物的幼苗建成以及植株存活提供良好的水分条件和营养供给,为其他植物种类提供了明显优于周围裸地的小生境,这些结果最终可能会导致冰缘带生态系统发生变化。垫状植物被认为是植物种间协作共存机制在高海拔生境内的最典型代表,是高寒生态系中的关键植物类群。
值得一提的是,尽管垫状植物具有重要的生态学价值和生态系统服务功能,但是垫状植物的生活周期普遍非常长、生长缓慢,一旦被破坏通常在短时间内很难恢复,因此以垫状植物为关键类群的生态系统非常脆弱,需要我们提供更大力度的保护。
“高调”开花:吸引更多的传粉昆虫
羌塘高原的植物开花时,花的颜色多样、大小不一,使得羌塘高原在植物的开花季节(通常为6-8月份)呈现出缤纷多彩的景色。
羌塘高原
植物开花的目的是要通过传粉产生种子,方法包括自花传粉和异花传粉,自花传粉不依赖传粉媒介,一棵植物就能产生种子,异花传粉则需要媒介协助在不同植物间完成传粉过程。在高海拔区域,能够为植物传粉的动物种类不多,而在环境更为严峻的羌塘高原则少之又少。
通常的观点可能会认为,在恶劣的环境中植物应该多数通过不依赖媒介传粉的自花传粉的方式产生种子。但实际结果恰恰相反,在群落水平上,高海拔地区采用异花传粉产生种子的植物比例要高于低海拔区域。
为什么恶劣的自然环境不利于昆虫的传粉,而植物却普遍采用异花传粉的方式呢?原来,通过异花传粉产生的后代比自花传粉产生的后代有更高的生长和存活能力。
在高海拔区域,传粉昆虫通常为熊蜂,熊蜂具有自身产生热量的特性,可在环境恶劣的高原区域生存。植物能通过多种方式吸引昆虫,最主要的方式是增强花的展示度,加大对昆虫的吸引力。
植物增强花展示度的方法常见的有2种,一是开较大的花,但花数量很少,例如藏波罗花等;另外一种方法是开较小的花,但花的数量却很多,例如垫紫草、高山葶苈、独一味等。除了花的大小、数目,颜色也各有千秋,不过总的来说是蓝色和紫色、黄色、白色等颜色为主,相对而言红花较少见,这主要与熊蜂的视角有关。
开花少但花大的多刺绿绒蒿(左)和藏波罗花(右)
当然,植物发出的这些信号并非是“空手套白狼”,它们也为昆虫提供了花蜜或花粉,昆虫在获取这些利益时也替植物实现了传粉过程。
尽管熊蜂具有适应高原环境的能力,但其数量整体而已依旧不多,因此一棵植物上并非所有花多均会结种子,但植物每年依然大量开花,此种“守株待兔”行为既然是为吸引昆虫而发出的信号,也也说明植物通过昆虫协助授粉对其自身来说具有十分重要的意义。
开花多但花较小的垫状点地梅(左)和藏玄参(右)
结语
植物本身“低调”生长是对羌塘高原恶劣环境的一种适应方式,而“高调”的开花则是对该处授粉昆虫稀少的应变,可见生长在这里的植物都有适应当地自然环境的特殊方法。
尽管羌塘高原的植物种类相对稀少,但却保存了许多特殊的基因资源,这些资源将为我们解析高山植物的适应性和极端环境中的新品种选育提供大量的遗传信息。
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