基于孢粉数据的中国现代与全新世植被定量重建

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:XIAOYU2529
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大尺度的古植被重建是全球变化研究的重点之一,利用孢粉数据定量重建的古植被分布格局可以用来反演古气候的演变过程。中国地形复杂,气候多样,人类活动历史悠久,是进行古植被重建工作的典型区域。本文在前人研究的基础上,利用孢粉的生物群区化方法(Biomization)对中国现代以及全新世的植被进行了细致重建与分析,其意义在于量化古环境的动态变化,为区域全球变化对植被的影响和预测研究奠定基础。生物群区化方法以特征植物功能型(PFTs)来定义生物群区,通过一种标准化数量方法计算孢粉类群的相似得分,以此把孢粉类群转变为生物群区类型,是进行古植被重建的一种有效方法。PFTs是生物群区化过程赖以实现的核心部分,新确立的全球PFTs分类系统使得生物群区化方法可以更准确更客观地把孢粉类群转变为生物群区类型。   本研究利用更新的表土孢粉数据库(包括2324个现代孢粉采样点的孢粉数据以及737个孢粉类群)和改进的生物群区化方法对中国的现代生物群区进行了重建。结果表明,重建的现代生物群区与实际生物群区的符合率为68.8%,很好地反映了中国的现代植被在水平方向和垂直梯度上的实际分布。但某些生物群区的重建结果经常会发生相互混淆,而导致与实际分布不相符,比如寒温带针叶林和混交林与冷温带针叶林和混交林之间,暖温带常绿阔叶林和混交林与热带森林之间,温带灌丛、草原、荒漠与苔原之间。把具有相同生物气候控制条件的生物群区合并组成大生物群区后,重建生物群区与实际生物群区的符合率提高到了80.6%。然而,基于气象数据驱动的全球植被模型BIOME4模拟出的中国现代生物群区与基于孢粉的生物群区重建结果符合率却很低(只有24.8%),说明古环境数据与古植被变化的模型模拟之间的关系还需要吏深层次的研究。生物群区重建错误主要出现在具有相似生物气候特征和相似植被类型的区域以及共享相同植物功能型的生物群区之间,高山地区中等海拔区域的植被过渡带通常是容易发生重建错误的地区。与某一特定时期的植被重建相比,古植被动态格局的重建,尤其是全新世以来多时段的古植被定量重建,能够为人类认识第四纪晚期的植被和气候变化提供更多信息。   本研究利用198个地层采样点的孢粉数据,在千年尺度上重建了全新世以来中国的大生物群区动态格局。结果表明,在全新世早期(12000-8000 BP),冷温带和温带森林普遍向南侵入到现在的暖温带森林区域,而北方地区温带森林匮乏,暖温带森林分布区域比现在萎缩,热带森林生物群区数量稀少,非森林生物群区与现在相比变化不大;在全新世中期,7000-5000 BP时期森林生物群区明显增多且向北和向西推进,草原和灌丛减少,而4000和3000 BP时期森林生物群区减少,草原和灌丛增多;在全新世晚期(3000 BP至今),北方地区的温带森林和南方的热带森林都明显比全新世中期减少,苔原也经常扩展到青藏高原以外的地区,而草原/干旱灌丛的分布区域持续扩张。由于荒漠生物群区在任何时段都很少(只有1个或2个),所以我们无法判断出这一生物群区在全新世的变化过程。根据生物群区在各个时段的分布变化可以推测出全新世的气候演变过程:全新世早期气候偏寒冷,有逐渐变温暖湿润的趋势,但波动频繁;全新世中期相对温暧湿润,但4000 BP以后变冷干;全新世晚期持续寒冷干旱,近现代气候有回暖迹象。10000 BP和4000 BP是全新世植被和气候变化最为显著的两个时段,10000 BP时段的植被变化意味着气候变暖,而4000 BP时段的植被变化则表示气候变冷干。太阳辐射的变化以及东亚夏季风对太阳辐射的响应可能是全新世气候变化的主要驱动因素,人类干扰也是全新世晚期森林减少、草原/灌丛扩张的重要原因。此外,全新世中国的植被和气候变化还表现出明显的局域性特征:内蒙古高原东南部和华北地区北部是不同时段生物群区变化最频繁的区域,不同地区在同一时段的植被和气候演变趋势也不尽相同。丰富的表土孢粉数据、最新的植物功能型分类系统以及更加精确的从孢粉类群到PFTs的划分都使得本研究的中国现代生物群区重建比前人的研究结果更加客观精确,为全新世古植被的细致重建奠定了良好基础;12个时段的古生物群区重建图很好地展现了全新世以来中国的植被和气候变化过程。但是,无论是表土孢粉还是地层孢粉,都存在采样的“地理空隙”,这些地区的孢粉数据收集和研究是将来工作的重点。另外,人类干扰以及植被重建和植被模拟的相关性也是未来孢粉研究工作的重要内容。
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