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气候升温过程中,典型生物门类的物种多样性是增加还是减少?是当前国际生物多样性研究的热点,也是涉及到人类赖以生存的物质基础及可持续发展的重大科学问题。以往生物多样性响应气候变化的研究,主要是通过年际-十年际的观察以及数值模型的预测,很少涉及百年-千年甚至冰期-间冰期气候变化背景下的生物多样性变化规律。实际上,现今的生物多样性格局是在地质历史时期气候长期变化过程中逐渐形成的。 因此,分析地质历史时期气候增温背景下典型地区代表性生物类群物种多样性变化序列和空间迁移过程,是正确理解未来气候变暖对生物多样性影响的关键。最近25ka以来,气候经历了从末次盛冰期、末次冰消期到全新世的大幅度增温过程,全新世大暖期温度较今高了~1-2℃,是研究气候转暖与生物多样性变化关系最理想的类比场景。 黄土高原第四纪黄土地层中保存了丰富的蜗牛化石,是提取长期自然气候变化序列和生物多样性变化序列得天独厚的沉积记录。蜗牛由于其分布的多样性、广泛性、食物链中特殊位置和较少受到人类猎取,成为被学术界关注的适合开展生物多样性-气候变化关系的重点研究案例。 通过对黄土高原274个表土蜗牛组合系统的分析,厘清黄土高原不同区域不同环境地貌单元上陆生蜗牛种类多样性的空间分布特征。在此基础上,通过对黄土高原2个断面上7个黄土剖面512个化石蜗牛组合的系统分析,鉴定出26个属种,建立了末次盛冰期以来(重点冰消期)较高分辨率的陆生蜗牛化石组合序列及蜗牛多样性变化序列,重建了特征时期黄土高原陆生蜗牛多样性空间分布格局,从时间序列和空间格局两个方面论述了末次冰消期气候转暖对蜗牛生物多样性的影响。主要的结果和认识如下: 1.黄土高原现生蜗牛多样性调查研究显示,现生蜗牛多样性具有显著的空间梯度格局,总体上呈现出由东南向西北逐渐减少的趋势;蜗牛多样性与宏观地形地貌的变化具有良好的对应关系。相关分析、典型对应分析和回归分析等结果表明蜗牛物种多样性的地理差异受多种环境因素的共同影响,其中与气候要素密切相关的蜗牛生长季长度、生长期内季节性水热格局配置的差异以及栖息地等因素起主导作用。 2.末次盛冰期以来,蜗牛多样性变化显著,蜗牛物种数(S)变化在1-12之间,复合分异度(H)在0.3-2.4之间波动。物种数和复合分异度呈现相似的变化趋势,盛冰期物种数(~2-7)和复合分异度(~0.3-1.2)都较低,全新世物种数(~4-12)和复合分异度(~0.9-2.2)均达到最高值。末次冰消期增温过程中,蜗牛种数和复合分异度均在~15ka前后显著增加,与冰消期增温开始时间和过程有很好的对应。 3.空间格局上,25ka以来黄土高原东南部地区的蜗牛种数和分异度始终高于西北部地区。西北地区的蜗牛多样性变化最为显著、增幅最大,而东南部地区的多样性波动幅度明显较小。蜗牛多样性时间序列和空间格局的变化均表明,温度升高有利于黄土高原特别是西北生态脆弱区蜗牛多样性的增加。 4.末次冰消期增温过程中,东南部地区蜗牛多样性变化的幅度并不显著,但蜗牛种群结构发生明显变化,体现在不同属种丰度的差异上,不同生态类型的蜗牛种类显示出不同的响应方式,表现为冷干类蜗牛多样性和丰度减少,温湿类蜗牛多样性和丰度增加。随着冰消期气候转暖,不同生态类型的蜗牛种类以不同方式适应温湿度的变化。