天山北麓近2000年环境变化的孢粉分析

天山北麓近2000年环境变化的孢粉分析

1区域环境和剖面总结1.1气候、自然植被桦树窝子和小西沟村位于新疆吉木萨尔县泉子街市。这个地方位于阿拉森山区的前山丘陵区。地形平坦，整体南高北低，南临中山带，北临低矮的山脉和丘陵。两剖面相距仅200m多。前者处在一沟中,地理坐标为43°48.3′N、89°8′E,海拔为1320m。后者处在一梁上,位于43°48.1′N、89°7.3′E,海拔1360m。该区在2000多年以前已经有人类活动。区内年均气温5℃左右,年均降水量约300mm。由于气温偏低,降雨少,农作物除部分小麦和玉米外,比较适合种植土豆和大蒜。自然植被为荒漠草原,主要有蒿(Artemisia)、沙生针茅(Stipaglareosa)、驼绒藜(Ceratoides)、角果藜(Ceratocarpus)、骆驼蓬(Peganum)、大蓟(Cirsium)、白皮锦鸡儿(Caraganaleucophloea)、十字花科(Cruciferae)等。在梁间的沟中,由于有溪流,地下水位高,还常见苔草(Carex)、鸢尾(Iris)、车轴草(Trifolium)等,在沟边也有零星扬树(Populus)和榆树(Ulmus),据说原来也有天山桦(Betulatianschanica),后来被砍伐。在剖面以南10km左右,是天山北坡云杉林的下限,树种为雪岭云杉(Piceaschrenkiana),海拔1650m左右。林缘其它树种很少,偶见桦木和花楸(Sorbustianschanica),在大沟中有扬树和柳树(Salix)。林缘有草原植被,主要有针矛(Stipacapillata)、早熟禾(Poaannua)及其它一些杂类草,如黄芪(Astragalus)、老鹳草(Grlanium)、紫菀(Aster)繁娄(Stellaria)等。1.2小西沟剖面样的树轮校正桦树窝子剖面:剖面总厚110cm,自下而上分为6层:1层:110~88cm,可见厚度22cm,为含小砾石灰黑色黏土,底部潜水出露。在底部灰黑色黏土中采14C样,测年为2170±185aB.P.,树轮校正后为2150±225aB.P.。2层:88~38cm,厚50cm,为棕黑色黏土,下部有机质多泥炭化,在50~48cm处泥炭化黏土中采14C样,测年为1050±50aB.P.,树轮校正后为950±60aB.P.。3层:38~17cm,厚21cm,为浅灰色黏土层夹浅黄色黏土层。4层:17~14cm,厚3cm,为深灰色黏土层。在黏土中采在14C样,测年为450±55aB.P.,树轮校正后为510±30aB.P.。5层:14~4cm,厚10cm,为浅棕色黏土层,有草根。6层:4~0cm,为棕色黏土层,有大量草根。地表为草被。小西沟剖面:剖面总厚190cm,自下而上分为7层:1层:190~180cm,可见厚度10cm,为土黄色黏土。2层:180~140cm,厚40cm,为灰黑色文化层,含许多木炭碎块。在中部155~145cm处采14C样,测年为3240±60aB.P.,树轮校正后为3470±85aB.P.。3层:140~120cm,厚20cm,为土黄色黄土层。4层:120~104cm,厚16cm,为灰黑色文化层,颜色较下面的文化层浅,也含有木炭碎块。木炭样测年为1755±75aB.P.。5层:104~74cm,厚30cm,为为土黄色黄土层。6层:74~68cm,为灰色、灰黄色黄土层,零星含小木炭碎块。7层:68~0cm,为土黄色黄土层。22-酵母菌分析2.1花粉的主要成分在桦树窝子剖面自上而下采集52块孢粉样品,并进行烧失量、粒度和磁化率测定,除底部含小砾石灰黑色黏土层采样间距为2~3cm外,其它层采样间距均为2cm。其中1层8个,2层25个,3层10个,4层2个,5层3个,6层4个。在小西沟剖面自上而下采集38块孢粉样品,采样间距为5cm。其中1层2个,2层8个,3层4个,4层3个,5层6个,6层1个,7层14个。所有样品中均采用常规分析方法,对花粉浓度做了测定。经分析在大部分样品中发现较丰富的孢子花粉,共鉴定出45个科属的孢子花粉,其中主要成分都是现生长于该区域的分子。其中蕨类植物:水龙骨科(Polypodiaceae);裸子植物:云杉属(Picea)、麻黄属(Ephedra);被子植物:柳属(Salix)、杨属(Populus)、榆属(Ulmus)、桦属(Betula)、柽柳属(Tamarix)、琵琶柴属(Reaumuria)、忍冬属(Lonicera)、白刺属(Nitraria)、骆驼蓬属(Peganum)、霸王属(Zygophyllum)、豆科(Leguminosae)锦鸡儿属(Caragana)、骆驼刺属(Alhagi)、盐豆木属(Halimodendron)、车轴草属(Trifolium)、蔷薇属(Rosa)旬子属(Cotoneaster)、藜科(Chenopodiacea)、角果藜属(Ceratocarpus)、驼绒藜属(Ceratoides)、小蓬属(Nanophyton)、假木贼属(Anabasise)、沙拐枣属(Calligonum)、蓼属(Polygonum)、菊科(Compositae)、紫苑属(Aster)、蒲公英属(Taraxacum)、蒿属(Artemisia)、毛茛科(Ranuculaceae)、车前属(Plantago)、石竹科(Caryophyllaceae)、苋科(Amaranthaceae)、鸢尾属(Iris)、唇形科(Labiatae)、伞形科(Umbeliferae)、十字花科(Cruciferae)、百合科(Liliaceae)、葱属(Allium)、禾本科(Gramineae)、莎草科(Cyperaceae)、苔草属(Carex)、泽泻属(Alisma)、香蒲属(Typha)。2.2该带和组合特征的性质1这个盒子。这个根据孢粉组合特征,自下而上可以划分为4个孢粉组合带,即Ⅰ组合、Ⅱ组合、Ⅲ组合和Ⅳ组合。2植物花粉组合剖面88cm以下为Ⅰ组合,样号为BHh-1~BHh-8,代表的是剖面第1层(自下而上排序)1。该组合下部(BHh-1~BHh-4)特点是以藜科几个属种含量最高,平均达44.7%,其次为蒿属,平均含量17%,麻黄属平均含量12.2%,其它成分含量较少,外来的云杉属花粉平均2%。该组合上部(BHh-5~BHh-8)藜科几个属种含量减少,平均21%;蒿属增加,平均18.3%;菊科的其它花粉达到8.4%;麻黄属平均含量12.6%;禾本科平均6.2%。其它成分含量较少,外来的云杉属花粉平均3.4%。该组合花粉含量少,浓度低,平均为140粒/g,是整个剖面中较低的(图2)。剖面88~58cm为Ⅱ组合,样号为BHh-9~BHh-22,代表的是剖面第2层下部。该组合中的草本和灌木花粉占优势,达90.8%。乔木花粉占9.2%。特点是组合成分比较复杂,有30个以上科属植物花粉,乔木植物花粉相对含量高。组合中旱生和超旱生的植物花粉减少。其中藜科几个属种的花粉在剖面中是最低的,稳定在15%~30%间,平均约23.3%;麻黄属含量平均17.4%;柽柳属、琵琶柴属、骆驼蓬属、霸王属、白刺属等普遍出现,一般总量在10%左右。另外,禾本科、十字花科、苋科、百合科、伞形科和莎草科普遍出现,且含量较稳定,其中禾本科4.7%,莎草科5.1%。蒿属和菊科稳定出现,前者平均16.6%,后者平均7.8%。最显著的是云杉属花粉含量是剖面中最高的,在2.64%~21.1%间,平均8%,尤其BHh-17~BHh-20样品中,云杉属花粉平均达到15.5%,还有少量的桦、榆、杨、柳花粉。该组的另一个特点是花粉浓度较高,最低为112粒/g,最高976粒/g,平均309粒/g。剖面58~16cm为Ⅲ组合,样号为BHh-23~BHh-44,代表的是剖面第2层上部和第3层。该组合与Ⅱ组合差别较大,草本和灌木花粉占绝对优势,达96.6%。旱生和超旱生的植物花粉增加。其中藜科几个属种的花粉含量高,在25%~40%间,平均为30.5%;麻黄属含量平均19.9%;柽柳属、琵琶柴属、骆驼蓬属、霸王属、白刺属等普遍出现,平均为13.4%。蒿属和菊科稳定出现,前者平均16.8%,后者平均7.2%。另外,禾本科、莎草科花粉普遍出现,但含量较低,其中禾本科3.8%,莎草科2.2%。外来的云杉属花粉含量低,平均为2.6%,花粉浓度低,平均仅76.8粒/g,少量样品达不到统计数量。剖面16~0cm为Ⅳ组合,样号为BHh-45~BHh-52,代表的是剖面第4层至第7层。该组合草本和灌木花粉占优势,达90.4%。乔木花粉占9.6%。与Ⅲ组合比较,旱生和超旱生的植物花粉减少,其中藜科几个属种的花粉含量在8.5%~21.4%间,平均仅17.2%;麻黄属含量平均7.6%;柽柳属、琵琶柴属、骆驼蓬属、锦鸡儿、白刺属等普遍出现,总量平均8.7%。蒿属和菊科稳定出现,前者平均17.7%,后者平均9.6%。另外,禾本科、莎草科花粉含量增加,其中禾本科为6.1%,莎草科为9.3%,苔草属为3.1%。此外,还有鸢尾属(1.4%)、十字花科(1.5%)和车轴草(1.1%)等花粉。乔木植物花粉中,外来的云杉属花粉含量平均为4.2%;桦树花粉含量达到最高,平均4.4%,最高达13.2%。还有少量榆、杨、柳花粉。该组花粉浓度较高,最低为259粒/g,最高2560粒/g,平均867粒/g。3植被与环境的讨论3.1草原植物种类的变化根据新疆等地表土植被的花粉组合研究分析桦树窝子剖面的4个孢粉组合带,其反映的植被面貌是比较清楚的。Ⅰ组合反映为荒漠草原植被。推测建群植物主要是旱生的种类,除蒿、菊和少量禾本科植物外,主要是藜科的部分属种,有小蓬、角果藜、驼绒藜、假木贼等,其它有麻黄、柽柳属、琵琶柴、骆驼蓬、霸王属等旱生植物。由于花粉含量少、浓度低,推测植被覆盖度较低。Ⅰ组合上部,植被略好,禾本科、菊科等草原植物种类增加,藜科和其它旱生荒漠植物减少。Ⅱ组合反映为草原和有少量森林的草原植被。蒿、禾本科、菊科、毛茛科、豆科、石竹科、唇形科、伞形科、十字花科、百合科、葱属、莎草科等植物含量增加或出现了。而超旱生和旱生的植物大为减少,尤其在BHh-17~BHh-20样品代表的期间内,样品中云杉花粉平均出现在15%以上,根据云杉表土花粉研究的结果,可以推测已经有少量云杉林分布在附近,当时植被可能为森林草原植被,这时整个区域的植被覆盖度也比较高。Ⅲ组合反映为荒漠草原植被,以草本和灌木植物占绝对优势。推测建群植物以旱生植物为主,也有少量和超旱生的的种类。除蒿、菊和少量禾本科植物外,主要是藜科的部分属种,有小蓬、角果藜、驼绒藜、假木贼等,其它有麻黄、柽柳属、琵琶柴、骆驼蓬、霸王属、白刺属等旱生植物。由于花粉含量少,浓度低,推测植被覆盖度较低。这期间,植被与第一组合上部相似。Ⅳ组合反映为荒漠草原-草原植被,仍以草本和灌木植物占优势,但植物成分有所变化。禾本科和莎草科植物逐渐增加,还有较多的豆科、伞形科、十字花科、百合科、葱属种类。蒿属和菊科植物出现比较稳定,而旱生、超旱生的植物如麻黄属、柽柳属、琵琶柴属、骆驼蓬属、霸王属等逐渐减少。值得提出的是桦树花粉和其它阔叶树花粉的含量较高,反映附近有少量的阔叶林,云杉林也距此不远。3.2植被与环境变化的研究1年生时期植被分布桦树窝子剖面反映的植被变化大体上可以分为4个阶段,代表了2000aB.P.以来该地的植被演变。整个期间,植被基本是以荒漠草原为主要形式出现的,也有草原和森林草原植被。在剖面96~88cm处样品14C测年为2150±225aB.P.;在50~48cm处测年为950±60aB.P.;在16~14cm处测年为510±30aB.P.,按年代间隔和沉积厚度推测,剖面下部的沉积速率为0.32mm/a,剖面上部沉积速率为0.77mm/a。以此为据推测,约在2000aB.P.以前,植被为荒漠草原;2000~1300aB.P.(50aB.C.~650A.D.),总体上草原为植被,其中1700~1400aB.P.(250~550A.D.),为有少量森林的草原植被,距云杉林很近,气候状况明显好于现代。约1300~500aB.P.(650~1450A.D.),植被为荒漠草原;450aB.P.以来,植被为荒漠草原-草原,附近有少量阔叶树种。2年生时期云杉1km,云杉林510.桦树窝子剖面BHh-17~BHh-20样品中云杉花粉平均出现在15%以上,最高21.1%。在相临的小西沟剖面BHx-15~BHx-17样品中也发现云杉花粉含量高的层位,云杉花粉含量平均为17.1%,佐证了该地云杉花粉高含量层位的存在。以往研究,在距林地10~5km,云杉花粉含量平均为7.4%;在距林地5~1km范围内,云杉花粉随接近林地而明显增长,含量平均为12.8%;在林缘1~0.5km范围内,云杉花粉含量平均为20.8%。桦树窝子一带现代天山北坡云杉林的下限海拔在1650m左右,与桦树窝子相距约10km。根据剖面中云杉花粉的含量和对比地形图分析推测,当时森林距剖面地很近,应在1km以内,当时森林下限应在海拔1400m左右,即比现代的林线的海拔下降了250m。这一时期的年代可以根据测年方法解决。按14C样测年和沉积速率推算,BHh-17~BHh-20样品的沉积年代应在1700~1400aB.P.间,在小西沟剖面云杉高含量层中取得的云杉木炭碎块的14C样测年为1755±75aB.P.,两者基本吻合。从而可以推测:桦树窝子一带在近2000多年的历史上,云杉林的下限曾在1750~1400aB.P.(200~550A.D.)下移,幅度可以达到250m左右。450aB.P.以来,从云杉、桦木花粉的较高含量推测,当时森林下限也比现在低一些,而且还有少量针阔叶混交林。3夏季气候条件的变化森林线的变化预示着环境的变化。根据植物生态学特性研究,雪岭云杉喜湿润生境,成片的森林主要分布于中山带、亚高山带的的阴坡、半阴坡和低山带上部的沟谷地区。林区的高海拔地带湿度虽大,然气温低、土层薄、生长期短,云杉稀疏,生长不良;低海拔地带降水少、气温高、即热量多而水分不足,生长也不好。影响雪岭云杉分布的气候条件中,冬季的严寒或温和不是决定性因素,而温热湿润的夏季却是它生存的必要条件。在其分布幅度内,7月平均温度下限为10~12℃,上限变动于16~18℃的狭窄范围内。另外,雪岭云杉分布的另一个气候条件是夏季要有足够的大气湿度,若夏季湿度低于50%,它是很难生存的。在高温低湿条件下,即使使用灌溉保持土壤水分,也不能使其正常生长。森林线的下移预示着当时气候的变化。从上述雪岭云杉生态学特性研究资料分析,在森林线下移时期,即1750~1400aB.P.(200~550