高洋 全明英 呂伊娜

【摘 要】梵凈山位于貴州省東北部，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能完整。文章計(jì)劃從世界自然遺產(chǎn)突出普遍價(jià)值的角度探究梵凈山的古環(huán)境演變，采用孢粉和大化石分析法及AMS14C定年法等研究方法，結(jié)合湖泊全新世沉積特征，揭示其古植被與古氣候特征，探究梵凈山古生態(tài)環(huán)境演化過程。重建其古植被和古氣候特征，對(duì)挖掘梵凈山世界遺產(chǎn)的突出普遍價(jià)值提供了理論背景和重要支撐，進(jìn)而得出梵凈山在全新世以來的古環(huán)境演變規(guī)律。

【關(guān)鍵詞】梵凈山；湖沼沉積物；全新世；古環(huán)境演變

【中圖分類號(hào)】P531 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）12-0077-05

1 研究意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析

1.1 研究意義

梵凈山位于貴州省東北部（27°47′50″～28°1′30″N，108°45′55″～108°48′30″E），處于我國(guó)亞熱帶中心，屬于中亞熱帶濕潤(rùn)區(qū)山地生態(tài)系統(tǒng)，植被原生性強(qiáng)且覆蓋率高，垂直帶譜明顯，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能完整。位于我國(guó)自西而東層層下降地勢(shì)第二階梯的云貴高原向第三階梯湘西丘陵的過渡地區(qū)。它是中國(guó)境內(nèi)自然植被保存較為完好的少數(shù)地區(qū)之一，尤其以殼斗科、樟科、山茶科、木蘭科等為主的亞熱帶常綠闊葉林保存較為完好、最為典型（周政賢，1990）。梵凈山生物多樣性豐富，且具有獨(dú)特性，大面積的山毛櫸科植物群落對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的控制性極具代表性，黔金絲猴、梵凈山冷杉等幾百種珍稀瀕危和特有植物極具典型性和獨(dú)特性。

由于梵凈山獨(dú)特的生物生態(tài)方面價(jià)值，目前已經(jīng)啟動(dòng)申報(bào)世界自然遺產(chǎn)的工作，先后有世界知名專家對(duì)梵凈山進(jìn)行考察。科研工作者普遍認(rèn)為梵凈山的生物生態(tài)的突出普遍價(jià)值較高，擁有高度豐富的生物多樣性和多種森林植被類型，是一個(gè)生物多樣性孤島（桑塞爾，2013）。為探究梵凈山的生物生態(tài)價(jià)值，即它能不能代表中國(guó)內(nèi)陸高山區(qū)到沿海低地生物是如何從亞熱帶過渡到溫帶的這樣一個(gè)特殊的地方（威廉姆斯，2014）；末次冰期從北往南遷移的過程中，溫度降低，是不是因?yàn)殍髢羯骄哂旭仿畹纳襟w使得水青岡大面積地被保留下來；當(dāng)冰期消退時(shí)，溫度升高，是不是因?yàn)殍髢羯胶０屋^高，在其山頂處孑遺梵凈山冷杉等成為國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，探究梵凈山古生態(tài)環(huán)境演化過程，重建其古植被和古氣候特征，對(duì)挖掘梵凈山世界遺產(chǎn)的突出普遍價(jià)值提供了理論背景和重要支撐。但是，目前針對(duì)梵凈山古環(huán)境并沒有進(jìn)行深入研究，只是簡(jiǎn)單重建了它古植被與古氣候特征，并沒有從湖泊沉積特征的角度去揭示梵凈山古生態(tài)環(huán)境的演變過程。本研究計(jì)劃從世界自然遺產(chǎn)突出普遍價(jià)值的角度探究梵凈山的古環(huán)境演變，通過孢粉和大化石分析法，并結(jié)合AMS14C定年法等研究方法，結(jié)合湖泊全新世沉積特征，從而揭示其古植被與古氣候特征。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析

地球環(huán)境的發(fā)展演化必然伴隨著生物的演化與進(jìn)化過程；生物的演化與進(jìn)化過程與環(huán)境則有著密不可分的關(guān)系。地球環(huán)境的變化是影響生物演化與進(jìn)化過程中極為重要的因素之一（許靖華，1984）。在地質(zhì)歷史時(shí)期，尤其是末次冰期以來的氣候環(huán)境變化是了解第四紀(jì)以來氣候環(huán)境變化的前提，同時(shí)與當(dāng)今人類正在進(jìn)行或即將經(jīng)歷的氣候存在很強(qiáng)的延續(xù)性（施雅風(fēng)等，1997）。全新世是氣候變化研究中一個(gè)非常重要的時(shí)期，是與人類聯(lián)系最密切的氣候階段。在末次冰期結(jié)束以后，氣溫開始大幅度地上升，氣候從寒冷變得溫暖、濕潤(rùn)。不同地區(qū)由于所處的地理位置和氣候系統(tǒng)的特殊性，因此全新世時(shí)期氣候變化的特征、持續(xù)時(shí)間、驅(qū)動(dòng)機(jī)制、發(fā)生極端事件的時(shí)間等一系列因素，在不同的區(qū)域存在著明顯的差異性。而全新世氣候的周期性變化與太陽活動(dòng)、溫鹽環(huán)流、北大西洋冰飄瑣屑事件之間一直存在著某種的聯(lián)系，一直以來也是科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)該時(shí)段氣候與環(huán)境變化給予了很多的關(guān)注。

研究古環(huán)境和古氣候的方法多樣，如冰心記錄、海洋生物記錄、黃土記錄及石筍記錄，但是由于其樣品的某些特殊性而限制了其相應(yīng)的研究范圍，簡(jiǎn)單來說，就是冰心、海洋生物、黃土和石筍的分布范圍偏窄，從而限制了研究范圍（石勝?gòu)?qiáng)，2012）。然而，由于在自然環(huán)境中植被對(duì)生存環(huán)境和氣候的反應(yīng)是極為敏感的，同時(shí)植被組成的特征受到環(huán)境改變和氣候波動(dòng)等的直接影響，且古孢粉的分布范圍十分廣泛，因此運(yùn)用孢粉學(xué)來反演古環(huán)境與古氣候是最直接、也是最重要的手段之一（楊振京，2002）。孢粉是孢子和花粉的簡(jiǎn)稱，孢子和花粉發(fā)育成熟后，借助風(fēng)、水、昆蟲或其他動(dòng)物散播，孢粉迅速埋藏后經(jīng)漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期變成化石保存在地層中，進(jìn)而形成孢粉化石（郝詒純等，1993）。對(duì)于孢粉的研究，需研究保存在沉積物中的花粉，確定他們與其母體植物的聯(lián)系，采用孢粉組合構(gòu)建地層沉積時(shí)期植被的定性或定量關(guān)系，從而可以推斷出地質(zhì)時(shí)期植被的演化規(guī)律與趨勢(shì)及植被與環(huán)境的關(guān)系，特別是植被與氣候的關(guān)系（司偉民等，2010）。孢粉是表征古植被與古氣候生物學(xué)的重要指標(biāo)之一，是揭示古環(huán)境與古氣候變化的重要載體。

準(zhǔn)確地重現(xiàn)某個(gè)地區(qū)的古環(huán)境與古氣候，單單依靠孢粉分析方法不足反演整個(gè)古環(huán)境特征，它只能推斷出某個(gè)地區(qū)的古植被特征，卻不能在時(shí)間尺度上重建其古環(huán)境的演變過程。因此，必須結(jié)合第四紀(jì)主要的定年方法對(duì)關(guān)鍵樣品進(jìn)行測(cè)試，從而在時(shí)間尺度上得出古環(huán)境的演變。根據(jù)第四紀(jì)地質(zhì)年代學(xué)的研究，按照定年方法的特性，將其分為三大類，即數(shù)值定年法、相對(duì)定年法和校正定年法；按照理化性質(zhì)，將其分為兩大類，即放射性同位素定年法和物理年代學(xué)方法（田婷婷等，2013）。在放射性同位素定年法中，運(yùn)用最為廣泛的是放射性14C定年法，其原理是14C是不穩(wěn)定碳同位素，極可能發(fā)生衰變，以致14C以指數(shù)逐漸減少，所以就可以通過測(cè)試樣品中14C的含量，并與現(xiàn)代的14C含量進(jìn)行對(duì)比，確定該樣品的年代（Walker M，2005），其主要是通過年齡—深度關(guān)系曲線進(jìn)行定年。然而，在物理年代學(xué)方法中，運(yùn)用得最廣泛的是釋光測(cè)年法，包括熱釋光測(cè)年法（TL）和光釋光測(cè)年法（OSL），但是最主要運(yùn)用的是光釋光測(cè)年法，其原理是測(cè)試沉積物的石英和長(zhǎng)石礦物從上一次受熱或曝光事件后埋藏至今的時(shí)間（Godfrey-Smith D I et al，1988），它主要是通過在礦物的釋光信號(hào)強(qiáng)度與礦物所吸收的電離輻射劑量的時(shí)間函數(shù)關(guān)系進(jìn)行定年（張克旗，2008）。

從傳統(tǒng)意義來說，在運(yùn)用孢粉分析反演古環(huán)境演化的方法中，主要是通過孢粉直接解譯植被在不同地層年代的植被類型，進(jìn)而得出古氣候與古環(huán)境特征。隨著國(guó)內(nèi)外孢粉分析法的不斷發(fā)展與演變，研究者們從宏觀的孢粉類型分析逐漸轉(zhuǎn)向微觀的孢粉形態(tài)的研究，從孢粉直接解譯植被類型的研究逐漸轉(zhuǎn)向構(gòu)建孢粉沉積物模型的研究。在研究古環(huán)境演變的方法中，最有效的方法就是將孢粉分析法和定年測(cè)樣法相結(jié)合，通過建立孢粉模型，運(yùn)用沉積速率參數(shù)來研究生物授粉的意義、種群遺傳學(xué)及孢粉顆粒的功能形態(tài)（Stephen T. Jackson et al，1999），從而能夠更好、更準(zhǔn)確地分析古環(huán)境的演變過程。再則，通過標(biāo)準(zhǔn)化的孢粉進(jìn)行孢粉監(jiān)測(cè)，采用放射性碳年代定年和沉積速率，從而測(cè)定出地層的沉積物（Thomas Giesecke et al，2010）。

通過孢粉分析和放射性同位素定年法或光釋光測(cè)年法，得出在不同地貌單元第四紀(jì)孢粉記錄的古環(huán)境特征。在長(zhǎng)江、珠江流域和云南、貴州、廣西等西南地區(qū)，更新世以木本植物孢粉為主，到了全新世主要以喬木孢粉和蕨類孢粉為主，氣候從寒冷干燥向溫暖、濕潤(rùn)演變（李杰等，2013；王曉靜等，2010；童國(guó)榜等，1990；杜榮榮等，2013；王麗娟，1989）。在華北、渤海等北方地區(qū)主要的孢粉組合是草本植物和木本植物花粉占大多數(shù)，氣候由溫暖濕潤(rùn)向溫涼略干演變（張玉蘭等，1987；孟廣蘭等，1987）。在柴達(dá)木盆地、青海湖盆地、新疆地區(qū)主要以草本植物花粉、苔蘚花粉、蕨類植物花粉為主，其古氣候變化分為2個(gè)時(shí)期，前期氣候溫暖濕潤(rùn)，后期氣候干燥（康安等，2003；楊惠秋等，1965；閏順，1991）。美國(guó)、巴西和德國(guó)等地區(qū)主要的孢粉類型是喬木花粉，植被的演變基本上都是從草地或灌叢向喬木演化，最后演化成森林，在該地區(qū)古氣候變化為季節(jié)性干旱—較為濕潤(rùn)—濕潤(rùn)—溫暖—寒冷（Edwards，M.E，1990；Hermann Behling et.al，2004；Christoph Herbig et.al，2013）。日本、韓國(guó)和尼泊爾及東亞地區(qū)第四紀(jì)植被最終演化為闊葉落葉林或針葉闊葉林，其氣候變化為溫暖—寒冷干燥—溫暖（Zhuo Zheng et.al，2011；Chull-Hwan Chung，2007；Chuh Yonebay-

ashi et.al，1997）。

湖泊沉積物是一個(gè)高分辨率的氣候信息庫(kù)，它能很好地記錄湖泊流域內(nèi)氣候變化的特征，具有分辨率高、連續(xù)性強(qiáng)、信息量大的特點(diǎn)。安成邦等學(xué)者研究亞洲中部干旱區(qū)的湖泊沉積記錄發(fā)現(xiàn)，全新世氣候變化具有明顯的階段性；而有效濕度的變化框架有一致性變化，與亞洲季風(fēng)變化模式存在著一定的差異性。

在梵凈山的國(guó)內(nèi)古生態(tài)研究中，代表性的文章有《貴州梵凈山九龍池一萬年以來的植被和氣候變化》（陳佩英等，1992）；《貴州省梵凈山九龍池剖面全新世孢粉組合與古環(huán)境》（陳佩英，1989）；《定量重建貴州梵凈山一萬年以來的植被與氣候》（喬玉樓等，1996）。達(dá)成的普遍共識(shí)為在孢粉分析和14C測(cè)定年齡資料的基礎(chǔ)上，以現(xiàn)代梵凈山植被帶及其氣候狀況進(jìn)行類比，定量重建貴州梵凈山1萬年以來的古植被和古氣候演化歷史，將其劃分為升溫期，高溫期和降溫期。然而由于14C測(cè)年樣品太少，所以分析結(jié)果有待進(jìn)一步研究。

2 研究?jī)?nèi)容、研究目標(biāo)及擬解決的關(guān)鍵問題

2.1 研究?jī)?nèi)容

（1）梵凈山末植被與氣候演化過程：通過對(duì)該區(qū)域地層剖面AMS14C定年，孢粉提取與鑒定，結(jié)合孢粉，大化石和定年結(jié)果進(jìn)行分帶，分析不同時(shí)間序列孢粉組合特征，反演梵凈山全新世以來古植被與古氣候演變過程。

（2）湖泊全新世沉積特征：通過梵凈山九龍池的湖泊沉積物的環(huán)境代用指標(biāo)的分析，獲得湖泊沉積物的氣候周期變化信息，分析全新世以來梵凈山湖泊記錄氣候演化特點(diǎn)，對(duì)其氣候的驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行探討。

2.2 研究目標(biāo)

本文以重建梵凈山古環(huán)境為出發(fā)點(diǎn)，研究梵凈山九龍池沼澤剖面在時(shí)間尺度上的孢粉記錄及湖泊沉積特征，旨在揭示梵凈山古植被、古氣候與古環(huán)境的特征，反演其古環(huán)境的演變過程。

2.3 擬解決的關(guān)鍵問題

（1）重建梵凈山全新世以來的主要古植被類型。

（2）揭示梵凈山全新世以來的古氣候與古環(huán)境特征，反演其古環(huán)境演變過程。

3 研究方案

本文以反演梵凈山古環(huán)境演變過程為出發(fā)點(diǎn)，擬在貴州省銅仁市江口縣梵凈山九龍池的洼地沼澤上，采用野外采樣和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合的方法進(jìn)行研究，具體方案如下。

3.1 梵凈山全新世植被氣候與演變

3.1.1 研究地點(diǎn)

研究地點(diǎn)梵凈山位于貴州省銅仁市江口縣內(nèi)，地理坐標(biāo)為N27°53′03″，E108°41′56″。前期樣品采集與處理：在梵凈山九龍池剖面，對(duì)淤泥部分進(jìn)行連續(xù)采樣，并按5 cm間隔對(duì)該樣品進(jìn)行分樣，對(duì)黏土部分主要按10 cm或20 cm分層取樣。樣品除去風(fēng)化表面，自下而上采集，避免花粉受污染，然后將其密封保存。

3.1.2 樣品分析

用常規(guī)酸堿法處理樣品，重液懸浮結(jié)合過篩法收集孢粉，在光學(xué)顯微鏡下對(duì)該樣品進(jìn)行孢粉鑒定。并在所采樣品中選擇3～4個(gè)樣品進(jìn)行AMS14C定年。

3.1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Tilia軟件對(duì)孢粉類型進(jìn)行聚類分析，以完成孢粉分帶，并繪制孢粉圖式。

3.2 梵凈山九龍池湖沼沉積物特征

（1）實(shí)驗(yàn)分析法。對(duì)沉積物的各種代用指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，利用Masttersize 2000型激光粒度儀測(cè)試樣品的粒度；用MAT-253質(zhì)譜儀測(cè)量C、N同位素值；利用磁化率儀進(jìn)行高、低頻率磁化率的測(cè)試；用Flash EA 1112 HT 型元素分析儀來測(cè)定樣品總有機(jī)碳和總氮的含量，并且計(jì)算出總有機(jī)碳與總氮的比值（C/N）。

（2）數(shù)據(jù)處理法。運(yùn)用Bayesian年代—深度模型對(duì)已有的14C年代數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，重建巖芯的時(shí)間序列。

4 研究結(jié)果初探

4.1 全新世以來梵凈山植被對(duì)氣候變化的響應(yīng)

2015年8～10月，對(duì)梵凈山九龍池全新世鉆孔樣柱狀樣品進(jìn)行孢粉分析。從孢粉記錄看，第四紀(jì)孢粉記錄了提名地全新世植被與氣候的變化。植被演化過程為草甸和闊葉落葉林—常綠落葉闊葉混交林—落葉闊葉林和草甸，氣候的演化過程為溫涼干燥—溫暖濕潤(rùn)—溫涼干燥。

梵凈山完整地記錄了全新世早期、中期、晚期的生態(tài)環(huán)境特征，并且在全新世中期存在一個(gè)穩(wěn)定的氣候適宜期。其中，水青岡的孢粉的含量在這一時(shí)期一直是比較高的，并且是一直處于平穩(wěn)狀態(tài)，鐵杉的含量雖然低，但是在這一時(shí)期一直是有存在的，并且在距今9 000年左右發(fā)現(xiàn)冷杉花粉。

在全新世早期（9516aBP—9903aBP），草本含量較高，闊葉落葉木本也具有相對(duì)較高的含量，此外松屬花粉及蕨類孢子含量也較高，而闊葉常綠木本花粉含量較少。氣候變化不穩(wěn)定，氣候以溫涼干燥為主。

在全新世中期（3852aBP—9516aBP），常綠闊葉成分開始占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位，而草本含量急劇降低，落葉闊葉類及針葉類花粉也都略微減少，蕨類孢子含量明顯降低。氣候溫暖濕潤(rùn)，降雨量多。這個(gè)時(shí)期屬于全新世氣候適宜區(qū)。

在全新世晚期（248aBP-3852aBP），草本逐漸增多，常綠闊葉類花粉顯著減少，落葉闊葉類花粉總體含量減少，同時(shí)屬種組成也有明顯轉(zhuǎn)變，松屬花粉及蕨類孢子都有明顯增加。氣候轉(zhuǎn)變?yōu)闇貨龈稍?，降雨量少?/p>

花粉含量及氣候信息如圖1所示；孢粉百分含量圖譜如圖2所示。

4.2 梵凈山孢粉記錄的全新世以來植被隨海拔變化

全新世時(shí)期梵凈山以常綠落葉闊葉混交林為主，同時(shí)混生有少量的針葉類型，并且在個(gè)別時(shí)期的局部環(huán)境中有草原或草甸的形成。因此，該時(shí)期的演化很好地體現(xiàn)了梵凈山亞熱帶山地氣候下的植被特點(diǎn)，即常綠落葉闊葉混交林和亞高山針闊混交林生態(tài)交錯(cuò)帶的植被。在這樣的交錯(cuò)帶中，植被對(duì)氣候的響應(yīng)十分明顯：當(dāng)氣候變?yōu)闇嘏睗駮r(shí)，低海拔植被和常綠成分增多，植被垂直帶譜向上移動(dòng)，并在全新世中期達(dá)到頂峰；而氣候變得相對(duì)寒冷干燥時(shí)，高海拔植被向下擴(kuò)張，落葉成分增加，同時(shí)在局部環(huán)境下開始發(fā)育草原或草甸，植被垂直帶譜向下移動(dòng)，因此較好地展現(xiàn)了梵凈山的高山效應(yīng)。

參 考 文 獻(xiàn)

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