【摘 要】梵净山位于贵州省东北部，生态系统结构和功能完整。文章计划从世界自然遗产突出普遍价值的角度探究梵净山的古环境演变，采用孢粉和大化石分析法及AMS14C定年法等研究方法，结合湖泊全新世沉积特征，揭示其古植被与古气候特征，探究梵净山古生态环境演化过程。重建其古植被和古气候特征，对挖掘梵净山世界遗产的突出普遍价值提供了理论背景和重要支撑，进而得出梵净山在全新世以来的古环境演变规律。
【关键词】梵净山；湖沼沉积物；全新世；古环境演变
【中图分类号】P531 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）12-0077-05
1 研究意义、国内外研究现状及分析
1.1 研究意义
梵净山位于贵州省东北部（27°47′50″～28°1′30″N，108°45′55″～108°48′30″E），处于我国亚热带中心，属于中亚热带湿润区山地生态系统，植被原生性强且覆盖率高，垂直带谱明显，生态系统结构和功能完整。位于我国自西而东层层下降地势第二阶梯的云贵高原向第三阶梯湘西丘陵的过渡地区。它是中国境内自然植被保存较为完好的少数地区之一，尤其以壳斗科、樟科、山茶科、木兰科等为主的亚热带常绿阔叶林保存较为完好、最为典型（周政贤，1990）。梵净山生物多样性丰富，且具有独特性，大面积的山毛榉科植物群落对生态系统结构和功能的控制性极具代表性，黔金丝猴、梵净山冷杉等几百种珍稀濒危和特有植物极具典型性和独特性。
由于梵净山独特的生物生态方面价值，目前已经启动申报世界自然遗产的工作，先后有世界知名专家对梵净山进行考察。科研工作者普遍认为梵净山的生物生态的突出普遍价值较高，拥有高度丰富的生物多样性和多种森林植被类型，是一个生物多样性孤岛（桑塞尔，2013）。为探究梵净山的生物生态价值，即它能不能代表中国内陆高山区到沿海低地生物是如何从亚热带过渡到温带的这样一个特殊的地方（威廉姆斯，2014）；末次冰期从北往南迁移的过程中，温度降低，是不是因为梵净山具有穹隆状的山体使得水青冈大面积地被保留下来；当冰期消退时，温度升高，是不是因为梵净山海拔较高，在其山顶处孑遺梵净山冷杉等成为国内外研究学者关注的焦点。因此，探究梵净山古生态环境演化过程，重建其古植被和古气候特征，对挖掘梵净山世界遗产的突出普遍价值提供了理论背景和重要支撑。但是，目前针对梵净山古环境并没有进行深入研究，只是简单重建了它古植被与古气候特征，并没有从湖泊沉积特征的角度去揭示梵净山古生态环境的演变过程。本研究计划从世界自然遗产突出普遍价值的角度探究梵净山的古环境演变，通过孢粉和大化石分析法，并结合AMS14C定年法等研究方法，结合湖泊全新世沉积特征，从而揭示其古植被与古气候特征。
1.2 国内外研究现状及分析
地球环境的发展演化必然伴随着生物的演化与进化过程；生物的演化与进化过程与环境则有着密不可分的关系。地球环境的变化是影响生物演化与进化过程中极为重要的因素之一（许靖华，1984）。在地质历史时期，尤其是末次冰期以来的气候环境变化是了解第四纪以来气候环境变化的前提，同时与当今人类正在进行或即将经历的气候存在很强的延续性（施雅风等，1997）。全新世是气候变化研究中一个非常重要的时期，是与人类联系最密切的气候阶段。在末次冰期结束以后，气温开始大幅度地上升，气候从寒冷变得温暖、湿润。不同地区由于所处的地理位置和气候系统的特殊性，因此全新世时期气候变化的特征、持续时间、驱动机制、发生极端事件的时间等一系列因素，在不同的区域存在着明显的差异性。而全新世气候的周期性变化与太阳活动、温盐环流、北大西洋冰飘琐屑事件之间一直存在着某种的联系，一直以来也是科学家研究的热点。国内外学者对该时段气候与环境变化给予了很多的关注。
研究古环境和古气候的方法多样，如冰心记录、海洋生物记录、黄土记录及石笋记录，但是由于其样品的某些特殊性而限制了其相应的研究范围，简单来说，就是冰心、海洋生物、黄土和石笋的分布范围偏窄，从而限制了研究范围（石胜强，2012）。然而，由于在自然环境中植被对生存环境和气候的反应是极为敏感的，同时植被组成的特征受到环境改变和气候波动等的直接影响，且古孢粉的分布范围十分广泛，因此运用孢粉学来反演古环境与古气候是最直接、也是最重要的手段之一（杨振京，2002）。孢粉是孢子和花粉的简称，孢子和花粉发育成熟后，借助风、水、昆虫或其他动物散播，孢粉迅速埋藏后经漫长的地质时期变成化石保存在地层中，进而形成孢粉化石（郝诒纯等，1993）。对于孢粉的研究，需研究保存在沉积物中的花粉，确定他们与其母体植物的联系，采用孢粉组合构建地层沉积时期植被的定性或定量关系，从而可以推断出地质时期植被的演化规律与趋势及植被与环境的关系，特别是植被与气候的关系（司伟民等，2010）。孢粉是表征古植被与古气候生物学的重要指标之一，是揭示古环境与古气候变化的重要载体。
准确地重现某个地区的古环境与古气候，单单依靠孢粉分析方法不足反演整个古环境特征，它只能推断出某个地区的古植被特征，却不能在时间尺度上重建其古环境的演变过程。因此，必须结合第四纪主要的定年方法对关键样品进行测试，从而在时间尺度上得出古环境的演变。根据第四纪地质年代学的研究，按照定年方法的特性，将其分为三大类，即数值定年法、相对定年法和校正定年法；按照理化性质，将其分为两大类，即放射性同位素定年法和物理年代学方法（田婷婷等，2013）。在放射性同位素定年法中，运用最为广泛的是放射性14C定年法，其原理是14C是不稳定碳同位素，极可能发生衰变，以致14C以指数逐渐减少，所以就可以通过测试样品中14C的含量，并与现代的14C含量进行对比，确定该样品的年代（Walker M，2005），其主要是通过年龄—深度关系曲线进行定年。然而，在物理年代学方法中，运用得最广泛的是释光测年法，包括热释光测年法（TL）和光释光测年法（OSL），但是最主要运用的是光释光测年法，其原理是测试沉积物的石英和长石矿物从上一次受热或曝光事件后埋藏至今的时间（Godfrey-Smith D I et al，1988），它主要是通过在矿物的释光信号强度与矿物所吸收的电离辐射剂量的时间函数关系进行定年（张克旗，2008）。
从传统意义来说，在运用孢粉分析反演古环境演化的方法中，主要是通过孢粉直接解译植被在不同地层年代的植被类型，进而得出古气候与古环境特征。随着国内外孢粉分析法的不断发展与演变，研究者们从宏观的孢粉类型分析逐渐转向微观的孢粉形态的研究，从孢粉直接解译植被类型的研究逐渐转向构建孢粉沉积物模型的研究。在研究古环境演变的方法中，最有效的方法就是将孢粉分析法和定年测样法相结合，通过建立孢粉模型，运用沉积速率参数来研究生物授粉的意义、种群遗传学及孢粉颗粒的功能形态（Stephen T. Jackson et al，1999），从而能够更好、更准确地分析古环境的演变过程。再则，通过标准化的孢粉进行孢粉监测，采用放射性碳年代定年和沉积速率，从而测定出地层的沉积物（Thomas Giesecke et al，2010）。
通过孢粉分析和放射性同位素定年法或光释光测年法，得出在不同地貌单元第四纪孢粉记录的古环境特征。在长江、珠江流域和云南、贵州、广西等西南地区，更新世以木本植物孢粉为主，到了全新世主要以乔木孢粉和蕨类孢粉为主，气候从寒冷干燥向温暖、湿润演变（李杰等，2013；王晓静等，2010；童国榜等，1990；杜荣荣等，2013；王丽娟，1989）。在华北、渤海等北方地区主要的孢粉组合是草本植物和木本植物花粉占大多数，气候由温暖湿润向温凉略干演变（张玉兰等，1987；孟广兰等，1987）。在柴达木盆地、青海湖盆地、新疆地区主要以草本植物花粉、苔藓花粉、蕨类植物花粉为主，其古气候变化分为2个时期，前期气候温暖湿润，后期气候干燥（康安等，2003；杨惠秋等，1965；闰顺，1991）。美国、巴西和德国等地区主要的孢粉类型是乔木花粉，植被的演变基本上都是从草地或灌丛向乔木演化，最后演化成森林，在该地区古气候变化为季节性干旱—较为湿润—湿润—温暖—寒冷（Edwards，M.E，1990；Hermann Behling et.al，2004；Christoph Herbig et.al，2013）。日本、韩国和尼泊尔及东亚地区第四纪植被最终演化为阔葉落叶林或针叶阔叶林，其气候变化为温暖—寒冷干燥—温暖（Zhuo Zheng et.al，2011；Chull-Hwan Chung，2007；Chuh Yonebay-
ashi et.al，1997）。
湖泊沉积物是一个高分辨率的气候信息库，它能很好地记录湖泊流域内气候变化的特征，具有分辨率高、连续性强、信息量大的特点。安成邦等学者研究亚洲中部干旱区的湖泊沉积记录发现，全新世气候变化具有明显的阶段性；而有效湿度的变化框架有一致性变化，与亚洲季风变化模式存在着一定的差异性。
在梵净山的国内古生态研究中，代表性的文章有《贵州梵净山九龙池一万年以来的植被和气候变化》（陈佩英等，1992）；《贵州省梵净山九龙池剖面全新世孢粉组合与古环境》（陈佩英，1989）；《定量重建贵州梵净山一万年以来的植被与气候》（乔玉楼等，1996）。达成的普遍共识为在孢粉分析和14C测定年龄资料的基础上，以现代梵净山植被带及其气候状况进行类比，定量重建贵州梵净山1万年以来的古植被和古气候演化历史，将其划分为升温期，高温期和降温期。然而由于14C测年样品太少，所以分析结果有待进一步研究。
2 研究内容、研究目标及拟解决的关键问题
2.1 研究内容
（1）梵净山末植被与气候演化过程：通过对该区域地层剖面AMS14C定年，孢粉提取与鉴定，结合孢粉，大化石和定年结果进行分带，分析不同时间序列孢粉组合特征，反演梵净山全新世以来古植被与古气候演变过程。
（2）湖泊全新世沉积特征：通过梵净山九龙池的湖泊沉积物的环境代用指标的分析，获得湖泊沉积物的气候周期变化信息，分析全新世以来梵净山湖泊记录气候演化特点，对其气候的驱动机制进行探讨。
2.2 研究目标
本文以重建梵净山古环境为出发点，研究梵净山九龙池沼泽剖面在时间尺度上的孢粉记录及湖泊沉积特征，旨在揭示梵净山古植被、古气候与古环境的特征，反演其古环境的演变过程。
2.3 拟解决的关键问题
（1）重建梵净山全新世以来的主要古植被类型。
（2）揭示梵净山全新世以来的古气候与古环境特征，反演其古环境演变过程。
3 研究方案
本文以反演梵净山古环境演变过程为出发点，拟在贵州省铜仁市江口县梵净山九龙池的洼地沼泽上，采用野外采样和室内实验分析相结合的方法进行研究，具体方案如下。
3.1 梵净山全新世植被气候与演变
3.1.1 研究地点
研究地点梵净山位于贵州省铜仁市江口县内，地理坐标为N27°53′03″，E108°41′56″。前期样品采集与处理：在梵净山九龙池剖面，对淤泥部分进行连续采样，并按5 cm间隔对该样品进行分样，对黏土部分主要按10 cm或20 cm分层取样。样品除去风化表面，自下而上采集，避免花粉受污染，然后将其密封保存。
3.1.2 样品分析
用常规酸碱法处理样品，重液悬浮结合过筛法收集孢粉，在光学显微镜下对该样品进行孢粉鉴定。并在所采样品中选择3～4个样品进行AMS14C定年。
3.1.3 数据处理
利用Tilia软件对孢粉类型进行聚类分析，以完成孢粉分带，并绘制孢粉图式。
3.2 梵净山九龙池湖沼沉积物特征
（1）实验分析法。对沉积物的各种代用指标进行实验分析，利用Masttersize 2000型激光粒度仪测试样品的粒度；用MAT-253质谱仪测量C、N同位素值；利用磁化率仪进行高、低频率磁化率的测试；用Flash EA 1112 HT 型元素分析仪来测定样品总有机碳和总氮的含量，并且计算出总有机碳与总氮的比值（C/N）。
（2）數据处理法。运用Bayesian年代—深度模型对已有的14C年代数据进行处理，重建岩芯的时间序列。
4 研究结果初探
4.1 全新世以来梵净山植被对气候变化的响应
2015年8～10月，对梵净山九龙池全新世钻孔样柱状样品进行孢粉分析。从孢粉记录看，第四纪孢粉记录了提名地全新世植被与气候的变化。植被演化过程为草甸和阔叶落叶林—常绿落叶阔叶混交林—落叶阔叶林和草甸，气候的演化过程为温凉干燥—温暖湿润—温凉干燥。
梵净山完整地记录了全新世早期、中期、晚期的生态环境特征，并且在全新世中期存在一个稳定的气候适宜期。其中，水青冈的孢粉的含量在这一时期一直是比较高的，并且是一直处于平稳状态，铁杉的含量虽然低，但是在这一时期一直是有存在的，并且在距今9 000年左右发现冷杉花粉。
在全新世早期（9516aBP—9903aBP），草本含量较高，阔叶落叶木本也具有相对较高的含量，此外松属花粉及蕨类孢子含量也较高，而阔叶常绿木本花粉含量较少。气候变化不稳定，气候以温凉干燥为主。
在全新世中期（3852aBP—9516aBP），常绿阔叶成分开始占据绝对主导地位，而草本含量急剧降低，落叶阔叶类及针叶类花粉也都略微减少，蕨类孢子含量明显降低。气候温暖湿润，降雨量多。这个时期属于全新世气候适宜区。
在全新世晚期（248aBP-3852aBP），草本逐渐增多，常绿阔叶类花粉显著减少，落叶阔叶类花粉总体含量减少，同时属种组成也有明显转变，松属花粉及蕨类孢子都有明显增加。气候转变为温凉干燥，降雨量少。
花粉含量及气候信息如图1所示；孢粉百分含量图谱如图2所示。
4.2 梵净山孢粉记录的全新世以来植被随海拔变化
全新世时期梵净山以常绿落叶阔叶混交林为主，同时混生有少量的针叶类型，并且在个别时期的局部环境中有草原或草甸的形成。因此，该时期的演化很好地体现了梵净山亚热带山地气候下的植被特点，即常绿落叶阔叶混交林和亚高山针阔混交林生态交错带的植被。在这样的交错带中，植被对气候的响应十分明显：当气候变为温暖潮湿时，低海拔植被和常绿成分增多，植被垂直带谱向上移动，并在全新世中期达到顶峰；而气候变得相对寒冷干燥时，高海拔植被向下扩张，落叶成分增加，同时在局部环境下开始发育草原或草甸，植被垂直带谱向下移动，因此较好地展现了梵净山的高山效应。
参 考 文 献
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[責任编辑：钟声贤]