趙辰辰，王永波，胥勤勉

1.首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048

2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170

第四紀(jì)作為地質(zhì)歷史上最接近現(xiàn)代的一個(gè)時(shí)期[1]，其植被、氣候演化歷史對(duì)于深入理解不同時(shí)間尺度全球氣候變化機(jī)制以及預(yù)測(cè)未來(lái)變化趨勢(shì)具有重要科學(xué)意義[2]，備受國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者關(guān)注。

孢粉化石由于耐腐蝕、易散布、產(chǎn)量大等特點(diǎn)，廣泛分布于不同類型的沉積物中，作為重要的陸源生物指標(biāo)，其種屬組成可以忠實(shí)地記錄過(guò)去植物群落的組合特征，被廣泛應(yīng)用于過(guò)去植被演化歷史重建當(dāng)中[3]。同時(shí)，根據(jù)區(qū)域植被組成的演化，可以有效地獲取過(guò)去氣候變化信息，因此，在古氣候重建中發(fā)揮著重要作用。早在20世紀(jì)20年代，北歐泥炭記錄中的孢粉記錄就被應(yīng)用于全新世氣候重建當(dāng)中[4]。隨后在20世紀(jì)50年代，國(guó)內(nèi)孢粉學(xué)研究逐步發(fā)展起來(lái)，并取得了一系列的卓越成果，建立了不同時(shí)間尺度的植被、氣候演變序列[5-7]。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代花粉過(guò)程研究的深入以及統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在古環(huán)境演化中的應(yīng)用，基于孢粉化石組成的過(guò)去植被、氣候演化歷史研究也逐步由定性分析向定量重建的方向發(fā)展[8]。孢粉化石組成作為陸生植被系統(tǒng)演替的直接證據(jù)，在恢復(fù)過(guò)去植被、氣候環(huán)境演化研究中發(fā)揮著不可替代的作用。

近幾十年來(lái)，基于一系列的沉積物鉆孔和剖面樣品孢粉分析，對(duì)我國(guó)第四紀(jì)時(shí)期的植被、氣候演化進(jìn)行了探討（表1）。然而，受樣品材料限制，在百萬(wàn)年時(shí)間尺度上利用孢粉為代用指標(biāo)開(kāi)展古氣候重建的研究仍較少，且多數(shù)文獻(xiàn)僅局限于對(duì)自身沉積序列數(shù)據(jù)的分析，缺乏系統(tǒng)的氣候描述及區(qū)域間的綜合對(duì)比分析。研究表明，對(duì)不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的孢粉分析結(jié)果進(jìn)行空間上的作圖分析可以更有效地獲取宏觀區(qū)域尺度上的植被及氣候演化規(guī)律[9-10]。因此，本文擬對(duì)2.5 Ma以來(lái)我國(guó)陸地孢粉研究記錄進(jìn)行搜集和系統(tǒng)整理，通過(guò)空間插值分析獲取孢粉組成在空間上的分布特征以及時(shí)間上的演化歷史，進(jìn)一步揭示孢粉記錄中所保存的第四紀(jì)古氣候演化信息。

表1 中國(guó)2.5 Ma以來(lái)陸地孢粉記錄Table 1 List of pollen records since 2.5 Ma from Chinese continent

續(xù)表1

1 區(qū)域概況

中國(guó)幅員遼闊，復(fù)雜多樣的地形和氣候條件形成了豐富多樣的植被類型。受緯度及相應(yīng)的熱力分布差異影響，從南到北地帶性植被有北熱帶季雨林、南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林、中亞熱帶常綠闊葉林、北亞熱帶常綠落葉混交林、暖溫帶落葉闊葉林、溫帶針闊葉混交林和寒溫帶針葉林等[59]。同時(shí)，我國(guó)地處典型的季風(fēng)氣候區(qū)，在亞洲夏季風(fēng)的影響下年降水量呈現(xiàn)出明顯的由東南沿海向西北內(nèi)陸逐漸減少的趨勢(shì)，從東南到西北呈現(xiàn)出由森林、草原逐漸過(guò)渡到荒漠的植被分布特征。此外，不同海拔高度上，氣候要素對(duì)植被生長(zhǎng)的影響呈現(xiàn)較大的差異，山地地形氣候的地帶性差異使得山地植被存在明顯的垂直地帶性分異。尤其是青藏高原地區(qū)，因其海拔效應(yīng)而形成獨(dú)特的氣候環(huán)境，發(fā)育了典型的高寒草甸、高寒草原等植被類型。

在中國(guó)植被區(qū)劃的基礎(chǔ)上，為方便對(duì)比分析，我們將研究區(qū)分為4個(gè)主要區(qū)域：北方地區(qū)、南方地區(qū)、西北地區(qū)及青藏高原地區(qū)（圖1）。（1）北方地區(qū)主要包括華北平原、東北平原、黃土高原、長(zhǎng)白山及太行山等地區(qū)。其中東北平原和長(zhǎng)白山地區(qū)現(xiàn)代植被以溫帶針闊混交林、森林草甸草原為主；華北平原和太行山以櫟林、油松林和灌木草原等為主；黃土高原南部以松櫟林為代表的森林草原為主，北部以長(zhǎng)芒草、蒿為代表的干草原為主。（2）南方地區(qū)為中國(guó)東部季風(fēng)區(qū)南部，主要是秦嶺-淮河一線以南，包括長(zhǎng)江中下游平原、珠江三角洲平原、四川盆地、云貴高原等地形區(qū)。本地帶以亞熱帶常綠闊葉林為鮮明特征，按照不同的水分條件、海拔高度以及不同緯度形成的植被組合可進(jìn)一步分為半濕潤(rùn)常綠闊葉林、季風(fēng)常綠闊葉林和中山濕性常綠闊葉林。（3）西北地區(qū)主要包括準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地、阿爾泰山、天山及內(nèi)蒙古高原等，區(qū)域性植被包括東疆山間盆地戈壁荒漠植被、河西走廊荒漠草原植被以及內(nèi)蒙古高原荒漠草原植被。（4）青藏高原地區(qū)包括青藏高原及柴達(dá)木盆地，植被主要為干旱荒漠灌叢植被、高寒灌叢草甸及山地寒溫性云冷杉針葉林等[60]。

圖1 第四紀(jì)古孢粉記錄的空間分布及4個(gè)研究區(qū)域A.西北地區(qū)，B.青藏地區(qū)，C.北方地區(qū)，D.南方地區(qū)。黃色點(diǎn)為有年代標(biāo)尺的記錄，紅色點(diǎn)為無(wú)具體年代標(biāo)尺的記錄，記錄詳情見(jiàn)表1。Fig.1 The distribution of Quaternary pollen records collected in this study for four sub-regions A-Northwest China,B-Qinghai-Tibetan Plateau,C-North China,D-South China The yellow dots are records with age control,while red dots represent records without age control,detailed information refer to Table 1.

2 研究方法

2.1 孢粉記錄的獲取

為獲取中國(guó)第四紀(jì)植被演替信息，對(duì)已發(fā)表的3.0 Ma以來(lái)我國(guó)陸地孢粉文獻(xiàn)資料進(jìn)行收集整理，共獲取到時(shí)間跨度在0.5 Ma以上且有明確孢粉數(shù)據(jù)資料的記錄有48個(gè)，其中時(shí)間跨度在1.5 Ma以上的有24個(gè)（圖1，表1）。大部分記錄中的樣品取自沉積物巖芯（34個(gè)）、剖面（11個(gè)）。在空間分布上，所獲取的記錄主要集中在北方地區(qū)（19個(gè)）和南方地區(qū)（14個(gè)），青藏高原地區(qū)（12個(gè)）尤其是西北地區(qū)（3個(gè)）記錄相對(duì)較少。此外，所收集的記錄中的32個(gè)記錄有明確的測(cè)年結(jié)果及年代學(xué)框架，占記錄總數(shù)約67%，測(cè)年方法以古地磁、釋光和ESR測(cè)年為主；剩余16個(gè)無(wú)具體年代學(xué)標(biāo)尺的記錄中，部分記錄對(duì)樣品進(jìn)行了詳細(xì)的沉積地層學(xué)的描述（4個(gè)），依據(jù)地層年代對(duì)樣品所處的年代進(jìn)行了推算。

2.2 特征種屬的空間分布及時(shí)間演化規(guī)律

為獲取第四紀(jì)植被演化的時(shí)間、空間規(guī)律，本文對(duì)有具體年代標(biāo)尺且孢粉百分比含量數(shù)據(jù)較為完整的記錄進(jìn)行空間插值分析。選取在記錄中廣泛分布且含量較高的6種孢粉種屬進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括木本花粉3種：松屬（Pinus）、云/冷杉屬（Picea/Abies）和樺木屬（Betula），草本花粉 3 種：蒿屬（Artemisia）、藜科（Chenopodiaceae）和禾本科（Poaceae）。根據(jù)文獻(xiàn)資料中各鉆孔孢粉數(shù)據(jù)記錄的氣候演化趨勢(shì)，同時(shí)考慮亞洲夏季風(fēng)在第四紀(jì)所呈現(xiàn)出階段性的變化趨勢(shì)，我們對(duì)2.5、2.0、1.5、1.0、0.5、0 Ma這6個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的6種特殊種屬的孢粉百分含量進(jìn)行了分析探討。

為了更清晰地展示特征種屬在時(shí)間尺度和空間尺度上的變化規(guī)律，運(yùn)用ArcMap 10.4.1程序?qū)?個(gè)特征種屬的數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)量分級(jí)（表2），隨后采用反距離加權(quán)方法（Inverse Distance Weighting）對(duì)分布不均勻的孢粉記錄進(jìn)行空間插值，從而獲取不同時(shí)間的孢粉種屬百分含量的空間分布特征（圖2—8）。由于3.0～2.5 Ma時(shí)段孢粉記錄較少，未進(jìn)行空間插值分析；同時(shí)，為了保證空間上的分辨率，對(duì)2.5 Ma以來(lái)少數(shù)部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失的鉆孔，利用較近距離的兩個(gè)以上樣品點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，進(jìn)而得出各鉆孔在不同時(shí)間段的特征種屬百分含量。

表2 特征孢粉種屬ArcMap插值分級(jí)Table 2 Classification of selected pollen species for interpolation in ArcMap

2.3 孢粉記錄的過(guò)去氣候變化信息

為了更清晰地展示孢粉記錄中的氣候變化信息，從48篇古氣候記錄中篩選了25篇有具體氣候變化描述的文獻(xiàn)，其中包括21篇有具體年代標(biāo)尺的記錄和4篇有地層年代描述的記錄。通過(guò)建立氣候指數(shù)的方法[61-64]，將所搜集文獻(xiàn)中的氣候變化信息（濕度、溫度）轉(zhuǎn)化為半定量的氣候干濕（冷暖）指數(shù)：+2，+1，-1，-2；其中，+2 表示記錄中最為濕潤(rùn)（溫暖）的氣候階段，+1表示氣候相對(duì)偏濕（偏暖）的狀態(tài)；相應(yīng)的，-1則表示氣候相對(duì)偏干（偏冷）的階段，而-2表示記錄中最為干旱（寒冷）的時(shí)期。依據(jù)以上規(guī)則，結(jié)合參考文獻(xiàn)記錄中的氣候演化階段劃分及氣候環(huán)境描述，將25篇文獻(xiàn)中的氣候變化信息轉(zhuǎn)化為4個(gè)等級(jí)的氣候指數(shù)，并結(jié)合相應(yīng)年代得到氣候指數(shù)變化序列（圖8），開(kāi)展氣候記錄間以及不同區(qū)域間的對(duì)比分析。

3 結(jié)果

3.1 特征孢粉種屬時(shí)空分布特征

在所選取的6種特征種屬中，木本花粉中松屬（Pinus）在各記錄中廣泛分布，且普遍呈現(xiàn)出較高含量（最高可達(dá)80%）。同時(shí)，在所搜集到的第四紀(jì)時(shí)期孢粉記錄中，松屬花粉主要分布在北方地區(qū)，在青藏高原東北部也有所分布，含量較低（約10%）（圖2）。另一方面，在時(shí)間分布上，2.5 Ma以來(lái)松屬百分含量呈現(xiàn)波動(dòng)變化，在1.0 和0 Ma時(shí)間段內(nèi)整體含量較高，其余時(shí)段含量較低（圖2）。

云/冷杉屬（Picea/Abies）花粉的百分含量變化范圍為0～40%，但由于獲取的資料中云/冷杉屬的記錄較少，僅利用ArcMap程序進(jìn)行數(shù)據(jù)分級(jí)，未能進(jìn)行插值分析。從圖3可以發(fā)現(xiàn)，2.5～2.0 Ma該種屬主要出現(xiàn)在北方地區(qū)，同時(shí)在青藏地區(qū)有所分布；2.0 Ma時(shí)段內(nèi)北方地區(qū)云/冷杉屬孢粉百分含量略有減少，主要分布于青藏地區(qū)。2.0～1.5 Ma其百分含量較上一階段整體下降，而1.5～0.5 Ma又有顯著升高。自0.5 Ma以來(lái)，云/冷杉孢粉含量在青藏地區(qū)有所上升，北方、西北地區(qū)呈減少趨勢(shì)。

樺木屬（Betula）花粉百分含量整體較低，為0～15%，主要分布在我國(guó)北方地區(qū)。對(duì)樺木屬進(jìn)行數(shù)據(jù)分級(jí)和空間插值分析表明，1.0 Ma以前孢粉含量在青藏高原東緣略有增高，但北方地區(qū)變化不明顯；除北方地區(qū)外，該孢粉含量在0.5 Ma前后明顯增多且在多數(shù)記錄中出現(xiàn)峰值后，孢粉含量明顯下降（圖4）。

草本花粉中蒿屬（Artemisia）百分含量為0～75%，從圖5中我們可以發(fā)現(xiàn)蒿屬主要分布在北方和青藏地區(qū)。對(duì)蒿屬進(jìn)行數(shù)據(jù)分級(jí)和插值分析表明： 2.5～2.0 Ma孢粉百分含量在青藏地區(qū)逐漸增多，而北方地區(qū)略有減少，在該時(shí)間段內(nèi)蒿屬主要分布于青藏地區(qū)。2.0～1.5 Ma蒿屬百分含量整體呈現(xiàn)小幅度升高，而隨后1.5～1.0 Ma整體減少。自1.0 Ma以來(lái)，蒿屬花粉孢粉百分含量又呈現(xiàn)整體上升的趨勢(shì)，尤其是在最后0.5 Ma時(shí)段內(nèi)明顯增加。

藜科（Chenopodiaceae）花粉在記錄中的百分含量為0～75%，由于記錄空間分布的限制，該科花粉主要分布在北方地區(qū)和青藏地區(qū)。此外，空間插值分析結(jié)果（圖6）表明，2.5～2.0 Ma藜科花粉含量整體較低，隨后在1.5～1.0 Ma期間含量略有增加。1.0 Ma以來(lái)孢粉含量顯著增加，且在空間分布范圍上明顯擴(kuò)大。

圖2 2.5 Ma以來(lái)松屬花粉含量的時(shí)空變化Fig.2 Temporal and spatial distribution pattern of Pinus pollen since 2.5 Ma

禾本科（Poaceae）的百分含量為0～60%，在各區(qū)域內(nèi)分布較為均勻。在2.5 Ma除南陽(yáng)盆地NYbz1、NYbz2鉆孔[31]的禾本科含量異常偏高外，整體含量呈波動(dòng)變化。1.5～1.0 Ma禾本科孢粉含量在青藏地區(qū)略有升高，而自1.0 Ma以來(lái)，禾本科含量整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，尤其是我國(guó)東部的平原地區(qū)（圖7）。

3.2 氣候記錄溫濕指數(shù)分析

在北方地區(qū)搜集到的古氣候記錄中，8個(gè)記錄有具體年代標(biāo)尺和詳細(xì)氣候演化描述，這些記錄中所反映的3.0 Ma以來(lái)中國(guó)北方地區(qū)的氣候演化過(guò)程大體表現(xiàn)為：3.0～2.5 Ma氣候較為溫暖濕潤(rùn)，2.5～2.0 Ma逐漸變冷，氣候偏干，2.0～1.0 Ma氣候逐漸變濕，1.0～0.5 Ma氣候溫和偏濕，0.5Ma以來(lái)氣候波動(dòng)頻繁，整體偏暖（圖8）。

南方地區(qū)搜集到的記錄中僅有4個(gè)記錄有具體的年代標(biāo)尺和氣候變化信息。綜合這4個(gè)記錄可以發(fā)現(xiàn)，中國(guó)南方地區(qū)在3.0～2.5 Ma時(shí)段內(nèi)氣候溫暖濕潤(rùn)，2.5～1.5 Ma氣候偏涼且較為干燥，1.5～0 Ma氣候較為濕潤(rùn)（圖8）。

西北地區(qū)獲取記錄較少，僅3個(gè)記錄，均有具體的年代標(biāo)尺和氣候演化歷史的描述，但所涵蓋的時(shí)間較短。從這3個(gè)記錄中可以發(fā)現(xiàn)，中國(guó)西北地區(qū)在1.5～0.5 Ma時(shí)期氣候較為干旱，隨后0.5～0 Ma氣候波動(dòng)頻繁（圖8）。

青藏地區(qū)所搜集的12個(gè)記錄中，10篇記錄有較為具體的年代學(xué)研究結(jié)果和氣候演化階段的描述。該地區(qū)整體呈現(xiàn)如下模式：3.0～2.5 Ma氣候溫暖，2.5～2.0 Ma氣候偏涼偏干，2.0～1.5 Ma氣候整體偏涼，1.5～1.0 Ma氣候波動(dòng)較為頻繁，1.0～0 Ma氣候寒冷偏干（圖8）。對(duì)中國(guó)4個(gè)區(qū)域古氣候記錄進(jìn)行綜合對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，在3.0～2.5 Ma期間氣候整體較為溫暖濕潤(rùn)，2.5～1.5 Ma期間氣候波動(dòng)頻繁，整體偏冷且明顯偏干，1.5～1.0 Ma期間東部地區(qū)氣候偏濕而西北地區(qū)和青藏高原地區(qū)則偏干，1.0 Ma以來(lái)整體氣候波動(dòng)頻繁。

圖3 2.5 Ma以來(lái)云/冷杉花粉含量的時(shí)空變化Fig.3 Temporal and spatial distribution pattern of Picea/Abies pollen since 2.5 Ma

4 討論

4.1 特征種屬孢粉所記錄的第四紀(jì)環(huán)境演化

由于研究資料的限制，本文共搜集到48個(gè)記錄，而其中僅有一半記錄（24個(gè)）中提供了明確的年代學(xué)研究結(jié)果及氣候演化描述（表1）。同時(shí)，所搜集到的記錄主要集中在北方地區(qū)，西北地區(qū)僅搜集到3個(gè)鉆孔記錄，而我國(guó)東北地區(qū)、西藏的西北部以及華南大部分地區(qū)未搜集到相關(guān)記錄。因此，樣品點(diǎn)空間分布上的不均一性，一定程度上限制了孢粉組成的空間插值分析結(jié)果。此外，由于孢粉保存、提取工作的難度，所搜集到的第四紀(jì)時(shí)段孢粉記錄中樣品分析數(shù)量通常僅有幾十個(gè)，樣品分辨率達(dá)數(shù)萬(wàn)年，從鉆孔所獲取的氣候記錄的分辨率較低，因而只能獲取階段性的氣候演化信息，很難提取到周期性的氣候波動(dòng)變化信號(hào)。

在所選取的文獻(xiàn)中出現(xiàn)廣泛且含量較高的6個(gè)特征種屬中，松屬（Pinus）含量較高。現(xiàn)代松屬植物在地球上廣泛分布，在北極圈以南赤道以北的北半球區(qū)域均有分布，在垂向上可分布于0～4 000 m不同海拔高度。我國(guó)是松屬植物重要分布中心區(qū)域之一，種類繁多，幾乎遍及全國(guó)各省區(qū)[65]，松屬花粉含量在50～60%及以上的樣品多出現(xiàn)在海拔2 500～3 200 m[66]。研究表明，松屬植物的花粉產(chǎn)量大[67]，且具有兩個(gè)發(fā)達(dá)的氣囊，可以隨氣流搬運(yùn)到較遠(yuǎn)的距離，導(dǎo)致在無(wú)林區(qū)也會(huì)出現(xiàn)較高含量松屬花粉的現(xiàn)象[68]。同時(shí)，松屬花粉數(shù)量主要受春季溫度影響，溫度越高花粉數(shù)量越多，其他季節(jié)花粉數(shù)量主要受相對(duì)濕度影響，濕度越低，花粉數(shù)量越大[69]。因而，在第四紀(jì)階段內(nèi)松屬花粉在北方地區(qū)含量較高，但在時(shí)間和空間上變化較小，變化趨勢(shì)不明顯，可能與松屬花粉具有兩個(gè)發(fā)達(dá)氣囊易于傳播有很大的關(guān)系。一定程度上也表明，在開(kāi)展松屬花粉研究工作中應(yīng)進(jìn)行更為精確的種屬鑒定，結(jié)合不同花粉的傳播機(jī)制，獲取更為確切的氣候指示意義。

圖4 2.5 Ma以來(lái)樺木屬花粉含量的時(shí)空變化Fig.4 Temporal and spatial distribution pattern of Betula pollen since 2.5 Ma

云杉屬和冷杉屬（Picea/Abies）是暗針葉林的主要建群種，絕大多數(shù)現(xiàn)生種都分布在寒冷地區(qū)。因而在第四紀(jì)沉積物中發(fā)現(xiàn)的云/冷杉屬花粉，通常被視為寒冷氣候的指示物，尤其它們?cè)阪叻劢M合中含量增加，一般被解釋為冰期的到來(lái)[70]。所搜集到的孢粉記錄中云/冷杉屬花粉主要分布于中國(guó)北方、青藏地區(qū)。在2.5～2.0 Ma時(shí)段內(nèi)整體含量偏高，指示氣候相對(duì)偏冷（圖3a）。然而，在2.0～1.5 Ma期間云/冷杉花粉含量整體略有下降，表明氣溫有所回升，氣候偏暖（圖3b）。在1.5～0.5 Ma，其花粉含量在青藏高原地區(qū)再次升高，指示該區(qū)域溫度呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)（圖3c—e），氣候變冷。自0.5 Ma以來(lái)，其百分含量略有增加，指示氣溫有所降低，氣候逐漸變冷（圖3f）。

樺木屬（Betula）為落葉喬木或灌木，喜溫濕，耐水濕，絕大多數(shù)種類分布在北半球溫帶，但對(duì)南方山地也有很強(qiáng)的適應(yīng)性，不少種類散布至亞熱帶、熱帶地區(qū)[71]。對(duì)中國(guó)北方不同植被類型下表土花粉豐度及氣候參數(shù)進(jìn)行對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，樺木屬花粉豐度在一定程度上受年均降水量的影響，花粉豐度與降水量呈正相關(guān)，隨著降水量的增高其豐度值增高[72]。此外，結(jié)合表土花粉和現(xiàn)代植被地理的研究也發(fā)現(xiàn)，樺木屬對(duì)區(qū)域降水量和濕度的變化有很強(qiáng)的指示意義[73]。在1.5 Ma前后，青藏高原東北部地區(qū)樺木屬花粉有所增加，指示該區(qū)域氣候略為濕潤(rùn)（圖4c）。樺木屬花粉0.5 Ma時(shí)在北方和青藏高原地區(qū)出現(xiàn)較為明顯的高值，一定程度上表明該階段區(qū)域氣候較為濕潤(rùn)（圖4e），隨后該種屬花粉含量降低，氣候逐漸變干（圖4f）。

圖5 2.5 Ma以來(lái)蒿屬花粉含量的時(shí)空變化Fig.5 Temporal and spatial distribution pattern of Artemisia pollen since 2.5 Ma

蒿屬（Artemisia）和藜科（Chenopodiaceae）植物都是典型的草原和荒漠草原類植物[74]，同時(shí)由于二者較高的相對(duì)花粉產(chǎn)量，是我國(guó)西部干旱半干旱地區(qū)以及青藏高原地區(qū)樣品中花粉組合的主要成分。蒿屬為草本，在北半球溫帶地區(qū)分布廣泛，以草原為主尤其在草原沙地上特別發(fā)育。藜科同樣多分布于荒漠、干草原尤其以荒漠區(qū)屬種多，其中許多屬種為荒漠植被的主要建群種[75]。樣品中蒿屬和藜科花粉的百分含量變化可以敏感地反映區(qū)域氣候干旱程度，環(huán)境的干旱程度越高，蒿藜所占百分比越高[76]。此外，由于兩個(gè)科屬植物的生態(tài)習(xí)性差異，在干旱地區(qū)，當(dāng)蒿屬、藜科之和占孢粉總數(shù)的一半以上時(shí)，蒿/藜比值（A/C）具有良好的氣候指示意義，被廣泛用來(lái)指示區(qū)域氣候干旱程度的變化[77-78]。所搜集的記錄中蒿屬、藜科的花粉含量在2.5～2.0 Ma期間青藏地區(qū)有所增加，指示該地區(qū)該時(shí)間段較為干旱（圖5a—b，圖6a—b）。隨后，2.0～1.5 Ma階段蒿屬、藜科絕對(duì)百分含量整體呈現(xiàn)小幅度升高，指示氣候進(jìn)一步干旱（圖5b、 c，圖6b,c）；而1.5～1.0 Ma蒿屬百分比含量小幅度減少，表明氣候較為濕潤(rùn)（圖5c、 d，圖6c,d）。自 1.0 Ma以來(lái)，蒿屬、藜科孢粉百分比含量在青藏、西北地區(qū)又呈現(xiàn)出明顯升高的趨勢(shì)，指示區(qū)域氣候再次干旱化（圖5e、f，圖6e、 f）。

圖6 2.5 Ma以來(lái)藜科花粉含量的時(shí)空變化Fig.6 Temporal and spatial distribution pattern of Chenopodiaceae pollen since 2.5 Ma

禾本科（Poaceae）植物的適應(yīng)性強(qiáng)，分布范圍廣泛，屬于非地帶性植物。一方面，禾本科植物為伴人植物，是借助于人類活動(dòng)傳播和擴(kuò)大分布區(qū)的植物[79]，諸多研究表明禾本科植物花粉通?？梢灾甘救祟惢顒?dòng)的影響[80]。另一方面，作為常見(jiàn)的草本植物類型，其花粉含量在一定環(huán)境下與濕度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)[72]。在所搜集到的鉆孔記錄中，禾本科花粉在1.0 Ma之前變化并不明顯，只是南陽(yáng)盆地NYbz1、NYbz2鉆孔的禾本科含量在2.5 Ma時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)明顯高值（圖7a）[31]。自1.0 Ma以來(lái)，禾本科百分含量整體呈現(xiàn)逐步升高的趨勢(shì)，結(jié)合蒿屬和藜科兩種草本植物在該時(shí)間段花粉含量增加所指示的氣候變干趨勢(shì)，禾本科花粉含量的增加一定程度上也受到了整體氣候變干的影響。同時(shí)相較于1.0 Ma，0.5～0 Ma期間禾本科大幅度增加可能受到人類活動(dòng)的影響。因而，禾本科花粉增加可能是自然氣候變干和人類活動(dòng)增加兩者的共同結(jié)果（圖7e、f）。

4.2 孢粉記錄的第四紀(jì)氣候變遷與亞洲夏季風(fēng)演化

由于我國(guó)處于典型的季風(fēng)氣候區(qū)，在全球大氣環(huán)流共同影響下，受太平洋夏季風(fēng)（東南季風(fēng)）、印度洋夏季風(fēng)（西南季風(fēng)）和來(lái)自西伯利亞的冬季風(fēng)的共同控制[81]，區(qū)域內(nèi)植被、氣候演化受季風(fēng)影響顯著，形成了獨(dú)特的環(huán)境格局。在夏季風(fēng)影響區(qū)，降水主要集中在夏季，溫度較同緯度其他地區(qū)高，而冬季溫度較同緯度其他地區(qū)低[82]。

圖7 2.5 Ma以來(lái)禾本科花粉含量的時(shí)空變化Fig.7 Temporal and spatial distribution pattern of Poaceae pollen since 2.5 Ma

在第四紀(jì)階段亞洲冬季風(fēng)的演化歷史研究中，已經(jīng)得出較為一致觀點(diǎn)，認(rèn)為自3.0 Ma以來(lái)冬季風(fēng)逐漸增強(qiáng)。例如，劉東生等在探索亞洲季風(fēng)系統(tǒng)的起源和發(fā)展與兩極冰蓋和區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的時(shí)代耦合性時(shí)提出，冬季風(fēng)加強(qiáng)的時(shí)期可能在3.0 Ma以前就開(kāi)始了，到2.5 Ma時(shí)達(dá)到頂峰[82]。此外，Rea等人在海洋記錄中同樣發(fā)現(xiàn)距今3.6 Ma北太平洋粉塵通量急劇增加，間接地指示了冬季風(fēng)的加強(qiáng)[83]。在對(duì)中國(guó)黃土古土壤序列與日本晚新生代沉積記錄進(jìn)行對(duì)比時(shí)也發(fā)現(xiàn)2.5 Ma冬季風(fēng)加強(qiáng)。另一方面，陜西靖邊黃土剖面砂含量記錄的北方沙漠的階段性擴(kuò)張，表明自3.5 Ma以來(lái)我國(guó)夏季風(fēng)逐漸減弱[84]。綜合孢粉種屬分布和溫濕指數(shù)變化發(fā)現(xiàn)，在3.0～2.5 Ma階段氣候記錄較少，搜集到的資料綜合顯示該階段氣候波動(dòng)較為頻繁，因而氣候變化趨勢(shì)不明顯（圖8）。在2.5～2.0 Ma時(shí)段內(nèi)，蒿屬、藜科孢粉百分含量在青藏地區(qū)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，同時(shí)氣候指數(shù)結(jié)果也指示氣候較為干旱。隨后，在2.0～1.5 Ma階段，蒿屬、藜科孢粉含量整體繼續(xù)升高，指示氣候更為干旱。通過(guò)對(duì)洛川剖面氨基酸分析結(jié)果與氧同位素記錄對(duì)比，向明菊等[85]發(fā)現(xiàn)2.4 Ma氣候由暖濕轉(zhuǎn)向冷干，0.87～0.77 Ma，1.2～1.09 Ma和 2.0～1.87 Ma時(shí)期西北地區(qū)氣候較為干冷。1.5～1.0 Ma期間蒿、藜百分含量略有減少，指示較為濕潤(rùn)的環(huán)境，而自1.0 Ma以來(lái)，蒿、藜百分比含量均明顯增多，木本植物花粉尤其是樺木屬花粉含量在該階段明顯降低，氣候整體寒冷干旱。鄭綿平等[86]通過(guò)研究第四紀(jì)鹽湖沉積發(fā)現(xiàn)，以柴達(dá)木西部—塔里木東部為中心，于 2.36～2.0 Ma、1.62～1.0 Ma和 0.9～0.6 Ma發(fā)生了鹽湖擴(kuò)張，指示西北地區(qū)該時(shí)間段較為干旱。

圖8 孢粉記錄中獲取的氣候（A溫度，B濕度）變化序列Fig.8 Paleoclimate inference （A temperature,B moisture） based on Quaternary pollen records

亞洲季風(fēng)系統(tǒng)中的夏季風(fēng)主要包括兩個(gè)子系統(tǒng)，即源于印度洋的西南季風(fēng)（也稱印度夏季風(fēng)）和源于太平洋的東亞夏季風(fēng)。由于青藏高原的隆升和阻擋，西南季風(fēng)對(duì)青藏地區(qū)的氣候有重要影響[87]，而東亞夏季風(fēng)主要影響我國(guó)東部的南方和北方地區(qū)。相對(duì)于冬季風(fēng)研究，亞洲夏季風(fēng)在第四紀(jì)階段的演化問(wèn)題仍有一定不確定性。有關(guān)西南季風(fēng)的研究中，Jin等通過(guò)對(duì)青藏高原中部湖泊介形蟲(chóng)的δ15O和δ13N的研究發(fā)現(xiàn)，在0.93～0.84 Ma期間西南季風(fēng)減弱[88]。在1.0 Ma期間，青藏地區(qū)云/冷杉含量降低，蒿屬、藜科百分含量增高，指示區(qū)域性干旱，與0.93 ～0.84 Ma印度夏季風(fēng)的衰退有較好的一致性（圖5—6）。在對(duì)東亞夏季風(fēng)的研究中，通過(guò)對(duì)比中國(guó)黃土-古土壤序列與日本晚新生代沉積，Xiao和An發(fā)現(xiàn)晚新生代東亞夏季風(fēng)環(huán)流在1.2 Ma以及0.5 Ma出現(xiàn)明顯的增強(qiáng)過(guò)程[76]。此外，An等根據(jù)黃土磁性地層和穩(wěn)定同位素記錄也發(fā)現(xiàn)1.2 Ma和0.5 Ma是東亞夏季風(fēng)加強(qiáng)的轉(zhuǎn)型點(diǎn)[89]；同時(shí)，臨夏北塬、洛川黑木溝和藍(lán)田馬白坡黃土磁性地層和穩(wěn)定同位素記錄表明東亞夏季風(fēng)存在階段性的變遷，尤其是在 1.2 和0.5 Ma時(shí)期東亞夏季風(fēng)顯著加強(qiáng)[89-90]。受時(shí)間及空間分辨率的影響，孢粉記錄中僅在1.5～1.0 Ma時(shí)段內(nèi)東部地區(qū)呈現(xiàn)出蒿屬孢粉百分含量明顯降低，指示氣候較為濕潤(rùn)，與該時(shí)間段東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)相一致。

結(jié)合第四紀(jì)季風(fēng)研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)孢粉記錄的氣候干濕變化與黃土、海洋記錄中夏季風(fēng)的進(jìn)退具有較好的一致性[89,91]。受2.5 Ma亞洲冬季風(fēng)增強(qiáng)的影響，該階段氣候較為干旱；在1.5 Ma東亞夏季風(fēng)呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢(shì)，帶來(lái)較多降水，氣候濕潤(rùn)，而1.0 Ma以來(lái)冬季風(fēng)增強(qiáng)夏季風(fēng)減弱，青藏與西北地區(qū)氣候又逐漸變干。

5 結(jié)論

不同類型沉積物中所保存的孢粉記錄，在獲取地質(zhì)歷史時(shí)期植被、氣候演化研究中具有重要意義。在百萬(wàn)年時(shí)間尺度上，以孢粉為代用指標(biāo)進(jìn)行古氣候重建的研究目前仍較少，且樣品的時(shí)間分辨率低，在空間分布上還存在顯著的不均一性，一定程度上限制了大空間尺度上的植被演替、氣候變化分析。通過(guò)對(duì)6種特征種屬孢粉含量的時(shí)間、空間分布規(guī)律進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域在2.5～1.5 Ma期間氣候環(huán)境偏冷干且波動(dòng)變化明顯，隨后在1.5～1.0 Ma期間東部地區(qū)氣候偏濕而西北地區(qū)和青藏高原地區(qū)仍偏干，而1.0 Ma以來(lái)整體氣候波動(dòng)頻繁。由于我國(guó)特定的地理?xiàng)l件，受東亞季風(fēng)影響顯著，2.5 Ma以來(lái)氣候的冷暖干濕與東亞季風(fēng)的進(jìn)退有著密切的聯(lián)系。此外，應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展中國(guó)第四紀(jì)長(zhǎng)時(shí)間序列孢粉分析，進(jìn)行古植被、古氣候重建，以填補(bǔ)各個(gè)區(qū)域不同時(shí)間尺度上的研究空白，同時(shí)完善多種環(huán)境代用指標(biāo)的綜合分析以及加強(qiáng)區(qū)域之間的聯(lián)系與對(duì)比研究，更好地理解第四紀(jì)以來(lái)區(qū)域氣候變化尤其是亞洲季風(fēng)的演化歷程。

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