华南亚热带末次冰期以来气候变化的植被响应与人类活动

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为加深对我国亚热带末次冰期以来季风气候变化,植被演变和人类活动影响的认识,本文对取自于我国亚热带的314个表土样品,一系列的山地湿地钻孔,以及三个福州盆地钻孔进行了多指标研究,主要包括高精度AMS14C测年,孢粉,烧失量,色度,磁化率,粒度和微体古生物等分析。  对我国亚热带314个表土样品气候插值分析发现降雨和样点经度关系比较密切,自东西向,降雨也逐渐降少,这一规律与东南季风气候相关。对亚热带东部贵州梵净山及亚热带西部云南高黎贡山样点区表土与垂直植被带进行分析,表土样点气候插值获得的气候数据显示随着海拔的上升,气温基本同步降低,而降雨也有所减少,导致了山地植被垂直带显著变化,说明样点所在区植被地带更替受温度和降雨影响较大,尤其是海拔的升高导致的温度下降,在垂直植被带的变化更加显著。  亚热带湿地钻孔高精度AMS14C测年结果显示,我国亚热带山地泥炭广泛发育,其中超过1/3的钻孔达到末次冰期,部分钻孔年龄>43000a BP,其中超过30ka的钻孔剖面如亚热带东部的水竹洋(SZY)和李家坊(LJF),以及亚热带西部的草海(CH01),黑土寨(HTZ),娘娘山(NNS)等,但是亚热带中部长时间尺度泥炭钻孔相对缺乏。  根据多个亚热带山地泥炭剖面高精度AMS14C和高分辨率多指标综合分析,证实末次冰期-间冰期旋回期间亚热带植被在常绿-落叶林之间变化。  氧同位素(MIS)3阶段中-晚期(ca.50-30cal kaBP),亚热带东部主要为亚热带常绿阔叶林,亚热带西部NNS泥炭钻孔在ca.37-32cal ka BP阶段色度揭示了温暖的气候条件,指示亚热带区域温暖湿润的亚热带气候。  NNS泥炭钻孔色度指标指示在ca.32-23cal ka BP期间气候开始变得干冷,与SZY泥炭钻孔在ca.30-24cal ka BP期间的植被类型相对应。该阶段亚热带东部植被表现为以栎属(Quercus),水青冈(Fagus)和桤木属(Alnus)为主常绿-落叶阔叶林,反映北亚热带地带性植被常绿-落叶阔叶林空间上向南转移。  在末次盛冰期(LGM)期间(ca.24-16cal ka BP),植被以水青冈(Fagus)为主的落叶阔叶林,以及少量的高山灌木林,并没有出现草原植被的扩散,高含量水青冈推测LGM期间温度比现在低5.5℃,降雨量减少约540mm。亚热带东部SZY钻孔低浓度的孢粉浓度以及西部南屯(NT)和NNS泥炭钻孔烧失量和色度指标与葫芦洞石笋氧同位素高值阶段以及格陵兰岛冰芯氧同位素低值阶段相对应,或许与北纬65°N低太阳辐射相关。  冰后期阶段(ca.16-12.9cal ka BP),高山灌木(Ericaceae)大幅减少,针叶林比重增加,但并无明显优势种,植被表现为落叶-常绿阔叶-针叶混交林,气候条件较上LGM阶段回暖。NT钻孔同时期(ca.15.6-12.7cal ka BP),色度和烧失量指示了温暖湿润的气候,与董哥洞石笋以及冰芯氧同位素指示的Bolling-Allerod温暖气候相吻合。  在ca.12.9-10.6cal ka BP期间大量出现的鹅耳枥属(Carpinus),枫杨属(Pterocarya)和水青冈属(Fagus)等高山落叶林种属,同时NT钻孔L木明显增加,而550℃烧失量大幅下降,指示了较为寒冷的气候,或是对新仙女木事件的响应。新仙女木事件后,董哥洞石笋记录的季风开始增强,SZY钻孔沉积物由浅湖相粘土转变为富含植物残骸的泥炭以及草本含量的增加指示了当地泥炭沼泽的发育,这可能与北半球碳储积有关。  在早全新世(ca.10.6-8.2cal ka BP)期间,以松属(Pinus)为主的针叶林比重进一步增加,推测该时期气候比较温凉。亚热带西部NT泥炭钻孔同时期(ca.12.7-7.4cal ka BP)的色度以及550℃烧失量同样指示了相对干冷的气候。  在中全新世(ca.8.2-4.9cal ka BP)期间,亚热带东部和西部泥炭钻孔指标揭示的气候环境表现出不同步现象。SZY钻孔揭示植被为以栎属(Quercus)为优势种群的常绿阔叶林,指示了温暖潮湿的气候环境,对应着全新世大暖期。同时湿地草本莎草科(Cyperaceae)花粉大量增加并达到最大值,反映亚热带东部泥炭沼泽进入全盛时期。而亚热带西部NT钻孔(ca.7.4-5.6cal ka BP)阶段色度及烧失量指标反映了相反的气候环境,指示了冷干的气候。在ca.5.6-4.4cal ka BP期间,泥炭开始发育,较亚热带东部SZY钻孔晚了约3000年。该阶段550℃烧失量明显大幅增加,为整段岩芯中的最高段,色度参数L*在整条曲线上处在最低的位置,指示了较高的生产力水平,反映了温暖潮湿的气候条件。  全新世中晚期(ca.4.9-2.5cal ka BP),植被仍然以为栎属(Quercus)为优势种群的常绿阔叶林,但相对大暖期要缩小很多,同时高山灌木杜鹃花科(Ericaceae)花粉出现了第二次大幅增加,禾本科(Poaceae)取代了以莎草科(Cyperaceae)为主的湿地草本,反映湿地沼泽开始出现萎缩,表现为干冷的气候。常绿阔叶林的缩小,或许与董哥洞石笋记录的开始季风减弱相关。NT钻孔ca.4.4cal ka BP后记录的550℃烧失量,色度L*、a*和b*等参数反映了较低的生产力水平,也指示了寒冷干燥的气候条件,表明亚热带东西部自全新世中晚期后气候变化又开始保持一致。  SZY泥炭钻孔以及福州盆地的钻孔都记录了的晚全新世ca.2.5cal ka BP以来人类活动对植被的影响。亚热带山地泥炭钻孔SZY揭示,栎属(Quercus)大幅减少,取而代之的是以禾本科(Poaceae),松属(Pinus)以及芒箕属(Dicranopteris)孢子为主的伴人花粉大幅增加,尤其是在ca.1.3cal ka BP之后表现特别突出,而低海拔的福州盆地植被则从ca.2cal ka BP开始发生实质性的变化,反映了人类活动对植被的强烈影响。  亚热带东部福州盆地FZ钻孔高分辨率的孢粉,磁化率,粒度以其他微体古生物等多指标记录揭示了该地区晚更新世-早全新世以来的沉积环境演变以及人类活动对植被的影响。  福州盆地钻孔记录了全新世海侵以及晚全新世海退的演变历史,AMS14C测年记录了全新世海进以及海退的时间分别为ca.9cal ka BP和ca.1.9cal ka BP。FZ4钻孔主要以粘土,粉砂和砂为主,为晚更新世以来沉积物,主要包括河流相,淤泥质潮滩相,以及砂滩相三种沉积相。钻孔底部为晚更新世至早全新世为河流相沉积,全新世ca.9cal ka BP海进后形成的潮滩相沉积,中全新世主要为潮滩相沉积以及之后突然出现的沙滩沉积,以及ca.1.9cal ka BP海退后的河流相沉积。  综合其他各项指标与孢粉分析结果,我们发现在ca.9-7.5cal ka BP期间福州盆地主要以Castanopsis/Lithocarpus和Quercus为主,指示茂密的亚热带常绿阔叶林景观,而高含量的木本花粉和频繁出现的热带种类以及红树林花粉,代表着温暖湿润的气候,或许与该期间夏季风的加强有关。在ca.7.5cal ka BP后,植被发生了明显的变化,此时针叶(松属),落叶(枫杨属)和草本含量明显增加,或许与董哥洞δ18O记录的夏季风减弱相关。在ca.7-2cal ka BP期间,沉积物变粗,指示河流搬运作用的增强,原本海湾环境的福州盆地开始堆积大量沉积物。水生草本的大量增加以及同时蕨类也伴随增加,指示了海水逐渐退出,以及一些湿地浅沼的出现。期间松属(Pinus)大量增加并达到整个剖面的最大值,时间上刚好与6.3ka事件相吻合。ca.2cal ka BP后,禾本科以及蕨类(主要为Dicranopteris)突然大量增加,指示了当地植被发生了实质性的改变,这或许与秦汉时期强烈的人类农业耕种活动有着密切的关联。
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