基于文献计量学的近30年(1990-2020)第四纪孢粉学研究现状与展望

第四纪孢粉学利用现代和化石孢粉重建第四纪古植被、古气候和古环境,属于可持续发展的前沿学科领域。本文基于CiteSpace软件数据可视化和计量分析模块,以CNKI (中国知网)数据库与Web of Science核心数据库中1990–2020年间的共计6081篇第四纪孢粉学相关文献为基础,梳理了近30年来第四纪孢粉学的过去和现在,并探讨了未来发展趋势。研究结果表明,近30年第四纪孢粉学领域发文量呈增加趋势,中国的总发文量和国际影响力整体呈增长趋势;第四纪孢粉学研究主要集中于各大高校和科研院所,研究成果有明显的聚集性;中国科学院是外文发文量最多的国际机构。第四纪孢粉学近30年的研究主要涉及古植物学、古地理学、古生态学和古气候学等领域,古植被、古气候、古环境的定性和定量重建一直是国内外学者关注和研究的重点。表土花粉研究、花粉与人类活动、亚洲季风演变和孢粉分类学是近几年发刊的热点。虽然一些关键词如花粉产量、代表性以及现代花粉与植被和气候的定量关系等出现频次低,但对第四纪孢粉学十分重要。未来还需要进一步加强湖泊表层沉积物的花粉研究,探讨花粉与植被、气候的定量关系,为准确解译化石花粉提供坚实基础。随着孢粉数据库的不断完善和模型模拟技术的发展,孢粉研究的精细化和模型化趋势也将进一步加强,以提高定量重建的准确性及植被、气候模型的预测性。     

孢粉-植被-气候关系研究进展

随着全球变化研究的不断深入 ,第四纪孢粉学研究已取得了长足的进步 ,特别是近些年来 ,孢粉 植被 气候关系研究已成为世界孢粉学界的热点之一。空气孢粉学的研究在大气环境污染监测、花粉过敏症、农业收成预报和第四纪植被与环境重建等方面得到了广泛应用 ,并不断发展 ;近年来 ,为开展全球范围的古环境研究 ,各大洲相继建立了孢粉数据库 ,大量开展表土孢粉研究。中国第四纪孢粉数据库的建立 ,汇集了我国近半个世纪积累的孢粉资料 ,并利用中国第四纪孢粉数据 ,系统开展了中国现代表土孢粉、6kaBP(中全新世 )及 1 8kaBP(末次盛冰期 )的生物群区模拟及重建 ,建立了花粉 气候转换函数和响应面模型 ,并取得了良好的结果 ;冲积物孢粉学和环境考古孢粉学研究 ,也取得了一定成果 ,但研究还有待于深入 ;特征指示种花粉雨研究 ,对古生态环境重建也具有重要的意义。     

立地尺度植被重建模型MARCO POLO的应用分析——以柴达木盆地为例

立地尺度植被定量重建是对利用孢粉进行古气候和古环境研究的一个重要补充。一些新的定量重建模型相继提出,但其适用性仍需进一步验证。以柴达木盆地24个样方表土孢粉及4个湖泊表层沉积孢粉为研究对象,利用MARCO POLO模型重建立地尺度植被盖度并分析该模型的适用性。研究结果表明,由于地形开阔且风力较大,干旱区的大型湖泊沉积物中往往容易富集超代表性孢粉,使这些孢粉的区域信号增强,从而降低孢粉类型筛选的正确率。若湖泊与样方间的距离较近,湖泊表层孢粉能够更好地反映样方所在区域的孢粉特征,则有利于提高孢粉类型筛选的正确率。MARCO POLO模型中的孢粉代表性R值是将孢粉含量转化为植被盖度的关键参数。由于受到孢粉自身生产、传播、保存以及外部环境等多方面因素的影响,不同样方的R值可能差异很大。因此在运行该模型前需保证R值能够准确反映立地尺度中各孢粉类型与植被盖度的关系。仅在以柴达木盆地为代表的干旱区对该模型进行检验,今后仍需要在不同植被或气候区进行深入研究以全面了解该模型的适用条件。     

南京紫金山现代植被表土孢粉的初步研究

 选择南京紫金山现代植被进行植被调查和表土孢粉分析。结合中国东部不同气候带下的几个地点表土孢粉分析,把孢粉百分含量、孢粉组合及孢粉优势种、标志种与植被的各项参数进行对比,找出植被与孢粉之间的关系。为恢复古植被、古生态和古气候提供科学依据。     

云南亚热带南部表土孢粉组合与植被间的定量关系

以云南亚热带南部沿温度带分布的35个表土孢粉样品和7个植被样方调查为基础,计算了代表性孢粉类型的百分比和孢粉浓度,及常见孢粉的R值,并分析了影响R值的因素;同时,研究了植物群落和样方内孢粉组合的相似度。结果表明,云南亚热带南部表土样品孢粉产量丰富,蕨类植物孢子产量较高,具有典型的亚热带特征,且山地垂直分异显著;木本、草本植物花粉基本代表了区域内乔木和草本植物特征,蕨类植物孢子则具有超代表性;表土孢粉组合与植物群落间的相似系数绝大部分都在70％以上,表土孢粉组合基本上可以反映植物群落面貌;表明云南亚热带地区表土孢粉与现代植被之间具有较好的对应关系,这对在该区利用化石孢粉资料定量恢复古植被和重建古气候有重要意义。     

华北上新世-更新世过渡期植被、气候与大气CO_2研究进展

上新世-更新世过渡期是新生代全球气候变化的重要拐点之一,此期气候经历了由"暖室"向"冰室"的转变。研究该气候转型期的特征可为科学界和国家层面应对现在和未来的全球气候变暖提供理论基础和实践指导。通过深入研究中国华北山西榆社盆地张村组上新世-更新世过渡期地层中保存的植物大化石、孢粉以及硅藻组合,为重建该时段陆地生态系统中植被演替和气候变化提供坚实的生物学证据。在综合回顾张村组化石植物研究历史的基础上,侧重介绍最近5年在古植被、古气候、古环境以及古大气CO2浓度重建等方面的最新进展。这些新成果定性及定量地刻画了第三纪-第四纪之交中国北方黄土高原东南缘气候变干、变凉的转型过程及其陆地生态系统中大气CO2浓度先升后降的变化趋势。     

孢粉信息函数在辽河断陷西部凹陷沙河街组古环境分析中的应用

为了加强含油气盆地的古环境和古气候研究,寻找古环境研究的多种途径,探索用孢粉信息函数半定量恢复古环境和古气候。孢粉是气候变化敏感的信息载体,气候适宜,孢粉信息函数值越高,而且在沉积过程中,从岸边到湖盆中心,随着水体加深,孢粉信息函数值逐渐降低。利用孢粉信息函数的这种变化规律,按<2.0、2.0—2.1、>2.1三个参数值,将辽河断陷西部凹陷沙河街组一段沉积时期的湖盆划分为半深湖、浅湖和滨浅湖环境。并依据沙河街组孢粉信息函数值从沙四段到沙一段呈现低(1.97)—高(2.12)—低(1.88)—高(2.28)的韵律性变化,判断古气候呈干热—潮湿—干热—潮湿的旋回性演变。西部凹陷沙河街组孢粉信息函数的变化规律与古气候演变有很好的响应,同时与盆地不同发育阶段的古地貌、古环境密切相关。因此,孢粉信息函数是重建古气候、古环境的有效手段之一,能弥补缺少大化石给含油气盆地沉积环境研究带来的不足。     

重庆喀斯特地区现代花粉组合与植被的关系

重庆喀斯特地区4种不同地貌单元的81份表土和苔藓样品的孢粉分析结果表明:(1)研究区植物孢粉组合共由109科属组成。除金佛山外,其他植被退化严重地区样点均以草本和蕨类植物占据优势(剔除石漠化治理大量引种的马尾松、柳杉和侧柏等乔木花粉),其次是乔木植物花粉(主要为马尾松),灌木植物花粉含量很低,显示该区植被退化严重;(2)孢粉组合的PCA分析能够很好地将研究区的现代孢粉组合区分开来,较好地反映了重庆喀斯特地区不同地貌单元的植被特征,特别是石漠化区植被退化严重的孢粉组合特征。生态保护较好、自然植被发育的金佛山地区具有106科属的乔木、灌木与草本孢粉类型,以及高含量的乔木花粉,而喀斯特石漠化地区的鸡公山(46科属)、青木关镇(56科属)和南平镇(50科属)则表现为乔灌木孢粉类型较少;(3)银杉作为金佛山特有的孑遗植物,其花粉含量明显低于松属花粉,说明其花粉不利于远距离传播;(4)随着土地利用强度的增加,现代孢粉组合中乔灌木花粉含量和种类越少,草本和蕨类植物孢粉含量越多,且以耕地杂草为主。因此,土地利用方式的变化是喀斯特石漠化区次生植被及其现代孢粉组合变化的主要影响因素。研究可为重庆喀斯特地区土地利用策略的制定,重庆及其周边地区第四纪古植被、古气候和古环境重建研究,以及中国孢粉数据库建设提供基本数据和科学依据。     

中国东部花粉比值与气候的关系及其在定量古气候重建中的应用

在中国东部连续的尘土孢粉样基础上,用转换函数的方法研究中国东部孢粉与气候的定量关系,研究结果证明,中国东部现代花粉的分布与年均温有密切关系,某些草本植物花粉之间的含量变化很大程度上与太阳辐射量和不同纬度的温度变化有关,因此定量重建古植被带的迁移及古气候的变化就成为可能,通过对比,选择Artemisisa与Poaceae的比值作为温度替代指标,Arte/Poac与纬度相关系数的平方值（R2）为0．9579,它与年均温的相关系数平方值也达到0．9162,用回归方程定量重建了中国东部海域钻孔DGKS－9602的古气候,由于末次盛冰期草本植物花粉丰富,获得的气候值可信度最好,即年均温比现代降低了8℃左右（6－10℃）,植被带向南推移了约8－10纬度,这一结果与前人的研究结果基本吻合。     

中国现代花粉数据集

孢粉是重建古植被、古气候的重要基础数据。孢粉数据库对研究样点至区域和全球尺度上的古环境演变规律、古气候变化特征反演和古生物地球化学循环模拟等具有重要意义。该文收集整理了中国1960-2020年间发表和部分未发表的现代花粉数据记录, 包括样品编号、采样位置、采样地经纬度和海拔高度、样品类型、数据来源、数据类型、周边植被信息、参考文献、花粉类群及其含量等信息; 并对数据进行筛选和标准化等处理, 由此整合为中国现代花粉数据集。该数据集由4 497个现代花粉采样点的数据信息组成, 包括660个来自中国第四纪孢粉数据库数据, 1 763个前期整理发表的数据和2 074个近期收集的数据, 涵盖772个花粉类群。样品类型以土壤表层样品(3 332个)为主, 苔藓样品以及湖泊、海洋表层样品等为辅, 广泛分布于全国不同地理区域和植被类型中, 其中以温带荒漠区域(24.91%)和亚热带常绿阔叶林区域(24.02%)最丰富, 其次为温带草原区域(16.14%)和青藏高原高寒植被区域(15.83%)。数据按照来源可分为原始数据(58%)和数值化数据(42%); 按照数据类型可分为原始统计粒数的样点(59%)和以花粉百分比表达的样点(41%)。半个多世纪以来, 科研人员开展了大量的表层现代花粉取样和研究。本数据集虽然仅获取部分记录, 但样点覆盖了我国绝大多数地区, 可有效地用于古植被与古气候重建的现代孢粉与现代植被校验, 并将为中国孢粉数据库的建立与更深入的孢粉研究提供数据支撑。