南京紫金山主要木本植物的孢粉分析

南京紫金山主要木本植物的孢粉分析

1研究區(qū)湖泊孢粉組合與周邊植被景觀關(guān)系表土花粉分析是研究花粉組合與植被關(guān)系的基本方法。通過該分析方法獲得的花粉組合特征是基于層析土壤排氣候數(shù)據(jù)重建過去植被的重要類比信息。因此，現(xiàn)代表土花粉與植被氣候的關(guān)系的解釋與。目前,研究現(xiàn)代孢粉–植被關(guān)系的主要材料有林下表層土壤(至今,中國現(xiàn)代表土花粉分析研究多數(shù)集中于北方以及西南地區(qū),華東亞熱帶地區(qū)相關(guān)研究較少(借助南京市地鐵建設(shè)前期地質(zhì)勘探的機(jī)會,本研究獲得了寶貴的南京明故宮地區(qū)湖相沉積為主的第四紀(jì)鉆孔樣品。為了更好理解研究區(qū)花粉組合與植被的關(guān)系,結(jié)合研究區(qū)附近現(xiàn)代植被分布情況,本文選定鉆孔附近的紫金山麓玄武湖及前湖兩個(gè)湖泊,分別對其表層沉積物進(jìn)行孢粉分析,初步探討研究區(qū)湖泊孢粉組合以及湖內(nèi)各樣點(diǎn)間花粉含量波動特征,討論湖泊孢粉組合與周邊尤其是區(qū)域地帶性森林植被面貌的對應(yīng)關(guān)系。結(jié)合南京地區(qū)前人研究的紫金山及其周邊丘陵山地表土花粉研究結(jié)果,比較林下表土與湖泊表土主要花粉組合特征,探討和判別林下表土與湖泊表層沉積物對于指示現(xiàn)生植被代表性和可靠性,為第四紀(jì)孢粉研究提供借鑒和參考。2年生時(shí)期風(fēng)氣動力量南京市位于長江下游寧鎮(zhèn)揚(yáng)丘陵帶西緣,為低山崗地、河湖平原以及山地丘陵等構(gòu)成的綜合地貌單元。研究區(qū)地處北亞熱帶,是典型的東亞季風(fēng)氣候,雨熱同期,年均溫15.4℃,夏季均溫25.8℃,冬季均溫4.2℃;年均降水量1106mm,主要集中在5-9月;全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)(在自然植被區(qū)劃上,南京潛在的地帶性植被區(qū)為落葉櫟類(Quercusdeciduous)、苦楮(Castanopsissclerophylla)、馬尾松(Pinusmassoniana)林區(qū),屬于北亞熱帶北緣落葉–常綠闊葉混交林區(qū)(3不同立地條件下樣品的采集及測定本研究于2019年11月和2020年6月前后環(huán)繞玄武湖和前湖乘船進(jìn)行湖泊表層沉積物采樣工作,為盡量避免風(fēng)浪、玄武湖施工疏浚以及湖岸局部植物花粉的影響,在離岸大于100m的位置使用VG-mini型彼得遜采泥抓斗獲得湖泊表層底泥,樣品間水平距離間隔200-300m,采集底泥表面1、2cm厚沉積物,記錄樣品GPS點(diǎn)位,采集的樣品裝入封口袋,編號后置于冰箱4℃左右冷藏保存。在玄武湖、前湖分別取得13個(gè)和4個(gè)樣品(圖1)。實(shí)驗(yàn)室處理時(shí)量取樣品體積10mL實(shí)驗(yàn)前加入石松孢子一片(27637±500粒)以計(jì)算孢粉濃度,采用常規(guī)的HF-HCl法處理以提取孢粉。孢粉鑒定在ZeissLab.A1光學(xué)顯微鏡400×下進(jìn)行,疑難花粉在高倍油鏡下確認(rèn),對部分主要孢粉類型進(jìn)行了圖像采集。每個(gè)樣品統(tǒng)計(jì)陸地植物孢粉粒數(shù)300粒以上。玄武湖、前湖周邊存在大量的懸鈴木、楓楊為主的人工栽培以及其他次生植物,這類植物在南京地區(qū)自然分布少,且花粉產(chǎn)量大易傳播,對于研究區(qū)自然植被環(huán)境下孢粉譜存在干擾,因此將這類植被中的木本植物單獨(dú)劃歸為一個(gè)類群:木本植物Ⅱ,在計(jì)算各科屬孢粉百分比時(shí)以剔除該類群之外的其他山地木本植物(木本植物Ⅰ)為基數(shù)。孢粉百分比圖譜由新版Tilia軟件2.6.1(4水生、濕生草本17個(gè)樣品共鑒定出60余個(gè)孢粉類型(主要類型見圖3–5),其中木本植物Ⅰ有12屬(科),常見類型有松、櫟屬(落葉類型和常綠類型)、栗屬/栲屬/柯屬、楓香屬、漆樹科、大戟科(Euphorbiaceae)木本植物Ⅱ有21屬(科),含量較多的有懸鈴木、楓楊、杉柏類花粉(Taxodiaceae、Cupressaceae以及Taxaceae,以下簡稱T-C-T類型)、垂柳、榆屬/櫸屬(Ulmus/Zelkova)和樸屬(Celtis);陸生草本鑒定16屬(科),主要類型有禾本科、十字花科(Brassiaceae)、菊科、蒿屬(Artemisia)、莧科/藜科(Amaranthaceae/Chenopodiaceae)、葎草(Humulus);水生/濕生草本見有8屬(科),常見類型有莎草科、眼子菜屬、水鱉(Hydrocharis)、香蒲;蕨類孢子見有3個(gè)類型,滿江紅屬(Azolla)、槐葉蘋屬(Salvinia)以及水綿屬(Spirogyra)。另外,個(gè)別樣品中鑒定出少量狐尾藻(Myriophyllum)花粉以及淡水藻類,如盤星藻(Pediastrum)。所有樣品的孢粉含量豐富,樣品平均孢粉濃度達(dá)47099粒/mL。從孢粉百分比譜(圖2)看,兩湖孢粉組合均以木本植物為主,各樣品中木本植物Ⅰ中平均含量最高的是松屬(50.2%),其次是落葉櫟(30.3%);栽培植物中含量最高的是懸鈴木屬(84.9%),其余楓楊屬(27.7%)、杉柏類花粉(22.9%)、榆屬/櫸屬(16.7%)、樸屬(15.3%)、柳屬(8.1%)花粉含量顯著;陸生草本植物中禾本科的含量最高,平均含量29.3%,蒿屬(11.2%)、十字花科(10.0%)、菊科(8.5%)、葎草(2.5%)的含量較高;濕生草本中莎草的含量最高,達(dá)到6.0%,水鱉屬(4.6%)、眼子菜屬(4.1%)出現(xiàn)較多;蕨類孢子整體出現(xiàn)很少,其中滿江紅屬的含量最為豐富,平均含量4.1%,槐葉蘋平均含量1.1%。以下分別對玄武湖、前湖的孢粉組合進(jìn)行簡述。4.1前湖植物植物及水生植物營養(yǎng)成分含量前湖湖表樣品的孢粉組合中木本類型花粉含量突出,由高到低為松屬(44.4%,平均含量,下同)、落葉櫟(29.4%)、常綠櫟(7.7%)、楓香(4.9%)、栗屬/栲屬/柯屬(3.7%)、漆樹科(39%);另外,木本Ⅰ類型中大戟科、化香屬(Platycarya)、鹽膚木屬(Rhus)、黃連木屬(Pistacia)平均含量超過1%。木本類型Ⅱ中,樸屬、榆/櫸屬、T-C-T、懸鈴木、楓楊含量均超過15%,出現(xiàn)頻率高,其中楓楊含量最高達(dá)到76.0%;胡桃屬(Juglans)、青錢柳屬(Cyclocarya)、鵝耳櫪屬(Carpinus)、樺木屬(Betula)、烏桕屬(Sapium)、山核桃屬(Carya)、銀杏屬(Ginkgo)、臭椿屬(Ailanthus)含量也均超過1%。陸生草本植物中禾本科(13.9%)、十字花科(10.3%)的含量突出,蒿屬、菊科、豆科(Fabaceae)、藜科、葎草含量均超過3%。前湖樣品水生植物和蕨類孢子出現(xiàn)的類型和含量都很少,含量最多的是眼子菜屬(5.2%),其余僅香蒲屬(1.6%)的含量超過1%。前湖樣品間主要花粉類型含量波動小,對比花粉組合中木本植物Ⅰ和陸生草本的主要類型做湖內(nèi)樣品間孢粉含量波動顯示:1)木本類型Ⅰ中,松屬和落葉櫟、常綠櫟樣品含量分別波動于37.3%-53.4%、27.2%-33.9%、4.9%-10.2%之間;松屬在QH3、QH4樣品的含量略高于QH1、QH2,而落葉櫟、常綠櫟在QH1和QH2樣品的含量略高于在QH3、QH4,可能是落葉櫟和常綠櫟的含量變化與松屬含量負(fù)相關(guān)的變化趨勢所導(dǎo)致;2)陸生草本中,QH1點(diǎn)的禾本科含量略高于其他樣品,QH1和QH2點(diǎn)的蒿屬含量也略高于QH3、QH4點(diǎn),十字花科含量在前湖分布相對穩(wěn)定。4.2玄武湖濕生植物及蕨類屬5.孢粉組合總體情況與前湖樣品類似。木本植物Ⅰ中,松屬(56.0%)和落葉櫟(31.1%)占優(yōu)勢;常綠櫟含量7.3%,栗屬/栲屬/柯屬、楓香、大戟科、化香屬、鹽膚木屬、黃連木屬常見。木本類型II中,懸鈴木平均含量(96.0%)最高,其余常見有柳屬(13.0%)、鵝耳櫪屬(4.4%)、臭椿屬(2.3%)和女貞屬(3.7%);木本植物Ⅱ中除上述類型外,楓楊(30.7%)、T-C-T(15.7%)、樸屬(13.3%)、榆/櫸屬(12.8%)平均含量超過10%。草本植物中禾本科平均含量為44.8%;十字花科、蒿屬、菊科、薔薇科、葎草屬常見。玄武湖樣品濕生植物和蕨類孢子類型相對多樣,平均含量最高的是莎草科(12.1%),水鱉(8.8%)、荇菜屬(Nymphoides)(1.5%)、眼子菜屬(3.1%)、滿江紅屬(8.2%)、槐葉萍(1.1%)較常見,其余類型零星出現(xiàn)。玄武湖樣品間主要花粉類型含量波動整體上略大于前湖,對比花粉組合中木本植物Ⅰ和陸生草本的主要類型做湖內(nèi)樣品間孢粉含量波動顯示:1)木本類型Ⅰ中,松屬(40.8%-72.4%)、落葉櫟(18.4%-43.2%)相對波動略大,常綠櫟(3.9%-9.9%)波動小;相較于前湖,玄武湖樣品中松屬和落葉櫟花粉含量波動較大;2)玄武湖內(nèi)不同樣品間禾本科、蒿屬、菊科、十字花科花粉內(nèi)含量波動較大。5討論5.1玄武湖和前湖的花粉含量差異將兩個(gè)湖內(nèi)樣品中花粉類型的含量和濃度取平均值,得到兩湖孢粉組合百分比和濃度均值,取木本植物Ⅰ的全部類型以及陸生草本、濕生草本植物的主要類型制成對比圖(圖6),結(jié)果對比主要有以下異同:1)就木本植物而言,玄武湖和前湖的優(yōu)勢木本類型為松屬和櫟屬,而前湖樣品花粉類型多樣性和含量更高。除松和落葉櫟、虎皮楠屬(Daphniphyllum)外,前湖木本植物Ⅰ中其他類型平均含量均明顯高于玄武湖樣品,尤其以楓香、栗屬/栲屬/柯屬、漆樹科、大戟科為代表。前湖樣品松屬和落葉櫟含量略小于玄武湖,猜測很有可能是由于前湖樣品木本植物Ⅰ內(nèi)其他木本類型總含量相對較高造成的。木本植物Ⅱ中,兩湖的優(yōu)勢類型均為懸鈴木、楓楊、T-C-T、樸屬、榆樹/櫸屬,但是兩湖樣品對應(yīng)類型的平均含量差異大;前湖樣品中楓楊、T-C-T、樸屬、榆樹/櫸屬平均含量明顯更高于玄武湖樣品,前湖岸邊生長較多次生楓楊林、池杉-水杉林的植被,而玄武湖湖邊楓楊、杉柏的種植密度小,兩湖上述類型花粉含量的差異直接反映了兩湖周邊對應(yīng)植被的分布密度;前湖樣品中柳屬的平均含量顯著低于玄武湖樣品,這與玄武湖邊分布大量人工種植的柳樹,而在前湖湖邊未見柳樹分布的現(xiàn)象有關(guān)。2)前湖、玄武湖陸生草本優(yōu)勢類型相似性高,而類型多樣性和含量上前湖低于玄武湖。前湖草本類型平均含量幾乎都低于玄武湖樣品,尤其是前湖樣品禾本科平均含量明顯少于玄武湖樣品,這與玄武湖周邊分布較多蘆葦,并且湖面開闊、人工干擾種植大量草本植物有關(guān)。與陸生草本類型相似,濕生草本和蕨類藻類也是前湖的平均含量和類型多樣性明顯低于玄武湖,這一點(diǎn)在水鱉、莎草、滿江紅屬的平均含量上表現(xiàn)明顯。香蒲的平均含量在前湖高于玄武湖,推測是因?yàn)榍昂榉€(wěn)定的靜水環(huán)境,適宜香蒲生長。3)前湖、玄武湖總體孢粉濃度高,而前湖的木本類型花粉濃度均高于玄武湖,玄武湖樣品的陸生草本、濕生草本、蕨類藻類的孢粉濃度均高于前湖樣品。前湖植被郁閉度高,周圍樹木分布多,玄武湖湖面開闊,湖邊人工或次生生長了較多草本植物,不同類型孢粉濃度差異或是由于二湖植被湖邊植被分布差異引起。4)孢粉源區(qū)上,由于前湖面積小,周邊植被郁閉度高,遠(yuǎn)源裹挾花粉的空氣團(tuán)在湖中沉積較少(前湖、玄武湖兩湖不同樣點(diǎn)間主要花粉類型一致性高,波動較小,而玄武湖不同樣點(diǎn)間優(yōu)勢花粉類型含量波動要大于前湖。就類型而言,草本花粉類型波動幅度大于木本花粉。對于兩湖湖內(nèi)不同樣點(diǎn)間同一類型花粉間含量的波動,本文推測可能有以下原因:1)花粉譜中松屬和落葉櫟類型花粉含量百分比相對具有“此消彼長”的關(guān)系,玄武湖湖內(nèi)松屬、櫟屬花粉波動大于前湖,或是因?yàn)樾浜?nèi)存在人工種植的松樹,其花粉會對孢粉譜內(nèi)其他來源的松屬花粉含量存在干擾,使得孢粉譜中松屬花粉含量較其他樣品高,而導(dǎo)致櫟屬花粉含量相應(yīng)隨之產(chǎn)生變化的假象;2)草本花粉在不同樣點(diǎn)間含量的波動主要受近岸處人工種植的草本植物、蘆葦叢等的影響,玄武湖面積大,岸邊草本植物多于前湖,因而草本花粉含量波動大于前湖。對于玄武湖樣品間主要花粉類型波動較前湖大的原因,除了植物局域分布的因素外,花粉來源差異和玄武湖內(nèi)部的地形特征不可忽略:玄武湖湖泊面積是前湖面積的31.5倍,湖面開闊,水系發(fā)達(dá),花粉來源相對廣,并且玄武湖內(nèi)小島的存在可能阻隔了湖內(nèi)水流以及影響湖面以下的再沉積,在一定程度上弱化了湖水可能存在的攪勻作用,使得花粉分散的不均勻程度略大于前湖樣品?？傊?本研究的兩個(gè)湖泊表土花粉相似性較高,差異性不顯著,這種高度相似性可能與位于山體山麓位置及湖水的攪勻作用(5.2松樹花粉含量分布研究區(qū)樣品花粉類型與地層花粉密切相關(guān)的是松屬和櫟屬花粉,從孢粉譜來看前湖與玄武湖的松屬和櫟屬是優(yōu)勢木本類群,含量相對穩(wěn)定。松屬花粉是中國東部地區(qū)第四紀(jì)地層常見的花粉類型,關(guān)于松屬花粉的產(chǎn)量、傳播、沉積方面,李文漪和姚祖駒(1990)認(rèn)為松屬花粉產(chǎn)量大,長有氣囊利于空氣搬運(yùn),傳播距離遠(yuǎn),其含量具有超代表性,在無松樹分布地段松屬花粉含量一般在30%以下,松林中其含量能達(dá)到90%以上。本文樣品松屬花粉平均含量為50.2%,反映出研究區(qū)植被景觀中有松存在,與研究區(qū)現(xiàn)今紫金山實(shí)際植被情況相符。玄武湖樣品中松的含量略高于前湖樣品,推測原因有:影響松屬花粉在空氣中散布的最主要的因素是地形和氣流(櫟屬是中國季風(fēng)區(qū)森林植被中優(yōu)勢的喬木植物,是東部地區(qū)第四紀(jì)地層中最為重要的花粉類型,其化石孢粉在中國南海南部到黑龍江北部均有發(fā)現(xiàn)(5.3與地下表面土壤的比較南京地區(qū)目前發(fā)表的現(xiàn)代孢粉–植被關(guān)系研究較少(于革、韓輝友,1995;5.4地層花粉譜密度根據(jù)本研究的表土花粉分析結(jié)果,南京玄武湖、前湖現(xiàn)代花粉組合反映的植被面貌為常綠–落葉闊葉林,含有一定量的松,其中松屬占自然木本的50.2%,櫟屬占37.8%(落葉櫟類型30.3%,常綠類型7.5%),楓香占自然木本的3.5%。目前紫金山地區(qū)植被仍存在很大程度的次生化情況,南京的地帶性植被中自然林成分要比現(xiàn)在多,一些木本類型(如櫟屬)花粉含量也應(yīng)高于本研究結(jié)果,將現(xiàn)代花粉譜與地層花粉譜對比須要考慮這方面的因素。湖泊花粉沉積受湖泊大小、與森林距離、花粉來源差異等因素影響(另外,玄武湖、前湖的花粉分析顯示玄武湖及前湖不同樣點(diǎn)間花粉組合與優(yōu)勢類型一致性高,優(yōu)勢類型含量波動小。這一結(jié)果很大可能上可忽略在該地區(qū)湖區(qū)因打鉆位置不同帶來的花粉組合的可能差異。5.5實(shí)際采樣時(shí)樣品的處理設(shè)計(jì)采樣方案前對玄武湖、前湖周邊進(jìn)行了走訪調(diào)查,調(diào)查發(fā)現(xiàn),前湖在近年來未經(jīng)歷疏浚,玄武湖底沉積物擾動的主要原因是隧道以及地鐵線路施工。因此在實(shí)際采樣時(shí),在既定路線上盡量遠(yuǎn)離已知施工處,且取樣時(shí)僅取湖底沉積物表面2cm厚的浮泥,盡量避免樣品涉及地質(zhì)時(shí)期沉積。在樣品鑒定完成之后,發(fā)現(xiàn)取樣點(diǎn)之間孢粉組合相似性高,主要花粉類型含量相似這說明樣品代表的植被面貌是相似的。如本次研究受到了玄武湖湖