竹亚科植硅体形态学研究及其生态学意义

选择我国常见的竹亚科19属64种进行系统的植硅体形态学研究,对竹亚科特有的长鞍型植硅体的长度、宽度、高度(侧面宽)和硅质颗粒数目等参数进行了测量。研究发现,合轴散生竹长鞍型植硅体个体最大(长度20.6±0.2m,宽度12.8±0.5m,高度12.4±0.1m,颗粒数2.8±0.5),单轴散生竹次之(长度18.8±0.8m,宽度11.7±0.4m,高度11.8±0.3m,颗粒数1.9±0.1),复轴混生竹再次(长度18.3±1.5m,宽度11.2±1.5m,高度11.4±1.7m,颗粒数1.8±0.4),合轴丛生竹最小(长度18.0±1.8m,宽度9.7±0.5m,侧面宽10.1±1.4m,颗粒数2.6±0.3)。经判别分析显示以长鞍型植硅体三维形态参数和硅质颗粒数目为变量可以区分竹亚科植物各生态型,并初步明确了长鞍型植硅体形态与竹亚科生态型的对应关系,探讨了其与竹亚科植物生境条件之间的对应关系,以及在竹亚科植物演化序列中的意义,为利用竹亚科长鞍型植硅体形态进行古环境分析提供了基础性资料。     

RESEARCH PROGRESS OF FAN-SHAPED PHYTOLITH OF RICE AND RELEVANT ISSUES

在稻作农业起源和传播的研究中,水稻扇型植硅体对于发现、鉴定水稻遗存起到了重要的作用.目前学术界利用扇型植硅体在区分野生稻和栽培稻,粳稻和籼稻方面建立了诸多判别标准,但这些“标准”并没有得到广泛认可.本文从扇型植硅体的发育机理入手,结合前人对水稻扇型植硅体的研究成果和通过对部分现代野生、栽培水稻扇型植硅体的观察分析,认为尽管现代稻属和粳、籼稻扇型植硅体的鉴定特征是比较明确的,但由于野生稻和栽培稻扇型植硅体的区分存在不确定性,限制了扇型植硅体在早期稻作研究中的应用.本文对目前利用扇型植硅体进行水稻农业考古方面存在的问题进行分析,对如何寻找野生稻和栽培稻扇型植硅体的有效区分标准、如何应用新方法新技术提高鉴定准确性等方面进行了探讨.     

长白山泥炭湿地主要植物植硅体形态特征研究

对长白山地区常见的泥炭地25个属31个种植物进行了植硅体形态鉴定统计,共发现植硅体类型15种,它们分别是硅化气孔、棒型、扇型、板型、硅质突起、尖型、导管型、帽型、齿型、哑铃型、鞍型、多边帽型、毛发型等。除禾本科和莎草科、菊科部分植物植硅体含量高外,木贼科、堇菜科、茜草科、蓼科等部分植物植硅体的含量也较高。禾本科植物的短细胞植硅体对植物分类有意义,但可能因采样环境和种类差异等原因,长白山泥炭湿地禾本科植物的植硅体在形态和数量上都与其他区域同类研究结果有所差异,如禾本科早熟禾亚科的菵草中新发现了含量丰富的枕木型植硅体,黍亚科的荩草和水稗中还发现少量帽型植硅体; 另外菊科兴安一枝黄花和齿苞风毛菊含有大量的特殊的尖形植硅体。硅化气孔宽度大小可指示环境湿度状况,对硅化气孔的数量和大小的深入研究将对古环境和古CO₂浓度的恢复有一定帮助。长白山泥炭湿地植物的植硅体与植物的分类关系密切,湿地植物植硅体中硅质突起、棒型、哑铃型和尖型植硅体特征组合代表湿冷组合,本研究中的5块泥炭湿地植硅体的组合特征受纬度变化影响不明显。     

湖北荆门屈家岭遗址史前农业发展的植硅体证据

采用植硅体分析方法,对湖北荆门屈家岭遗址南部2015~2017年度主发掘区TN14W35探方内油子岭至石家河文化时期(5800~4200 a B.P.)的地层土样进行了系统取样分析,并重点对水稻扇型植硅体形态特征进行了研究.结果显示,遗址各文化时期土样中均含有丰富的水稻(Oryza sativa)特征型植硅体,表明稻作农业在屈家岭遗址各阶段先民植物资源的开发利用中始终占据着主导地位.同时,实验还在油子岭和屈家岭文化地层发现粟(Setaria italica)、黍(Panicum miliaceum)植硅体,但从发现数量看,粟类作物在屈家岭遗址先民农作物利用结构中只占据极小的比重.论文通过对水稻扇型植硅体形态参数测量和鱼鳞状纹饰统计发现,屈家岭遗址的水稻遗存主要属于粳稻类型,且驯化程度在油子岭文化早期时期就已经达到现代栽培稻水平.本文研究揭示了屈家岭遗址先民的农业结构、水稻类型及驯化水平,为了解江汉平原汉水东部地区新石器时代晚期人类生业形式与水稻驯化水平等提供了重要科学依据.     

鄱阳湖东南部地区全新统植硅体组合特征与古环境分析

通过分析鄱阳湖东南部地区zk10钻孔剖面植硅体及硅藻组合特征,探讨该区自全新世以来的古气候环境变化规律。zk10钻孔剖面主要为黏土,含少量粉质黏土,属滨湖相沉积。黏土中植硅体含量高,形态丰富,主要来源于禾本科植物,少数为蕨类植物、裸子植物和阔叶类植硅体。根据植物、植硅体类型组合及温度指数,划分为 7个植硅体组合带,自下而上分别为:Ⅰ方型、长方型、扇型、哑铃型-多面体型-薄板型、球型组合带; Ⅱ方型、长方型、尖型、平滑棒型-多面体型-薄板型组合带; Ⅲ方型、长方型、扇型、平滑棒型-多面体型-球型组合带; Ⅳ方型、长方型、平滑棒型-多面体型-纺锤型、球型组合带; Ⅴ方型、扇型-平滑棒型-多面体型组合带; Ⅵ长方型、扇型、尖型、刺边棒型-三棱柱型-多面体型-球型组合带和Ⅶ长方型、扇型、鞍型-刺边棒型-多面体型组合带。7个植硅体组合带反映了4次大规模的气候演化旋回,包括4次温暖湿润和3次温凉偏干的气候环境,植硅体可作为恢复古气候变化的重要参考。     

东北地区泥炭表层沉积中植硅体分布特征

表土沉积物中的植硅体分析是了解第四纪沉积物中植硅体组成的重要途径,也是重建第四纪古环境的基础。对东北地区跨越3个气候带、6个地区的41处泥炭地表土中的植硅体进行提取,鉴定出东北泥炭表土中主要发育哑铃型、扇型、鞍型、方型、长方型、梯型、尖型、帽型、齿型、棒型和其它等11种植硅体类型。分析显示,它们的分布与纬度、地形和温热条件具有明显关系,即哑铃型、鞍型、扇型、方型、长方型和梯型植硅体随纬度和海拔较高而含量较小,其余类型反之;较高温度条件对应扇型、哑铃型植硅体含量较高,较高湿度对应扇型植硅体含量较高。     

粟类作物稃片植硅体形态研究回顾与展望

中国是粟、黍的起源地,但受植物遗存保存状况及研究方法的限制,对粟类旱作农业起源与驯化的时间、地点、种类、过程等的认识仍然存在不同观点。植硅体分析为准确鉴定粟、黍及其野生祖本和亲缘物种提供了新的途径。本文总结了近几年来针对粟、黍种子稃片植硅体研究取得的新进展,获得以下认识:1)进一步明确了稃片表皮长细胞植硅体的形态特征、大小、数量是鉴定考古文化堆积中粟、黍及其野生祖本和亲缘野生物种的可靠指标;2)通过对比我国北方常见的狗尾草属稃片植硅体,发现了ΩⅢ型仅发育于粟和青狗尾草的稃片中部,且其大小与狗尾草属野生植物差异显著;3)分析和说明了稃片植硅体鉴定流程和方法、重点强调了稃片Ω/η类型的鉴定特征和应用范围,以及植硅体统计量等关键问题;4)讨论了粟类稃片植硅体产量与农作物产量的关系以及植硅体埋藏学问题,最后对深化粟类植硅体形态学研究提出了初步建议。希望通过本文的总结与讨论,能够使植硅体分析方法在粟类作物起源和传播的研究中得到更准确、更广泛的应用。     

河北坝上地区植硅体空间分布特征及其环境意义

了解不同区域表土植硅体组合特征及其对气候环境的响应过程，是利用植硅体指标恢复古植被和古气候的基础。本文通过对河北坝上地区103块表土植硅体的分析鉴定，共统计出棒型、尖型、帽型、鞍型、哑铃型、齿型、块状、扁平状、扇型、三棱柱型、锥骨状、导管型、弓型和特殊型14种植硅体类型，其中植硅体类型主要以棒型和尖型为主，而短细胞植硅体的含量较少。通过研究区相对暖湿区、暖干区、冷湿区和冷干区的表土植硅体组合特征对比发现，在相对较冷的区域棒型量含量较高，在相对较暖的区域扇型、扁平状和鞍型含量较高，在相对较湿的区域尖型含量较高，在相对暖湿的区域块状含量较高，在相对冷湿的区域齿型含量较高，这表明研究区表土植硅体组合特征对气候环境响应较为敏感。本研究成果可为重建坝上地区古植被和古气候提供基础资料。     

东北地区湿度梯度下的表土植硅体的空间分布规律

植硅体的现代过程研究是恢复古环境的基础,探讨表土植硅体分布及组合特征对环境因子的响应尤为重要。沿中国东北地区年均温为4 ℃等温线采集70块表土样品,研究了单一温度因素控制下表土植硅体的空间分布规律,以期获得不同类型植硅体对降水的响应。研究结果表明:所有表土样品中植硅体丰富且数量较多,主要有棒型、尖型、块状、扇型、扁平状、短鞍型、帽型、哑铃型、齿型、三棱柱型、导管型、硅质突起、硅化气孔、弓型和多面表皮植硅体;且主要以短细胞、棒型、尖型为主,其平均百分含量之和高达80.77%,块状、扁平状、扇型次之,其他类型的植硅体含量较少。方差分析结果表明:棒型、三棱柱型、硅质突起、哑铃型和扁平状在大兴安岭、松嫩平原和长白山之间存在显著性差异,且棒型、三棱柱型、硅质突起的百分含量与年降水量具有极显著的正相关性,哑铃型的百分含量与年降水量具有极显著的负相关性。总之,年均温为4 ℃等温线上70块表土样品中植硅体类型基本相同,但不同类型植硅体的百分含量存在差异,说明本研究区域内表土植硅体组合特征对降水的响应较为敏感。     

贡嘎山东坡表土植硅体组合的海拔分布及其与植被的关系

山地生态系统对气候变化的敏感性和预警作用,使其成为全球变化领域里的重要研究内容之一,但是目前能够敏感记录山地乍态系统变化的环境指标非常有限.对青藏高原东南缘的贡嘎山东坡海拔高度1200～4600m不同植被带以约50m间距采集的70个表土样品进行植硅体分析,结合PCA(Principal Component Analysis)研究结果,发现表土植硅体组合沿海拔变化明显.植硅体类型和数量变化很好地反映了垂直植被带的变化:1)低海拔山地亚热带常绿阔叶林带(1200～2200m)为阔叶木本"Y"字型-哑铃型-十字型-短鞍型植硅体组合;2)山地暖温带针阔叶混交林带(2200～3200m)为阔叶木本"Y"字型-针叶树类型-方型-扇型-长鞍型的组合;3)山地寒温带暗针叶林带(3200～3700m)为针叶树类型-帽型-齿型-尖型-针茅哑铃型组合;4)亚高山亚寒带灌丛草甸带(3700～4600m)为帽型-齿型-团块型-针茅哑铃型组合.表土植硅体组合PCA分析的第1轴得分较好地指示了植被沿海拔的分布及其与温度的关系,反映山地植被带及其对应的植硅体组合变化可能主要受控于温度的影响.研究表明,植硅体分析可以作为恢复山地古植被演替和古环境变化的重要指标.     

浙江浦江上山遗址水稻扇形植硅体所反映的水稻驯化过程

对长江下游最早的新石器时代遗址——上山遗址出土的各类水稻遗存,其性质是野生、驯化或者是处于驯化过程中,一直争议颇多,这也导致了关于水稻驯化开始时间的争执。本文利用植硅体分析对浙江浦江上山遗址南区剖面距今10000年至历史时期的文化层堆积物进行了研究。通过对提取出的水稻扇形植硅体进行形态测量和鱼鳞状纹饰的计数,结果发现,扇形植硅体的形态测量参数——长、宽和b/a值(扇形植硅体扇柄长度/扇面长度),在过去一万年间的变化呈无序状态;具有大于等于9个鱼鳞状纹饰的扇形植硅体,占扇形植硅体总量的比例越来越大,从上山文化早期的34.98%上升到河姆渡文化时期的44.68%,进而达到春秋战国时期的59.18%和唐宋时期的78.72%,反映了水稻漫长的驯化过程。通过与野生稻田扇形植硅体的对比,我们认为,上山文化时期水稻驯化已经开始;通过与现代稻田扇形植硅体的对比,我们认为,唐宋时期水稻扇形植硅体特征已与现代种植水稻扇形植硅体相同。     

关中盆地6000～2100cal.aB.P. 期间黍、粟农业的植硅体证据

黍、粟是我国北方两种重要的旱作农作物,对中华文明起源和发展产生过重要的影响。长期以来由于受到考古样品保存及研究方法的限制,早期考古发掘报道的我国关中盆地新石器遗存的农作物多是以粟为主或粟、黍不分,统称粟类作物,缺少对该区新石器时期粟、黍农业状况的深入研究。本文利用植硅体方法,分别对现代黍、粟和水稻种子的植硅体产量以及关中盆地新石器考古样品中的植硅体进行分析。结果表明,等重量的黍、粟种子稃片的植硅体产量基本相等,其植硅体含量所反映的是黍、粟的相对产量(重量);水稻双峰型植硅体的百分含量比水稻实际含量相对偏低。关中盆地泉护、杨官寨、浒西庄、案板、王家嘴,水沟等6个考古遗址17个¹⁴C年龄和47个植硅体样品分析结果显示,约6000～2100cal.aB.P.期间,关中盆地黍子的植硅体含量一直占优势(3.4％～34.5％),粟次之(0～6.2％),即使在气候相对暖湿的阶段,黍的产量仍超过粟。泉护、杨官寨、浒西庄,案板等遗址的个别样品中保存水稻植硅体。这些结果为重新认识关中地区新石器时期农业生产与社会经济形态以及与气候环境条件的关系提供了新的参考资料。     

棕榈科植硅体形态分析及其环境意义

植硅体分析在古环境、古生态、环境考古、植物分类等众多领域研究中逐渐显示出其重要的作用,其应用潜力依赖于现代植硅体形态基础研究工作的深入。文章主要针对我国热带、亚热带地区常见的棕榈科15个属20个种植物进行了植硅体形态鉴定和多项形态参数(大小、突起等)的测量分析,同时对旅人蕉科的白花扇芭蕉、蝎尾蕉科的黄芭蝎尾蕉、苏木科的无忧树进行了对比研究。结合聚类分析方法把植硅体形态分为5个大的类型,棕榈科植硅体主要包括刺球形、水母形和草帽形3种形态。白花扇芭蕉植硅体呈褶球形,黄芭蝎尾蕉植硅体呈飞梭形,无忧树不含有植硅体。同时,给出了不同类型形态参数的大小和范围,为利用棕榈科植硅体等进行古环境研究提供了基础。     

增温、施氮、CO2浓度升高对羊草(C3)、芦苇(C4)植硅体组合的影响

研究未来全球变暖和氮沉降下C3、C4植物植硅体的变化规律,对松嫩草原优势群落演替方向的预判、古植被及古气候的重建和全球环境变化的预测等工作具有重要意义.本文选取松嫩草原的优势物种羊草(Leymus chinensis,C3)和芦苇(Phragmites communis,C4),对其进行模拟增温、施氮、CO2浓度升高处理,研究叶片部位植硅体的组合规律及形态变化特征,试图寻找在改变某一单一环境要素条件下,C3、C4植物所含各类型植硅体百分含量及形态的变化规律,以探究C3、C4植物植硅体对不同环境因素响应的异同.结果显示:CO2浓度升高、增温对羊草植硅体发育具有促进作用,对芦苇植硅体发育起抑制作用;氮素过高对羊草和芦苇植硅体的发育都不利,但增温能减轻施氮对羊草植硅体的负面效应.棒型、板型、方型、块状、蜂窝状植硅体对模拟增温、施氮、CO2浓度升高反应敏感,可作为指示环境变化的新指标.     

长白山区湿地表土植硅体特征及其环境意义*

湿地在全球环境变化中扮演着十分重要的角色,湿地表土中的植硅体分析是恢复第四纪古环境的重要途径。文中选取长白山区的桦南到哈尼一线的6处湿地表土,并采用PCA和CA分析植硅体组合的环境指示意义,结果显示：温度因子是造成长白山不同湿地表土植硅体组合差异的第1环境因子,且植硅体的种类和含量与采样点上覆植被、湿度与海拔等环境条件都存在相关性。结合方差分析和植硅体大小变化趋势分析曲线可以看出,不同表土中符合方差分析条件的植硅体类型的大小随着温度的升高而增大。总体来看,长白山区6处湿地中,植硅体类型基本相同,但温暖指数和植硅体的大小差异较显著,说明植硅体大小及其组合对温度都有较敏感的响应。     

黄土高原平凉地区中全新世以来孢粉-植硅体记录对比研究

对位于甘肃省平凉县大寨村的平凉剖面(0–142 cm)进行年代测试、孢粉及植硅体分析。从孢粉角度反映8.50 Ka BP气候经历了冷干—凉干—偏凉偏湿—凉干—偏凉偏湿—偏凉偏干的变化过程。从植硅体的角度经历了凉湿—暖湿—暖湿(具有变冷的趋势)—凉湿—偏凉偏干的变化过程。选取含量较高且具有典型环境指示意义的四种科属孢粉(云杉属、松属、禾本科、蒿属)与四种类型植硅体(扇型、长方型、棒型、尖型)进行对比,结果表明:孢粉记录的气候与植硅体记录的气候特征总体趋势相同,但存在一定的差异。孢粉含量较为丰富的气候带与植硅体气候带有很好的对应关系,反映的气候类型较为准确;当孢粉带中其他花粉含量很少,仅含有较多传播能力强、不具代表性的花粉(如松属)时,孢粉指示的气候环境准确性较低。而植硅体样品在整个黄土剖面中含量都较高,反应的气候特征较为准确,因而在孢粉含量较少的黄土高原,相较于孢粉而言,植硅体是较为有效的古气候研究手段。     

中国图们江河口湖沼沉积中植硅体古气候变化特征

通过对中国图们江河口湖沼沉积剖面的植硅体组合的分析,划分出该剖面自17.1～2.247 kaB.P.期间的6个植硅体组合带,分别对应冷干-凉湿-冷干-凉湿-温暖-温湿的气候阶段.将分析结果与本剖面Na、K、Ba、Cu、Pb、Fe、Mn分析相对比,发现植硅体对气候湿润程度的反映不如Na、K、Fe敏感,但是比其它指标,如泥炭地发育程度对湿润度的反映,要灵敏得多.区域对比发现,本剖面的植硅体古气候过程存在着区域上的良好响应,对全球变化与区域响应研究起着积极作用.     

植硅体碳与陆地生态系统碳循环：机遇和挑战

植硅体在形成过程中能够包裹植物有机碳,是已被证明的一种非常有潜力的大气CO₂封存方式,对于增加陆地生态系统碳汇和延缓温室气体效应带来的全球变暖具有重要意义,因此受到了学术界的广泛关注。简要回顾了植硅体碳的研究历史和现状,并着重从植硅体碳长期变化入手,探讨了植硅体碳与陆地生态系统碳汇存在的问题与挑战,以及近来有关植硅体碳存在被严重高估的论点。同时指出为了更加准确地估算植硅体碳汇,应充分考虑植硅体包裹碳能力的差异、植硅体碳来源、植硅体稳定性、土壤中植硅体碳含量衰减速率以及植硅体提取方法等在植硅体碳的长期变化中的作用,进一步提高植硅体碳在陆地碳汇研究中的地位与重要性。     

新疆尼勒克县吉仁台沟口遗址石器功能分析:来自植物微体遗存的证据

新疆地处欧亚大陆中心,自然环境复杂,生业经济形式多样,东西方文化交流频繁,是了解欧亚大陆古代人类活动和文化发展的重要区域.从新石器时代至青铜时代在该区域出土了丰富的石制品,但对其功能的研究较少,尤其是一些中国内地不常见,而与中亚、欧亚草原类型相似的石器.本文对新疆伊犁地区青铜时代吉仁台沟口遗址(82.77°E,43.84°N;3600~3000 cal.a B.P.)出土的具有安德罗诺沃文化特征的长条形石磨盘、石杵和饼形石器的表层残留物进行了淀粉粒和植硅体分析,为这些石器的功能研究提供了直接证据.分析结果显示,石器表面的淀粉粒来自禾本科小麦族(the tribe Triticeae)和某些块根块茎类植物,而石器表面发现的775粒植硅体中,粟类作物稃片植硅体占9%,其他类型的植硅体以早熟禾亚科(Pooideae)型和棒型为主,另在石杵上发现栝楼属(Trichosanthes)植物果皮植硅体及植物组织.结合遗址中大植物遗存证据,研究结果表明:石磨盘曾用于研磨麦类作物种子和某些块根块茎类植物,石杵亦用于麦类作物研磨,但也对粟类作物进行脱壳以及加工栝楼属植物果实.用于分析的饼形石器有两种类型,第一类为打制饼形石器,残留物中的植物遗存显示可能与石磨盘组合用于加工植物的块根块茎;第二类为磨制饼形石器,其表面发现极少量粟类稃片植硅体,推测其可能用于粟类作物脱粒.研究结果为新疆伊犁地区考古遗址出土安德罗诺沃文化石器的功能、农作物加工过程,以及古代社会生计模式的认识提供了依据;石器残留物中块根块茎类淀粉粒以及农作物植硅体的发现,是对已有大植物遗存分析结果的进一步补充.     

青海喇家遗址齐家文化时期黍粟农业的植硅体证据

齐家文化时期的农业经济状况是学术界关心的问题.喇家遗址是一处具有中心聚落性质的齐家文化遗址,已有的研究认为喇家遗址齐家文化时期的经济形态是以粟为主的粟黍旱作农业,但在具体的认识上还存在一些不同看法,仍需系统的植物考古学研究进一步验证.对喇家遗址土样的植硅体分析结果显示,齐家文化时期种植的农作物为粟和黍,而且以黍为主,没有发现麦类遗存.以黍为主的种植结构可能与所在区4.5ka B.P.以来气候趋于干冷有关.植硅体和浮选结果在黍粟含量对比上存在差异,我们对这种差异的产生原因进行了探讨.这一结果为重新认识喇家遗址乃至齐家文化的农业生产状况提供了新的参考资料.