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当前,全球变化驱动的季风气候变化和陆地生态系统响应已成为学术界关注的热点。应对全球变化,未来预测需要了解更长时间尺度的温度和季风降水变化的过程和机制,以及季风气候与生态系统相互作用的关系。过去3万年全球变化经历了从末次盛冰期到全新世高温期一个完整的冰期-间冰期旋回,是开展不同区域生态环境对全球变化响应的重要时段。西南季风区深水湖泊沉积记录为该研究提供了良好条件和理想材料。
云南泸沽湖地处云南高原西北部,为构造断陷湖盆。该区夏季主要受来自孟加拉湾暖湿气流影响,冬季受南支西风急流控制,兼受青藏高原局地气候的影响,对气候变化敏感。本研究在对泸沽湖现代硅藻生态研究的基础上,通过泸沽湖沉积硅藻记录进行了高分辨率分析研究,结合沉积地层孢粉分析数据和22个AMS14C精确年代数据,重建了泸沽湖3万年以来的湖泊流域植被演替和西南季风演化的历史、以及湖泊生态环境演化的过程。在综合对比的基础上,揭示了盛冰期以来西南季风演化的驱动机制,以及较深入探讨湖泊硅藻生态和环境演化与温度、季风降水的关系。
研究结果表明,过去3万年以来泸沽湖的生态环境演化和气候变迁经历了以下五个大的阶段:30,507-24,359 cal.yr BP期间,泸沽湖流域以松和硬叶栎为主的山地针阔叶混交林发育,反映了当时适度的温度与西南季风降水。占绝对优势浮游种Cyclotella rhomboideo-elliptica和较高的生物量指示当时湖泊水深较大、营养水平偏低、水体稳定分层。24,278-14,453 cal.yrBP的末次盛冰期期间,流域森林植被中草本成分明显增多,为气候冷干,西南季风强度最弱时期;但18,000cal.yr BP后,森林中阔叶树桦和硬叶栎的持续增多表明温度和夏季降水开始增多。相应地,末次盛冰期湖泊底栖硅藻种的大量出现和极低的藻类生物量表明了泸沽湖温跃层消失,水体充分混合,为低营养状态和可能的低水位时期;18,000cal.yr BP后,随着温度的开始增加和季风降水的逐渐增多,水体温度开始出现季节分层,但持时较短,耐营养种的逐渐增加反映当时营养输入略有增加。14,500cal.yr BP后,山地森林中阔叶树成分的持续增多和花粉浓度的增高说明自盛冰期结束进入晚冰期后,温度和西南季风降水的显著增加;此时泸沽湖浮游硅藻种Cyclostephanos dubius丰度和生物量的急剧增加,表明了水体温度分层季节和浮游植物生长季节的增加,水体扩大和流域营养输入量增高,并一直延续到全新世。全新世早中期9,144-3,832 cal.yr BP期间,流域山地植被中铁杉和桤木的发育反映了西南季风降水的进一步增多;湖泊硅藻种群组合没有发生显著变化,但浮游种丰度的持续增高和生物量的快速增高,表明了水体稳定分层季节的延长和营养程度的持续增加,与全新世温度升高和夏季降水增多对应。自3,800 cal.yr BP以来,泸沽湖流域山地植被演替为以松和硬叶栎为主的植被类型,表明季风降水的减少;而此时浮游硅藻含量仍持续升高,湖泊营养呈现增高趋势。孢粉指标同硅藻和地化指标所揭示的气候特征不一致,反映了近代人类活动对湖泊生态环境的影响。
钻孔孢粉和硅藻记录揭示,末次冰期期间太阳辐射不仅驱动了低纬西南季风区温度的变化,同时影响了低纬热带辐合带(ITCZ)的南北迁移,由此影响到西南季风降水量的变化。18,000 cal.yr BP后,太阳辐射能与木本花粉和浮游硅藻丰度的一致性增加反映了泸沽湖及其流域生态对太阳辐射驱动的线性响应特征。温度和季风降水的变化,通过影响湖泊的水体分层和混合、水位变化、流域营养输入和水体光透度变化,最终导致了湖泊硅藻生态的转变。钻孔硅藻显示在24,500cal.yr BP和14,500 cal.yr BP,出现两次重大种群组合变化,由耐贫-中等营养的浮游种Cyclotella rhomboideo-elliptica占绝对优势种类迅速转变为底栖小型Fragilaria优势种,并最终向耐营养浮游种Cyclostephanos dubius变化。研究认为,盛冰期开始和结束时期硅藻组合出现的突变,与上述湖沼环境的阈值(温度、营养、水文等)有关。
钻孔古生态记录还表明,北半球普遍存在的新仙女木事件(Younger Dryasevent,YD)在泸沽湖以及西南季风控制区不明显,我们认为西南高原的阻挡和低纬ITCZ持续向北扩张可能抵销了来自高纬的影响作用(如冰筏事件)。来自南亚阿拉伯海有孔虫记录的证据也支持了我们的结论。该钻孔硅藻研究为亚洲季风的古气候模拟提供了30 ka以来高分辨的、有好的定年结果的古生态和西南季风变化的数据。