青海湖第四纪孢粉分析

青海湖第四纪孢粉分析

杨慧秋等人在20世纪60年代对西湖进行了全面研究，但由于当时的条件，他们无法从湖心获得14c时代的硫酸钠数据。为了进行青海湖第四纪以来的自然环境变迁的研究,中国、澳大利亚、瑞士的科学家合作,于1985年6月用Piston取样器,在现湖区水深25.5m处的湖底,钻取了4.5m长的岩芯柱,并于1986年5月从青海湖二郎尖阶地(海拔3196.48m)钻取井深155.16m的岩芯,两孔取得了具有时间序列的孢粉分析资料。青海湖区半干燥草原区青海湖位于东经99°36′—100°47′,北纬36°33′—37°15′,为一深居内陆的大型高原清泊,处在大通山、日月山、青海南山三山环抱之中,与柴达木成盐盆地相毗邻。面积约为4635km2,湖面海拔3196m,最大水深为28.7m。尽管湖区河流有四十余条,但大部分为间歇河,湖区北部河流多而长,其中以布哈河为最长,流量最大,占入湖总流量的一半。湖区因受新构造上升的影响,形成不同时代的夷平面,湖岸发育多级阶地。湖区1月份平均气温为一12.7℃,极端最低温一30℃,7月份月均温12.4℃,极端最高温28℃,全年平均温度为0.9-2.7℃。在湖区北缘刚察气象台站记录,>10℃的年积温只有267.3℃。尽管湖区年降水量为377—395mm,一般北部降水较其它地方稍高。由于年蒸发量为降水量的3.8倍,因此,湖区属较高寒半干燥草原气候。青海湖区植被现划为环湖高寒灌丛、高寒草甸草原区植被成分比较单一,距湖的外围为芨芨草(Stipasplendeus)草原,局部地段种有青稞、油菜等耐寒、耐旱农作物。芨芨草草原外围为嵩草属(Kobresia)草原化、沼泽化草甸,环湖山地海拔较高地段的阴坡、半阴坡分布有金露梅(Dasiphorafruticosa)-毛枝山居柳(Salixoritrepha)为主的高寒灌丛,湖中水生植物有蓖齿眼子菜(Potamogetonpectinatus)、川蔓藻(Ruppiamaritima)和莎草科的个别属,另外还有丝藻属(Conferra)。本区北部的祁连山局部阴坡(海拔2,500—3,000m)分布有青海云杉(Piceacrassifolia)和青杆(Piceawilsonii),山地的局部阳坡分布有祁连山圆柏(Sabinaprzewalskii)疏林,西部为柴达木荒漠区,东南部为湟水、黄河流域森林温性草原区,其中在3,000m以下局部山地阴坡分布有青海云杉、青杆,更低则有栎属(Quercus)和松属(Pinus)以及虎榛子(Ostryopsisdavidiana)灌丛,在谷地有暖温带乔木树种和农作物,只有在青海湖区与大通河间的大通山区植物的分带较明显,并在2,400—3,150m的森林带生长着西伯利亚白杨(Populussuaveolens)、山杨(P.davidiana)、榆属(Ulmus)、柳属(Salix)、桦属(Betula)、桧(Sabinachinensis)、松、云杉等乔木,林下灌丛有杜鹃(Rhododendronsp.)、花楸属(Sorbus),蕨类植物单调,只见蕨(Pteridiumaquilinum)。蕨类植物花粉通过对QH85-14C钻孔剖面取得的47块孢粉样品分析,样品间距除个别为6cm和12cm外,其它样品均为10cm。分析结果表明,大多数样品富含孢粉,除个别外,每号样统计5张盖玻片(盖片22×22mm2),统计数多在300粒以上,最多时达1,994粒。本钻孔共统计花粉35,400粒,分属40多个科属,其中针叶乔木有冷杉属(Abies)、云杉属(Picea)、松属(Pinus)、柏科,还见个别的铁杉属(Tsuga)、雪松属(Cedrus)、罗汉松属(Podocarpus)等再沉积花粉;落叶阔叶乔、灌木植物有桦属(Betula)、栎、榛属(Corylus)、桤木属(Alnus)、榆属(Ulmus)、椴属(Tilia)、胡桃属(Juglans)、柳等;旱生灌木、半灌木、草本主要有麻黄属(Ephedra)、白刺属(Nitraria)、蒿属(Artemisia)和藜科等;湿生、中生草本有唐松草属(Thalictrum)、莎草科、蓼科等;此外还见水生、沼生草本植物,如:香蒲属(Typha)、眼子菜属(Potamogeton)、双星藻属(Zygnema)、盘星藻属(Pediastrum)。引人注目的是在岩芯中找到了川蔓藻(Ruppiasp.)的种子;蕨类中则有水龙骨属(Polypodium)、中国蕨属(Sinopteris)和中华卷柏(Selaginellasinensis)等。在计算孢子花粉百分比含量时,除计算各类孢粉占孢粉总数的百分比外,为了进一步地了解乔木、灌木及草本植物的组成,较真实的反映植被面貌,我们分别计算了各类乔木植物花粉总数的百分比和各类灌木、草本占灌木及草本花粉总数的百分比。为了更好地解释孢粉图式,我们对湖区进行了表土孢粉分析和微机数据处理。现依据孢粉组合和岩性特征,结合14C年龄,我们从中选出12种有代表性的孢粉类型作出QH85-14C孔孢粉图式,进而从下至上划分为五个区域性孢粉组合带(图1):深450—400cm,岩性为灰绿色粉砂质粘土。14C测年表明,该带大致代表距今11.000—10,000年。本带以旱生的灌木和草本植物花粉占优势,伴生有少数温带针叶和落叶阔叶乔木树种的花粉。①乔木花粉含量通常低于孢粉总数的20%,唯在425cm处,按沉积速率推算距今大约为10,625年左右,花粉含量达50%,本带乔木中以桦占优势(38%),在乔木达高峰时,桦的花粉可以达到乔木花粉总数的58%,而寒温性针叶林主要树种的冷杉、云杉和松的花粉含量却较少。(2)灌木及草本含量均在70%以上,有时高达95%,其中以耐旱和耐盐碱的蒿为主,占草本、灌木植物花粉总数的65%以上,其次为禾本科(Gramineae)、唐松草和荒漠盐生植物藜科、麻黄、白刺。(3)蕨类植物孢子的含量与本带乔木植物花粉具有同步增长,但其含量甚微,仅见水龙骨科的个别孢子。深400—320cm,岩性为棕褐色条带状粉砂质粘土。年龄为距今10,000—8,000年。本带是Ⅰ带向Ⅲ带的过渡带,以乔木花粉含量增加,草本及灌木花粉含量减少为特征。(1)乔木植物花粉的含量较Ⅰ带增加,通常大于孢粉总数的20%,其中仍以温性落叶阔叶树种桦的花粉占优势,最高占乔木花粉总数的86%,一般均在50%以上,而冷杉花粉含量很少。值得注意的是在深365cm样品(推算年龄为距今9,125年)的孢粉组合中,乔木花粉的含量上升为占孢粉总数的58%,尽管该样仍以桦占优势,但云杉、松的花粉含量有所增加,同时还出现喜温的落叶阔叶乔木树种栎的花粉,且含量占组合的6%。(2)灌木及草本中仍以蒿占优势,但在乔木植物花粉出现高峰值时,蒿降低,而麻黄、藜则相应增加,与此同时,中生、湿生草本植物如:唐松草、莎草科和蓼科的花粉亦增加。(3)蕨类植物孢子除有少数水龙骨孢子外,还见个别中国蕨孢子,所占比例均很小,即使在乔木达高峰时,也不足3%。深320—140cm,岩性下部为灰绿色粘土,上部为灰褐色粘土。14C测年为距今8,000—3,500年。本带突出特征是乔木花粉含量占绝对优势,一般在50%以上,在深275cm(推测年龄为距今6,875年)样中,乔木植物花粉高达86%,蕨类植物孢子含量也相应较高。(1)乔木植物以喜温干的松和云杉等针叶树花粉占优势,其次是冷杉,在Ⅰ、Ⅱ带乔木花粉中占优势的桦却在本带乔木花粉总数中的比例明显下降,一般不足乔木花粉总数的30%。另外,还出现温带落叶阔叶林常见的乔木树种栎和喜温耐旱耐盐的榆。尽管该带以乔木植物花粉占优势,但从乔木花粉孢粉图式中不难看出乔木花粉百分比变化,即在深295cm(距今约7,375年)、237cm(距今约5,900年)和185cm(距今约4,625年)样中,出现乔木植物花粉的三个低值,即分别占孢粉总数的34%、40%和38%,引人注目的是当乔木花粉含量降低时,而桦的百分比含量却相应增加,乔木曲线的三个低值间距大约为1,400年左右。(2)灌木及草本植物中,蒿、藜花粉比例接近,就整个QH85-14C孔孢粉图式来看,蒿在本带中出现不明显的低谷,而藜、麻黄、白剌、蓼的相对含量却有明显增加。蒿的花粉在本带中出现的消长与生态环境并非完全一致的白刺、麻黄、唐松草、莎草科、蓼等一组花粉形成负相关。(3)蕨类植物在本带中亦有所增加,且与乔木植物花粉的含量形成正相关。Ⅳ带深140—60cm,岩性为灰绿色粉砂质粘土。年龄距今约3,500—1,500年。本带突出特征是,乔木花粉含量呈较大幅度波动式降低,草本、灌木花粉则相应增加。(1)乔木植物中,桦的含量再次增加,而云杉和松的花粉含量降低,总的说,乔木中以松、桦占优势,冷杉含量甚少。尽管在深123cm(年龄距今约3,100年)和75cm(距今约为1,875年)时,乔木植物曾出现两个峰值,乔木植物花粉含量分别占孢粉总数的30%和63%,但其组成成分却不尽相同,至距今3,100年松、桦的含量较高,而在距今1,895年时,则以松、云杉占优势,桦的含量则很低。就整个Ⅳ带乔木植物花粉的含量与Ⅲ带根比,总的趋势是降低,值得注意的是,Ⅳ带始终有栎的花粉。(2)灌木及草本中蒿的含量剧增,最高时占灌木及草本植物总含量的80%,而藜、麻黄、白刺等则相应降低,本带蒿的上下波动极大。总的看,当蒿随乔木含量增加而减少时,麻黄、白刺和藜却明显的增高。(3)蕨类孢子在本带中含量较高,含量变化与乔木花粉含量变化一致。深60—0cm,岩性为灰绿色粉砂质粘土。深60cm的14C测年为1,500年。本带乔木花粉含量较低,通常不足20%,而草本灌木花粉含量却上升至75%以上。(1)乔木植物中,以桦占优势,而云杉、松含量较Ⅳ带明显降低。尽管冷杉花粉在乔木植物曲线中所占比例增加,但因乔木花粉含量总的是较低,因此,事实上并不意味着冷杉在总的花粉含量中的增加。本带在深20cm(约500年前后)时,乔木花粉含量稍有过上升,乔木花粉中占优势的是松和云杉,其次是桦。(2)灌木及草本植物中,以蒿为主,含量一般大于50%,其次为藜,在20—40%之间。当乔木花粉增加蒿明显降低时,而唐松草、藜和蓼等相应增加。(3)蕨类孢子的含量随乔木植物花粉的含量增加而增加,在26cm的孢粉样中,蕨类曾达到孢粉总数的6.7%,使之成为该孔孢粉图式中的第二个峰值。综上所述,QH85-14C孔孢粉图式中,乔木、灌木及草本植物花粉百分比含量变化比较明显,具有一定的规律:乔木是从低(Ⅰ)→增加(Ⅱ)→高(Ⅲ)→降低(Ⅳ)→低(Ⅴ)而草本、灌木恰好相反,而又以蒿最为突出,蕨类大致变化趋势与乔木具有一致性。从孢粉图式中不难看出,具有代表性植物大体上分为二个生态类型:第一个类型为松、桦、蒿;第二个类型为云杉、冷杉、藜、麻黄、白刺、唐松草、莎草科、蓼科以及蕨类。处在同一类型的植物,在孢粉图式中的变化具有相似性,而另一类型在孢粉谱中的变化恰好相反。青海湖区盐湖区植被和气候特征限于条件,我们仅从湖区周围不同地貌单元采取表土祥10多个。从分析并按百分统计的6个表土样结果看(表1),在QH85-14C孔中大量出现,并在湖区北部祁连山区尚有分布的乔木植物云杉、松、桦的花粉,尽管它们具有较强的飞翔能力,但它们却在湖区表土中只是个别出现,只有在海晏湾湖岸的表土样中统计花粉不足100粒的情况下,桦的含量可达7.5%,布哈河、泉吉河的河漫滩表土花粉种类较多,除旱生灌木、半灌木、草本的麻黄、白刺、蒿、藜科外,还有中生湿生草本植物禾本科、莎草科、唐松草、蓼科等,反映了河流流域广大范围内的植被组成。151厂湖滨湖岸带表土样,除含旱生的麻黄、蒿、藜的花粉外,主要以中生、湿生禾本科、莎草科植物花粉为主,还有沼生、水生植物眼子菜、黑三稜,主要反映湖滨及其周围的植被成分。二郎尖干盐滩表土主要以旱生盐生的麻黄、白刺、蒿、藜科等为主,另外还有少量中生、湿生的禾本科、蓼科等花粉,反映干旱荒漠草原植被成分。11,000年来青海湖区的植被发展和气候变化青海湖邻近的察尔汗盐湖晚更新世、全新世湖沼相沉积物的孢粉资料,说明了盐湖区植被和气候特征。青海湖作为青藏高原的一部分,随着全球性冰后期气候的回暖,在距今11,000多年至10,000年(第I孢粉带),青海湖区植被以蒿、藜、禾本科等组成的草原为主,在比较干的地段生长有白刺、麻黄等组成的荒漠盐生灌丛;在湖周围水、热条件较好的局部地段尚分布着由云杉、松等树种组成的寒温性或温性常绿针叶林或由云杉、松、桦等组成的针阔叶混交林。约在距今10,625年前后,气候变的较前期湿润温暖,使之由云杉、松、桦组成的针、阔叶混交林在湖区迅速扩展,并占据一些山地,同时在高海拔局部狭小地带出现由冷杉、云杉组成的暗针叶林,在森林边缘及其林内潮湿地段,生长着一些温性蕨类植物。此后,气候趋于干旱,森林退缩,但有某些树种作为隐域性植被,被保存在水热条件较好的谷地,使之在湖盆边缘及其邻近山地,形成以禾本科、蒿、藜、白刺、麻黄等组成的草原。约从10,000年开始,本区气候向暖湿方向发展,至9,125年前后,青海湖如同邻近的察尔汗盐湖一样,以云杉、松、桦组成的针叶林和针阔叶林向四周扩展,并分布在湖区周围山地大部分地区。此时气温稍高,出现栎等喜温的阔叶树种,由于这种气候持续较短,森林很快发生退缩。约从第Ⅲ带(距今8.000年)开始,受潮湿季风型气候的影响,森林逐渐开始繁盛,首先喜温干的桦做为先驱成分迅速扩展繁盛,随之云杉、松取代了桦,成为森林的优势树种。此时,在青海湖区真正形成以云杉、松为主的针叶林和混有桦的针阔叶混交林,林下蕨类植物增多,在高海拔地区再次出现暗针叶林。湖区外围有禾本科、莎草科、毛茛科、蓼科、藜科和蒿等组成的草原或草甸分布,但与Ⅰ、Ⅱ带相比,蒿在草原成分中比例明显下降,但喜生地下水位较高的荒漠盐生植物麻黄、白刺在第Ⅲ带并未消失,且有发展。这种温湿气候一直持续至距今3,500年。尽管在这期间曾经出现过多次气候干湿交替,由此引起森林小范围的收缩,但由于变化幅度小,并未导致森林大范围的退缩,只是由于降水量的变化,使草原成分出现更替,温湿时蒿的相对比例下降,而藜、麻黄、白刺、莎草科、唐松草、蓼等比例上升。从3,500年开始(即第Ⅳ带),青海湖区局部地段分布的暗针叶林消失,邻近山地分布的温性针叶林发生退缩,在气候总趋干旱的同时,出现多次干湿交替。受气候干湿波动的影响,导致由云杉、松、桦组成的针叶林和针阔叶混交林的扩展或退缩,即使在森林退缩时,局部地段仍残留桦木。总的看,在距今3,500—1,500年第Ⅳ带沉积时期,青海湖区分别在距今3,100年和1,875年前后,湖区曾出现过两次由云杉和松组成的针叶林扩展,特别是在距今1,800多年,湖区森林分布范围几乎可以和第Ⅲ带森林繁盛期相当,此时桦木减少,云杉、松增高,当时气候较今温暖潮湿。从第Ⅴ带开始(约1,500年前),本区气候发生了转变,进入干旱与半干旱期,使起初繁盛的森林退缩至狭小范围。约在500年前,青海湖再次出现湿润期,但因受到自然或人为因素的影响,森林没有发展,只是草原成分发生了变化,此后复又进入草原的发展阶段。青海湖区的森林生长和气候特点1.在全球气温回暖,降雨量增加的冰后期,我国华北地区在7,000—2500年出现以松、栎、桦、榆、椴等组成的针阔叶混交林的扩展,在一些干旱、半干旱区亦出现温暖湿润的气候和湖泊水位的上升。青海湖地区在8,000—3,500年进入以云杉、松、桦等组成的针叶林或针阔叶混交林的繁盛期,此时柴达木盆地西部地区受温干气候的控制,植被仍以麻黄、白刺、蒿、藜为组成成分。由此看来,青海湖区与其相邻的柴达木盆地有所差异,而和我国东部,如华北地区在气候发展趋势上具有相似性。2.总的看青海湖区在全新世不同时期植被和气候并非一致,与现今分布的高寒灌丛、高寒草甸草原区相比,则有很大的差异。表明整个全新世期间青海湖气候较今湿润,距今1.1万年的古人类也曾生活在青海湖