文摘
花粉样本泥炭沉积物河的南岸黑龙江在中国东北北部(中国东北)分析了重建历史以来的植被对气候变化响应7800大卡年BP。植被被发现经历了五滇池流域寒温混交林,阔叶林森林草原,草原,最后meadow-woodland steppe-woodland。从7800年到7300大卡年BP,研究区比现在暖和,桦木属,落叶松属,云杉为主的混交林和丘陵山地森林兴旺起来了。两个冷却事件在7300大卡/年BP和4500大卡BP导致下降桦木属和其他丘陵山地森林,然而草药禾本科的扩大,导致森林草原,然后steppe-woodland环境。2500大卡年英国石油(BP)后,降低温度和蒸发率下降可能导致冻土扩张和地表积水,草地和孤立的针叶林发展抵抗寒冷潮湿的环境。全新世温暖期在中国东北(7800 - 7300大卡年BP)可能会导致加强降水在中国最北的NE和鼓励丘陵山地森林的发展。
1。介绍
目前,全球变暖及其可能的生态后果已经成为世界各国政府关注的焦点,科学界和公众1,2]。在解决核心问题,这是非常重要的准确评估气候变化的影响(3]。全新世是最近的地质时代。全新世早期经验的增加温度,mid-Holocene是温暖和潮湿,全新世晚期冷却(4,5未来气候变化[],提供研究模型6]。土地植被是全球生态系统的重要组成部分和对气候变化的响应深刻;探索这个关键地区的植被和气候变化之间的关系也因此成为一个重要的方法在评估未来气候变化的可能的环境影响。
不中国典型陆地生态系统(包括森林、草原、湿地)7),位于欧亚大陆的东部边缘。北方大Khingan范围(GKR),在中国最北部的一部分不(在冻土地带的南部边缘),包含寒温针叶林。永冻土层浅,其温度稳定在这一领域相对较低,所以该地区对气候变化高度敏感8- - - - - -10]。在过去的一个世纪里,有一个明确的在中国东北多年冻土退化。其南部边界已经向北20 - 30公里(11- - - - - -14]。这造成了一系列的生态和水文变化,导致湿地和森林退化和其他环境问题。冻土湿地北部GKR一直以原始湿地萎缩和新湿地扩张(13,15,16]。
近年来,全新世环境在这一领域的研究更侧重于气候和环境重建(17,18)和集中在三江平原东北部19- - - - - -21],东部长白山区[22- - - - - -27西方GKR [], Hulun湖28,29日南部GKR[],大理湖30.在中央GKR[],月亮湖31日,32),等等。这些研究强调了一个明显的变暖mid-Holocene初,其次是dry-cold过渡气候在全新世晚期。
然而,更长和更详细的植被的历史不中国仍然需要验证植被演替的研究和植物对气候变化的反应。直到现在一直没有其他记录足够可靠的测试如何寒温植被在中国东北北部边缘的应对全新世气候变化。本研究是基于花粉记录来自全新世泥炭沉积物黑龙江河的南岸。它旨在重建植被演替历史,探讨植被演替应对气候变化(特别是在全新世高温),并提供证据的评价可能未来气候变化的影响。
2。材料和方法
2.1。研究区域
北方GKR (52°32′-53°41′N, 121°15′-125°58′E)(图1)位于semihumid之间的过渡区和半干旱大陆季风气候寒温;它由冷Siberian-Mongolian控制高(极度寒冷和干燥)在冬季和些许影响太平洋高(温暖、潮湿的)在夏天7]。基于邻蒙古县气象站,年平均温度(垫)−4.9°C,最低温度是−52.3°C,和地面冻结每年长达八个月。年平均降雨量403毫米(MAP),其中约80%集中在6 - [37,38]。在过去的半个世纪,降雨量年际波动和变化之间的274毫米和635毫米(39]。一年一度的蒸发~ 1000毫米。
世界名人部分(53 8.3°30′′′N, 123°5′24.5′′E,高度:280米a.s.l),位于北部的世界村,黑龙江河的南岸邻蒙古县是由泥炭沉积物从黑龙江上游河(图1)。黑龙江(阿穆尔河)谷在中国东北北部以针叶林植被为主,落叶松人工林作为一个典型的植被类型,包括桦木属Platyphylla森林,抗旱性var。蒙古栎森林,云杉森林,草地早熟禾科(7,40]。
GKR已经直接由中央政府自元代(公元1206 - 1368)41,42]。本地居民继续狩猎和收集,直到鸦片战争的爆发(公元1840年),当其森林开始进行大规模的开发(7,43,44]。因此,在研究区植被演替主要受自然因素的影响,与全新世期间人类影响相对较弱。它是理想的区域研究植被演替及其对气候变化的反应。
2.2。世界名人部分样本和花粉分析
世界名人部分是260厘米厚。沉积物主要是泥炭和淤泥。他们描述如下:0 - 80厘米,深棕色的泥炭层;80 - 220厘米,浅灰色粉质粘土;220 - 260厘米,灰色砂质粉土。
每隔10厘米26个样本准备花粉分析,使用传统的输酸碱处理和重液分离(45,46];他们然后被乙酰解(47]。石松属植物平板电脑被添加到样本来估计花粉浓度(48]。315 - 646年花粉粒计算每个样本;花粉百分比和浓度计算基于土地花粉总数。椴树属软件被用来画花粉谱,CONISS模块被用来计算距离和集群分区基于平方根变换的花粉百分比数据。
去趋势对应分析(DCA)和主成分分析(PCA)已广泛应用于森林生态系统、灌木群落,草甸草原等植被研究[16,49,50]。DCA是一种梯度分析方法,它可以安排样品或pollen-taxa在一定空间,分类轴可以反映生态梯度解释植物群落与环境的关系(51];主成分分析是一种统计方法专注于几个综合指标从一组变量和主要应用于提取梯度植被变化。DCA和主成分分析数据是由CANOCO 4.5根据样品和陆地花粉百分比数据(> 3%)。在SPSS主成分分析函数用于生成PCA F1值,提取更全面的信息对环境(22]。
2.3。年表
Macroremains叶子和泥炭选定的样本研究获得一个精确的age-depth框架。自动对盘及成交系统14C约会是由β放射性碳年代测定法分析实验室在美国,和三个AMS14C年龄在水深75厘米,155厘米,238厘米。放射产生的14C年龄校准根据IntCal13日历年龄(52)和一个age-depth模型是使用OxCal4.2.4 [35)(表1)。世界名人部分显示了年龄和深度之间的正相关关系。
世界名人的chronosequence部分使用线性内插和外推的方法建立了基于三个样品。基地(260厘米)的年龄计算为7800大卡年英国石油(BP);由现代存款。因此,世界部分提供了一个历史上连续沉积序列(图2)。沉降速度更高的下段部分。沉积率是0.16厘米/年平均260厘米至155厘米,平均0.02厘米/年从155厘米到0厘米;结果部分的下段比上部有更高的分辨率。
3所示。结果
3.1。在世界部分花粉组合
53科和属的花粉被确定在世界部分(表2)。他们主要是丘陵山地树花粉(19% - -54%)和草本花粉(28% - -64%);桦木属花粉(10% - -45%)是最常见的丘陵山地树的花粉,禾本科花粉是最突出的草花粉,内容从3%到36%不等。总花粉浓度表现出相当大的变化,从2.9×1021.9×106谷物/ g。
基于时间变化的花粉百分比,五继任的问题可以从花粉谱(图被认可3)。
在区域1(260 - 190厘米,7800 - 7300大卡年英国石油公司),桦木属,落叶松属,云杉,赤杨皮柏科,松果体,和其他种类的树花粉主导花粉组合(55% - -66%);其中,丘陵山地树花粉百分比,特别是桦木属(22% - -45%),非常高。针叶树花粉含量(10% - -27%),主要是落叶松属(7% - -16%)云杉(2% - -7%),是相对较高的。灌木和草本植物花粉百分比波动从34%到45%,主要由百合科花粉(1% - -19%),与一些艾(3% - -11%),藜科(2% - -5%),和禾本科花粉(3% - -16%)。总花粉浓度(2.9×102-2.0×104谷物/ g)相对较低。
在区域2(190 - 80厘米,7300 - 4500大卡年BP),光谱以禾本科为主,艾、藜科和其他种类的草花粉,与他们的总含量从44%到50%不等。禾本科花粉百分比(9% - -28%)明显增加,而百合科花粉含量(0 - 6%)下降。相比之下,树花粉含量明显减少,落叶松属(5% - -10%),桦木属(21% - -32%)松果体花粉百分比(0 - 4%)显著下降。总花粉浓度(6.7×103-4.5×104谷物/ g)相对较低。
在区域3(80 - 60厘米,4500 - 3500大卡年BP),这一时期的特点是高草花粉百分比(48% - -55%),主要是Thalictrum(3% - -9%),菊科(4% - -5%),地榆(3% - -4%)艾(8% - -11%);禾本科花粉含量(11% - -20%)明显下降。原始(19% - -21%)和丘陵山地树花粉含量(26% - -32%)下降,桦木属(17% - -20%)云杉花粉百分比(3% - -5%)显著下降。总花粉浓度(2.9×104-10.0×104谷物/ g)略有增加。
区4年(60 - 40厘米,3500 - 2300大卡BP),草花粉,以禾本科为主,艾,和地榆,达到了顶峰值在62% - -64%;其中禾本科(32% - -36%),艾(12% - -18%)地榆花粉(5% - -7%)明显增加,而藜科花粉含量(大约1%)下降。针叶树花粉(6% - -14%)明显减少,落叶松属柏科,云杉花粉的最低价值下降,松果体花粉(1% - -8%)增加。总花粉浓度上升(1.8×105-4.3×105谷物/ g)。
区5(年BP-modern 40-0厘米,2300大卡),针叶树花粉(17% - -51%),尤其是松果体花粉百分比(6% - -21%),大大增加,出现落叶松属(4% - -13%)云杉(3% - -6%)。丘陵山地树花粉(29% - -19%)下降,特别是桦木属花粉含量(18% - -11%),降至最低价值对整个部分。草本花粉百分比(31% - -55%)降低,但莎草科,Plantago在某种程度上,伞形科内容增加。总花粉浓度(1.3×105-1.9×106谷物/ g)增加。
3.2。DCA和主成分分析结果
的26个样本从上到下的世界名人部分,使用DCA 31科和属进行了分析。前两个分类轴被画在了二维分类地图(图4)。每个样本的得分值分布经常在飞机上第一和第二轴组成。样本的五个花粉组合取得了独立,个人集群,这些明显的差异验证分区(图的准确性3)。
根据主成分分析结果的主要家庭和属(图5),前两个主成分轴占79%的所有变量(第一轴为69%,第二个10%)。松果体,桦木属、藜科、杜鹃花科的四个主要类群是原始数据矩阵,向量的长度代表他们的程度的影响和意义,而其他类群的重要性降低。主要类群之间的关系呈现出一定的规律性。注册的植物正分数最高的第一组件轴包括杜鹃花科、石竹科、和其他植物类型;桦木属,云杉和其他植被类型产生的最低分数。松果体和禾本科得分最高正值第二组件轴;藜科,麻黄属植物和其他植被类型得分最低。
4所示。讨论
石笋、冰芯、海洋、湖泊沉积物和其他高分辨率记录显示有显著mid-Holocene温暖期,类似于一个场景包括全球平均温度增加1 - 2°C (5,53- - - - - -55]。Marcott等人建议,根据73年全球离散记录,温度在10000 - 5000大卡年BP 0.7°C比全新世晚期(暖和4]。重建植被演替的南方银行自7800年以来,在中国东北北部黑龙江卡尔年英国石油公司提供了重要的依据建立气候和环境变化及其对植被的影响在寒温地区全新世。
花粉分析是技术最广泛使用和花粉数据是最可靠的古植被和古气候重建。理解现代花粉与植被之间的关系是正确解释花粉化石记录的先决条件和改善过去的植被类型和古气候重建的准确性(56- - - - - -58]。
4.1。在世界部分花粉源
底部的岩性改变细碎屑腐殖黑泥在世界部分(图分解泥炭2)。它可能表明沉积环境的改变随着时间的推移,这可能岩性转变发生在该网站从湖泊沼泽(59]。
源领域和相对花粉表示大小取决于盆地(所示60]。在世界部分,220 - 260厘米的灰色细砂质粉土可能表明这种挑水工式能力的增强。这可能导致总花粉浓度相对较低,因为穷人的沉积环境(图3)。此外,表面花粉组合在沼泽总是包含大量的地区花粉类型通常从水生植物61年];与此同时,花粉浓度可能会增加总由于良好的沉积环境(图3)。
然而,冲积花粉的研究表明,冲积花粉组合之间的差异是由于不同花粉的起源(34]。在不同的沉积环境大多数研究表明,尽管包含一些外来成分,现代花粉组合可以反映立即地区植物群落的特征,和主要植被区沿区域可以区分他们的现代花粉谱(33,36,56- - - - - -58,61年- - - - - -65年]。因此,花粉组合的转换的陆地花粉百分比(花粉和游泳除外)在世界部分主要植被演替的结果在研究区域。
4.2。现代花粉表示和气候的影响
表面花粉研究已经证实有一个花粉百分比之间的关系,以及植被类型和区域气候64年]。研究植被和现代花粉分布表明,花粉组合与植被类型在中国东北[相关33,36,63年]。
此外,桦木属和松果体花粉是过多了。桦树森林的存在,因此只有当表示桦木属含量超过40%。松林时可能存在松果体花粉百分比超过30%。禾本科和落叶松属花粉是代表低的特性。落叶松属在落叶松林(花粉含量仅占15%57,62年,66年]。更高比例的禾本科(24%)的主要特点是湿地灌木。在禾本科草地禾本科花粉含量< 10%艾和藜科花粉百分比总数的一半以上。因此,高的代表艾和藜科被发现。莎草科和麻黄属植物出现在中间值(或低相对表示33,57]。
落叶松人工林和抗旱性var。蒙古栎在寒温区为主。之间的关系松果体花粉,温度和湿度比较复杂。松果体花粉含量迅速上升,增加湿度(36]。云杉的分布在寒温区(平均温度是主°C)在中国东北北部;其他生长在冰冷潮湿的亚高山地带之间的1000和2000米67年]。丰富的云杉花粉一般增加随着湿度增加(68年]。的桦木属中国北方的表土花粉计数影响主要由年降水量和将上升与降水量的增加相一致(67年,68年]。
禾本科花粉是丰富的化石记录,通常用作古气候指标(69年]。禾本科花粉总是集中在低温和高湿度地区或温暖半干旱地带,及其丰度随温度的降低,以及降水的增加在低温和高湿度地区(67年]。藜科的丰度麻黄属植物花粉干旱的增加而增加;菊科植物,Plantago花粉出现在低温和高湿度地区(67年,68年]。
4.3。在世界地区植被演替
基于花粉组合与现代花粉分析、植被的历史世界地区自7800年以来经历了五个chronosequences卡尔年BP。(1)年英国石油公司在7800 - 7300大卡,桦木属花粉百分比是最高水平的部分,高达45%。落叶松属内容(7% - -16%)也相对较高。花粉组合可能表明研究区发展落叶松属和桦木属寒温原始混合阔叶林和主导。(2)年英国石油公司在7300 - 4500大卡,草花粉增加(> 44%)。禾本科花粉百分比从9%到28%不等,而桦木属(< 32%),落叶松属(< 10%),松果体花粉(< 4%),和其他树花粉含量明显下降,表明森林草原植被类型。(3)年英国石油公司在4500 - 3500大卡,草花粉的增加,包括Thalictrum菊科植物,地榆,艾。树花粉百分比明显降低,桦木属花粉从17%到20%不等。花粉组合表明steppe-woodland。(4)年英国石油公司在3500 - 2300大卡,花粉记录揭示禾本科(32% - -36%),艾,和地榆草原植被类型为主。(5)在2300大卡年BP-modern,花粉组合表明,禾本科、莎草科、和其他mesophydrophyte-dominated草甸植被发达,以及扩大孤立针叶林的主要组成松果体花粉(21%)。这些花粉组合特征是meadow-woodland植被。
4.4。植被对气候变化的反应
气候变化对陆地生态系统有重要影响(70年- - - - - -72年]。类似地,植被滇池流域不同地区的气候变化是一个很好的指标,是一个重要指标揭示气候变化的环境影响。化石花粉图可以认为反映自然植被动态信息和提供的证据时植物类群的行为受到重大气候和环境变化在过去(64年]。
植被的历史主要经历了明显的减少桦木属和其他树木丘陵山地,而Poaceae-dominated草药增加在研究区(图3)。花粉样本表现出五个植被继承法、从原始和落叶混交林的部分基础,向上森林草原,steppe-woodland,草原,meadow-woodland,过渡的森林植被,抵抗干冷环境meadow-woodland植被,然后冰冷潮湿的环境(图4)。这些植被类型和继承过程中高纬度地区也有类似的记录。
如莎草科和禾本科草本植物,是最重要的组成部分湿地社区(73年]。高山植被发生从山林雪线,的重要类群包括莎草科、禾本科、菊科、杜鹃花科、石竹科、蔷薇科(74年]。全新世加拿大北极岛东部的花粉图显示,几乎没有桦木属花粉在很冷的温度,同时与不同数量的杜鹃花科和禾本科花粉石竹科花粉组合为主(75年]。植被的美国西部全新世的历史表明,较低的亚高山带的社区通常是封闭的森林,和上社区steppe-woodland和灌木地。根据长白山的气象数据,年龄分布桦木属ermanii在随海拔上升的趋势之间的交错群落桦木属ermanii和高山冻原76年]。因此,植被为主桦木属可能反映了一个相对温暖的环境比后来meadow-woodland社区在世界部分。
因此,DCA反映一个明确不同植物群落之间的关系以及植物群落和环境之间。第一轴可以反映不同植物群落的温度梯度,有能力抵御寒冷的加强左沿轴;第二个轴可以表明湿度的变化,植物群落的抵御干旱的能力加强向上沿轴。PCA的第一主成分反映了温度和第二个湿度的变化。
分类单元的PCA F1分数在第一主成分轴更好的反映了花粉百分比随温度变化;即高值可能表示寒冷的温暖的气候和较低的值(图5)。PCA F1曲线从而透露,自7800年以来气温波动向下降低卡尔年BP(图6),配合减少日晒在北半球高纬度地区(77年]。
为了更好地反映植被对气候变化的响应,主要花粉百分比和PCA F1世界部分的曲线与高分辨率气候指数从其他地区(图6)。结果表明,全新世温暖和潮湿的阶段发生在7800 - 7300大卡~年英国石油(BP)当垫和地图适合生长的松树,在研究区混合阔叶林。7300大卡年英国石油(BP)后,下降桦木属和其他丘陵山地的树木和禾本科的增加和其他草药,以及松果体、莎草科和其他植物抗冷湿环境的全新世晚期,对应记录冷却事件和减少日晒活动(78年]。
世界名人部分显示,该地区发展桦木属,落叶松属,云杉主导的原始森林和丘陵山地混合,百合科普遍在灌木丛7800 - 7300大卡年BP。植被显示一个温暖和潮湿的气候和基本上同意其他调查的结果,如在西方GKR Hulun湖(29日在三江平原[],Qindeli部分20.),北海道岛(79年),千岛群岛(80年),东西伯利亚雅库特湖(61年,库页岛(79年]。
在~ 7300大卡/年BP和~ 4500大卡BP,喜温丘陵山地研究地区的树木数量明显减少,而增加耐寒性草本植物(图6)。植被变化与混交林,阔叶林森林草原和steppe-woodland。两个重要的冷却事件产生了深远的影响对植被演替的重要的北大西洋冰事件确认记录(81年)和东亚夏季风减弱(EASM)显示在石笋氧同位素记录Dongge洞穴(5,82年]。~ 2500 - 1500大卡年BP,丘陵山地树木,禾本科和mesophytes-xerophytes类群拒绝,而松果体和莎草科植物扩大。株型是沼泽化的影响,表明全球气候冷却对植被产生了深远的影响。
冷却在~ 7300大卡年BP事件,导致植被演替的混交林,阔叶林森林草原,也出现在花粉记录月亮湖中央GKR [31日)和Buguldeika核心从贝加尔湖湖(83年]。冷却事件~ 4500大卡年BP全球相似之处,这可能出现在花粉记录Erlongwan低平火山口湖(84年),Gushantun沼泽在吉林(85年),和在日本的北海道86年]。从森林草原植被显示一连串steppe-woodland。冷却在2500 - 1500大卡~年英国石油公司在世界领域也明显在古记录从西方GKR Hulun湖29日在中央GKR[],月亮湖31日南部GKR[],大理湖30.在中国东北[],景颇族湖24,在日本北海道岛(79年,80年]。
许多研究表明,存在复杂的交互的气候和生态过程在北方冻土形成和退化73年,87年,88年]。冻土是直接受气候的影响;气候和冻土等植被建设的主要驱动力和连续性的变化在西伯利亚(89年,90年]。在西伯利亚的潜在植被的调查进展生物气候模型预测表明,冻土解冻。未来更为温暖和干燥的气候是适合森林草原交错带和草原而不是森林,和water-stress-tolerant光落叶松(落叶松属达到)针叶林将继续主导zonobiome在西伯利亚东部[89年]。
因此,它可以预测,全球气温下降和削弱EASM蒸发率降低和增加有效的湿度在全新世晚期。同时,冻土的扩张导致了降水和径流无法渗透地下,造成地表积水,沼泽扩张和泥炭开发(13]。因此,植被类型变化逐渐草甸和沼泽草甸,冷湿宽容常绿树林的偏远地区(91年喜温丘陵山地树)和严重下降。长期的数据从我们的研究(特别是在全新世高温)冻土生态系统表明,植被对气候变暖的响应可能会永久冻土层的融化将深度足以维持的增长桦木属和落叶松属主导针叶林在Heilongjiang-Amur河的南岸89年]。
5。结论
的花粉记录泥炭沉积物从黑龙江河的南岸在中国最北的NE显示7800 - 7300大卡年BP是全新世的温暖和潮湿的阶段。当时,研究区域发展桦木属和落叶松属为主的混交林,阔叶林。这表明温度和降水的增加有利于研究地区的丘陵山地森林的生长。4500 ~ 7300大卡年BP和~卡尔年英国石油(BP)两个显著的降温事件导致减少丘陵山地森林和草药的扩张,与植被演替成森林草原,然后steppe-woodland。期间温度下降后~年BP 2500 - 1500大卡,植被类型变成了草地,伴随着“岛屿”的发展冷湿宽容的针叶林。全新世晚期,全球气温较低和EASM疲软导致有效减少蒸发和增加湿度;冻土的扩张可能会阻碍了降水和径流的渗透,导致地表积水和沼泽和草地植被的扩张。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者真诚地感谢编辑和其他两个评论家的深思熟虑的匿名评论和建设性的建议,这有助于提高。这项研究受到了CAS战略重点研究项目(批准号XDA01020304),中国国家基础研究项目(批准号2015 cb953803),中国国家自然科学基金(批准号41372175)。作者感谢刘Hanbin羌族高援助与田野调查。