根据加拿大中部花粉记录定量重建植被演变历史的研究

根据加拿大中部高精度湖泊钻孔的花粉数据,介绍花粉型组合生态系植被单元和现代类比法模拟古植被的研究方法,报告拟合现代植被和验证生态系区后应用在沉积花粉中、重建过去1000年以来古植被的主要结果．该研究表明,在115°～95°W和40°～60°N的北美中部,花粉模拟的现代植被中的北方林型最佳类比率81％,稀树草地型72％,草原和稀树草地型94％,与北美Ⅱ生态系植被分布基本吻合．钻孔沉积花粉的植被模拟反映了过去1000年北美中部经历了中世纪暖期,具有温暖而干旱的气候;小冰期前期寒冷而湿润,后期寒冷而干旱;20世纪具有显著的增温和转干特征．该项研究可为中国学者采用花粉记录探索过去1000年以来植被变化,尤其是在具有特征气候区域、10～100年时间精度的气候植被研究提供良好的研究途径和科学依据．     

中国南方植被的变化

为揭示自末次盛冰期以来中国南方植被的变化规律,文章在前人工作的基础上,通过在一些研究薄弱区布钻取芯,建立钻孔剖面高分辨率的时间标尺和胞粉序列,以恢复研究区过去约2万年以来的植被变化过程.文中分别给出中国南方18、9和6ka BP前后的植被分带图和各区域植物的分布特征.研究表明:18ka BP前的植被带分布与现在存在着明显的差异,其中西部由西北向东南依次为寒温性针叶林与高寒草甸草原带、温带针阔叶混交林带/暖温带落叶阔叶林带,中东部由北向南依次分布温带针阔叶混交林带、暖温带落叶阔叶林带,以及北亚热带常绿、落叶阔叶混交林带;9ka BP前后的植被面貌发生了明显的变化,除西北部局部地处山地温性针阔叶混交林带外,其他地区由北向南依次分布北亚热带常绿、落叶阔叶混交林亚带,中亚热带典型常绿阔叶林亚带,南亚热带季风常绿阔叶林亚带/热带季雨林和雨林带;6ka BP前后的植被面貌与9ka BP前后的变化不大,但各个植被带的北缘略有北移,反映当时总体气候变得更加温暖.中国南方2万年以来的植被变化,很大程度上受到环境变迁的驱使,其中气候变化为主要影响因素,人类活动的影响在后期变得越来越明显,而在长江下游和三角洲地区,海平面变化对植物的分布同样构成一定的影响.     

中国北方几种主要花粉类型与植被定量关系

为了解中国北方典型植被类型表土主要花粉类型与植被间的数量关系, 通过205个表土样品分析与植物样方植被调查结果显示: 不同生态类型植被的花粉组合差别明显, 温带落叶阔叶林中乔木花粉多大于30%; 温带草原花粉组合中草本花粉一般高于90%, 其中蒿属、藜科是最主要的花粉类型, 蒿属一般高于30%; 荒漠植被孢粉组合中藜科花粉百分比一般大于蒿属, 蕨类孢子较少出现; 亚高山或高寒草甸花粉组合中莎草科花粉百分比多大于20%. 花粉百分比与植被盖度间关系研究表明: 多数乔木花粉与植被盖度间表现出较好的相关性, 灌木花粉表现出一定的相关性, 草本花粉相关性较差. 乔木花粉中以云杉属花粉与植被盖度相关性最好; 其次为栎属和鹅耳枥属; 桦属、落叶松属、胡桃属花粉与植被盖度间也具有较好的相关性, 桦属花粉为超代表性类型, 桦林中桦属花粉高于40%; 落叶松属和胡桃属花粉为低代表性类型, 花粉含量超过10%, 可肯定当地有落叶松或胡桃林; 松属花粉与植被盖度间有一定的相关性, 为超代表性类型, 只有松花粉含量高于30%以上时, 周围才有可能有松林存在; 榆或杨属花粉与植被盖度的相关系数较 低, 当这两种植物与其他乔木混生时, 花粉不易被记录到, 但只要花粉含量超过1%, 周围存在该植物的可能性很大. 灌木花粉中, 以荆条与植被盖度关系最密切; 其次为榛属、柽柳及白刺, 这些植物不出现时, 花粉百分比一般小于1%; 锦鸡儿和绣线菊花粉与植被盖度有一定的相关性; 蔷薇科、虎耳草属花粉与植被盖度关系不明显. 草本花粉中, 莎草科花粉与植被盖度关系最密切, 当莎草科占优势时(盖度高于30%), 随盖度的增大, 花粉百分比增高, 植被盖度低于30%时, 花粉百分比多低于5%; 蒿属和藜科花粉含量主要与所在区域有关; 禾本科、豆科、菊科与植被盖度关系不明显.     

中国北方典型草原区花粉产量及其定量重建古植被的作用

基于中国北方典型草原区30个样点现代孢粉分析和植被调查,研究估算了常见花粉类型的相对花粉产量,并将估算结果应用于全新世以来的古植被定量重建．典型草原区现代花粉组合以蒿属、藜科、禾本科、莎草科和菊科等草本植物花粉为主,与草原区植物群落较一致．中国北方典型草原区上述五种主要花粉类型和常见花粉类型（唐松草属、鸢尾科、委陵菜属、麻黄属、十字花科和榆属）的风力传播能力强,相对花粉源1000m左右（以表土样品取样范围为沉积盆地半径,0．5m）,且基本不受风速影响．榆属、蒿属、十字花科和藜科植物花粉产量最高,唐松草属植物花粉产量较高,而菊科和鸢尾科植物花粉产量较低,禾本科、莎草科、委陵菜属和麻黄属植物花粉产量适中．相对花粉产量检验表明：多数花粉类型相对花粉产量结果可信;但菊科和鸢尾科相对花粉产量被显著低估,禾本科、藜科、麻黄属相对花粉产量被高估或低估,利用相对花粉产量定量重建古植被时应谨慎．依据花粉产量定量重建的植被演替表明,现在的中国北方典型草原区6500—5600cal．aBP之前为以禾本科、莎草科和蒿属植物为主的草甸草原,之后逐渐演变为现在的典型草原．     

末次冰消期以来巽他陆架高分辨率的孢粉记录

根据南海南部巽他陆坡上的柱状剖面SONNE 18287的高分辨率的孢粉记录, 重建16500 a以来该地区植被和气候的变化历史. 研究结果发现冰消期的16.5~13.9 ka BP期间, 植被是以低山雨林和低地雨林为主, 蕨类的低含量及大量的低山雨林成分, 反映了较为凉湿的气候. 在13.9~10.2 ka BP期间, 热带低地雨林含量和蕨类植物含量的迅速增长说明了气温升高, 而花粉沉积速率的降低反映海平面逐渐上升, 研究点与植被源地的距离加大. 全新世(10.2 ka BP以来), 花粉沉积速率进一步降低, 仅约为冰消期的1/10, 说明巽他陆架已完全被淹没, 孢粉主要来自周围岛屿植被. 10.2~7 ka BP期间的早全新世, 低含量的蕨类孢子反映了气温降低; 到中全新世(7~3.6 ka BP)蕨类孢子含量突然升高, 反映了一个相对暖期.     

中国东部大陆尺度南北样带尘土花粉散布规律与现状植被的关系

在中国东部地区纵向地理剖面(N18°~53°)进行了连续的尘土孢粉取样, 样点分布路线沿热量带从寒温带一直到热带的整个东部断面. 孢粉分布规律的研究结果表明, 尘土中各类花粉的含量分布具有明显的地带性, 花粉谱与地带性植被和相应气候带的人工植被分布是完全吻合的, 根据分析数据可以定量分析人工引种植物树种的分布界限, 同时利用尘土花粉与天然林下花粉的对比, 获得人类对植被干扰程度的信息. 另外, 各类草本的大陆尺度分布也具有很明显的规律性, 其总含量变化与净第一性生产力(NPP)模拟结果具有一致性, 其中最丰富的蒿属与禾本科两类草本花粉沿纬度带呈现有规律的增减, 两者的比值由南向北呈有规律的指数上升.     

中国新疆南部地区表土孢粉与现代植被

应用现代孢粉与其植被相关性的研究可以提高利用化石孢粉资料进行古环境重建的精度.本研究在对新疆天山以南和昆仑山以北(34°00′～43°00′N, 74°00′～94°00′E,海拔888～4530m)广大地区进行植被样方调查的基础上,共采集188个表土样品进行孢粉分析,从而对新疆南部地区表土孢粉与植被间关系进行研究,结果表明:沿海拔(3530～1124m)天山南坡地区的表土孢粉组合带从高至低依次分为山地草原带、山地荒漠草原带和山地荒漠带,其组合均以蒿属、藜科和麻黄属花粉为主;沿海拔(4530～1287m)东帕米尔高原地区的表土孢粉组合可划分为高寒草原带、山地荒漠草原带和山地荒漠带,是以蒿属、藜科和菊科花粉为主;然而,塔里木盆地南部地区(海拔3548～888m)仅有山地荒漠草原带和山地荒漠带,其孢粉组合则是以藜科和蒿属花粉为主.应用ArcGIS展示孢粉样点的地理分布,结合R值计算以及相关分析,结果表明云杉属和松属花粉因受到风、河流或冰川搬运沉积的影响,多为外来花粉,具超代表性.麻黄属和白刺属花粉主要分布在山地荒漠和山地荒漠草原植被带;藜科和蒿属花粉广泛分布于新疆南部地区,它们均属于超代表...     

云南鹤庆盆地中更新世以来的孢粉记录及其植被与气候变化

通过对“中国大陆环境钻探计划”首钻——云南鹤庆深钻前155 m约800 ka以来的岩芯进行孢粉研究,探讨了云南鹤庆盆地中更新世以来的植被演替与古气候变迁．研究表明鹤庆盆地周围山地的植被在约800 kaBP至6．98 kaBP之间经历了以松为主的针叶林、山地针阔叶混交林、寒温性针叶林的多次相互演替;从6．98 kaBP开始,植被发生了转折性变化,森林植被迅速退化,以草本为主,此时开始受到人类活动的影响,人类活动表现在砍伐森林和种植农作物等方面.与植被演替相应的古气候可划分为五个大的阶段,包含多次冷暖、干湿旋回．     

全新世初期气候的数值模拟研究

本文尝试用一个完全耦合的大气-海洋-植被模式(Atmosphere-Ocean-Vegetation General Circulation Model, AOVGCM)模拟全新世初期的地球气候.模拟结果表明，耦合模式成功地再现了全新世初期复杂气候条件下的基本特征，为研究这一时期的气候状况提供了重要的模型支持.就全球平均而言，11ka BP冬季地表气温比现代约低1.6 K,夏季比现代低约0.3 K；大气温度从低层到高层有不同的表现，高层反映了太阳辐射的重要作用，而低层气候对下垫面（如冰川、植被和海洋等）的影响比较敏感.从区域分布来看，11 ka BP冬季大部地区比现在偏干，但热带太平洋和南半球少部地区降水偏多；夏季大部地区比现在偏湿，亚洲和非洲季风偏强，主要的季风区降水偏多.     

青藏高原草原带和荒漠带湖泊表层沉积物现代花粉研究

花粉现代过程研究是基于化石花粉谱重建古植被和古气候变化的基础.尽管青藏高原已经有大量花粉现代过程研究,但是仅有少数关于湖泊表层沉积物现代花粉组合的报道.本研究分析了青藏高原草原带和荒漠带34个湖泊的表层沉积物花粉组合,结果显示,这两个高原植被带的现代花粉组合以草本、灌木花粉占优势,不过特征类群的相对丰度具有显著差别.高原荒漠带的现代花粉组合有高含量的藜科Chenopodiaceae花粉,而草原带以莎草科Cyperaceae占明显优势.花粉比值能够清楚地指示青藏高原草原带和荒漠带植被和气候的差异.蒿属/藜科比值(Artemisia/Chenopodiaceae)和乔木/非乔木花粉比值(arboreal/non-arboreal)可指示冬季降水量的变化,蒿属/莎草科比值(Artemisia/Cyperaceae)以及喜旱类群总相对丰度升高指示气候变暖、变干.按湖泊周围的植被盖度对研究点进行聚类分析,发现研究样点可以分为草甸、草原、荒漠草原、荒漠等4个植被组.利用随机森林算法建立花粉-植被重建模型,结果显示,随机森林模型可以准确地鉴别青藏高原的草原带和荒漠带;当研究样点植被类型按聚类分析结果分为4种时,随机森林模型准确性略降低,但仍有较可靠的预测能力.今后将更多的湖泊表层沉积物花粉组合数据作为随机森林算法的训练集时,建立的花粉-植被模型极有潜力在青藏高原古植被重建中得到广泛运用.     

植被变化驱动机制的样带研究

采用以植物功能型为基础的中国气候-植被分类模型,利用中国1951～1980年30年的气象数据及全球最低和最高温室气候排放方案下的未来气候情景（SRES-B2和SRES-A2）,模拟了中国东北样带和中国东部南北样带的植被分布格局及其变化．结果表明,植被分布格局在未来气候变化情景下将发生重大变化,而驱动植被分布格局变化的关键因子是热量和水分,但是不同植被类型的变化对热量和水分的响应程度不同．植被变化对热量的敏感性要大于水分,未来气候变暖将对植被分布格局产生重大影响．     

全球变化与植被

本文讨论了全球变化与植被的相互依赖与制约关系，以黄土高原为例，研究了古气候与植被之间的关系以及青藏高原隆升对黄河流域生态环境的改造，分析了人类活动对被的破坏给黄土高原生态系统的影响，提出了植被差异与变迁是引起气候快速和区域变化的主要原因。     

对《21ka BP青藏高原有远高于现代降水量的可能性吗》的回复

施雅风先生在《21kaBP青藏高原有远高于现代降水量的可能性吗》[1](以下简称《可能性》)文章中对《中国21kaBP气候模拟的初步试验》[2](以下简称《21ka试验》)一文提出几点质疑,归纳起来主要有如下三个方面:1)模拟青藏高原的降水量超过了由化石花粉记录和古冰川遗迹推算的降水量.2)虽然青藏高原有4个高湖面记录,但其湿润似应由于低温、低蒸发引起的,而不是如《21ka试验》模拟的由高降水量造成的.3)刘晓东等学者对美国CCM0古气候模拟结果的诊断分析,表明青藏高原的7月降水比现代减少30%,而《21ka试验》模拟了年降水量比现代大大增加.施先…     

中国花粉R值特征

建立现代孢粉-植被定量关系是第四纪孢粉学研究的热点和难点. R值计算简单、表征直接,是校正现代孢粉和植被非线性关系的一种传统指标.本文基于中国1987～2021年发表的花粉R值数据,经筛选、校正和标准化等处理,建立了中国花粉R值数据集,包含了898个现代花粉采样点和2115条花粉R值数据,涵盖了152个花粉类群,分属于65科、113属.集成分析中国花粉R值特征,结果表明:(1)在宏观空间尺度上证实了基于样点尺度的传统认知,中国花粉R值整体变异性大,约2/3呈低代表性,如杉科(Taxodiaceae)、榛属(Corylus)、白刺属(Nitraria)、柽柳属(Tamarix)、莎草科(Cyperaceae)、禾本科(Poaceae)、豆科(Fabaceae), 1/3呈超代表性,如松属(Pinus)、云杉属(Picea)、桦木属(Betula)、麻黄属(Ephedra)、藜科(Chenopodiaceae)、蒿属(Artemisia),且低代表性较强,超代表性较弱;而栗属(Castanea)、栎属(Quercus)、蓼科(Polygonaceae)、菊科(Asteraceae)花粉代表...     

东亚中全新世的气候模拟及其温度变化机制探讨

大量地质证据证实了东亚和北美中全新世(6 kaBP)全年和冬夏季气温高于现代.然而,国际上PMIP计划下18个模式的古气候模拟结果未能捕捉北半球大陆中低纬地区冬季升温的气候特征.这些古气候模拟的冬季降温与地质资料揭示的冬季升温存在着巨大差异,反映出仅仅在太阳辐射变化驱动下的古气候模拟存在重大缺陷. 使用含有陆面过程的全球9层大气环流谱模式(AGCM+SSiB),采用现代植被和中全新世植被预置的不同下垫面对6 kaBP气候及其植被影响进行了模拟试验.古植被强迫下的模拟结果表明,中全新世时东亚地区各季均出现升温.尤其是模拟的冬季增温与地质资料重建的气候特征接近,反映了除太阳辐射的变化外,植被的变化对东亚地区中全新世的增温有着重要作用.该模拟结果的意义在于:(1)用具有物理机制的数值化模型并采用实际下垫面边界条件,能够较好地模拟出中全新世气候特征;(2)从动力机制的角度揭示了中全新世气候与现代气候存在巨大差别的原因在于辐射变化和下垫面植被变化;(3)中全新世下垫面植被的改变引起的地表反射率变化使得东亚陆面与西太平洋表面的热力差异随季节发生变化,因而中全新世夏季风环流增强,而冬季风环流减弱,冷空气活动受到抑制,使得中国区域冬季温度增加, 形成暖冬气候特征.     

中国第四纪花粉现代过程:进展与问题

花粉现代过程是第四纪花粉分析的基础,对正确解释地层花粉组合,定量恢复古植被、古气候至关重要.近年来,孢粉学者对花粉现代过程开展了很多卓有成效的工作,取得了长足进展.本文基于前人研究成果和笔者近几十年对花粉现代过程的探索,从花粉产量、花粉传播、花粉源范围、花粉沉积、花粉保存、花粉与植被和气候的关系及人类活动和土地利用等多个方面进行了综合探讨,介绍和评述了第四纪花粉现代过程的进展与问题.通过对比已有研究成果,笔者认为近几十年来国内外孢粉学者在古气候和古植被定量重建研究中取得了重要进展;但不同重建方法各有优缺点,且适用范围不同;花粉产量、花粉源范围、花粉传播与散布、古气候和古植被重建方法和模型等尚不完善,都有待改进;更希望尝试和研发新模型和新方法,进而获得更可信的古气候和古植被记录.虽然国外学者较早开展了花粉与人类活动关系研究,但目前中国在花粉与人类活动和土地利用研究方面处于领先地位,率先开展了人类活动强度定量重建的尝试,希望国内相关学者在今后研究中继续予以关注,以期在地层中定量识别和提取古人类活动信息方面有所突破.此外,国内外对花粉沉积过程和花粉保存研究尚显不足,虽然部分学者就其开展了部分实验和模拟,但缺乏自然环境条件下花粉沉积和埋藏过程研究,亟待开展相关工作.     

中国植被和土壤碳贮量

应用0.5°经纬网格分辨率的气候、土壤和植被数据驱动的生物地球化学模型估算了当前中国植被和土壤的碳贮量. 结果表明, 中国陆地生态系统植被和土壤总碳贮量分别为13.33和82.65 Gt, 分别为全球植被和土壤碳贮量的3%和4%, 平均植被和土壤碳密度分别为1.47和9.17 kg/m². 它们受气候、植被和土壤类型等影响, 区域差异明显, 其总趋势是暖湿的东南区大于西北干旱区. 最高植被碳密度出现在温暖的东南和西南地区, 而最高土壤碳密度出现在寒冷的东北地区和青藏高原东南缘. 这些空间类型决定于由气候状况所控制的植物生产力和土壤有机质分解速率, 表明植被和土壤碳密度由不同的气候因素所控制.     

黄土高原中部落叶栎林花粉组合对植被盖度的定量指示意义

基于黄土高原中部黄陵地区34个样点地表苔藓样品的孢粉分析和相应植被调查数据,阐述了落叶阔叶林顶级群落花粉组合特征及其对植被类型和物种组成的指示意义.结果显示:落叶阔叶林顶级群落花粉组合以栎属(42%)、桦属(16%)和松属(12%)等木本类型为主,不同群落间花粉组合差异较小.单个样点花粉组合与0～100m范围内植被组成存在一定差异,但与0～1000m较大空间范围内绝对植被盖度较为相近,表明表土花粉指示较大区域植被的综合信息,而不指示样点周围的植被组成.栎属、桦属和松属花粉含量与植被盖度相近;海棠(蔷薇科)和槭属等落叶阔叶属种花粉含量较低,但其对应的区域植被较高;因此,解释地层花粉组合时应考虑低代表性花粉类型蕴含的植被信息.根据获得的主要属种花粉-植被数量关系,尝试重建了黄土高原东北部公海湖区中全新世(距今7300～5000年)时期的区域植被组成,该时段湖区应发育以栎属为建群种的落叶阔叶林顶级群落.     

广东四会古森林地下生态系统碳同位素组成及其古气候意义

通过研究四会地下古森林沉积剖面总有机碳及细根的碳同位素组成,揭示珠江三角洲地区在中晚全新世4．5～0．6ka BP期间的气候和地理环境变化特征．研究结果表明：在4．5—0．6ka BP期间,该地区的主要植被类型为C3植被．古森林在4ka BP左右于湿地环境中开始发育,在3ka BP左右与湿地同时消失,表明在3ka BP左右该地区的气候可能发生过急剧的变化．模拟结果显示：在3．5-3ka BP期间,该地区大气CO2浓度上升,气候有变暖的趋势;3～1．2ka BP期间的地层^14C年代呈现大的跨度,这可能与新构造运动过程中地层抬升并遭到强烈剥蚀有关．在1．2～0．6ka BP期间,该地区为陆相沉积环境,植被的生物量日渐减少．古森林的消失可能与在3ka BP左右研究区域气候变干有关,热带辐合带的南移可能是导致气候变化的主要机制．     

区域气候模式对末次盛冰期东亚季风气候的模拟研究

末次盛冰期(LGM)是距今最近的一个与现代环境反差最大的气候时期. 利用包含较为详细陆面过程的区域气候模式, 通过分别加入现代植被和根据花粉化石资料转化的东亚地区LGM古植被, 模拟了LGM东亚季风气候并研究了植被变化对LGM东亚季风的影响. 由区域气候模拟得到的较为精细的气候演变图像表明: LGM东亚大陆全年降温是导致东亚冬季风强盛、夏季风萎缩的重要原因; 夏季西太平洋副热带高压的西伸、加强, 是造成中国东部LGM夏季降水减少的重要原因. LGM青藏高原及中亚地区的降水及有效降水均有所增加, 高原有效降水的增加主要由降水增加所造成, 地表蒸散对其贡献较小. LGM青藏高原的积雪也有所增加, 有利于高原地区的冰川、冻土发育, 使得该时期的多年冻土区可向南扩展到30°N以南. 在LGM模拟中加入恢复的古植被会放大由外强迫造成的气候影响, 对于模拟的降温、降水变化、地表热平衡量的变化、积雪及其他气候参量的变化都有进一步的强化作用, 使模拟结果与有关地质资料更为接近.