天山北麓近2000年環(huán)境變化的孢粉分析

天山北麓近2000年環(huán)境變化的孢粉分析

1區(qū)域環(huán)境和剖面總結(jié)1.1氣候、自然植被樺樹窩子和小西溝村位于新疆吉木薩爾縣泉子街市。這個地方位于阿拉森山區(qū)的前山丘陵區(qū)。地形平坦，整體南高北低，南臨中山帶，北臨低矮的山脈和丘陵。兩剖面相距僅200m多。前者處在一溝中,地理坐標(biāo)為43°48.3′N、89°8′E,海拔為1320m。后者處在一梁上,位于43°48.1′N、89°7.3′E,海拔1360m。該區(qū)在2000多年以前已經(jīng)有人類活動。區(qū)內(nèi)年均氣溫5℃左右,年均降水量約300mm。由于氣溫偏低,降雨少,農(nóng)作物除部分小麥和玉米外,比較適合種植土豆和大蒜。自然植被為荒漠草原,主要有蒿(Artemisia)、沙生針茅(Stipaglareosa)、駝絨藜(Ceratoides)、角果藜(Ceratocarpus)、駱駝蓬(Peganum)、大薊(Cirsium)、白皮錦雞兒(Caraganaleucophloea)、十字花科(Cruciferae)等。在梁間的溝中,由于有溪流,地下水位高,還常見苔草(Carex)、鳶尾(Iris)、車軸草(Trifolium)等,在溝邊也有零星揚樹(Populus)和榆樹(Ulmus),據(jù)說原來也有天山樺(Betulatianschanica),后來被砍伐。在剖面以南10km左右,是天山北坡云杉林的下限,樹種為雪嶺云杉(Piceaschrenkiana),海拔1650m左右。林緣其它樹種很少,偶見樺木和花楸(Sorbustianschanica),在大溝中有揚樹和柳樹(Salix)。林緣有草原植被,主要有針矛(Stipacapillata)、早熟禾(Poaannua)及其它一些雜類草,如黃芪(Astragalus)、老鸛草(Grlanium)、紫菀(Aster)繁婁(Stellaria)等。1.2小西溝剖面樣的樹輪校正樺樹窩子剖面:剖面總厚110cm,自下而上分為6層:1層:110~88cm,可見厚度22cm,為含小礫石灰黑色黏土,底部潛水出露。在底部灰黑色黏土中采14C樣,測年為2170±185aB.P.,樹輪校正后為2150±225aB.P.。2層:88~38cm,厚50cm,為棕黑色黏土,下部有機質(zhì)多泥炭化,在50~48cm處泥炭化黏土中采14C樣,測年為1050±50aB.P.,樹輪校正后為950±60aB.P.。3層:38~17cm,厚21cm,為淺灰色黏土層夾淺黃色黏土層。4層:17~14cm,厚3cm,為深灰色黏土層。在黏土中采在14C樣,測年為450±55aB.P.,樹輪校正后為510±30aB.P.。5層:14~4cm,厚10cm,為淺棕色黏土層,有草根。6層:4~0cm,為棕色黏土層,有大量草根。地表為草被。小西溝剖面:剖面總厚190cm,自下而上分為7層:1層:190~180cm,可見厚度10cm,為土黃色黏土。2層:180~140cm,厚40cm,為灰黑色文化層,含許多木炭碎塊。在中部155~145cm處采14C樣,測年為3240±60aB.P.,樹輪校正后為3470±85aB.P.。3層:140~120cm,厚20cm,為土黃色黃土層。4層:120~104cm,厚16cm,為灰黑色文化層,顏色較下面的文化層淺,也含有木炭碎塊。木炭樣測年為1755±75aB.P.。5層:104~74cm,厚30cm,為為土黃色黃土層。6層:74~68cm,為灰色、灰黃色黃土層,零星含小木炭碎塊。7層:68~0cm,為土黃色黃土層。22-酵母菌分析2.1花粉的主要成分在樺樹窩子剖面自上而下采集52塊孢粉樣品,并進行燒失量、粒度和磁化率測定,除底部含小礫石灰黑色黏土層采樣間距為2~3cm外,其它層采樣間距均為2cm。其中1層8個,2層25個,3層10個,4層2個,5層3個,6層4個。在小西溝剖面自上而下采集38塊孢粉樣品,采樣間距為5cm。其中1層2個,2層8個,3層4個,4層3個,5層6個,6層1個,7層14個。所有樣品中均采用常規(guī)分析方法,對花粉濃度做了測定。經(jīng)分析在大部分樣品中發(fā)現(xiàn)較豐富的孢子花粉,共鑒定出45個科屬的孢子花粉,其中主要成分都是現(xiàn)生長于該區(qū)域的分子。其中蕨類植物:水龍骨科(Polypodiaceae);裸子植物:云杉屬(Picea)、麻黃屬(Ephedra);被子植物:柳屬(Salix)、楊屬(Populus)、榆屬(Ulmus)、樺屬(Betula)、檉柳屬(Tamarix)、琵琶柴屬(Reaumuria)、忍冬屬(Lonicera)、白刺屬(Nitraria)、駱駝蓬屬(Peganum)、霸王屬(Zygophyllum)、豆科(Leguminosae)錦雞兒屬(Caragana)、駱駝刺屬(Alhagi)、鹽豆木屬(Halimodendron)、車軸草屬(Trifolium)、薔薇屬(Rosa)旬子屬(Cotoneaster)、藜科(Chenopodiacea)、角果藜屬(Ceratocarpus)、駝絨藜屬(Ceratoides)、小蓬屬(Nanophyton)、假木賊屬(Anabasise)、沙拐棗屬(Calligonum)、蓼屬(Polygonum)、菊科(Compositae)、紫苑屬(Aster)、蒲公英屬(Taraxacum)、蒿屬(Artemisia)、毛茛科(Ranuculaceae)、車前屬(Plantago)、石竹科(Caryophyllaceae)、莧科(Amaranthaceae)、鳶尾屬(Iris)、唇形科(Labiatae)、傘形科(Umbeliferae)、十字花科(Cruciferae)、百合科(Liliaceae)、蔥屬(Allium)、禾本科(Gramineae)、莎草科(Cyperaceae)、苔草屬(Carex)、澤瀉屬(Alisma)、香蒲屬(Typha)。2.2該帶和組合特征的性質(zhì)1這個盒子。這個根據(jù)孢粉組合特征,自下而上可以劃分為4個孢粉組合帶,即Ⅰ組合、Ⅱ組合、Ⅲ組合和Ⅳ組合。2植物花粉組合剖面88cm以下為Ⅰ組合,樣號為BHh-1~BHh-8,代表的是剖面第1層(自下而上排序)1。該組合下部(BHh-1~BHh-4)特點是以藜科幾個屬種含量最高,平均達44.7%,其次為蒿屬,平均含量17%,麻黃屬平均含量12.2%,其它成分含量較少,外來的云杉屬花粉平均2%。該組合上部(BHh-5~BHh-8)藜科幾個屬種含量減少,平均21%;蒿屬增加,平均18.3%;菊科的其它花粉達到8.4%;麻黃屬平均含量12.6%;禾本科平均6.2%。其它成分含量較少,外來的云杉屬花粉平均3.4%。該組合花粉含量少,濃度低,平均為140粒/g,是整個剖面中較低的(圖2)。剖面88~58cm為Ⅱ組合,樣號為BHh-9~BHh-22,代表的是剖面第2層下部。該組合中的草本和灌木花粉占優(yōu)勢,達90.8%。喬木花粉占9.2%。特點是組合成分比較復(fù)雜,有30個以上科屬植物花粉,喬木植物花粉相對含量高。組合中旱生和超旱生的植物花粉減少。其中藜科幾個屬種的花粉在剖面中是最低的,穩(wěn)定在15%~30%間,平均約23.3%;麻黃屬含量平均17.4%;檉柳屬、琵琶柴屬、駱駝蓬屬、霸王屬、白刺屬等普遍出現(xiàn),一般總量在10%左右。另外,禾本科、十字花科、莧科、百合科、傘形科和莎草科普遍出現(xiàn),且含量較穩(wěn)定,其中禾本科4.7%,莎草科5.1%。蒿屬和菊科穩(wěn)定出現(xiàn),前者平均16.6%,后者平均7.8%。最顯著的是云杉屬花粉含量是剖面中最高的,在2.64%~21.1%間,平均8%,尤其BHh-17~BHh-20樣品中,云杉屬花粉平均達到15.5%,還有少量的樺、榆、楊、柳花粉。該組的另一個特點是花粉濃度較高,最低為112粒/g,最高976粒/g,平均309粒/g。剖面58~16cm為Ⅲ組合,樣號為BHh-23~BHh-44,代表的是剖面第2層上部和第3層。該組合與Ⅱ組合差別較大,草本和灌木花粉占絕對優(yōu)勢,達96.6%。旱生和超旱生的植物花粉增加。其中藜科幾個屬種的花粉含量高,在25%~40%間,平均為30.5%;麻黃屬含量平均19.9%;檉柳屬、琵琶柴屬、駱駝蓬屬、霸王屬、白刺屬等普遍出現(xiàn),平均為13.4%。蒿屬和菊科穩(wěn)定出現(xiàn),前者平均16.8%,后者平均7.2%。另外,禾本科、莎草科花粉普遍出現(xiàn),但含量較低,其中禾本科3.8%,莎草科2.2%。外來的云杉屬花粉含量低,平均為2.6%,花粉濃度低,平均僅76.8粒/g,少量樣品達不到統(tǒng)計數(shù)量。剖面16~0cm為Ⅳ組合,樣號為BHh-45~BHh-52,代表的是剖面第4層至第7層。該組合草本和灌木花粉占優(yōu)勢,達90.4%。喬木花粉占9.6%。與Ⅲ組合比較,旱生和超旱生的植物花粉減少,其中藜科幾個屬種的花粉含量在8.5%~21.4%間,平均僅17.2%;麻黃屬含量平均7.6%;檉柳屬、琵琶柴屬、駱駝蓬屬、錦雞兒、白刺屬等普遍出現(xiàn),總量平均8.7%。蒿屬和菊科穩(wěn)定出現(xiàn),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,其中禾本科為6.1%,莎草科為9.3%,苔草屬為3.1%。此外,還有鳶尾屬(1.4%)、十字花科(1.5%)和車軸草(1.1%)等花粉。喬木植物花粉中,外來的云杉屬花粉含量平均為4.2%;樺樹花粉含量達到最高,平均4.4%,最高達13.2%。還有少量榆、楊、柳花粉。該組花粉濃度較高,最低為259粒/g,最高2560粒/g,平均867粒/g。3植被與環(huán)境的討論3.1草原植物種類的變化根據(jù)新疆等地表土植被的花粉組合研究分析樺樹窩子剖面的4個孢粉組合帶,其反映的植被面貌是比較清楚的。Ⅰ組合反映為荒漠草原植被。推測建群植物主要是旱生的種類,除蒿、菊和少量禾本科植物外,主要是藜科的部分屬種,有小蓬、角果藜、駝絨藜、假木賊等,其它有麻黃、檉柳屬、琵琶柴、駱駝蓬、霸王屬等旱生植物。由于花粉含量少、濃度低,推測植被覆蓋度較低。Ⅰ組合上部,植被略好,禾本科、菊科等草原植物種類增加,藜科和其它旱生荒漠植物減少。Ⅱ組合反映為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、傘形科、十字花科、百合科、蔥屬、莎草科等植物含量增加或出現(xiàn)了。而超旱生和旱生的植物大為減少,尤其在BHh-17~BHh-20樣品代表的期間內(nèi),樣品中云杉花粉平均出現(xiàn)在15%以上,根據(jù)云杉表土花粉研究的結(jié)果,可以推測已經(jīng)有少量云杉林分布在附近,當(dāng)時植被可能為森林草原植被,這時整個區(qū)域的植被覆蓋度也比較高。Ⅲ組合反映為荒漠草原植被,以草本和灌木植物占絕對優(yōu)勢。推測建群植物以旱生植物為主,也有少量和超旱生的的種類。除蒿、菊和少量禾本科植物外,主要是藜科的部分屬種,有小蓬、角果藜、駝絨藜、假木賊等,其它有麻黃、檉柳屬、琵琶柴、駱駝蓬、霸王屬、白刺屬等旱生植物。由于花粉含量少,濃度低,推測植被覆蓋度較低。這期間,植被與第一組合上部相似。Ⅳ組合反映為荒漠草原-草原植被,仍以草本和灌木植物占優(yōu)勢,但植物成分有所變化。禾本科和莎草科植物逐漸增加,還有較多的豆科、傘形科、十字花科、百合科、蔥屬種類。蒿屬和菊科植物出現(xiàn)比較穩(wěn)定,而旱生、超旱生的植物如麻黃屬、檉柳屬、琵琶柴屬、駱駝蓬屬、霸王屬等逐漸減少。值得提出的是樺樹花粉和其它闊葉樹花粉的含量較高,反映附近有少量的闊葉林,云杉林也距此不遠。3.2植被與環(huán)境變化的研究1年生時期植被分布樺樹窩子剖面反映的植被變化大體上可以分為4個階段,代表了2000aB.P.以來該地的植被演變。整個期間,植被基本是以荒漠草原為主要形式出現(xiàn)的,也有草原和森林草原植被。在剖面96~88cm處樣品14C測年為2150±225aB.P.;在50~48cm處測年為950±60aB.P.;在16~14cm處測年為510±30aB.P.,按年代間隔和沉積厚度推測,剖面下部的沉積速率為0.32mm/a,剖面上部沉積速率為0.77mm/a。以此為據(jù)推測,約在2000aB.P.以前,植被為荒漠草原;2000~1300aB.P.(50aB.C.~650A.D.),總體上草原為植被,其中1700~1400aB.P.(250~550A.D.),為有少量森林的草原植被,距云杉林很近,氣候狀況明顯好于現(xiàn)代。約1300~500aB.P.(650~1450A.D.),植被為荒漠草原;450aB.P.以來,植被為荒漠草原-草原,附近有少量闊葉樹種。2年生時期云杉1km,云杉林510.樺樹窩子剖面BHh-17~BHh-20樣品中云杉花粉平均出現(xiàn)在15%以上,最高21.1%。在相臨的小西溝剖面BHx-15~BHx-17樣品中也發(fā)現(xiàn)云杉花粉含量高的層位,云杉花粉含量平均為17.1%,佐證了該地云杉花粉高含量層位的存在。以往研究,在距林地10~5km,云杉花粉含量平均為7.4%;在距林地5~1km范圍內(nèi),云杉花粉隨接近林地而明顯增長,含量平均為12.8%;在林緣1~0.5km范圍內(nèi),云杉花粉含量平均為20.8%。樺樹窩子一帶現(xiàn)代天山北坡云杉林的下限海拔在1650m左右,與樺樹窩子相距約10km。根據(jù)剖面中云杉花粉的含量和對比地形圖分析推測,當(dāng)時森林距剖面地很近,應(yīng)在1km以內(nèi),當(dāng)時森林下限應(yīng)在海拔1400m左右,即比現(xiàn)代的林線的海拔下降了250m。這一時期的年代可以根據(jù)測年方法解決。按14C樣測年和沉積速率推算,BHh-17~BHh-20樣品的沉積年代應(yīng)在1700~1400aB.P.間,在小西溝剖面云杉高含量層中取得的云杉木炭碎塊的14C樣測年為1755±75aB.P.,兩者基本吻合。從而可以推測:樺樹窩子一帶在近2000多年的歷史上,云杉林的下限曾在1750~1400aB.P.(200~550A.D.)下移,幅度可以達到250m左右。450aB.P.以來,從云杉、樺木花粉的較高含量推測,當(dāng)時森林下限也比現(xiàn)在低一些,而且還有少量針闊葉混交林。3夏季氣候條件的變化森林線的變化預(yù)示著環(huán)境的變化。根據(jù)植物生態(tài)學(xué)特性研究,雪嶺云杉喜濕潤生境,成片的森林主要分布于中山帶、亞高山帶的的陰坡、半陰坡和低山帶上部的溝谷地區(qū)。林區(qū)的高海拔地帶濕度雖大,然氣溫低、土層薄、生長期短,云杉稀疏,生長不良;低海拔地帶降水少、氣溫高、即熱量多而水分不足,生長也不好。影響雪嶺云杉分布的氣候條件中,冬季的嚴(yán)寒或溫和不是決定性因素,而溫?zé)釢駶櫟南募緟s是它生存的必要條件。在其分布幅度內(nèi),7月平均溫度下限為10~12℃,上限變動于16~18℃的狹窄范圍內(nèi)。另外,雪嶺云杉分布的另一個氣候條件是夏季要有足夠的大氣濕度,若夏季濕度低于50%,它是很難生存的。在高溫低濕條件下,即使使用灌溉保持土壤水分,也不能使其正常生長。森林線的下移預(yù)示著當(dāng)時氣候的變化。從上述雪嶺云杉生態(tài)學(xué)特性研究資料分析,在森林線下移時期,即1750~1400aB.P.(200~550