豆比看世界(5)——你知道陽坡和陰坡的植被為啥不一樣嗎?

2020-09-03 豆比世界

陽坡,就是會面對陽光的山坡,陰坡則與之相反。一般來說,在降雨充足的情況下,陽坡植物的長勢會好於陰坡。大家有沒有想過,這是為什麼呢?

先來一張圖片給大家一個陽坡和陰坡差異的直觀感受:

陽坡和陰坡的植被差異

可以看到,陽坡和陰坡的植被差異是很大的,陽坡植被的長勢要明顯好於陰坡。那麼,為什麼二者會有這麼大的差異呢?對於這個問題可以有兩種解釋:

解釋一、生態學——缺啥補啥才是真理

第一種解釋從生態學出發,基於最小生態因子定律給出答案。什麼是最小因子呢?我們知道,一種生物體要在某種環境中生存與繁殖,必須得到所需要的各種基本物質;而對於這些基本物質的需求量,則依其生物的種類和生活狀況的差異而有所不同。在系統處於能量的流入與流出處於平衡的穩定情況下時,當某種基本物質的可利用量接近所需要的臨界最小值時,這種基本物質將成為一個限制因子。植物的長勢並不會取決於所需要的大量營養物質如二氧化碳和水的限制(如果這兩者在環境中是大量存在的),相反,其會受到一些環境中稀少的元素的限制,例如土壤中一些微量元素的含量等。換而言之,也就是說,相對最稀缺的環境因子是植物生長的最大瓶頸。

李比希最小因子定律

我們討論這個問題的前提,應當是除了光照這個因素之外,其他環境因子都是充足的。否則,無論是南坡還是北坡,植物的長勢不會有太大的變化,因為此時植物的生長速率的決定因素將不再是光照強度。那麼,在這個前提之下,陽坡和陰坡的區別其實是光照強度這一生態因子含量的差異。在迎風坡中,降水一般不是稀缺的生態因子,而光照強度對於陽坡而言,不是一個稀缺的生態因子,對於陰坡則是,由於植物的生長速率受到最稀缺的生態因子的影響,所以陽坡的植物長勢必然好於陰坡。

即便是我們考慮到陽坡和陰坡的植被種類可能有所差異,對於生態因子的需求會有所不同,這個論斷依然是成立的。因為不同植物勢必佔據了不同的生態位,在那些高生長速率的植物無法適應陰坡的環境這一前提下,新入替的植物必然有著不同的生長類型,佔據著不同的生態位,換言之,其在無生態因子限制下的生長速率必然要低於無法在這種生境下生存的高生長速率的植物。其實,這一點從Budyko圖上也可以得到論證。Budyko圖中涉及的幾個指標的意思分別是:P,降水量;PET,如果水資源是無限的,該地區的蒸發及蒸騰作用總量;AET:該地區實際的蒸發和蒸騰總量。可以看到,當一個地區比較溼潤時,也即當一個點處於PET/P<1的位置時,這個區域是受到能量限制的。當PET/P上升,也即增加能量供給時,ET/P也會上升,而蒸發和蒸騰總量的上升其實反映出來的正是植被茂密程度的增加,也即植物長勢更好。從陰坡到陽坡正是一種PET/P增加的過程,所以陽坡的植被長勢會好於陰坡。

Budyko圖

解釋二、生理學——喜陽植物吸收好長得快

第二種解釋則考慮具體的植物生理學過程。我們已經知道在陽坡,喜陽植物是優勢種,而在陰坡,喜陰植物則是優勢種。喜陽植物是在強光環境中才能生長健壯、在蔭蔽和弱光條件下生長發育不良的植物。陽性植物光的補償點和飽和點均較高,要求全光照,光合和代謝速率都較高,多生長在光照條件好的地方。常見種類有蒲公英、薊、松、杉、楊、柳、槐等。而喜陰植物則是在較弱的光照條件下比在強光下生長良好的植物。它的光補償點和飽和點均較低,光合和呼吸速率也較低,多生長在潮溼背陽的地方或密林內。常見種類有狗脊蕨、連錢草、鐵杉、紅豆杉、紫果雲杉等。

這裡牽扯出一個光飽和點的概念:在一定的光強範圍內,植物的光合速率隨光照度的上升而增大,當光照度上升到某一數值之後,光合速率不再繼續提高時的光照度值即為光飽和點。

光照強度超過光補償點後,隨著光照強度增強,光合速率逐漸提高,這時光合強度就超過呼吸強度,植物體內積累乾物質。各類植物光飽和點不同。陽性植物的光飽和點在20000—25000LUX左右,而陰性植物約在5000—10000LUX就達到光飽和(LUX是光照強度單位,其為1平米的面積內所得的光通量為1流明時的光照強度)。光補償點一般是一個比較小的值,由於喜陽植物的光飽和點遠大於喜陰植物,所以其可以在一天內有著更多的乾物質積累,進而也就會有著更快的生長速率,從而生長更加茂盛。下面這張圖很好地體現出了喜陽植物和喜陰植物光合作用過程的差異,不過期光照強度用光合光子通量來表示(單位為每秒每平方米光子的摩爾數)。

喜陽植物和喜陰植物的光合作用

所以,喜陽植物的高光飽和點決定了其可以在相同的生長時間內長勢更快,而這也是在降水充足的情況下,陽坡植被較為茂密的一種合理解釋。

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