山地的自然现象:垂直带

在山地上，随着山地高度的增加，气温随之降低，每上升100米，气温下降0.6℃；在一定的海拔范围内，降水量则随海拔的升高逐渐增加。只要山体有足够的高度，自下而上便可形成一系列的垂直自然带，带内的气候、水文、植被、动物和土壤等自然要素从山麓到山顶随高度增加而逐渐更替。

山地垂直带，一个普遍存在的自然现象

人类很早就发现山地垂直带现象的存在，并对此进行记述和研究。山地垂直带研究是传统自然地理学的重要内容，也是认识和研究山地的基本方法。我国早期有关垂直带的描述见于战国时期的《管子》，该书描述了华北山地植被垂直分布和阴阳坡差异，堪称世界上关于山地植被垂直分布的最早记载。著名地理学家徐霞客的游记对天台山山顶和山麓不同的物候作了描述，并对比了恒山南北坡的植被差异。西方最早的山地研究著作是盖瑟（Gesser）的《山地片断的描述》，该书记述了作者于1554年攀登瑞士卢赛恩附近的皮拉图斯山峰（Pilatus）时发现的植被随海拔变换的现象。进入19世纪以后，由德国学者开启的从理性的角度认识并科学地表述地域分异规律，成为山地垂直带规律发展和深化的巨大动力。德国当时出现了诸多的地学家，如李特尔、赫特纳、彭克、柯本等，他们共同推动了地理学的巨大进步。其中，李希霍芬在19世纪中叶提出了“自然分异”的术语，随后水平地域分异规律及山地垂直分异规律得到了人们的重视和研究。

真正地对山地垂直带的研究可以追溯到德国自然地理学者洪堡对南美安第斯山的科学考察。在他发表于1807年的《关于植物地理学的概念》一书中，根据植物的指示性，按海拔高度将南美洲赤道安第斯山的景观划分为7个带。

20世纪30年代，人们开始对全球主要山地相似垂直带的空间分布规律进行比较，特别是雪线及森林上限的全球比较。20世纪60年代以来特别注重研究垂直带与水平地带的关系。20世纪40年代到90年代是国际上垂直带研究的繁荣时期。德国景观生态创始人特罗尔（Carl Troll）提出山地景观的三维地带性观点，倡导创立了国际地理联合会高山地生态学分会。一些著名的国际山地、植被研究的期刊也相继创立。自1966年第一次山地生态学大会在墨西哥举行以来，世界山地及高山生态学的研究，以及不同气候区中地理现象的垂直带分布规律得到了更多的关注。

20世纪30年代我国的植物学者在云南考察时，已认识到自山谷到山顶的山地垂直带相当于从热带到亚热带、温带、寒温带、寒带所出现的水平植被带。20世纪五六十年代我国的垂直带研究进入繁荣时期，特别注重研究垂直带与水平带的关系，概括出湿润森林地区和干旱草原荒漠地区两种垂直带区域变化模式，并建立了“垂直带结构的地带性原则”，即垂直带从属于水平地带性。20世纪七八十年代我国针对青藏高原及其边缘的横断山系、喀喇昆仑―昆仑山系进行了3次大规模科学考察，为研究这一垂直带谱类型最为丰富、变化最为复杂的区域提供了大量第一手资料。

进入20世纪90年代以后，全球气候变化和环境问题日益突出，人们越来越重视对生存环境的保护和改善。都市人渴望回归自然，更有学者试图“师法自然”来模拟自然环境，改善城市生态环境，缓解巨大的地球生存压力。这一时期有许多学者，从生态的角度考察了我国大大小小的山地，分析山地植被的分布、生物多样性的保护、垂直带谱的划分及特点、植被与山地环境的关系，从而产生了大量的山地植被垂直自然带谱的数据，为进一步的山地植被垂直带研究提供了数据支持。

山系、区域和大陆

研究山地垂直带谱的三个尺度

学者们总是试图看清楚它们之间的关系――那些相似或者迥异、无限丰富且色彩斑斓的垂直带谱。对山地垂直带谱结构的归类无疑是认识带谱间的区别与联系最好的方法。而且依据一定的标准对垂直带类型进行分类，也是掌握垂直带类型空间分布及其地域分异规律的前提。植被、土壤是这种垂直分异最显著的外在表现，因此往往以植被垂直带或土壤垂直带来对山地垂直带进行划分与表述。

地球表面，各个气候-植被区域都有不同高度的山地存在。山地植被随海拔高度有序更替的现象，便是山地植被分布的“垂直地带性”。

一个足够高的山，从山麓到山顶更替的植被带系列类似于从该山所在的水平地带到北极的水平植被地带系列（只是类似，并非相同）。严格来说，每一个山体都有自己特有的植被垂直带系列（谱），因为山地植被垂直带谱的结构和每一垂直带的群落组合，一方面受该山所在水平地带（热量和水分条件）的制约，另一方面也受山体高度、山脉走向、坡向、山坡在山地中的位置等地形因子和局部气候（如逆温层）的影响。

但是，同一山系、相似区域甚至大陆尺度上，山地植被垂直带总是在一定程度上表现出相似性。找出不同尺度上山地垂直带系列（谱）的相似性和联系，就是对垂直带分布规律的归纳的过程。地理学家和植物学家已经从不同尺度上分析和归纳过垂直带分布规律。

区域尺度上，自20世纪60年代到90年代末，我国学者做了大量的区域性山地垂直带结构分类工作。如欧亚大陆温带山地、新疆山地垂直带谱分类、川西滇北山地垂直自然带的结构类型、河南山地、青藏高原及其周围山地、天山山地等。这些分类体系的建立大多是基于带谱结构或植被区的气候类型，而且都建立了2～3级的等级体系。

中国山地植被垂直带分布特点

回顾国内外科学家们在研究区域尺度上山地垂直带的分布规律所取得的成果，将中国山地植被垂直带的分布规律总结如下： 1.中国山地垂直带谱分为东部湿润和西部干旱两个系列，东部山地垂直带谱系列受季风环流的影响，西部山地垂直带谱系列受大陆性高压气团控制。温度条件是影响东部湿润型山地垂直带谱分布的主导因子，水分条件是影响西部干旱山地垂直带谱分布的主导因子。山地垂直带谱系列的特点取决于山地所处的纬度或水平自然地带，即植被的垂直地带性从属于植被的水平地带性。东部湿润地区足够高的山地上部的高山带植被直接过渡到冰雪带，不存在或只有很狭窄的亚冰雪带。由于坡向和地形的差异造成水分热量的再分配，干旱地区的垂直带内部具有较多样的植被类型组合。干旱地区的阴坡分布着属于比当地纬度偏北上百公里或比当地海拔偏高数百米的北方或高海拔的植被类型，而阳坡则出现比当地纬度偏南上百公里或比当地海拔高度偏低数百米的南方或低海拔的植被类型，这是由于阳坡的温度偏高而土壤湿度偏低。这就是所谓的“超前适应法则”。

2.从南向北，中国山地植被垂直带谱的基带随自然纬度地带发生有规律的更替：植被垂直带数目减少（热带山地能有7～8个带，到寒温带的泰加林地带仅有3个带），带谱结构变简，植被垂直带的分布高度逐渐降低。对于东西向的巨大山系来说，由于山体对冷暖气流的阻挡作用，山体本身形成气候与地域上的界线（如秦岭、天山等），南北翼往往具有截然不同的气候条件，因而处于不同的自然地带甚至温度带之中。南北翼不但基带不同，而且同种或相似垂直带发育的高度可以有较大差别甚至相当悬殊。例如在昆仑山，山地荒漠在北坡上升到3000米，在腹地可上升到4500米，相差1500米。东喜马拉雅山南、北翼的差异也是较好的例子。短距离内的这种大梯度变化可以称之为“突变模式”。

3.山麓到山顶的气候条件的有规律的变化，与热量（以温度为代表）和水分由低纬至高纬的变化很相似，都表现为温度的递减和湿度在一定范围的增大，同时生长季都缩短，因此植被垂直带性和植被纬度地带性便在形态外貌上有雷同之处：它们之间不但植被带的排列顺序具有某种一致性，而且各带内植物群落外貌和主要建群植物科、属也大体上相同或相近。因此，之前人们常把二者看作是等同的现象。但是，植被的垂直地带性并非纬度地带性的重复，它们在群落结构、种类组成、建群植物、区系来源及演替方向等方面都是不同的，环境条件也有很大的差别。