黄土高原西部末次冰消期以来的植被及环境变化研究

【摘要】： 中国黄土高原西部半干旱地区被证明是研究长尺度气候变化的敏感区域之一，对黄土高原西部古气候的重建将有助于我们理解大尺度气候变化的机制及过程。论文主要通过对位于黄土高原西部的海原剖面和会宁剖面较详细的孢粉分析，结合黄土高原西部表土孢粉和少量河流冲积物孢粉与植被关系的研究，建立了黄土高原西部末次冰消期以来的详细的古植被及古气候演化序列，并与区域内、相邻区域及全球进行对比，进而浅析了黄土高原晚冰期以来的气候变化的可能机制。 海原剖面厚850 cm，分析210个样品；会宁剖面厚1300 cm，分析225个样品。两个剖面均采用AMS ~(14)C测年技术获得控制年代，海原剖面顶、底部年龄分别为7.2 ~(14)C ka BP、12.7 ~(14)C ka BP。会宁剖面底部年龄约为8.4 ~(14)C ka BP。 海原剖面整个孢粉序列从下至上可以划分为6个大带，11个亚带。带Ⅰ(14.8-14.0 cal kyr BP)孢粉总浓度较高，组合中灌木及草本植物花粉含量和浓度占绝对优势且主要以禾本科和蒿属为主。带Ⅱ(14.0-12.6 cal kyr BP)最明显的特征是针叶树花粉含量剧增，草本含量锐减。带Ⅲ(12.6-11.4 cal kyr BP)孢粉总浓度下降，以蒿属、藜科和禾本科为主的灌木及草本花粉含量快速增加。带Ⅳ(11.4-10.8 cal kyr BP)孢粉总浓度增加，针叶树花粉增加，灌木及草本花粉含量下降。带Ⅴ(10.8-8.4 cal kyr BP)灌木及草本花粉含量快速增加并持续含量高，而该带孢粉总浓度下降。带Ⅵ(8.4-7.9 cal kyr BP)针叶树花粉含量和浓度快速增加；阔叶树花粉含量和浓度略有下降；灌木及草本花粉含量和浓度下降幅度较大。 会宁剖面孢粉整个孢粉序列从下到上可划分为6个大带，8个亚带。带Ⅰ(9.2-6.6 cal kyr BP)孢粉总浓度很高，针叶树和阔叶树含量占绝对优势，主要有松属、云杉属、栎属和榆属。带Ⅱ(6.6-5.7cal kyr BP)花粉总浓度和阔叶树花粉含量快速下降，以松属和云杉属为主的针叶树花粉含量相对增加。带Ⅲ(5.7-5.3 cal kyr BP)孢粉总浓度快速上升。带Ⅳ(5.3-3.7 cal kyr BP)孢粉总浓度快速下降，针叶树和灌木及草本花粉含量变化幅度较大，并呈交替发展。带Ⅴ(3.7-1.8 cal kyr BP)花粉总浓度较上带明显增加，针叶树花粉仍占优势。带Ⅵ(1.8-0.0 cal kyr BP)灌木及草本花粉含量快速增加但花粉总浓度下降。 对研究区表土样和少量河流冲积物孢粉组合与植被关系的研究显示：1)研究区表土孢粉组合基本反映了当地植被类型，不同的植被类型表土孢粉组成明显不同；2)河流冲积物孢粉组合基本能反映当地的植被类型，但也包括一定量的河流上游和区域性的植被类型，其中外来花粉松属和云杉属在河流冲积物中的含量明显较表土含量要高。3)松属、云杉属、桦属、蒿属、藜科和沙棘属具超代表性；栎属和禾本科具低代表性。 结合现代花粉与植被关系的研究结果，重建了黄土高原西部末次冰消期以来的古植被与古环境演化历史。14.0 cal kyr BP以前研究区植被以草原为主，之后到12.6 cal kyr BP植被以森林为主，气候较温和湿润；12.6-11.4 cal kyr BP初期植被为草原，后期荒漠草原占优势，气候显著干旱；早全新世研究区北部以草原或疏林草原为主，气候较温和偏干；自约9.0 cal kyr BP开始气候明显变好，北部湿润草原和森林草原植被开始发育，南部则以针阔叶混交林为主，气候温暖湿润；自约5.3 cal kyr BP开始研究区植被覆盖度下降，草原扩张，气候较前期变干变冷，但期间也有相对湿润气候的出现；直到1.8 cal kyr BP开始，气候才出现明显的变干，人类活动对自然环境的影响加强。另外，孢粉资料也记录末次冰消期以来多次的气候突发事件：如14.0-12.2 cal kyr BP的博令／阿勒罗德事件、12.2-11.4 cal kyr BP的新仙女木事件、约10.9 cal kyr BP的降温事件、约8.1 cal kyr BP的降温事件、6.6-5.7 cal kyr BP的变干事件等。 黄土高原西部末次冰消期以来的孢粉记录的环境变化与区域内和周围区域对比发现，在年代误差范围内气候变化基本一致。BOA期间气候湿润；YD期间森林退化，荒漠草原发育，气候明显变干；早全新世草原或疏林草原发育，气候较干燥；中全新世研究区森林草原或森林植被广泛发育，气候较温暖湿润；晚全新世森林植被开始出现退化，逐渐向草原植被过渡，气候逐渐变干。不同的是，本文孢粉记录到的末次冰消期气候变化更明显，全新世气候存在多次的波动和气候突发事件，如中全新世总体温暖湿润的背景下曾发生了一次明显的变干。 研究区孢粉记录与高纬及东亚季风区记录对比发现，这些记录揭示的末次冰消期间气候变化格局基本一致。末次冰消期期间研究区的干湿变化与东亚季风的强弱变化一致；中全新世森林植被发育与东亚季风的强盛对应；约5.3 cal kyr BP森林植被开始退缩与逐渐减弱的东亚季风基本对应。这些都说明黄土高原西部地区的气候应该是受太阳辐射强度变化引起的东亚季风变化驱动的。通过与北半球气候记录到的末次冰消期和全新世气候快速变化对比，发现研究区孢粉组合能敏感的记录到北半球气候的快速变化，但在时间上具有明显的滞后性。