“少年极先锋”的北极之旅是环斯瓦尔巴德群岛的破冰船之行。
斯瓦尔巴德群岛是从茫茫海洋突兀升起的一块陆地,高低不平的山地连绵起伏,它由3个大岛和许多小岛组成,以斯匹次卑尔根岛为最大,首府朗伊尔城在该岛西岸。该群岛是最接近北极的可居住地区之一。
尽管生长环境如此恶劣,据文献记载,斯瓦尔巴德群岛植物的种类还是比较多的,文献中记载有蕨类和被子植物73属、173种,有地衣597种,真菌175种,苔藓137属、373种。
我们是7月份到达斯瓦尔巴德群岛的,想象中的冰天雪地,变成了眼中的繁花似锦的秀丽景致,这便是斯瓦尔巴德全岛最好的季节,气温非常像我国北方的深秋,舒适凉爽。
少年科考队员们在这里开展了植物多样性的调查。
北极棉每一棵茎上都顶着一个白色的绒球,把苔原点缀得格外美丽。由于北极夏天短而且气温低,它们便把种子包在绒球里,即使天再冷,种子照样可以在里面生长、发育。
小极在想:北极棉看上去绒很长,如果收集起来,也许可以织出很好的棉布。
但是听专家说,这里太冷,古代的爱斯基摩人一年到头都穿着皮衣,北极棉就派不上什么用场了。
我们见到的柳树都是高大巍峨的乔木,但是在北极草原上的柳树,虽然也是木本的,却都小得可怜,它们贴着地皮生长。
这是因为冻土层的存在,使它们的根扎不下去,为了抵御北极强风,它们只能匍匐生长,长成丛状,可怜兮兮的。
而且,北极柳的叶子还长有长而浓密的绒毛,从而适应寒冷的天气。
北极罂粟高10~15cm,每根茎上有一朵艳丽的黄花,花朵的形状像一个茶杯,每一片花瓣又像是一面反射镜,可以把太阳光的能量反射到中心的花蕊上,聚积热量,以保证种子尽快地成熟。因为北极的夏天只有短短2个月左右,植物的生长期很短,如果种子长得太慢,还没等成熟就会被冻死。我们称这类植物为“太阳灶类”植物。
不仅如此,太阳灶植物的花茎还会随着太阳入射方向的变化而转动,以保证其繁殖器官能够获得最大的热能。
仙女木常绿的叶子类似橡树的叶子,花比较大,在花的中心有许多黄色的雄蕊。种子具有羽状附属物。仙女木可成片生长,远看像极了绣着朵朵白花的绿色地毯。
无茎蝇子草长得像一个长满苔藓的绿色坐垫,上面开满密密麻麻的粉红色小花,非常可爱。无茎蝇子草属于浓密垫状植物。垫状植物是对具有半球形或球形表面植物的总称,是植物经过多年辐射性生长而形成的小枝紧密簇生结构。
紫花虎耳草可以在多石的地面上生长。它是北极最早开花的植物之一,当雪融化时,它就可以开花。紫色的星形花朵约1cm宽,许多细小的叶子覆盖了它的短茎,花看起来像长在布满小叶子的垫子上。它是北极地区最常见的垫状植物。它的叶子上散布着细小的毛发以吸收热量和抵御寒风。
熊果的皮革般的叶子和丝般的绒毛可以让它能抵御寒风的威胁。该植物被命名为熊果,是因为熊喜欢吃它的红色浆果。
野毛茛具有黄色的杯状花冠,每朵花具有5个花瓣,叶片深绿色,叶型为肾形,较小。有趣的是,它的花朵相对于整株植物来说要大很多,便于获取热量,它是一种太阳灶植物。
北极植物生长环境特点:
• 低温和强风,地表30cm~40cm以下即是万年冻土。植物的根系只能在如此浅薄的土层中扎根。
• 土壤的排水能力低,植物根系都淹没在饱含水分但缺乏氧气和营养的土壤中。
• 冬季漫长黑暗;夏季短暂,虽然极昼,但天空常常灰蒙蒙或者多云,阳光不充足,所以植物的生长季节很短。
• 空气异常干燥,平均每年只有30cm的降雨量。
紧贴地面生长并彼此靠近,可以保护它们免受寒冷温度和强风的影响,并减少由冷风驱动的雪和冰粒造成的破坏。
水分易从叶片表面流失,北极植物叶片小,有助于保持水分。
有些植物可以在裸露的岩石上生存,如地衣。
苔藓可以在潮湿的地方或裸露的岩石上生长。
一些开花植物的茎、叶和芽上有毛茸茸的覆盖物,以防风御寒。
一些植物的杯形花朵面向太阳,太阳光线直指花朵的中心,为繁殖器官加热,促进种子发育生长。
了解北极维管植物种类及其形态特点,学习植物多样性的调查方法等。
样地1:Faksevagen;东经17°37′34",北纬79°33′02";苔原地貌。
样地2:Rindedalen;东经21°23′03",北纬78°14′19";苔原地貌。
样地3:Tordenskioldbukta;东经12°55′34",北纬78°16′44";苔原地貌。
设置样方,测量样方位置,统计样方内植物的种类和数量,观察记录植物主要特征,拍摄植物影像,用GPS定位每个样方的地理坐标,观察地理环境和生态环境。
统计各个样方内的植物种类和数量,计算植物多样性。
1、在三个登陆点的样方中共发现16种植物;
2、北极圈内的植物丰富度较低,这与其气温低、极昼极夜有关;
3、由于北极寒冷多风,为了适应环境,这一地区的植物具有矮小、丛生或伴生、叶片小且表面布满绒毛等主要特征。
在北极实地观察并采集虎耳草样品,共采集了5种样品,分别是阿尔卑斯虎耳草、丛生虎耳草、零余虎耳草、挪威虎耳草和湿地虎耳草。
回国后,在北京百花山,考察并采集球茎虎耳草作为对比植物。
将采集的虎耳草样品送至中科院植物所的电镜室,由专业老师将样品进行处理,并用扫描电镜观察并拍摄虎耳草的气孔分布规律,气孔、保卫细胞和副卫细胞的形态结构。
利用AUTOCAD软件对电镜图片中的气孔进行尺寸计算和面积测算,分析气孔与生长环境的关系。
1、北极虎耳草的气孔壁无论正面还是背面比北京的厚,而且北极虎耳草的气孔具有细胞壁,北京的没有发现细胞壁,这可能是北极植物抗寒性的一种表现。
2、北极阿尔卑斯虎耳草和湿地虎耳草,叶正面气孔数量和总面积显著多于背面,这与其叶片数量少且紧贴地面生长有关。丛生虎耳草叶正面气孔多,总面积两面相当,这是因为丛生虎耳草的叶片生长角度较陡立。零余虎耳草叶正面气孔大而少,可以在环境有利时,短时间高效完成气体交换,不利时关闭。挪威虎耳草叶正面气孔少,总面积也小于背面,这是因为其叶子多且密,可以避免水分从叶正面过多的散失。北京的球茎虎耳草叶正面气孔少,总面积也小于背面,符合阳生植物的分布特点。
3、比较几种虎耳草的叶片气孔面积比值发现:生活在岩石边缝等干燥、强风环境中的北极虎耳草气孔面积比值较小,这样可避免水分的过度散失;而在沼泽边的北极虎耳草,气孔面积比值较大。因为北京属于大陆温带季风气候,这里水资源相对充沛,水分散失慢,球茎虎耳草的气孔面积比值相对适中。
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