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北大兴安岭地区全新世植被演替及气候响应

花匠小妙招
2024-10-12 21:10

1 引言

在应对气候变化面临的一系列核心问题中, 准确评价气候变化的影响至关重要(丁仲礼等, 2009; IPCC, 2013). 全新世是与现代接轨的最新地质时段, 其气候变化经历了早期升温变暖、中期温暖湿润、后期降温变凉三个主要阶段(An等, 2000; Wang等, 2005), 是未来气候变化研究的理想“相似型”. 全新世植被演替是对气候环境变化的深刻响应, 从关键区域入手探讨植被与气候变化的关系, 成为评估未来气候变化环境效应的重要途径.

大兴安岭北部地区位于高纬度季风边缘带, 发育寒温带针叶林, 属于温带森林向北方森林过渡区, 对温度和水分的响应极为敏感(Wu等, 2012). 近几十年来, 大兴安岭北部地区温度升高, 降水减少, 深刻影响落叶松等树种的生长和森林的稳定性(陈育峰, 1997), 亚北方森林尤其优势树种(松和落叶松等)存在剧烈退缩现象(国志兴等, 2010; Wu等, 2012). 广义加法模型(GAM)模拟结果显示兴安落叶松适宜分布区将在2100年左右从中国消失(李峰等, 2006). 然而, 如何解读植被演替对气候变化的响应方式和过程, 评价未来发展趋势和应对策略, 仍需要长时间尺度植被变化历史和演替过程研究予以验证.

目前, 东北地区全新世气候环境已有众多研究成果(任国玉, 1999; Ren, 2007), 但多集中在东北部的三江平原(张淑芹等, 2004; 李小强等, 2005; Gao等, 2014), 东部长白山地区(Jiang等, 2008; Hong等, 2009; 洪冰等, 2009; Mao等, 2009; Stebich等, 2009; Li等, 2011; Zhu等, 2013; Xu等, 2014), 西部的呼伦湖(Wen等, 2010a, 2010b)、达理湖(Xiao等, 2008)和月亮湖(刘强等, 2010; 伍婧和刘强, 2012)等. 北大兴安岭地区目前仅有2700cal a BP以来的植被重建(夏玉梅; 1996). 中国东北寒温性针叶林对全新世高温期气候变化的响应过程仍缺乏理想的研究成果.

本文选择该区以兴安落叶松为地带性植被的寒温带针叶林区域, 基于全新世湖泊-沼泽沉积的高分辨率孢粉记录研究, 重建植被演替序列, 探讨植被演替对全新世(特别是大暖期)气候变化的响应, 为评估未来气候变化的影响及适应对策提供依据.

2 研究区概况

北大兴安岭地区(52°15′~53°33′N, 121°50′~ 125°45′E)位于中国最北部(图1), 属半湿润半干旱寒温带大陆性季风气候, 冬季受西伯利亚-蒙古冷高压控制, 极其寒冷干燥; 夏季接受少量太平洋高压气流, 温暖湿润(周以良, 1997). 年均温-4.9℃, 极端最低气温为-52.3℃, 冻结期长达8个月, 年均降水量为403.4mm, 约80%集中在6~9月, 蒸发量约1000mm, 属于多年冻土带(郭东信等, 1981; 王丽丽等, 2005).

大兴安岭北部地区气候严寒, 自元朝(公元1206~1368年)之后才真正受中央管辖(冯君实, 1979; 蓝勇, 2002), 但原住民一直保持原始游猎生活, 人类活动影响可追溯到鸦片战争(1840年)以后的森林大规模利用(朱士光, 1992; 周以良, 1997). 因此, 研究区全新世植被演替主要受气候和环境等自然因素影响, 人类影响相对微弱(Ren, 2000), 是探讨植被演替及其对气候环境变化响应的理想地区.

北大兴安岭地区主要分布兴安落叶松为主的寒温带针叶林, 属于横贯欧亚大陆北部针叶林区的最南端(吴征镒, 1979). 区内多为中低山地, 山前缓坡为针阔叶混交林, 有兴安落叶松(Larix gmelinii)、白桦(Betula platyphylla)、樟子松(Pinus sylvestnis var. mongolica)、蒙古栎(Quercus mongolica)、云杉(Picea)、冷杉(Abies), 低洼处为越桔(Vaccinium vitis-idaea)、丛桦灌木丛(Betula)、柳灌丛(Salix)、榛子灌丛(Corylus); 盆地内为灌木丛生的禾草(Poaceae)、小白花地榆(Sanguisorba parviflora)等杂类草草甸(周以良, 1997; 中国科学院中国植被图编辑委员会, 2007).

3 研究材料与方法

3.1 表土孢粉样品采集

花粉是重建古植被和古气候最直接和可靠的指标(Kröpelin等, 2008; Xu等, 2014), 表土花粉及其与植被关系研究是正确解读花粉记录, 提高古植被与古气候研究精度的基础(郑卓等, 2008; Zhao和Herzschuh, 2009; Xu等, 2012). 本文选择大兴安岭北麓不同植被型, 采集表土样品9块, 按5点式采样法, 在0.5m半径的样方中心和周边取样并混合均匀. 主要采集苔藓, 无苔藓样地采集地衣或地表枯枝落叶层. 观察样点100m范围内植被状况和植物丰度, 并估测乔木、灌木和草本盖度(表1).

3.2 剖面样品采集

霍拉盆地(52.9847°~53.0750°N, 121.9042°~ 122.0500°E)是大兴安岭北部中低山地中的山间盆地之一, 位于漠河县城西50km处, 面积约60km2, 盆地四周为平均海拔720m的中低山区, 相对高差不足200m (王保来和林凤桐, 1987; 王保来等, 1988; 郭东信等, 1989). 霍拉盆地水系较发育, 主要有霍拉盆河和盆地南部的月牙湖, 湖面面积约0.09km2, 盆地内部和湖周边普遍为潜育化的沼泽湿地(王保来和林凤桐, 1987; 李强等, 2010).

霍拉剖面(53.0108°N, 121.9634°E, 海拔535m)位于霍拉盆地中心, 剖面厚210cm, 其岩芯描述如下: 0~70cm, 褐色泥炭层; 70~115cm, 黄色湖相黏土; 115~185cm, 黄绿色湖相黏土; 185~200cm, 青绿色湖相黏土; 200~210cm, 黄色湖相黏土. 霍拉剖面岩性主要为古湖-泥炭相, 属于较稳定的沉积环境记录.

3.3 年代序列

为准确获取霍拉剖面的年代框架, 在实体显微镜下挑选沉积物中的炭屑样品作为测年材料. 共5个炭屑样品用于AMS14C测年(表2), 深度分别为19、121、139、161和187cm. AMS14C年代测定在澳大利亚ANSTO加速器中心完成, 日历年代校正依据OxCal4.2.4和IntCal13软件, 年龄深度模式依据OxCal4.2.4生成(Ramsey和Lee, 2013; Reimer等, 2013)(图2). 霍拉剖面深度与年代呈现较好的正相关, 即随着深度增加年代变老. 但在139cm处测年结果相对于其上部121cm处年代偏轻10年左右, 出现轻微倒置现象, 其主要原因可能是139cm处的测年材料受到来自上部植物残体的干扰, 如植物根系、小树枝等.

表1

表 1 表土采样点位置及植被状况

样品号

纬度(N)

经度(E)

海拔(m)

植被类型及建群种

52°56′18.1″

122°39′51.7″

502

落叶松林(Larix): 落叶松、樟子松、白桦、云杉、桤木(Alnus)、兴安柳(Salix hsinganica)、笃斯越桔(Vaccinium uliginosum)

52°47′16.3″

122°37′32.8″

503

白桦林: 白桦林、落叶松、桤木

52°59′8.07″

122°15′23.89″

477

兴安柳灌丛: 兴安柳、桤木、笃斯越桔

53°22′51.6″

123°04′42.8″

525

白桦落叶松混交林: 白桦、落叶松

53°19′44.7″

122°19′19.4″

515

落叶松林: 落叶松、白桦

53°18′19.5″

123°36′09.4″

147

桤木林: 桤木林、白桦、落叶松

53°08′37.5″

124°18′59.9″

291

樟子松林: 樟子松、红松(Pinus koraiensis)

52°42′21.1″

125°01′22.0″

389

湿地灌丛: 笃斯越桔、小叶樟(Deyeuxia angustifolia)

52°23′41.8″

125°29′23.9″

304

针阔叶混交林: 栎属(Quercus)、白桦、落叶松、桤木、笃斯越桔

霍拉剖面年代序列的建立主要依据19、121、161和187cm共4个层位的年龄数据完成, 139cm处年代暂不予考虑. 利用线性内插和外推方法, 获得霍拉剖面的年代序列. 剖面底部210cm年代为9100cal a BP, 顶部为现代沉积, 因此霍拉剖面是一套较为完整的涵盖全新世早期至现代的沉积记录.

3.4 孢粉提取和鉴定

霍拉剖面主要以4cm为间隔选取53个样品, 加上表土9个样品, 共分析孢粉样品62个. 采用常规酸碱处理和重液浮选法(Feagri和Iversen, 1989; 李小强和杜乃秋, 1999). 加入石松孢子药片计算花粉浓度(Peck, 1974). 其中, 5个样品花粉总数统计在300~400粒之间, 其余均在400粒以上. 共鉴定出60多个植物科属, 基于陆生植物花粉计算孢粉浓度和百分比.

4 结果

4.1 表土孢粉分析结果

表土样品共鉴定5277粒花粉, 分属42个科属, 针叶乔木花粉类型主要有松属(Pinus)、云杉属(Picea)、落叶松属(Larix)和柏科(Cupressaceae)等; 阔叶乔木花粉类型主要有栎属(Quercus)、桦属(Betula)、榛属(Populus)、榆属(Ulmus)、桤木属(Alnus)等; 灌木和草本植物花粉类型主要有杜鹃花科(Ericaceae)、蒿属(Corylus)、鹅耳枥属(Carpinus)、柳属(Salix)、杨属(Artemisia)、藜科(Chenopodiaceae)、禾本科(Poaceae)、豆科(Leguminosae)、唐松草属(Thalictrum)、菊科(Compositae)、蔷薇科(Rosaceae)、地榆属(Sang- uisorba)、百合科(Liliaceae)、车前属(Plantago)、伞形科(Umbelliferae)、泽泻科(Alismataceae)等. 依据不同植被类型中的花粉百分含量绘制表土花粉图谱(图3).

表2

表 2 霍拉剖面测年结果

样品

实验室编号

深度(cm)

样品类型

14C年龄(a BP)

δ13C (‰VPDB)

14C校正年龄(cal a BP)

GLS-10

OZQ790

炭屑

120±40

-29.0

9~151

GL-021

OZQ789

121

炭屑

3590±40

-25.0±0.1

3823~3988

GL-030

OZQ787

139

炭屑

3565±40

-26.0±0.2

3813~3975

GL-041

OZQ786

161

炭屑

5780±45

-25.0

6453~6675

GL-054

OZQ785

187

炭屑

7050±40

-25.1±0.3

7819~7958

针阔混交林中表土以阔叶乔木桦属(52.30%)和桤木属(10.69%)花粉占主要比例, 而针叶乔木落叶松属(4.28%)和云杉属(3.95%)花粉含量较低; 栎属(1.64%)、杜鹃花科(4.11%)花粉在本植被类型中具有较高的含量. 落叶松林表土中, 落叶松属花粉占到1.94~7.32%, 明显低于其在植物群落中的比例, 而桦属(41.29~46.76%)、桤木属(40.65~31.45%)等阔叶乔木花粉类型所占比例较高.

白桦、落叶松林表土中桦属(39.45~45.14%)、桤木属(17.61~27.43%)占较高的比例, 同时落叶松属(7.55~14.68%)花粉含量出现最高值. 樟子松林表土中仍然以桦属花粉(45%)含量最高, 针叶树花粉(31.45%)含量出现峰值, 其中云杉属达到17.80%. 桤木林表土花粉中, 桤木属花粉含量占14.33%, 低于其在植被群落中的比例, 而桦属含量可达38.98%; 针叶树花粉云杉属含量为7.86%, 草本含量(23.42%)相对较高.

柳灌丛表土中, 柳属花粉含量很低, 仅占1.40%, 而桦属花粉占49.50%, 桤木属占15.97%; 灌木与草本花粉含量较高(21.56%), 其中杜鹃花科占到8.58%. 湿地灌丛表土中, 灌木与草本花粉百分比含量达44.63%, 其中禾本科(23.66%)、蔷薇科(4.36%)、杜鹃花科(1.74%)含量较高; 阔叶乔木(52.01%)和针叶乔木花粉(3.36%)含量降低, 其中桦属38.93%、桤木属7.55%, 落叶松属为1.74%.

大兴安岭北部地区7个不同植被类型的表土花粉组合以桦属、桤木属、落叶松属、云杉属、栎属、柳属、杜鹃花科、禾本科、蔷薇科为主, 其中桦属、桤木属花粉在每个表土样品中都有出现, 并且含量较高. 乔木花粉在表土含量通常在60%以上, 仅在湿地灌丛中降到55%左右. 桦属含量在40%以上时, 才可能指示周边有桦木林存在; 桤木灌丛分布区其花粉含量通常大于10%. 落叶松属花粉在表土中的含量明显低于其植物的比例, 如在落叶松林中其花粉含量仅占到14.68%, 在古植被重建中应予以重视. 研究区东部小兴安岭至三江平原西北部地区的表土花粉分析结果同样显示桦属具有超代表性, 落叶松属为低代表性(余少华等, 2012). 柳属灌丛表土中含有相对较高的柳属(1.4%)和杜鹃花科(8.58%)花粉含量, 可以与其他植被类型相区分. 具有较高比例的禾本科花粉(23.66%), 是该区域湿地灌丛的主要特征.

4.2 剖面孢粉分析结果

霍拉剖面孢粉分属58个科属(表3), 以阔叶乔木花粉为主, 最高百分含量达87.3%, 其中, 桦属花粉最为突出, 含量在35.4~78.3%之间波动. 花粉总浓度为3.9×104~4.6×106粒/g.

根据霍拉剖面花粉的百分含量, 以年代序列为基础将花粉变化划分为以下6个阶段(图4).

阶段1(210~190cm, 9100~8000cal a BP): 以桦、落叶松、柏、鹅耳枥、榛和桤木等乔木植物为主, 含量在56.27~75.99%; 其中, 阔叶乔木尤其是桦属花粉(35.18~53.33%)占优势. 针叶乔木含量较低(3.83~10.74%), 主要是落叶松(0.67~4.26%)和柏科(1.67~5.56%)花粉. 灌木和草本植物花粉含量在24.01~43.73%之间; 其中, 禾本科花粉(10.12~ 27.57%)占有优势, 蒿属(4.63~10.12%)和杜鹃花科(1.34~3.67%)花粉含量也较高. 花粉总浓度(3.3×105~ 3.5×106粒/g)较高, 但存在波动. 指示针阔叶混交林植被景观.

阶段2(190~153cm, 8000~6000cal a BP): 以桦、落叶松、柏、云杉、松、鹅耳枥、榛和桤木等乔木植物为主, 含量在73.74~78.74%. 针叶乔木含量增加, 云杉属(1.02~10.89%)和松属(0.34~5.19%)花粉含量增加, 在约7300cal a BP出现峰值. 灌木和草本植物花粉含量在21.26~26.26%之间, 较阶段1明显下降; 禾本科花粉(9.69~14.48%)下降明显. 花粉总浓度(2.4×105~3.5×106粒/g)较高. 指示喜湿针叶树增加的针阔叶混交林植被景观.

阶段3(153~137cm, 6000~5000cal a BP): 阔叶乔木花粉含量较高, 达60.49~73.50%, 主要是桦属(50.88~58.88%)增加, 榛属(1.76~5.57%)、鹅耳栎属(2.08~3.72%)明显减少, 针叶乔木花粉含量在5.01~ 10.57%之间, 显著降低; 草本含量稍有增加(19.94~34.51%), 蒿属花粉(6.25~9.88%)和杜鹃花科(2.35~16.24%)明显增加, 但禾本科含量(10.86~ 3.37%)显著减少. 花粉总浓度增加, 达1.9×106~ 4.1×106粒/g. 该阶段指示了以落叶松属和桦属为主的针阔叶混交林, 林下发育杜鹃花科、蒿属灌丛.

表3

表 3 霍拉剖面主要孢粉类型

植被类型

主要科属

针叶乔木

松属、云杉属、冷杉属、落叶松属、柏科

阔叶乔木

栎属、桦属、榛属、鹅耳栎属、柳属、杨属、榆属、桤木属

灌木和草本

杜鹃花科、蒿属、藜科、禾本科、豆科、唐松草属、石竹科(Caryophyllaceae)、菊科、蔷薇科、地榆属、百合科、茜草科(Rubiaceae)、车前属、伞形科、十字花科(Cruciferae)、莎草科(Cyperaceae)等

蕨类

水龙骨科(Polypodiaceae)、蹄盖蕨科(Athyriaceae)、木贼科(Equisetaceae)、铁线蕨属(Adiantum)、膜蕨科(Hymenophyllaceae)、卷柏属(Selaginella)等

阶段4(137~83cm, 5000~2500cal a BP): 以桦属、榛属、鹅耳枥属和桤木属为主的阔叶乔木花粉占据绝对优势, 含量达59.70~73.50%, 其中, 榛属(1.94~ 10.03%)和鹅耳枥属(2.07~10.69%)增加明显; 针叶乔木花粉(云杉、落叶松和松)显著增加, 含量在6.07~20.90%之间. 草本含量明显降低(12.48~ 24.43%), 主要是杜鹃花科(0.53~2.93%)和禾本科(1.98~7.89%)减少明显, 蒿属花粉占据优势(4.50~ 10.37%). 花粉总浓度为最高值区, 达5.8×105~ 4.6×106粒/g. 该阶段显示了以榛属、鹅耳枥属等小型阔叶乔木为主的针阔叶混交林植被.

阶段5(83~30cm, 2500~500cal a BP): 桦属花粉增加明显, 含量达50.46~67.01%. 榛属(0.30~3.68%)和鹅耳枥属(0.53~2.87%)花粉则显著降低, 针叶乔木花粉(3.51~14.61%)明显降低. 杜鹃花科(1.43~7.61%)、禾本科(1.91~8.87%)和地榆属(0.18~ 1.58%)花粉有所增加. 花粉总浓度(9.5×104~2.4×106粒/g)降低. 指示以桦木林为主, 林下发育杜鹃花科、蒿属、地榆属灌草丛, 仍有针阔叶混交林.

阶段6(30cm以上, 500cal a BP以来): 阔叶乔木花粉(77.13~87.25%), 主要是桦属花粉(65.47~78.34%)达到最高峰值, 出现一定量的栎属(3.80%), 榛属(0.25~1.88%)和鹅耳枥属(0~3.52%)降至最低值. 针叶乔木花粉(4.25~8.3%)明显减少, 松属和云杉属含量极低(0.45%以下), 落叶松属花粉(2.91~6.05%)有所增加. 灌木和草本花粉含量(8.50~17.48%)下降明显, 但耐旱的藜科(1.29~3.88%)和菊科(0.47~1.80%)有所增高. 孢粉总浓度(3.9×104~1.8×105粒/g)显著降低. 指示桦木林占绝对优势, 也有落叶松针叶林和少量栎林分布, 林相开阔, 出现杜鹃花科、藜科和菊科灌丛.

霍拉盆地9100cal a BP以来植被主要经历以下7个阶段: (1) 9100~8000cal a BP, 暖温型针阔叶混交林, 主要以鹅耳枥属、榛属和禾本科为指示花粉; (2) 8000~6000cal a BP, 暖温型针阔叶混交林, 主要以鹅耳枥属、榛属、松属、云杉属为指示花粉; (3) 6000~5000cal a BP, 发育桦属和落叶松属占优势的针阔叶混交林, 以桦属、落叶松属、杜鹃花科为主要指示花粉; (4) 5000~2500cal a BP, 暖温型针阔叶混交林, 以鹅耳枥属、榛属、松属、云杉属和蒿属作为主要指示花粉; (5) 2500~500cal a BP, 发育寒温型针阔叶混交林, 以桦属、落叶松属、地榆属和杜鹃花科为主要指示花粉并且花粉总浓度下降; (6) 500cal a BP以来, 发育寒温型针阔叶混交林, 以桦属、落叶松属、栎属、藜科和菊科为主要指示花粉并且花粉总浓度下降. 其中, 出现6次植被的快速变化: (1) 约8000cal a BP, 松属、云杉属增加, 禾本科减少; (2) 约7300cal a BP, 针叶树出现峰值; (3) 6000~5000cal a BP, 杜鹃花科含量出现峰值; (4) 2500cal a BP, 榛属和鹅耳枥属等暖性阔叶树几乎消失; (5) 1600cal a BP, 针叶树增加, 灌草丛扩张; (6) 500cal a BP, 桦属增加, 植被盖度下降.

5 讨论

石笋、冰芯、海洋和湖泊等高分辨记录显示, 全新世气候经历了早期升温变暖、中期温暖湿润、后期降温变凉三个主要阶段 (Yuan等, 2004; Wang等, 2005; Tan等, 2006). Marcott等(2013)的研究揭示10000~5000cal a BP期间的温度比其后高约0.7℃. 全新世中期存在一个显著的大暖期, 6000cal a BP左右的鼎盛阶段与全球平均温度增加1~2℃的场景相似(施雅风等, 1992; IPCC, 2013). 森林植被的分布与种群密度强烈地受到气候环境变化的影响(Huntley和Birks, 1983; Bartlein等, 1986; 方精云, 2000), 由于对全球气候变化响应存在区域不一致性, 因此, 中国北部季风边缘带的植被如何响应全新世气候环境变化, 一直未有良好的记录予以检验.

气候变化对陆地生态系统产生重要影响, 陆地植被作为生态系统中重要一环, 全新世区域性植物类型变化和空间格局的迁移等是对气候环境变化的响应. 漠河霍拉剖面植被演替历史表明, 至少9100 cal a BP左右, 该地已经发育有落叶松、云杉以及榛属和鹅耳枥属等暖温性阔叶乔木, 形成针阔叶混交林植被(图4). 霍拉剖面花粉谱中落叶松属9100cal a BP以来一直保持较高比例(0.67~9.63%), 考虑该属花粉的低代表性特征, 几乎可以肯定地认为落叶松群落稳定地存在于北大兴安岭地区. 因此, 9100cal a BP温度升高有利于鹅耳枥属和榛属等喜暖阔叶树向这一地区扩张, 形成寒温-暖温混合型植被景观. 8000cal a BP之后, 松属、云杉属和鹅耳枥属增加, 杜鹃花科等耐寒灌木减少(图4).

现代东北地区的榛属主要分布于东部和南部的张广才岭和长白山地区, 鹅耳枥林则主要分布在辽宁南部地区, 这些区域年均降水量在500~ 1000mm(周以良, 1997). 早全新世温度升高会造成蒸发量增加(任国玉, 1999; 李小强等, 2005), 要维持针阔叶混交林为主的植被状况, 降水必然高于现代的403.4mm. 依据现代相似植被分布区域的气候指标, 全新世初期漠河地区的降水可能达到500~600mm左右(中国科学院中国植被图编辑委员会, 2007). 约8000cal a BP, 松和云杉林在霍拉盆地的出现, 则可能是由于降水进一步增加, 温湿的气候导致云杉和松林向西北扩张.

中国东北及临近地区也存在类似的气候环境变化过程. 东北二龙湾玛珥湖花粉记录显示8900~4600 cal a BP发育落叶阔叶林, 指示温暖湿润的气候(刘玉英等, 2008). 大兴安岭中段阿尔山月亮湖孢粉记录显示, 9000~2900cal a BP期间植被为森林草原, 气候较现今温暖湿润(伍婧和刘强, 2012). 11000~8000cal a BP, 呼伦湖地区的温度达到全新世以来最高值(Wen等, 2010a). 日本北海道岛花粉记录显示9000~8000 cal a BP期间栎属等暖性阔叶树迅速增加(Igarashi, 2013); 日本千岛群岛气候变化趋势相似(Razjigaeva等, 2013).

从漠河地区植被演替的总趋势来看, 植被经历了由全新世早中期的暖温型-寒温型混合植被向后期寒温型植被类型的转换; 其中, 两次显著的降温事件对植被的转型有着深刻的影响(图5). 约6000~5000 cal a BP的降温事件可能具有全球性特征, 如北大西洋记录的一次显著浮冰事件(Bond等, 1997), 董哥洞石笋氧同位素显示东亚夏季风减弱(Dykoski等, 2005), 这一降温事件在亚洲中部的贝加尔湖Buguldeika岩芯(Tarasov等, 2007), 中国东北地区的境泊湖(Li等, 2011), 大兴安岭中段月亮湖(伍婧和刘强, 2012)以及日本的北海道岛(Igarashi和Zharov, 2011)的花粉记录中有体现. 其主要驱动可能是太阳活动强度减弱所致(Reimer等, 2004). 漠河地区的植被表现为喜暖树种减少, 耐寒的杜鹃花科出现峰值, 林下草地由禾本科向蒿属植物转变. 可见这一冷事件对东北地区存在普遍而深刻的影响.

5000~4000cal a BP, 全球气温回返(施雅风等, 1992), 较现代温度稍高, 霍拉盆地花粉记录显示植被类型不同程度恢复到较温暖湿润状态. 随着5000 cal a BP以来高纬太阳辐射量的减少(Berger和Loutre, 1991), 已经无法达到全新世早-中期的水平, 此时东亚夏季风减弱(Dykoski等, 2005; Wang等, 2005), 降水减少, 使耐旱的蒿属代替禾本科成为霍拉盆地林下稳定的草本成分, 气候向温干的方向发展.

图 5

霍拉剖面主要植被类型花粉百分比等指标与其他指标比较

约3500~2500cal a BP漠河地区出现暖温型植被逐渐缩减, 整体向寒温型植被过渡, 在2500cal a BP左右彻底完成了这一转变: 榛属和鹅耳枥属等暖性阔叶树几乎消失, 桦和落叶松等寒温型林木占主要地位; 柳属、杜鹃花科、地榆属、藜科等增加, 植被灌丛化特征比较明显. 约2500cal a BP的降温事件也出现在大兴安岭西部呼伦湖(Wen等, 2010b), 中段月亮湖(伍婧和刘强, 2012), 南部达里湖(Xiao等, 2008), 长白山孤山屯泥炭(刘金陵, 1989), 东北东部的境泊湖(Li等, 2011)以及日本北海道岛(Igarashi和Zharov, 2011; Razjigaeva等, 2013)等不同指标的记录中, 显示植被对北半球夏季太阳辐射减弱导致的全球变冷的响应(Berger和Loutre, 1991; Dykoski等, 2005). 约500cal a BP之后, 云杉林进一步衰退, 形成了现今的植被格局.

全新世温暖期作为未来全球潜在增温效应的历史相似型(Kutzbach等, 1996; Berthel等, 2012; Liu等, 2013)对研究区植被和生态系统的影响是值得关注的重要问题. 漠河地区全新世温暖期发生在约9100~ 6000cal a BP之间, 年均温和年降水量的增长可以满足暖温型针叶和阔叶林生长的温度条件, 成为全新世植被演替过程中发育最好的一个阶段, 也揭示了增温可能导致我国东北的季风边缘区降水的增加, 有利于暖温型森林植被的发育并提高植物载荷.

6 结论

大兴安岭北部地区的表土花粉组合与植被类型有较好的对应关系. 桦属和桤木属花粉具有超代表性, 40%以上的桦属可能代表有桦木林存在, 10%以上的桤木花粉可能显示有桤木林存在. 落叶松花粉低代表性特征非常明显, 落叶松林中花粉含量仅为14.68%.

中国东北地区北缘的全新世温暖期(9100~6000 cal a BP)发育了鹅耳枥属和榛属为主的暖温型针阔叶混交林, 揭示温度增加有利于暖温型森林植被发育. 6000~5000和3500~2500cal a BP的两次降温事件导致鹅耳枥、榛、松以及和云杉林等喜暖湿植被减少, 耐寒的落叶松和桦林扩张. 2500cal a BP以后, 形成以落叶松和桦为主的寒温带针阔叶混交林植被景观.

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