新疆哈巴河桦木属湿地360...年以来的植被变化和人类活动_周彦宏.pdf
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1、第 卷第 期 年 月生态学报 ,:基金项目:国家自然科学基金项目(,);中国科学院战略性先导科技专项(类)();中国地质科学院水文地质环境地质研究所基本科研业务费项目收稿日期:;网络出版日期:通讯作者 :周彦宏,张芸,孔昭宸,杨振京,延琪瑶新疆哈巴河桦木属湿地 年以来的植被变化和人类活动生态学报,():,():新疆哈巴河桦木属湿地 年以来的植被变化和人类活动周彦宏,张 芸,孔昭宸,杨振京,延琪瑶,河北地质大学地球科学学院,石家庄 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室,北京 中国地质科学院水文地质环境地质研究所,石家庄 中国科学院大学生命科学学院,北京 摘要:湿地是水陆相互作用形成的
2、独特自然综合体,对全球气候变化敏感,尤其是干旱半干旱区分布的湿地对自然环境和人类活动的响应更为显著。基于新疆哈巴河地区桦木林湿地人工开挖 深的地层剖面,结合较高时间分辨率的 测年数据和孢粉组合,揭示出该区 年来曾经历 个时段的植被变化和人类活动的影响。期间,该区以蒿属()等旱生植物为主,湿地尚未形成;期间,局地小环境较湿润,湿生草本和以沼泽蕨()为代表的蕨类植物大量生长,落叶阔叶的桦木属()植物开始出现;至 期间,浅水湿地开始形成,桦木属植物迅速扩张,但在大区域仍分布着由藜科()和蒿属等为主要组成的荒漠植被;尤其在 期间,桦木属成为森林的优势种;值得关注的是,近 年以来,该区以藜科为代表的草本
3、植物增多,而桦木林出现萎缩。通过对选取的典型局域湿地不同历史时期环境变化和人类活动影响的研究,揭示了该区 年以来的植被和环境变化,从而加深对当地历史时期植被变化过程的理解,同时也可为当地湿地生态建设和湿地生物多样性保护政策的制定提供科学依据。关键词:孢粉组合;植被变化;人类活动;哈巴河;新疆;湿地 ,:,:,:;湿地是水陆相互作用形成的独特自然生态系统,对气候变化及人类活动的影响十分敏感,而中国西北干旱区分布的多种类型湿地所受的影响更为显著。自然湿地发育过程中堆积的各类沉积物以记录连续、信息量丰富、时间分辨率高为特征,可真实地记录区域环境演变与局域湿地发育过程,因此在揭示区域生态环境变化和人与
4、气候、环境相互作用等方面具有较大优势。孢粉作为较可靠的环境代用指标,被广泛用于古植被恢复和古环境重建。俄罗斯东南部 湖全新世早期的孢粉组合中出现大量桦木属、柳属()等植物花粉,反映当时气候较湿润,而到晚期胡杨()和桦木属()急剧减少,推测出现了快速降温事件;肯尼亚马乌森林区的 湿地晚全新世时莎草科()和香蒲属()等湿生水生植物花粉增加,表明湿地边缘的扩大;云南腾冲在距今 年前后,落叶树种桤木属()花粉成为孢粉组合中的主要成分,喜暖植物大量减少,指示当时气候转为干冷。植被更替不仅与火山活动、气候变化、极端天气事件、火灾和海平面波动等因素有关,还与人类活动有关。如位于马达加斯加东部的马斯克林群岛,
5、虽然植被在严重的气候压力下存活下来,但在人类活动开始后逐渐减少。加拿大纽芬兰岛大河湿地孢粉数据反映约 世纪晚期,伴人植物长叶车前()花粉曾达到峰值,无疑与该时期欧洲人在此地定居有关。岗底斯山北侧当惹雍措地层的钾数据表明近 年降水增多,但藜科植物花粉有所增加,该花粉高值应被解释为人类活动影响下的植被退化。新疆维吾尔自治区位于亚洲腹地干旱地区,远离海洋,全域的地貌格局显现出阿尔泰山、准噶尔盆地、天山、塔里木盆地、昆仑山相间分布。全区生态环境脆弱,但诸多湿地却是该地区社会发展及生态系统的重要组成部分。许多学者通过对新疆一些重要湿地,诸如巴里坤湖、托勒库勒湖、博斯腾湖、艾比湖等的研究,探讨该区气候、环
6、境的演变乃至人类活动的影响,尤其提出近 年以来,全球变化加剧了该区环境改变,使天山南北地区一些重要湿地生物多样性受到影响。但这些研究多侧重于天山南北坡地区,对地处新疆最北部额尔齐斯河流域哈巴河地区独特的白桦林湿地却较少涉及。哈巴河县疆域辽阔,因长期牧业粗放经营、草地过载放牧、耕地利用率不高,导致水土流失严重,沙化和荒漠化面积已从 年的 万 升至 年的 万。由于农牧业发展和水土开发,当地典型 期 周彦宏 等:新疆哈巴河桦木属湿地 年以来的植被变化和人类活动:植被白桦受到强烈的人类活动干扰,桦木属湿地分布范围也逐渐萎缩。因此,本文选择白桦林湿地为研究对象,通过野外植被调查和人工挖取剖面取样,并采用
7、多种实验分析手段,从而提取了诸多古环境相关信息。限于资料,本文仅依据该剖面所取得的孢粉数据,初步探讨该地区 年以来的植被变化和人类活动的影响。图 哈巴河湿地剖面位置 研究区概况哈巴河县(,海拔 ;图)位于新疆维吾尔自治区西北边缘,地处阿尔泰山脉南麓,准噶尔盆地北缘。在其境内分布有哈巴河、别列孜河、阿拉克别克河和额尔齐斯河,其中,哈巴河南北向贯穿全县,属额尔齐斯河的支流,多年平均径流量达 亿,是该县主要的灌溉水源。由于该区纬度偏高,属大陆性北温带寒冷气候区,夏短炎热,冬季寒冷,降雨量少,蒸发量大,日照丰富,温差较大,随纬度高低垂直地带性气候变化明显。年平均气温,年均最高气温为,年均最低气温为;年
8、降水量 ,年蒸发量,全 年 日 照 ,无 霜 期。哈巴河白桦林湿地位于阿尔泰山南麓哈巴河河谷与额尔齐斯河交汇处的冲积平原地带,在县城以西,白桦林绵延长约 ,宽约 ,被称之为我国西北最大的天然白桦林带,其主要树种为垂枝桦()和小叶桦()。灌木植物主要有柳属,林下生长着沼泽蕨()、芦苇()、苔草属()、木贼属()、问荆()、鬼针草()、蓼 属()、千 屈 菜()、柳 叶 菜()、伞 形 科()、唇形科()、茜草科()、菊科()等植物,周围有甘草()、盐生车前()、补血草()和禾本科()等植物。材料与方法在哈巴河桦木属湿地人工挖取 深的剖面(,海拔;图)。该剖面沉积岩性自上而下为:为灰褐色粘土质砂层
9、;为灰黑色砂质粘土层,夹杂有黑色泥炭层;为黄色中砂层,草根多;为青灰色砂层,含水量较大。整个剖面无沉积间断。依 间距对该剖面深度 进行连续采样,共取孢粉样品 个,因其为砂层且含水量较大,所采样品无法做孢粉分析。同时在剖面深、处分别采集 个沉积物全样样品进行 测年。采用常规的氢氟酸过筛法进行孢粉提取,再对孢粉进行鉴定和统计,所计算出的乔木、灌木和草本植物花粉百分比均是以陆生植物花粉总量为基数,而蕨类植物的孢子百分比是以陆生植物花粉和蕨类孢子的总和为基数。通过选取样品中出现的 种主要孢粉类型,应用 软件绘制该剖面的孢粉百分比图,并计算出蒿属花粉和藜科花粉百分含量的比值()。结果与分析 年代序列的建
10、立剖面中所取 个沉积物全样,其 测定的年龄结果见表。利用 语言中 程序提供的沉积生 态 学 报 卷:序列深度日历年的贝叶斯模型,建立起整个剖面所对应的年代,其模拟的年代深度模型图,结果见图。表 哈巴河湿地剖面年代数据 实验室编号 深度 年龄 ()校正年龄 ():哈巴河 图 哈巴河湿地剖面年代深度曲线图 哈巴河湿地剖面地层孢粉组合特征哈巴河湿地剖面共鉴定出 种孢粉类型,其中,乔木花粉以松属()、柏科()、云杉属()和 桦 木 属 为 主,草 本 花 粉 包 括 藜 科()、蒿属()、禾本科、菊科、紫菀属()、蔷 薇 科()、旋 花 科()、葎 草 属()、毛 莨 科()、百 合 科()、黑 三
11、棱 属()、香蒲属和莎草科等,灌木花粉有麻黄属()、柳属和柽柳科()等,此外还有沼泽蕨、卷柏属()等蕨类植物孢子出现。依据孢粉组合特征并参照 聚类分析的结果,从下自上可划分成 个孢粉带(图):带(,):孢粉组合中以乔木植物花粉为主,所占比例为,平均值为,其中松属(平均值)植物和柏科植物的花粉均达到整个剖面的峰值。草本植物花粉以蒿属()为主,且该花粉在该带也出现峰值,高达,但未见湿生水生植物(莎草科、黑三棱属和香蒲属)。灌木植物花粉含量较少,平均值为。蕨类植物也含量不高,平均值为。比值为。带(,):该带孢粉组合中以蕨类植物孢子为主,平均值为,其中又以单缝豆形沼泽蕨孢子(图)为主,含量为。草本植物
12、花粉含量为,平均值,其中仍以蒿属植物花粉为主(),但相较带则有所降低,其次是藜科()、菊科()和蔷薇科()。乔木植物花粉含量大幅降低(),其中松属植物花粉含量降至,桦木属植物花粉在此带开始出现,最多可达。灌木植物花粉含量不高,仅为,其中麻黄属和柳属植物花粉含量平均值分别为 和。值升至,达剖面峰值。带(,):孢粉组合中以乔木植物花粉含量占优势(,平均值),其中柏科()、松属()和桦木属()植物花粉含量呈明显上升。草本植物花粉含量为,平均值与带相比有所上升,占,其中藜科()相对上升,而蒿属()、菊科()则相对下降,在本带出现的挺水植物和香蒲属()、黑三棱属()花粉含量达剖面峰值。灌木植物中的麻黄属
13、()、柳属()植物花粉含量较带有所增加。沼泽蕨孢子含量为,但其含量在不同样品中则有所不同。而 值下降为。带(,):孢粉组合中仍以乔木植物花粉为主(,平均值),较带有所升高,其中以松属为主(),桦木属植物()花粉含量亦成为整个剖面的 期 周彦宏 等:新疆哈巴河桦木属湿地 年以来的植被变化和人类活动:生 态 学 报 卷:图 沼泽蕨孢子 峰值(),但值得关注的是,云杉属花粉()也达剖面最高值,柏科花粉含量最高值为,但其平均值仅为。草本植物花粉含量为,平 均 值 ,其 中 蒿 属 花 粉 含 量 上 升(),而藜科()、菊科()却有所下降,湿生植物中莎草科植物的花粉含量在本剖面出现峰值(),而 香 蒲
14、 属 植 物 花 粉 含 量 有 所 上 升()。而喜干暖的麻黄属()植物花粉含量成为剖面峰值(),柳属植物花粉含量却降低为。沼泽蕨孢子含量为。值有所上升,为。带(,):孢粉组合中以草本植物花粉占优势,高达,平均值为,其中藜科()和蒿属()植物花粉含量较带均有所上升,而挺水植物香蒲属花粉含量亦占。乔木植物花粉含量为,平均值,其中松属()和桦木属()植物花粉则有所下降。灌木植物(,平均值)花粉含量居多,其中柳属()植物花粉含量有所上升,而麻黄属()植物花粉含量降低。沼泽蕨孢子含量()有所上升。值为。讨论 局域植被和区域环境演变特征在 期间(带),孢粉组合中是以松属和柏树花粉为主,蒿属在草本植物花
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