石羊河流域全新世孢粉记录及其对气候系统响应争论的启示

石羊河流域位于亚洲季风西北边缘区, 已有的全新世气候变化研究结果之间存在较大分歧. 一些研究提出该区域全新世气候变化主要受控于亚洲季风, 早全新世气候较湿润(11.6~7.1cal ka BP); 另一些研究则提出湿润期发生于中全新世气候适宜期(7.0~5.0 cal ka BP), 与中亚干旱区全新世气候变化西风模式相似. 石羊河流域现代气候受亚洲季风和西风带气流的共同影响, 古气候记录却显示了两种不同的全新世气候模式——季风气候模式和西风模式. 究竟是什么原因导致两种截然不同的气候模式共存于一个区域? 本文选择石羊河流域终端湖猪野泽的QTH02, QTL-03 和三角城剖面及石羊河中游地区红水河剖面开展全新世孢粉学对比研究, 以期全面认识这一问题. 研究发现猪野泽地区QTH02 和QTL-03 剖面全新世孢粉记录相似度高, 三角城剖面中全新世孢粉记录与上述两剖面差异较大, 但这一差别主要受控于湖泊不同位置孢粉组合的差异. 根据这4 个全新世孢粉记录的综合分析, 发现石羊河流域全新世期间在千年尺度上受到亚洲季风与西风带气流的共同影响, 体现了季风模式和西风模式的共同特点.     

神农架大九湖孢粉气候因子转换函数与古气候重建

利用在神农架地区采集的121个表土样品孢粉鉴定得出的结果,结合对应的采样区7个相关气象站30年来(1971年1月至2000年12月)连续观测的气象资料库,选取55种常见孢粉,采用空间拟合与逐步回归方法建立了神农架地区孢粉气候因子年平均温度的转换函数:T=7.649-2.33097X冷杉属-0.10873X桦属-0.17352X菊科-0.13176X十字花科 0.13356X大戟科-0.83069X桔梗科 1.96494X石韦属 0.38411X凤尾蕨 2.77741X卷柏属 0.04439X厚壁单缝孢属,并利用大九湖297cm厚的全新世泥炭剖面的孢粉百分比含量数据对上述函数做了检验,重建了大九湖15.753kaBP以来的年平均温度变化序列.该温度序列较好地反映了晚冰期以来的气候变化特征,对最老仙女木期、老仙女木、新仙女木、8.2kaBP等极端冷气候事件和博令阿勒罗德暖期及气候波动都有准确的指示,还揭示了全新世适宜期、晚全新世温干气候、及近1ka以来大九湖的气候变化特征.研究表明,神农架大九湖地表和地层剖面孢粉样本同样具有重要气候意义,其温度转换函数和重建的温度序列对研究末次冰期以来的气候变化有着重要参考价值.     

东北地区人工扰动植被表土孢粉与植被和气候的关系

东北地区53个农田和荒地表土样品孢粉分析表明:孢粉组合具有一定相似性,如乔木花粉含量通常高于30%,以松属、栎属、桦木科和杨属为主;草本花粉含量通常高于50%,禾本科、藜科、蒿属、菊科等是最常见草本花粉类型,与研究区地带性植被类型一致.但不同区域,特别是不同地貌单元的农田孢粉组合存在一定差异:山区农田乔木花粉类型丰富,含量最高,平均为41.7%,人工禾本科花粉含量较低,仅为11.2%;高平原丘陵区农田草本花粉数量较山区增加,主要为人工禾本科,含量高达53.6%;平原区农田孢粉组成与丘陵区相近,但人工禾本科含量略有下降,平均为41.6%,孢粉总浓度较高平原丘陵区明显偏高,环纹藻数量也最多.不同土地利用类型孢粉组合存在一定差别,禾本科、藜科等主要花粉类型含量差别明显,农田人工禾本科花粉一般高于40%,荒地普遍小于10%;藜科花粉在农田中含量仅为2.5%,荒地中平均可达25.0%;农田孢粉浓度(平均3909粒/g)与荒地孢粉浓度(平均15074粒/g)差距较大.孢粉组合与气候因子的分析表明,东北地区农田孢粉组合与最热月温度和年平均温度显著负相关,与降水也有一定的相关性,表明人工扰动或人工植被仍可以较好地反映区域气候变化信息.与其他区域对比表明:不同区域孢粉浓度均可以较好地反映人类活动强度及土地利用类型状况,不同区域农田人工禾本科含量也存在一定差异,东北地区明显高于中国北方其他地区,应为人类耕作习惯和气候等因素共同作用的结果.     

末次冰期以来南海北部孢粉记录的植被演化及千年尺度气候事件

对南海北部大洋钻探ODP1144站(20°3.18′N, 117°25.14′E, 水深 2037 m)上部(0~31 m, 27~0 kaBP)共 180个孢粉样品进行了分析研究, 时间分辨率为150年/样. 孢粉谱的主要特征是全新世时松属花粉占优势, 末次冰期时草本植物花粉占优势, 但仍然有一定数量的热带亚热带植物花粉; 18kaBP前后热带亚热带植物花粉沉积率开始升高, 草本植物沉积率以及百分含量都开始迅速降低, 意味着此时气候开始变暖变湿润, 导致大陆甚至出露的大陆架上开始生长更多的热带亚热带植被以及温带植被, 而原来大陆架上广为发育的草地范围相应缩小, 表明冰期时南海北部出露的大陆架上除了占优势的草地, 仍然可能生长热带亚热带以及温带落叶植被. 这也进一步深化了我们之前对冰期时南海北部出露的大陆架上生长的植被的认识. 详细的对比表明, 孢粉组合的变化要早于氧同位素记录指示的海平面的变化, 表明中低纬度地区气候变暖早于高纬度极地冰盖的后退. 还讨论了孢粉组合反映的植被变化所记录的千年尺度的气候事件.     

孢粉记录的新疆巴里坤湖16.7 cal ka BP 以来的植被与环境

 通过对新疆巴里坤湖的地层剖面进行的精确定年和孢粉分析, 结合现代表土孢粉数据, 重建了该地区16.7 cal ka BP 以来的植被和环境演化历史. 结果表明, 在末次冰消期及早全新世 (16.7~7.9 cal ka BP)研究区以荒漠植被为主, A/C 值所指示的有效湿度明显偏低, 气候干旱. 其中在16.7~8.9 cal ka BP 期间, 气候环境最为恶劣; 8.9~7.9 cal ka BP 为气候环境逐渐改善的过渡期. 研究区在中全新世(7.9~4.3 cal ka BP)为荒漠草原/草原, 有效湿度明显升高, 气候环境相对最为适宜, 湖泊周围高地可能有片状的桦木林地出现. 在4.3~3.8 cal ka BP 这一短暂时期, 研究区植被由荒漠草原/草原迅速转变为荒漠, 有效湿度显著降低, 可能是一次百年尺度的干旱气候事件. 研究区在晚全新世(3.8~0.53 cal ka BP)呈现出典型的荒漠草原/草原草甸景观, 有效湿度相对较高, 气候环境相对较为适宜; 0.53 cal ka BP 以来, 呈现荒漠植被景观. 区域对比显示, 该地区16.7 cal ka BP以来的气候环境演化特征与东亚季风影响区有着明显的差异, 在末次冰消期-早全新世气候干旱, 中全新世-晚全新世气候相对湿润.     

南海深海相渐新统孢粉记录

大洋钻探184航次从南海取得了距今32.8 Ma以来的深海沉积记录, 其中的渐新世(32.8~23.8 Ma)沉积包含丰富的孢粉化石. 1148站孢粉分析建立了中国首例深海相渐新统孢粉组合序列. 孢粉组合以山地针叶树花粉为优势组分, 阔叶树花粉含量较低. 二者均以热带、亚热带植物分子为主, 但也含山地喜凉、干植物分子. 南海深海相渐新统孢粉组合序列在距今32.0 Ma显示明显的变化, 反映了南海地区渐新世气候的一次重大转折. 孢粉植物群特征表明32.0 Ma以前南海邻近陆地的植被以热带山地雨林和低地雨林为主, 南海地区具热而湿润的气候条件; 32.0 Ma以后的渐新世孢粉植物群中温带高山针叶树和山地喜温干落叶阔叶树增多, 表明此后南海地区的气候变得较为凉干.     

正构烷烃分子化石与孢粉记录的指示意义对比: 以华南地区为例

以我国华南地区高分辨率湖相-泥炭交互沉积序列为例, 开展正构烷烃分子化石与孢粉记录的对比研究, 探讨和分析了它们之间的异同性及其可能原因. 结果表明, 分子化石与孢粉不能完全对应起来, 其难以像孢粉一样能鉴别出具有不同生态意义的生物科属, 主要记录原地植被的变化过程, 而孢粉反映的是区域性植被的平均信号. 分子化石在植被种属的明确解释上可能要部分依赖于孢粉, 反过来分子化石也有助于提高孢粉分析中科属种的鉴定能力. 分子化石对细节变化的敏感度要优越于孢粉, 其正构烷烃C₃₁/(C₂₇+C₂₉+C₃₁)等指标显著地捕捉到了H1, B/A, YD事件, 以及约9850~9585和8590~7920 cal a BP两次早全新世的干凉事件, 这些事件可与周边地区环境变化格局对应, 响应了区域环境变化和全球气候突变事件. 通过这一实例的对比研究, 说明分子化石与孢粉的相互结合, 可弥补二者之间的不足, 有效验证和提高恢复气候、植被演化的分辨率和准确性.     

利用炭屑显微结构复原青铜的时代的植被

根据扫描电子显微镜显微结构，对赤峰地区两处青铜时代遗址中的炭屑进行鉴定，经鉴定，两处炭屑标本均属蒙古栎（Quercus mongolica)，该种具有较强的气候指示意义，参照孢粉组合中出现的植物种（属）及其现代种（属）的生态气候指标和群落学特征，复厚了赤峰黄土丘陵区青铜时代的植被，当时气候较为暖湿，地带性植被为蒙古栎林和油松林。     

青藏高原高寒灌丛草甸花粉组合的植被指示性

基于青藏高原泽库盆地31个样点表层苔藓样品孢粉组合分析和植被调查数据,揭示了高寒灌丛草甸花粉组合特征及其花粉来源范围,阐明了主要花粉类型对植被组成的指示意义.结果显示:研究区花粉组合以莎草科、紫菀属、毛茛科、蔷薇科和禾本科等为主,其主要由样点周围40 km范围内植被产生(花粉贡献率83%);花粉组合中出现的桦属、松属和云杉属等乔木类型花粉由风力远距离搬运而来. 0～100 m范围,研究区各样点间植被组成差异显著,与花粉组合的对应关系差; 0～3 km范围,各样点间植被组成差异性减小、整体趋于均质化,与花粉组合的对应关系逐渐提升;据此认为,考虑花粉组合贡献率和区域植被组成影响后的花粉-植被数量关系更能真实反映研究区花粉组合与区域植被组成的对应关系.此外,青藏高原灌丛草甸区湖泊表层花粉组合可能受区域外花粉或隐域性植被的影响较大,花粉组合中出现的大量蒿属和藜科花粉并不真实地代表区域植被组成,依据该区域湖泊沉积花粉组合变化推测区域植被演替及气候变化时应予以排除.     

湖光岩玛珥湖高分辨率孢粉记录揭示的早全新世适宜期环境特征

通过对广东湛江湖光岩玛珥湖B孔顶部8~0.6 m岩芯较高分辨率的孢粉分析, 揭示了该区全新世植被、气候变化的历史: 早全新世(约11600~7800 cal a BP), 木本植物花粉含量为56.0%, 其中热带木本植物花粉含量占优势, 最多的时期发生在9500~8000 cal a BP左右, 达到木本植物花粉的60.2%, 反映气候热暖潮湿; 中全新世(7800~4200 cal a BP), 热带-亚热带植物花粉含量明显下降, 而草本植物和山地针叶植物花粉含量增加, 指示了中全新世温度下降; 晚全新世4200 cal a BP开始, 草本植物和山地针叶植物花粉明显增多, 揭示出晚全新世湖光岩地区温度、湿度明显下降. 研究结果表明, 中国南方热带-亚热带地区高温湿润的全新世适宜期发生在早全新世(9500~8000 cal a BP), 与全球低纬地区全新世气候变化格局一致. 初步认为, 全新世早期, 在岁差周期的控制下, 北半球较强的太阳辐射驱动了热带辐合带(ITCZ)和副热带锋面季风降水带同时向北推移, 造成中国热带低纬度地区早全新世最适宜期. 湖光岩地区中晚全新世气候干旱趋势和气候波动除了与北半球夏季太阳辐射强度减弱有关外, 可能与该时期ENSO的活跃也有一定的联系.     

冲绳海槽北部PC-1岩芯24 ka BP以来孢粉记录的古环境信息

对冲绳海槽北部PC-1岩芯共分析了103个孢粉样品, 底部校正年龄为24280 cal a BP, 样品的时间分辨率为230 a. 根据孢粉百分比的变化, 可划分出4个孢粉带: Ⅰ带(812～715 cm, 24.2~21.1 cal ka BP)、Ⅱ带(715~451 cm, 21.1~15.2 cal ka BP)、Ⅲ带(451~251 cm, 15.2~10.8 cal ka BP)、Ⅳ带(251~0 cm, 10.8～0.3 cal ka BP), 分别对应MIS 3末期、末次冰盛期、冰消期和全新世. 末次冰盛期草本植物花粉占优势, 孢粉沉积率较高, 此时草本花粉主要来源于出露的大陆架, 其上发育了以蒿属为主的草地植被, 气候比较寒冷干燥; 冰消期海平面开始回升, 松属含量升高, 草本植物花粉含量下降; 全新世以木本植物花粉占绝对优势, 栗属-栲属花粉迅速增加, 蕨类孢子含量升高, 草本植物花粉含量锐减, 孢粉沉积率降低, 由于海平面回升, 大陆架被淹没, 此时孢粉主要来源于日本岛, 九州地区生长了以栲属、栎属为主的常绿阔叶与落叶阔叶林, 气候温暖湿润. 起源于菲律宾吕宋北部至塔斯马尼亚和新西兰气候潮湿的山地林中的叶枝杉属花粉在整个岩芯中零星出现, 暗示了黑潮的影响或者是较强的夏季风. 草本植物与松属花粉百分比变化很好地反映了海平面的升降, 松属花粉含量较高指示海平面较高. 频谱分析显示存在千年尺度的准周期变化, 有明显的6.8, 3.8, 2.2, 1.6 ka的周期.     

阿拉善高原中全新世干旱事件的湖泊记录研究

中国国内普遍流行的观点认为, 中国中全新世是一个夏季风盛行的温暖湿润时期, 称作全新世“最宜期”或“大暖期”. 内蒙古西部阿拉善高原的湖泊沉积和湖泊地貌则显示了一种相反的状况, 这一区域中全新世气候干旱, 黑河的终闾湖泊居延泽、石羊河的终闾湖泊潴野泽和腾格里沙漠东缘的头道湖均经历了湖泊缩小或干涸过程, 时代为距今7000 ~ 5000日历年. 潴野泽高分辨率(50年)的孢粉记录显示, 季风边缘区的石羊河流域, 特别是祁连山地的植被发生显著衰退, 降水减少. 中全新世的干旱事件存在于现代夏季风边缘区的较大范围, 包括阿拉善高原、鄂尔多斯高原、内蒙古高原中东部, 甚至黄土高原南部, 指示了东亚夏季风在全新世期间的一次大衰退. 中全新世东亚夏季风衰退期间气候寒冷, 这在青藏高原及其周边山地尤为明显.     

长江三角洲第一古土壤层的孢粉、藻类及其古环境意义

通过对上海CY孔晚第四纪沉积样品的孢粉和藻类分析，从长江三角洲地区古土壤层中分析出较丰富的孢粉、藻类化石。共鉴定得孢粉、藻类55个科属，根据其组合特征，进一步讨论了古土壤层形成时的环境，为长江三角洲地区古土壤成因研究提供了生物化石依据。研究结果表明，古土壤的形成主要受到水流作用。古土壤层中环纹藻与陆生草本植物粉含量互火消长的孢粉、落类组合序列，证明了该地区古土壤形成期间曾经历水泛和水退的环境交替。水泛时期环纹藻大量发育，而到了水退期，暴露的陆区发育陆生草本植物。这也反映了本区古土壤形成时环境条件多变，造成了古土壤成土特征的多期性。化石组合中海水生沟鞭藻以低含量存在，表明CY孔所在地区在古土壤母质沉积时曾受到海水影响。     

末次盛冰期以来菲律宾南部气候变化的孢粉记录

通过对位于西太平洋暖池区的菲律宾南部深海钻孔MD06-3075 上半部分的孢粉分析,结合氧同位素记录, 得知冰盛期时由于温度的下降, 该区热带高山雨林向低海拔地区下移, 在深海沉积中记录到了这一类型花粉的增加; 而到全新世时植被类型以热带低地雨林为主, 并且红树林广泛发育. 红树林和高山雨林的变化, 分别指示了海平面的上升和温度的增加, 而其他的草本、蕨类等变化则显示冰盛期时湿度比现在要略干. 在全新世中后期红树林明显退缩表明全新世时期气候发生变化, 主要表现为影响红树林发育的河流径流量有所下降, 同时喜湿且主要依靠河流搬运的蕨类孢子减少, 也说明河流径流量下降. 这些变化可能是受东亚季风强弱变化控制的结果, 也可能和ENSO 的变化有关联.     

冲绳海槽B-3GC钻孔柱状样花粉记录的古环境信息

根据冲绳海槽B－3GC钻孔柱状样芯花粉学记录,探讨邻近岛屿9500aBP以来环境变化。研究表明,多数时间以暖温带气候为主,只有在全新世中期,即6800－4400aBP曾受亚热带气候控制。在9500－8300和3100－2000aBP时段,气候相对变干、变冷。周边陆地植被以常绿阔叶林和落叶阔叶林交替出现为主,在高山地区有一定面积的针阔混交林分布。多 数情况下,3种类型同时存在,只是分布高度有所不同。在6000－5000aBP前后,亚热带、热带的植物花粉成分大幅度增加,反映植被带大幅度抬升,常绿阔叶林面积扩大,而在9500－8300和3000－2000aBP时段,植被带有所下降,常绿阔叶林面积缩小,其他时段较现在略有上升,但幅度有限。     

公王岭蓝田人生活时期的植被

在公王岭蓝田人化石产出剖面上对Ｌ１５下粉沙质黄土层（猿人化石产出层位）及其下的古土壤Ｓ１５系统取样，进行孢粉分析，首次在公王岭剖面上获得了有关中国北方最早的早期人类——公王岭蓝田人生活时期植被状况的化石孢粉记录。孢粉分析结果表明，公王岭蓝田人生活时期以灌丛草原植被类型为主导，在个别时期出现过森林草原植被类型。     

天山北坡晚全新世云杉林线变化和古环境特征

林线位置的变化, 是地质历史时期和现代诸多环境因素综合作用的结果, 可用来指示全新世气候的波动. 雪岭云杉(Picea schrenkiana)作为新疆天山北坡山地针叶林的建群种, 其分布范围和种群大小对气候变化反应敏感. 本文选取新疆吉木萨尔县泉子街乡桦树窝子村典型自然剖面和邻近的小西沟考古遗址剖面进行较高时间分辨率的孢粉分析和对比, 结合地层¹⁴C 年代分析和文化层炭屑扫描电镜显微结构鉴定, 表明两个剖面在2000~1300 aBP同一时段的地层中均出现云杉花粉百分含量的峰值, 云杉花粉分别达到20%和35%以上, 并与小西沟文化层中雪岭云杉炭屑的年代相吻合, 揭示出在2000~1300 aBP时段, 天山北坡雪岭云杉林的林线相对现今下移约330 m左右.     

气候转换函数中孢粉因子的气候敏感性分析

以神农架大九湖地区的地表和地层孢粉样本为例,采用经验正交函数(EOF)、多元回归和逐步回归方法对转换函数中孢粉因子对温度的敏感性进行了分析,讨论了孢粉因子的选取方法,并与其他相关研究工作进行了比较.结果表明,孢粉样本中乔本高等植物的孢粉含量较大,但对气候的敏感性相对较低、对气候环境的演变、特别是气候突变的响应较迟缓.而低等植物草本(蕨类)孢粉对温度变化的敏感性相对较高,对气候环境的突变响应迅速,能够较显著地同步记录气候变化过程中的极端事件.不同区域的孢粉样本所反映出的气候敏感性,在转换函数中的最优组合是不同的.逐步回归方法可以获得最大复相关系数和选出对气候环境变化最为敏感的孢粉因子及其组合,仍是建立孢粉气候因子转换函数的最有效方法之一.     

新疆草滩湖村湿地4550年以来的孢粉记录和环境演变

通过对新疆石河子市草滩湖村湿地剖面进行的年代测定、孢粉、植硅体鉴定和炭屑统计, 以及磁化率、烧失量和粒度等多项环境指标的综合分析指出在4550~2500 cal. a BP期间, 该区气候较为干燥, 不利于泥炭堆积, 而嗣后气候变得湿润, 石河子湿地发育、淡水水生植物丰富, 有助于泥炭累积, 但其间也出现了明显的干湿变化. 尤其在2500~1810 cal. a BP期间(550 BC~140 AD), 气候较今湿润, 湿地中曾有大量的芦苇、香蒲和黑三棱等挺水植物和淡水绿藻生长, 形成芦苇湿地景观, 而在周边区域上生长的是藜科、蒿属、菊科和唐松草属等为主要组成的荒漠草原植被; 然而,在1810~1160 cal. a BP期间(140~790 AD), 沼泽湿地水体变浅, 尽管其他水生植物种类含量大幅度减少, 但仍有芦苇生长, 周围区域则是以藜科和蒿属为主的荒漠植被景观; 在1160~650 cal. a BP期间(790~1300 AD), 该区中旱生草本植物旺盛, 种类丰富, 并进入水生植物繁盛的荒漠草原时期; 值得注意的是, 由桦木属和云杉属组成的乔木植物花粉含量显著增高到27.2%, 其中桦木属增至23.2%, 从而推测此时的桦木有可能生长在沼泽湿地的高岗地; 或者可能是云杉林线下移, 导致由洪流或者是经风带来的云杉属和桦木属花粉含量均增高; 但650 cal. a BP以来(1300 AD至今), 此时湿地周边地区仍是以藜科和蒿属为优势的荒漠景观, 类似于现代气候类型, 尽管仍有一些沼生水生植被生长, 但其含量已大幅度减少.     

西藏申扎地区早二叠世冰海相地层中孢粉化石的发现

拉萨地块下二叠统拉嘎组是一套与冈瓦纳地区晚古生代大规模冰川作用有直接联系的沉积地层,作者在西藏申扎地区的拉嘎组中分析出孢粉化石,说明早二叠世蕨类植物孢子和裸子植物花粉的出现与冈瓦纳大陆冰川消退事件有密切联系.该套孢粉组合中蕨类植物孢子含量远低于裸子植物花粉含量,双囊具肋花粉和单囊花粉含量最高,Hamiapollenites与Striatoabieites两属地位尤为突出;组合中蕨类植物孢子含量虽低但分异度较高,单气囊花粉Cordaitina所占比例较大,双囊具肋花粉Hamiapollenites,Striatoabieites,Protohaploxypinus的种数很多,可建立Hamiapollenites-Striatoabieites组合.值得注意的是,除了少数"冈瓦纳型"分子Parasaccites obscurus,P.cf.radiplicatus,Plicatipollenites indicus的存在外,其余含量极高的分子则可与新疆北部早二叠世孢粉组合相对比,说明早二叠世冈瓦纳和亚安加拉共有某些植物类群的可能性是极大的.这类孢粉组合在早二叠世冰海相沉积物中的出现表明,拉萨、南羌塘等地块由冈瓦纳北缘向华夏区转换的过程中,微植群发生的混生可能比古动物群响应的更早,至少在早二叠世的冰期末或冰期结束后就已经发生了.