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利用C3植物叶片气孔频度与大气CO2浓度的相关性估算古大气CO2浓度是一种常用的古大气CO2浓度重建方法。本研究主要分为两部分的内容:第一部分通过沿海拔梯度采集样品、标本馆历史标本和人工气候室控制实验三种条件探究广义栎属的四种植物——帽斗栎(Quercus guajavifolia,=Q.guyavifolia)、黄毛青冈(Q.delavayi)、青冈(Q.glauca)和滇青冈(Q.schottkyana)的气孔频度(气孔密度和气孔指数)与大气CO2分压(pCO2)的相关性;第二部分利用建立的气孔频度与大气pCO2的相关关系的校准曲线(calibration curve)和相对应的化石植物的气孔频度来重建古大气CO2浓度。取得了以下研究成果: 1.帽斗栎的气孔频度与大气pCO2的关系 分别研究了帽斗栎沿海拔梯度采集的样品和标本馆历史腊叶标本样品的气孔频度与大气pCO2的关系,发现两种条件下帽斗栎的气孔频度均与大气pCO2呈正相关关系。由于气孔频度与大气pCO2的关系具有种间特异性(species-specific),大多数植物表现为负相关关系,有一部分植物无明显相关性,而只有一小部分植物为正相关关系,所以帽斗栎的正相关关系十分特殊,其内在生理机制有待进一步研究探索。由于气孔指数的结果比气孔密度更为稳定和可靠,本研究确立了帽斗栎气孔指数与大气pCO2的关系式为:SI=-1.483+0.389pCO2(沿海拔梯度采集样品的阳生叶)、SI=0.355+0.291 pCO2(沿海拔梯度采集样品的阴生叶)和SI=-1.306+0.430 pCO2(标本馆历史标本的阳生叶)。这些函数关系可以应用于古帽斗栎(Q.preguyavifolia)化石中估算古大气CO2浓度。而且古帽斗栎化石在中国青藏高原和横断山地区的新近纪后期地层中是优势种,为重建自中新世以来的古大气CO2历史提供了有利的条件。 2.黄毛青冈的气孔频度与大气pCO2的关系 对黄毛青冈沿海拔梯度采集的样品和历史标本样品的气孔频度与大气pCO2的相关性分别作了研究,发现在这两种条件下黄毛青冈的气孔频度均对大气pCO2的变化无明显的响应。说明黄毛青冈的气孔频度与大气pCO2无明显相关性,虽然黄毛青冈在中新世及上新世地层中有丰富的化石,但也不能进行古大气CO2浓度的重建。因为利用气孔频度进行古大气CO2浓度重建必须建立在气孔频度与大气pCO2存在一定的相关性的基础之上。 3.青冈的气孔频度与大气pCO2的关系 对青冈进行气孔频度与大气pCO2相关性研究的样品来源于三个系列:沿海拔梯度采集样品、标本馆历史标本和人工气候室控制实验。发现这三种相互独立的条件得出了一致的结果:青冈的气孔频度与大气pCO2呈负相关关系。并建立了青冈气孔频度与大气pCO2的关系式为:SI=-0.39 pCO2+25.54(沿海拔梯度采集样品的阳生叶)、SI=-0.40 pCO2+25.90(沿海拔梯度采集样品的阴生叶)和SI=-0.37 pCO2+24.11(标本馆历史标本阳生叶)。目前还鲜有研究将这三种条件结合起来探索植物气孔频度对大气pCO2变化的响应情况。三种条件下得出的结果相同,说明青冈的气孔频度能敏锐并稳定地反映大气pCO2的变化,是重建古大气CO2浓度的良好材料。但是目前尚未采集到跟青冈亲缘关系很接近的化石植物材料,暂时还不能用于估算古大气CO2浓度。以后若发现青冈的最近亲缘化石种,必能在重建古大气CO2浓度上发挥重要作用。 4.滇青冈的气孔频度与大气pCO2的关系 对滇青冈历史标本样品和人工气候室控制实验条件下的气孔频度与大气pCO2的相关性分别作了研究,发现在历史标本样品中滇青冈的气孔频度随着大气pCO2的升高呈现了增加的趋势,但反应不够显著;而在人工气候室条件下滇青冈的气孔频度与大气CO2浓度呈正相关关系。滇青冈历史标本样品的气孔频度与大气pCO2的关系不够显著可能是由标本采样量不足导致。以后的工作将增加历史标本的采样量,并且补充沿海拔梯度采集样品的结果,将三者的结果进行综合比较后再判断滇青冈气孔频度与大气pCO2的关系是否是正相关关系。 5.三个晚上新世植物群的古大气CO2浓度重建 利用帽斗栎沿海拔梯度采集的样品和历史标本样品建立的关系式,以昆明浑水塘、维西庆福村和鹤庆红园三地的晚上新世植物群的古帽斗栎化石重建了晚上新世的古大气CO2浓度。由于采集到的化石皆为阳生叶,所以只能应用于通过阳生叶建立的校准曲线中。采用通过沿海拔梯度采集样品的阳生叶建立的关系式重建的昆明浑水塘、维西庆福村和鹤庆红园的古大气CO2浓度分别为207.36±34.25ppm、235.26±25.37 ppm和263.42±24.86 ppm;采用通过标本馆历史标本的阳生叶建立的关系式重建的三地的古大气CO2浓度分别为183.52±54.63 ppm、208.77±37.87 ppm和234.25±22.49 ppm。该结果与已发表的重建结果相比基本一致并略低于其它重建结果,这很可能跟高山栎化石所处的高海拔环境有关,若进行海拔校正,则所得结果(约240~350ppm)与其它重建结果十分吻合。说明帽斗栎气孔频度与大气pCO2的正相关关系也是重建古大气CO2浓度的一种可靠的代理指标。