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湿地是地球上一种独特的、多功能的生态系统, 享有“地球之肾”的美誉, 它在维持区域生态平衡、减缓气候演变的影响, 以及揭示古代先民的生活方式及保护现代人类生存环境等方面扮演着极其重要的角色[1]。据调查, 新疆现有湿地总面积约为1.48×106hm2, 仅占全疆总面积的0.89%[2], 并且由于2000年以来, 特别是最近几十年由于人类的过度开发与利用, 使湿地生态系统的结构、功能和分布已发生了显著的变化, 而这种变化势必影响到局域、乃至更大范围的气候系统的演变。因此选择代表性湿地, 揭示局域或区域性自然演变过程, 以及人类活动对环境以及生物多样性的影响, 将成为国内外学者共同关注的问题之一[3]。
新疆地处我国西北内陆干旱地区, 生态环境脆弱, 对气候变化及人类活动的影响十分敏感, 因此许多学者利用孢粉等环境指标, 已对新疆古环境、古气候的演变进行了探讨, 并对一些重要湿地如巴里坤湖[4, 5]、托勒库勒湖[6]、艾比湖[7-9]和博斯腾湖[10]进行过研究并取得了较为丰富的研究成果。20世纪50年代以来, 地处天山北坡、准噶尔盆地南缘的玛纳斯河流域洪积冲积扇的狭长泉水溢出带(包括石河子蘑菇湖), 由于石河子地区大规模的垦殖开荒, 人工绿洲代替草甸和沼泽地, 从而破坏了湿地的水源供给, 造成湿地面积的减少, 由1976年的415.7hm2降至2005年的297.4hm2[11], 石河子市蘑菇湖湿地残存的小叶桦(Betula microphylla)林地及沼泽蕨(Thelypteris palustris)种群正以极快的速度丧失, 因此本研究选择蘑菇湖为对象, 通过野外植被调查和钻孔取样, 采用多种实验分析手段, 提取了诸多古环境的相关信息, 此文重点依据其地层孢粉分析数据, 探讨新疆石河子蘑菇湖近5000年以来的环境演变。
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蘑菇湖湿地位于新疆石河子市北20千米处(图 1), 海拔约370m, 夏季炎热, 但日温差较大, 冬季严寒漫长, 属于大陆性干旱气候, 全年降水量少而蒸发量大, 年均气温6~7℃, 极端最低温-42℃, 极端最高温42℃; 年均降水量约110~150mm, 年蒸发量约1800~2200mm, 无霜期160~170d, 日照2798~2839h, 土壤为泥炭沼泽土[12]。在蘑菇湖湿地上生长着一种具有很高观赏和绿化价值的树种———小叶桦(Betula microphylla), 与其伴生的尚有白柳(Salix alba)、疏齿柳(Salix serrulatifolia)及许多常见的湿生、沼生植物和少量水生植物(香蒲科(Typhaceae)、水葱(Schoenoplectus tabernaemontani)、水蓼(Polygonum hydropiper)、车前科(Planinginaceae)、药蒲公英(Taraxacumofficinale)、药蜀葵(Althaea officinalis)、沼泽蕨(Thelypteris palustris)和唇形科(Labiatae))等, 外围也散生一些中生植物或农田杂草, 部分农田和较大面积的草场及湖泊分布在其周边。根据调查, 近年来由于受放牧、垦殖等人类活动的影响, 该区小叶桦和沼泽蕨的数量正在快速减少[13]。
图 1 新疆石河子蘑菇湖湿地剖面
Figure 1. Moguhu wetland profile in Shihezi City of Xinjiang
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在蘑菇湖湿地(湖岸)采用俄式钻, 钻取了120cm深的剖面样品(44°25′39.3″N, 85°54′35.6″E, 海拔高度380m), 按2cm的间距对剖面进行连续采样, 共取孢粉样品60个, 剖面上部因草根太多, 难以采集到完整的样品进行测年和孢粉取样, 故本研究主要以38~120cm为主。在剖面深30~35、70~75、90~95和115~120cm处分别采集4个沉积物全样进行AMS14 C测年, 测定的年龄分别为1035±25、2960±30、2990±25和4170±30aBP, 运用CALIB 7.0 (http://calib.qub.ac.uk/calib/)进行在线年龄校正(BP=1950AD), 校正后年龄分别对应950±30、3116±95、3314±2和4689±79cal.aBP。根据已校正的年份数据, 粗略计算其样品沉积速率在30~70cm深度约为0.019cm/a, 70~90cm深度约为0.068cm/a, 90~120cm深度约为0.021cm/a。该剖面的岩性多为粉砂层, 根据粒度沿剖面的变化从上到下分成3段, 上段和下段粒径较细, 以粉砂(平均含量占51.74%)和黏土含量(平均含量占43.46%)为主, 中段以粉砂(平均含量占52.80%)和砂含量(平均含量占35.28%)为主, 可见64~72cm深度沉积速率较快。由于存在着沉积速率差异, 整个剖面的年代序列采用分段线性内插的方法获得。将相邻两个年代控制点连线斜率的绝对值近似地认为是这段时期的沉积速率, 而蘑菇湖剖面中段的地层年龄则用70~90cm之间的沉积速率进行推算(图 2)。孢粉分析采用标准的氢氟酸-过筛法提取, 外加指示石松孢子, 孢粉百分比含量计算出的乔木、灌木和草本均以占陆生植物花粉总量为基数, 而湿生和水生植物则指孢粉粒数, 利用Tilia 2.0软件绘制孢粉百分比图(图 3)。
图 2 新疆石河子蘑菇湖剖面年代和粒度随深度变化曲线
Figure 2. The vertical changes in grain size with time of the Moguhu Wetland profile of Shihezi City in Xinjiang
图 3 新疆石河子市蘑菇湖湿地剖面孢粉图谱
Figure 3. Pollen percentages of the Moguhu profile of Shihezi City in Xinjiang
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剖面深38~120cm共采取41个孢粉样品, 其中乔木植物主要有云杉属(Picea), 其次是柏科(Cupressaceae)、松属(Pinus), 还有少量的桦属(Betula)。草本植物由藜科(Chenopodiaceae)、蒿属(Artemisia)、蒲公英属(Taraxacum)、菊科(Compositae)等组成, 其次是禾本科(Gramineae)、葎草属(Humulus)、毛茛科(Ranunculaceae)、唐松草属(Thalictrum)、蓼属(Polygonum)、茄科(Solanaceae); 灌木植物有麻黄属(Ephedra)、柽柳科(Tamaricaceae)、柳属(Salix)、蒺藜科(Zygophyllaceae)和锦葵科(Malvaceae)等; 水生及湿生植物中主要有挺水的黑三棱属(Sparganium)、香蒲属(Typha)和莎草科(Cyperaceae)等; 蕨类植物主要有沼泽蕨(Thelypteris palustris), 并见卷柏属(Sellaginella)和蹄盖蕨属(Athyrium)等。根据孢粉组合特征并参照岩性、测年数据将剖面自下而上划分为5个孢粉带(图 3) :
带Ⅰ (120~98cm, 4770~3700cal.aBP) :孢粉组合中以草本植物花粉占优势, 为47.54%~81.64%, 平均值为71.53%, 其中以旱生或盐生的藜科(14.78%~62.43%, 平均值45.56%)为主, 其次是菊科(最低值3.26%, 最高值18.02%, 平均值9%)、蒿属(1.35%~11.01%, 平均值4.24%)植物花粉, 少见湿生植物莎草科(0~9.58%, 平均值0.98%), 该带的藜科和菊科花粉含量在本剖面出现峰值。乔木植物花粉含量为14.32%~38.20%, 平均值23.66%, 主要以云杉属(9.73%~23.60%, 平均值为15.19%)为主, 见有少量的桦属(0.52%)植物花粉。灌木植物花粉含量为1.12%~14.20%, 平均值3.57%, 其中麻黄属植物花粉含量平均值达到2%。本带统计的水生植物(黑三棱、香蒲属花粉和沼泽蕨孢子)共549粒, 数量在不同样品中有所波动。蒿与藜科花粉比值(A/C)为0.14, 乔木和非乔木比值(AP/NAP)为0.19。
带Ⅱ (98~86cm, 3700~3120cal.aBP) :孢粉组合中, 仍以草本植物花粉含量为主, 但所占比例较Ⅰ带有所下降(40%~88.71%), 其中藜科(11.67%~50%, 平均值30.38%)、菊科(0~14.29%, 平均值4.59%)和蒿属(0~6.25%, 平均值3.67%)植物花粉含量较带Ⅰ均有所下降。该带的乔木植物花粉含量却有所增高(33.33%~79.44%, 平均值54.82%), 其中云杉属(14.29%~62.78%, 平均值36.96%)植物花粉含量成为整个剖面的峰值(62.78%), 而松属花粉含量在此带亦最高, 桦属植物花粉含量最高为1.78%, 平均值0.54%。麻黄属植物花粉含量则降低到0.5%;以黑三棱为主要组成的水生植物花粉和沼泽蕨孢子含量(共668粒)较带Ⅰ上升。该带的AP/NAP值升至0.42, 并成为整个剖面的峰值, A/C值上升到0.16。
带Ⅲ (86~70cm, 3120~3020cal.aBP) :该带孢粉组合中仍以草本植物花粉含量占优势, 最低值为43.28%, 最高值达66.39%, 均值升至52.44%, 其中的藜科(31.34%~42.38%, 平均值35.21%)和蒿属(5.71%~11.31%, 平均值8.1%)较带Ⅱ有所下降, 仅见少量的莎草(0~0.74%); 乔木植物花粉含量为33.61%~55.97%, 平均值47.05%, 其中云杉属植物花粉(25.21%~50.75%, 平均值38.87%)与带Ⅱ相比变化不大。麻黄属(0.41%)植物花粉含量变化不大; 水生植物(香蒲属)花粉和沼泽蕨孢子含量(共1696粒)较带Ⅱ显著上升, 且达到剖面峰值。A/C比值上升至0.22, AP/NAP值则下降到0.24。
带Ⅳ (70~57cm, 3020~2340cal.aBP) :孢粉组合中以草本植物花粉为主, 所占比例为37.23%~65.29%, 平均值和带Ⅲ相比稍有上升, 为54.16%, 其中藜科(21.18%~47.93%, 平均值33.34%)植物花粉与带Ⅲ相比, 虽有所下降, 但蒿属(0~23.53%, 平均值11.59%)、菊科(0~6.61%, 平均值3%)却相对上升, 且蒿属植物花粉达到整个剖面的高值(23.53%)。但值得注意的是, 乔木植物花粉含量为33.33%~59.57%, 平均值45%, 主要是云杉属植物花粉(最低值21.49%, 最高值50%, 平均值33.36%)。麻黄属植物花粉为0.6%, 水生植物(黑三棱)花粉和沼泽蕨孢子含量下降为448粒。而A/C值上升, 达到整个剖面最大值0.40, AP/NAP值升至0.32。
带Ⅴ (57~38cm, 2340~1340cal.aBP) :孢粉组合中的草本植物花粉含量最高, 最小值为53.66%, 最大值为90.07%, 平均值67.08%, 其中藜科(37.2%~67.56%, 平均值为50.14%)、菊科(0~6.11%, 平均值为3.4%)植物花粉较带Ⅳ有所上升, 该带最显著的特征是藜科植物花粉在该带达到峰值, 而蒿属(2.9%~8.79%, 平均值为6.19%)和带Ⅳ相比却有所下降。乔木植物花粉(9.16%~45.12%)含量下降到31.31%, 云杉属植物花粉占3.05%~34.76%, 平均值降到18.4%, 桦属植物花粉含量较少, 仅为0.15%。灌木植物花粉所占比例为1.53%, 其中麻黄属花粉含量平均值0.64%。水生植物花粉含量和沼泽蕨孢子(452粒)与上带基本一样。A/C和AP/NAP值都下降, 分别为0.13、0.22。
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4770~3700cal.aBP期间(带Ⅰ), 孢粉组合中以代表荒漠植被的藜科植物花粉为主, 该剖面尽管在此带出现了挺水植物香蒲和黑三棱, 但其含量并不高, 而且它可以在淡水或偏咸水中生长。且蒿与藜科比值(A/C)仅为0.14, 表明此间气候应较为干燥。与此期间大致可以比较的新疆巴里坤湖地层孢粉研究资料显示, 在4300~3800cal.aBP, 不仅桦木属花粉含量突然降低, 而且A/C比值在0.03和0.144间波动, 湖区植被演替为荒漠类型, 气候干旱[14]; 而地处新疆吉木萨尔县泉子街乡的小西沟自然剖面, 约在3975~3765aBP, A/C比值和孢粉总浓度亦较低, 气候偏干[15]; 而托勒库勒湖4500~3800cal.aBP期间, 植被由草原/荒漠草原演化为荒漠, 蒿属花粉含量降低, 但藜科植物花粉增加, 该作者认为A/C值的降低有可能说明区域环境寒冷干旱[6], 这些是否与发生在4.2kaBP左右影响世界各地的气候干旱事件有关需进一步探讨。
在3700~3120cal.aBP间(带Ⅱ), 云杉花粉含量较带Ⅰ明显上升, AP/NAP值也达到峰值, 为0.42, 该带不仅黑三棱植物花粉含量较多, 在淡水湿地生长的沼泽蕨也有所上升, 说明当时气候较为湿润, 导致该区淡水湿地发育。根据前人研究, 在位于天山乌鲁木齐河源区的大西沟剖面3600~3200aBP期间, 孢粉的复合分异度为6.06, 成为该剖面的最高值, 从而说明当时不仅植被覆盖率较高, 而且植物种类较多, 气候较为湿润[15]。同样在石羊河流域红水河全新世剖面, 亦揭示在3510~3230cal.aBP, 孢粉组合中指示水生环境的香蒲和眼子菜花粉含量较高[16]。张芸等对新疆的吉木萨尔县研究的小西沟考古遗址剖面的孢粉分析资料显示, 在3470±85aBP, A/C比值不仅增至0.58~2.1, 而且AP/NAP比值也有所上升, 然而作为荒漠植被主要组成的柽柳属和麻黄属则大幅度减少, 总体看孢粉浓度和孢粉复合分异度仍较高, 也反映当时气候仍较湿润[17]。
在3120~3020cal.aBP间(带Ⅲ), 水生植物中的黑三棱含量达到峰值, 云杉植物花粉含量虽与带Ⅱ相比变化不大, 但A/C比值却有所增加, 说明气候仍较湿润。草滩湖湿地(44°25.06′N, 86°01.26′E)也位于石河子地区, 它和蘑菇湖湿地相距8.9km, 张卉根据草滩湖剖面孢粉资料分析得出, 在3300~3000cal.aBP时段, 该地区也生长着丰富眼子菜、黑三棱和香蒲等水生植物, 表明气候较湿[18], 与蘑菇湖剖面反映的气候状况较为类似。
在3020~2340cal.aBP期间(带Ⅳ), 云杉花粉与带Ⅲ相比虽略有下降, 但A/C值比较高, 蒿属花粉含量和A/C比值均达到本剖面最高值, 说明此时区域气候仍较为湿润。据以往研究, 大约在3000~2000aBP间, 玛纳斯湖区湿润指数成为全新世期间的最大值[19], 此间受湿润气候条件的影响, 在裕民县毕都可里苇湖和博斯腾湖区2500年左右的地层中发育有泥炭层[20]; 即使位于古尔班通古特沙漠东南缘沙漠内部的四厂湖剖面揭示的年代为(3120±240) ~ (2410±170) aBP, 其地层孢粉复合分异度高达8.76, 生物多样性亦有所增高[15]。在2780~2382aBP期间, 艾比湖流域内河流水量充沛, 使湖面处于高水位阶段, 代表气候比较湿润[7]。甚至在蒙古国中部Ugii Nuur湖3170~2340cal.aBP间, 半荒漠草原向森林草原演变, 气候转凉变湿, 末期湿度条件达最佳[21]。
在2340~1340cal.aBP期间(带Ⅴ), 孢粉组合中, 云杉植物花粉下降至9.93%, 成为整个剖面云杉花粉的最低值, 水生植物黑三棱花粉含量也显著减少, 作为指示气候干湿程度的A/C比值亦由孢粉带Ⅳ的0.4降至0.13, 说明气候较带Ⅳ偏干。张芸等的孢粉研究结果显示, 在1810~1160cal.aBP期间, 地处新疆石河子地区的草滩湖村湿地水体变浅, 水生植物种类含量显著减少, 周围植被以藜科和蒿属为主[22]。小西沟剖面约2205~1575aBP间, A/C比值低至0.25~0.82, 孢粉总浓度也很低, 同时古生物多样性降低到剖面最低值[15]。甚至在怯卢文书记载了在4世纪时, 地处罗布泊西北部的楼兰王国都城, 出现过严重干旱, 导致用水紧张, 粮食日趋减少[23]。
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鉴于植被作为环境演变的综合体, 而新疆作为干旱区的敏感地带, 其森林草原和荒漠植被带在时间和空间上分布的格局极好地反映出全新世时段的温度和湿度状况[24], 而从剖面孢粉分析资料中选择那些对水热乃至土壤因子敏感的植物花粉进行环境解释的方法已成为很好的研究途径。
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云杉属作为寒温性常绿针叶林的主要建群树种, 广泛分布在北半球的温带和寒带, 由于云杉生长和分布的气候和土壤因子比较一致, 因此往往把云杉林的时空分布与古气候重建联系在一起, 但云杉花粉具有较大的双气囊, 飞行能力较强, 常因其传播距离对其植被的指示意义产生质疑, 然而阎顺等对新疆表土中云杉花粉的研究数据表明, 距新疆云杉林生长的水平距离是影响云杉花粉分布的主要因素, 但与等距离的荒漠和荒漠草原相比, 在平原河谷林和平原低地草甸中云杉花粉的含量一般偏高, 此外流水和气流对云杉花粉的传播也有一定的影响[25]。
就本文而言, 蘑菇湖剖面的孢粉资料显示, 乔木花粉中以云杉属为主, 在第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ带云杉花粉含量分别高达36.96%、38.87%和33.36%, 在带Ⅰ和带Ⅴ中的云杉含量为15.19%、18.40%, 其含量亦较高, 且其远离天山和阿尔泰山, 但在石河子南山有云杉林存在, 根据张卉对石河子南山地区表土花粉研究, 在海拔1700~2400m处, 分布着大片雪岭云杉, 云杉属花粉含量高达81.02%, 1700m以下云杉花粉含量开始降低, 当海拔低于1350m处则为藜科、蒿属构成的荒漠带, 云杉花粉含量仅占0.37%[26]。而蘑菇湖湿地海拔为370m, 云杉花粉含量较高可能与蘑菇湖湿地的地貌类型及当时的气候条件有关。该湿地位于玛纳斯河流域(43°27′~45°21′N, 85°01′~86°32′E), 流域内发源于天山北坡依连哈北尔尕山脉的塔西河、玛纳斯河、宁家河、金沟河、大南沟、巴音沟河等6条内陆河流, 均由南向北平行注入准噶尔盆地, 该湿地地貌上属于两河洪积扇扇间洼地, 根据张卉所确定的北疆4000年以来的气候, 3500~2300cal.aBP, 年平均气温在1~5℃间波动, 年均降雨量波动较大, 大约在2400cal.aBP和2900cal.aBP左右出现强降雨现象, 分别达到350和300mm, 在2400~900cal.aBP间年平均气温稳定在2℃, 年降雨量总体增多, 维持在250~350mm[18], 云杉林线可能发生水平或垂直移动, 蘑菇湖湿地距云杉林较近。此外发育于天山北坡的河流携带的云杉花粉有利于富集到此地, 使得当时云杉花粉含量出现高值, 且石河子南山表土的云杉花粉易被该区主导风向(东南风)携带到此处, 导致云杉花粉含量也较高。至于云杉林是否能在蘑菇湖成林生长, 尚待更多孢粉资料予以佐证。
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A/C是蒿属花粉与藜科花粉百分含量的比值, 常作为环境变化的重要指标, 在许多研究者的成果中得以应用。孙湘君等通过研究指出在典型荒漠地区, A/C比值小于0.5, 而草原地区的比值通常大于1[27]。张卉通过对石河子南山地区表土花粉进行研究, 指出在海拔1350~750m高度处, 花粉组合以藜科和蒿属为主, 与所处的蒿属荒漠植被带一致[26]。
本文中, 蒿属和藜属花粉含量之和在各剖面中占优势, 对区域环境应具有一定的指示意义, A/C值都在0.5以下波动, 反映了蘑菇湖地区总体上以荒漠植被为主, 不同时段气候可能偏湿。
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桦木属植物花粉不易传播到较远地区, 在其分布地区具有超代表性[28]。但在蘑菇湖湿地的孢粉组合中, 带Ⅰ和带Ⅱ桦属花粉平均含量为0.52和0.54, 带Ⅲ和带Ⅳ并未出现桦属植物花粉, 该原因还需进一步讨论。但带Ⅴ桦属花粉含量仅为0.15, 总体含量较少并呈现逐渐减少趋势, 另外根据黄刚等2012年对石河子蘑菇湖湿地小叶桦林的生存现状进行样方调查的结果表明, 该区现有的小叶桦数量仅有1160株, 其中活株966株, 死株94株, 死亡率为8.9%, 分析原因可能是由于该地处于牧区和垦区, 人类过度开垦、放牧(牛羊时常吃掉小叶桦枝叶)、蘑菇湖季节性缺水及人类过多垃圾堆放等因素, 致使该区的小叶桦种群濒临灭绝[13]。早在3000多年前石河子地区已经有了人类活动, 2400多年前人类进行了大范围的开荒垦殖[29, 30], 石河子草滩湖剖面地层中出现大量伴人植物花粉及表土孢粉组合中显示了本不该出现在荒漠表土中的沼泽蕨孢子和芦苇植硅体, 都说明了当时的人类活动, 而且高浓度的炭屑也表明该地区人类砍伐树木当作柴薪, 是导致小叶桦减少的重要原因之一[18]。
湿地小叶桦不仅在石河子蘑菇湖地区出现, 根据笔者们近十年对新疆环境的研究积累, 发现新疆北部的山区到平原荒漠地区, 淡水湖到盐湖地区, 从历史时期到现代都有该物种分布的踪影, 它是新疆北部宝贵的天然树种与种子资源。但是迄今为止, 一些地区(如呼图壁县平原湿地、石河子草滩湖、艾比湖西部和精河县82团西部平原湿地)的小叶桦已绝迹[13, 31], 根据笔者2010—2016年对该区植被调查对比结果以及艾比湖、喀纳斯小叶桦湿地的全新世地层孢粉数据[32]发现, 由于较多的伴人植物、杂草的侵入以及人类过度垦殖、放牧的影响, 使得生存在新疆湿地的特有植物———小叶桦种群面临严重的危机。
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在蘑菇湖湿地的孢粉组合中出现大量的沼泽蕨孢子, 据以往研究指出, 蕨类植物孢子随风搬运的可能性较小, 朱艳等人在研究中国西北石羊河流域空气长距离传播孢粉时的数据表明, 空气中的蕨类植物孢子的数量, 随着距孢粉源距离的增加显著下降[33]。张卉对石河子南山不同海拔高度采集的表土孢粉样品进行研究, 指出在海拔低于400m处才开始出现沼泽蕨孢子, 表明它们不是从天山搬运而来, 在一定程度上指示原地的湿生古环境[26]。在草滩湖村深66cm以上的泥炭层中分布有大量的沼泽蕨孢子[22]。艾比湖剖面深77~49cm处, 蕨类孢子含量成为该剖面中的峰值[7]。这些资料表明, 剖面中一旦出现生长于草甸沼泽地中的丰富的沼泽蕨孢子应与当时自然景观中存在的隐域湿地植被相一致。
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(1) 尽管从新疆石河子蘑菇湖地层剖面揭示出在4800~1340cal.aBP, 该地应为淡水湿地, 局地生长着沼泽蕨, 而区域应有云杉、松乃至落叶松和桦木分布形成的森林草原植被。蘑菇湖湿地在4770~3700cal.aBP期间, 气候相对干旱, 之后进入长达1000多年的湿润阶段, 大约从2340cal.aBP开始, 气候再次转为干燥, 结合草滩湖剖面反映的古气候变化特征[18, 22], 石河子地区5000年以来气候总体状况表现为相对干旱→偏湿→偏干的变化模式。但值得注意的是, 第Ⅴ带孢粉组合反映出近2000年以来蘑菇湖地区植被向荒漠方向发展, 不仅A/C比值显著降低, 云杉花粉含量显著下降, 湿生和水生的香蒲、黑三棱和莎草消失, 而适应温干气候环境的麻黄、蒺藜科植物增加, 此外由于蒲公英、百合科、蓼属、茄科等植物的增加, 有可能反映出当时受到人为或放牧影响, 致使水生/陆生植物花粉的比值显著下降。
(2) 由于蘑菇湖湿地的地貌属两河洪积扇扇间洼地, 无疑会对云杉、松等乔木植物花粉运移和富集产生一定的影响, 造成恢复蘑菇湖局域或石河子地区植被的困惑。但蘑菇湖钻孔中出现的大量的云杉花粉到底是因受历史气候变化导致天山林线水平与垂直地带移动, 还是因为云杉花粉随流水、风力搬运而至, 尚待更为丰富的孢粉资料予以佐证。
(3) 蘑菇湖地层剖面揭示出石河子地区历史时期以来一直有水生植物黑三棱和沼泽蕨相伴生组成特有的湿地景观, 但受人类活动、垦殖的影响, 其分布面积在加速萎缩, 仅就2010—2016年多年观察记录差距甚远, 现今该地的禾本科植物已显著减少, 而旱生和盐生植物却加速侵入, 从而导致蘑菇湖区周围植物多样性减少。不难得知, 新疆荒漠地带分布的小叶桦林和沼泽蕨湿地正遭受着全球气候变化及人类活动的影响, 由于城乡建设步伐的加快, 人为砍林、放牧和垦草, 致使当地的人地关系更加冲突。
(4) 本文揭示的蘑菇湖湿地近5000年, 尤其近2000年来历史环境变化也许会对现代人们予以启迪, 那就是只有尊重和爱护自然的生态建设和文化建设, 才能使区域性建设得以持久。蘑菇湖草甸沼泽地近5000年来环境变化的研究, 无疑具有理论和实践意义。
Environmental evolution of the Moguhu Wetland of Shihezi City in Xinjiang since 4800 cal.aBP
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摘要: 依据新疆石河子蘑菇湖湿地120cm的地层剖面取得的具有序列14 C测年予以支持的较高时间分辨率的孢粉分析资料, 揭示出在4800~1300cal.aBP期间, 该区局地生长着沼泽蕨, 为淡水湿地景观。气候总体上经历了相对干旱→偏湿→偏干的变化模式。在4770~3700cal.aBP期间, 气候较为干旱, 随之进入了长达1000多年的湿润阶段, 大约从2340cal.aBP开始, 气候再次转为干旱。总体上看, 石河子地区自5000年以来分布着隐域性植被, 一直处于由水生植物芦苇、黑三棱和沼泽蕨等相伴生组成的湿地景观, 然而通过2010—2016年对当地植被连续调查的结果表明, 在新疆荒漠地带分布的特有湿地类型——小叶桦(Betula microphylla)当今正在遭受着全球气候变化及人类活动的干扰, 湿地在退化, 小叶桦正濒临灭绝, 沼泽蕨的分布正趋减少, 因此亟待加强对湿地的保护和濒危物种的保育, 大力推进新疆地区的生态建设和文化建设。Abstract: Wetland is a transitional environment between terrestrial and aquatic systems.It is a key component of earth ecosystem and performs a great deal of vital ecological functions, such as purifying water, maintaining regional ecological balance, mitigating the unfavorable impacts of global climate change, protecting environments for human survival, and preventing flooding by holding water.Holocene climate events on different time scales have a profound impact on the distribution of wetland vegetation in the arid zone.A lot of wetlands in Xinjiang have degenerated gradually or even disappeared.Therefore, it is necessary to strengthen the research on vegetation and environmental evolution of wetlands, and to evaluate the natural and anthropogenic forces shaping wetland vegetation.The Moguhu Wetland is situated between the southern margin of the Junggar basin and the middle reaches of the Manas river valley on the northern slope of Tianshan Mountain.High resolution record of fossil pollen data from a 120 cm sediment core collected in Moguhu Wetland (44°25′39.3″N, 85°54′356″E) is applied to extract the information of climate and environment change in order to reconstruct the paleoenvironment and paleovegetation of Moguhu Wetland since 5000 aBP.The pollen data is calibrated with carbon-14 dating.Results show that in the period between 4770 and 3700 cal.aBP, Picea pollen were relatively rare indicating a dry climate condition.During the period from 3700 to 3120 cal.aBP, however, pollen Picea increased obviously and AP/NAP (arboreal/nonarboreal pollen) ratio was higher than that in previous period.The climate became moist.The Zone Ⅲ is characterized by a noticeable increase in the percentages of Picea (38.87%) and the maximum values of aquatic plants, suggesting a wetter climate occurred for a hundred years around 3120~3020 cal.aBP.At about 3020~2340 cal.aBP, the A/C (Artemisia/Chenopodiaceae) value exhibits an abrupt increase to 0.4 and Picea percentage was also high.From 2340~1340 cal.aBP, the climate became dry again, as indicated by the significantly reduced Picea pollen spectra and the lowest A/C values.Therefore, between 4800 and 1340 cal.aBP, a wetland environment was present in Moguhu area, and Thelypteris palustris grew in the local environment.The study area had experienced a climate transition from dry to humid and then back to dry during that period.From 4770 to 3700 cal.aBP, the climate was dry.Then it became humid.After more than 1000 years of wet climate conditions, it became dry again at about 2340 cal.aBP.Moguhu fossil pollen data suggested a typical freshwater wetland ecosystem, as accompanied by Phragmites, Thelypteris palustris and Sparganium since 5000 cal.aBP.Modern vegetation investigations in 2010-2016 showed that Betula microphylla is on the edge of extinction.Thelypteris palustris species are disappearing at an extremely rapid rate as a consequence of global warming and increasing human intervention such as overuse, reclamation, city construction.Therefore, in order to protect the earth's ecological environment and reduce the destruction of natural wetlands, it is necessary for us to pay more attention to strengthen wetland conservation and ecological construction in the Xinjiang region.
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Key words:
- pollen assemblages /
- environmental evolution /
- Picea /
- Late Holocene /
- Moguhu Wetland /
- Xinjiang
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图 2 新疆石河子蘑菇湖剖面年代和粒度随深度变化曲线
Figure 2. The vertical changes in grain size with time of the Moguhu Wetland profile of Shihezi City in Xinjiang
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[1] 孔昭宸, 刘长江, 张芸, 等.中国新石器时代考古遗址湿地植物遗存与人类生态环境—兼论马家浜文化发展[C]∥浙江省文物考古研究所, 南京博物院考古研究所, 嘉兴市文化广电新闻出版局, 嘉兴市文物局编, 江南文化之源-纪念马家浜遗址发现五十周年图文集(上卷).北京: 中国摄影出版社, 2011: 134-135. KONG Zhaochen, LIU Changjiang, ZHANG Yun, et al.A research on wetland plants remains and human ecological environment in Neolithic archaeological sites of China-cultural development of Majiabang site[C]∥Zhejiang Provincial Institute of Cultural Relics and Archaeology, Archaeological Institute of Nanjing Museum, Cultural Relics Bureau of Jiaxing City–in memory of the 50th anniversary of the discovery of Majiangbang cultural site.Beijing: China Photographic Publishing House, 2011: 134-135 [2] 买买提·阿不都拉.新疆湿地现状与保护[J].新疆林业, 2001, 4:4-5. doi: 10.3969/j.issn.1005-3522.2001.04.002 MAIMAITI·Abudula.The wetland present status and protection in Xinjiang Wei Autonomous[J].Xinjiang Forestry, 2001, 43 (4) :4-5. doi: 10.3969/j.issn.1005-3522.2001.04.002 [3] Genever M, Grindrod J, Barker B.Holocene palynology of Whitehaven Swamp, Whitsunday Island, Queensland, and implications for the regional archaeological record[J].Palaeogeogr Palaeoclimatol Palaeoecol, 2003, 201 (1-2) :141-156. doi: 10.1016/S0031-0182(03)00542-X [4] 陶士臣, 安成邦, 陈发虎, 等.新疆巴里坤湖8.8cal.kaBP以来植被演替的花粉记录[J].古生物学报, 2009, 48 (2) :194-199. doi: 10.3969/j.issn.0001-6616.2009.02.008 TAO Shichen, AN Chengbang, CHEN Fahu, et al.Holocene vegetation changes interpreted from pollen records in Balikun lake, Xinjiang[J].Acta Palaeontologica Sinica, 2009, 48 (2) :194-199. doi: 10.3969/j.issn.0001-6616.2009.02.008 [5] MA zhibang, WANG zhenhai, LIU jiaqi, et al.U-series chronology of sediments associated with Late Quaternary fluctuations, Balikun Lake, northwestern China[J].Quaternary International, 2004, 121 (1) :89-98. doi: 10.1016/j.quaint.2004.01.025 [6] 陶士臣, 安成邦, 陈发虎, 等.新疆托勒库勒湖孢粉记录的4.2cal kaBP气候事件[J].古生物学报, 2013, 52 (2) :234-242.http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-GSWX201302010.htm TAO Shichen, AN Chengbang, CHEN Fahu, et al.An abrupt climatic event around 4.2cal.kaBP documented by fossil pollen of tuolekule lake in the eastern Xinjiang Uyghur autonomous region[J].Acta Palaeontologica Sinica, 2013, 52 (2) :234-242.http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-GSWX201302010.htm [7] 赵凯华.艾比湖地区中全新世以来孢粉组合与古气候定量重建[D].石家庄经济学院, 2013.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10077-1014016201.htm ZHAO Kaihua.Palynological assemblages and paleoclimate quantitative reconstruction in the Ebinur lake region since the holocene[D].Shijiazhuang University of Economics, 2013.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10077-1014016201.htm [8] 吴敬禄, 沈吉, 王苏民, 等.新疆艾比湖地区湖泊沉积记录的早全新世气候环境特征[J].中国科学D辑:地球科学, 2003, 33 (6) :569-575.http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgkx-cd200306011 WU Jinglu, SHEN Ji, WANG Sumin, et al.Characteristics of an Early Holocene climate and environment from lake sediments inEbinur region, in China[J].Science in China Series D-Earth Sciences, 2003, 33 (6) :569-575.http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgkx-cd200306011 [9] Long Ma, Jinglu Wu, Jilili Abuduwaili, et al.Geochemical Responses to Anthropogenic and Natural Influences in Ebinur Lake Sediments of Arid Northwest China[J].Plos One, 2016, 11 (5) :e0155819.doi:10.1371/journal.pone.0155819. [10] 陈发虎, 黄小忠, 张家武, 等.新疆博斯腾湖记录的亚洲内陆干旱区小冰期湿润气候研究[J].中国科学D辑:地球科学, 2007, 37 (1) :77-85.http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgkx-cd200701009 CHEN Fahu, HUANG Xiaozhong, ZHANG JIAwu, et al.Humid little ice age in arid central Asia documented by Bosten lake, Xingjiang[J].Science in China Series D-Earth Sciences, 2007, 37 (1) :77-85.http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgkx-cd200701009 [11] 程刚.石河子垦区农业开发与绿洲生态演变研究-基于生态系统服务功能的分析[D].石河子大学, 2013. CHENG Gang.Study on aguicultural development and oasis ecosystem evolution in Shihezi reclamation zone–Based on the analysis about the ecosystem service function[D].Shihezi University, 2013. [12] 王东方, 任刚, 张凤华.近60年来玛纳斯河流域气候变化趋势及突变分析[J].新疆农业科学, 2011, 48 (8) :1531-1537. WANG Dongfang, REN Gang, ZHANG Fenghua.Analysis of the temporal and spatial climate change of the Manas river valley in the last 60years[J].Xinjiang Agricultural Research, 2011, 48 (8) :1531-1537. [13] 黄刚, 曹婷, 阎平.石河子蘑菇湖湿地小叶桦生存现状调查研究[J].石河子科技, 2012 (6) :3-4. doi: 10.3969/j.issn.1008-0899.2012.06.002 HUANG Gang, CAO Ting, Yan Ping.An investigation study of Betula microphylla survive at Moguhu wetland, Xinjiang[J].Shihezi Science and Technology, 2012 (6) :3-4. doi: 10.3969/j.issn.1008-0899.2012.06.002 [14] 陶士臣, 安成邦, 陈发虎, 等.孢粉记录的新疆巴里坤湖16.7cal.kaBP以来的植被与环境[J].科学通报, 2010, 55 (11) :1026-1035.http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-KXTB201011009.htm TAO Shichen, AN Chengbang, CHEN Fahu, et al.Pollen-inferred vegetation and environmental changes since 16.7cal.kaBP at Balikun Lake, Xinjiang[J].Chinese Science Bulletin, 2010, 55 (11) :1026-1035.http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-KXTB201011009.htm [15] 张芸, 孔昭宸, 阎顺, 等.新疆天山北坡地区中晚全新世古生物多样性特征[J].植物生态学报, 2005, 29 (5) :836-844. doi: 10.3321/j.issn:1005-264X.2005.05.019 ZHANG Yun, KONG ZhaoChen, YAN Shun, et al.Palaeobiodiversity at the northern piedmont of Tianshan mountains in Xinjiang during the middle to late holocene[J].Acta Phytoecologica Sinica, 2005, 29 (5) :836-844. doi: 10.3321/j.issn:1005-264X.2005.05.019 [16] 李育, 王乃昂, 李卓仑, 等.石羊河流域全新世孢粉记录及其对气候系统响应争论的启示[J].科学通报, 2011, 56 (2) :161-173.http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=kxtb201102010 LI Yu, WANG Naiang, LI Zhuolun, et al.Holocene palynological records and their responses to the controversies of climate system in the Shiyang river drainage basin[J].Chinese Science Bulletin, 2011, 56 (2) :161-173.http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=kxtb201102010 [17] 张芸, 孔昭宸, 阎顺, 等.天山北坡晚全新世云杉林线变化和古环境特征[J].科学通报, 2006, 51 (12) :1450-1458. doi: 10.3321/j.issn:0023-074X.2006.12.014 ZHANG Yun, KONG Zhaochen, YAN Shun, et al.Fluctuation of picea timberline and paleo-environment on the northern slope of Tianshan mountains during the Late holocene[J].Chinese Science Bulletin, 2006, 51 (12) :1450-1458. doi: 10.3321/j.issn:0023-074X.2006.12.014 [18] 张卉.晚全新世以来北疆气候变化和人类活动的证据——以石河子草滩湖湿地为例[D].中国科学院大学, 2014.http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-SWBF201310001073.htm ZHANG Hui.Late Holocene climate change and anthropogenic activities in north Xinjiang—Evidence from the Caotanhu wetland in Shihezi city[D].University of Chinese Academy of Sciences, 2014.http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-SWBF201310001073.htm [19] 纪中奎, 刘鸿雁.天山北坡玛纳斯河流域晚冰期以来植被垂直带推移[J].古地理学报, 2009, 11 (5) :534-541.http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gdlxb200905007 JI Zhongkui, LIU Hongyan.Shifting of vertical vegetation zones in Manas River drainage on northern slope of Tianshan Mountains since the Late Glacier[J].Journal of Palaeogeography, 2009, 11 (5) :534-541.http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gdlxb200905007 [20] 钟巍, 李丽雅.新疆全新世自然环境演变的几个重要时间界线[J].新疆大学学报:自然科学版, 1996, 13 (2) :78-84.http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK199600829153 ZHONG Wei, LI Liya.Several important boundaries of the holocene environmental changes in xinjiang[J].Journal of Xinjiang University, 1996, 13 (2) :78-84.http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK199600829153 [21] 王维.蒙古国中部Ugii Nuur湖过去8660年孢粉记录与环境变化研究[D].兰州大学, 2009.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10730-2009180647.htm WANG Wei.Vegetation and climate changes of last 8660years in central Mongolia, apaleoecological investigation of lake sediment of Ugii Nuur[D].Lanzhou University, 2009.http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10730-2009180647.htm [22] 张芸, 孔昭宸, 倪健, 等.新疆草滩湖村湿地4550年以来的孢粉记录和环境演变[J].科学通报, 2008, 53 (3) :306-316. doi: 10.3321/j.issn:0023-074X.2008.03.007 ZHANG Yun, KONG Zhaochen, NI Jian, et al.Pollen record and environmental evolution of Caotanhu wetland in Xinjiang since 4550cal.aBP[J].Chinese Science Bulletin, 2008, 53 (3) :306-316. doi: 10.3321/j.issn:0023-074X.2008.03.007 [23] 李江风.新疆气候[M].北京:气象出版社, 1991. LI Jiangfeng.Climate of Xinjiang[M].Beijing:China Meteorological Press, 1991. [24] 施雅风, 孔昭宸, 王苏民, 等.中国全新世大暖期鼎盛阶段的气候与环境[J].中国科学:B辑, 1993, 23 (8) :865-873.http://www.cnki.com.cn/Article/CJFD1993-JBXK199308012.htm SHI Yafeng, KONG Zhaochen, WANG Sumin, et al.The Holocene Megathermal climate and environment in China[J].Science in China:Series B, 1993, 23 (8) :865-873.http://www.cnki.com.cn/Article/CJFD1993-JBXK199308012.htm [25] 阎顺, 孔昭宸, 杨振京, 等.新疆表土中云杉花粉与植被的关系[J].生态学报, 2004, 24 (9) :2017-2023. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2004.09.025 YAN Shun, KONG Zhaochen, YANG Zhenjing, et al.Seeking relationship between vegetation and Picea pollen in surface soils of Xin jiang, northwestern China[J].Acta Ecologica Sinica, 2004, 24 (9) :2017-2023. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2004.09.025 [26] 张卉, 张芸, 杨振京, 等.新疆石河子南山地区表土花粉研究[J].生态学报, 2013, 33 (20) :6478-6487.http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201320007 ZHANG Hui, ZHANG Yun, YANG Zhenjing, et al.Surface pollen research of Nanshan region, Shihezi City in Xinjiang[J].Acta Ecologica Sinica, 2013, 33 (20) :6478-6487.http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201320007 [27] 孙湘君, 杜乃秋, 翁成郁, 等.新疆玛纳斯湖盆周围近14000年以来的古植被古环境[J].第四纪研究, 1994, 14 (3) :239-248. doi: 10.3321/j.issn:1001-7410.1994.03.005 SUN Xiangjun, DU Naiqiu, WENG Chengyu, et al.Paleovegetation and paleoenvironment of Manasi lake, Xinjiang, N.W.China during the last 14000years[J].Quaternary Sciences, 1994, 14 (3) :239-248. doi: 10.3321/j.issn:1001-7410.1994.03.005 [28] 魏海成, 郑卓, 马海州, 等.青海表土花粉分布规律及其与植被的关系[J].干旱区地理, 2009, 32 (6) :932-940.http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ghqdl200906018 WEI Haicheng, ZHENG Zhuo, MA Haizhou, et al.Pollen distribution patterns of surface soil sample in Qinghai of China and their relationship with vegetation[J].Arid Land Geography, 2009, 32 (6) :932-940.http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ghqdl200906018 [29] 新疆文物考古研究所.石河子军垦博物馆石河子市古墓[J].新疆文物, 1994, 1:12-20. Xinjiang Institute of Archaeology, Shihezi Museum of Military Colonies Ancient tombs in Shihezi[J].Cultural Relics of Xinjiang, 1994, 1:12-20. [30] 新疆文物考古研究所, 石河子军垦博物馆石河子市文物普查简报[J].新疆文物, 1998, 4:54-64. Xinjiang Institute of Archaeology, Shihezi Museum of Military Colonies Investigations of cultural relics in Shihezi[J].Cultural Relics of Xinjiang, 1998, 4:54-64. [31] Yun Zhang, Zhaochen Kong, HuiZhang.Multivariate analysis of modern and fossil pollen data from the central Tianshan Mountains, Xinjiang, NW China[J].Climatic Change, 2013, 120 (4) :945-957. doi: 10.1007/s10584-013-0838-9 [32] 李玉梅.新疆北部地区典型湿地孢粉组合与古环境研究[D].石家庄经济学院, 2015. LI Yumei.Pollen assemblages and palaeoenvironment change in the typical wetland of north Xinjiang, China[D].Shijiazhuang University of Economics, 2015. [33] 朱艳, 陈发虎, 刘虎俊等.石羊河流域空气传播孢粉的初步研究[J].兰州大学学报:自然科学版, 2003, 39 (2) :100-105.http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lzdxxb200302025 ZHU Yan, CHEN Fahu, LIU Hujun, et al.Preliminary studies on the air-borne pollen in the Shiyang river drainage, arid China[J].Journal of Lanzhou University (Natural Sciences), 2003, 39 (2) :100-105.http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lzdxxb200302025 -
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