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作为“地球之肺”的热带雨林生态系统是世界生物学多样性保护的关键和热点地区,倍爱国际学术界的关注。论文选取具有典型意义的西双版纳热带雨林沉积物中保存的孢粉和炭屑作为研究载体,通过定量分析和统计孢粉、炭屑数据,建立孢粉组合带及炭屑序列,结合植硅体、总有机碳(TOC)、磁化率等反映气候变化指标,开展其近2000年来气候变化—火灾发生—植被演变的相关性研究。其目的是揭示干旱、火灾的发生对热带雨林生态系统的影响及其变化规律。其研究成果对探讨二叠纪—三叠纪之交热带大羽羊齿植物群的绝灭原因具有启示意义。
通过对西双版纳热带雨林BB和ML3两个钻孔的孢粉组成成分及含量变化,分别建立了四个孢粉组合带。通过四个孢粉组合带中孢粉母体植物生态习性分析,认为距今2000年来西双版纳热带雨林气候总体上偏热,为热带、亚热带气候的周期性交替。湿度变化总体为干、湿交替出现,但是作为热带雨林气候相对于其他地区整体还是比较湿润。一些区域性特征气候阶段如中世纪暖期(AD900-1300)、小冰期(AD1550-1850)等气候特征在西双版纳沉积记录中均有反映。这一研究结果与前人在该区进行的植硅体研究所得出的结果有很好的一致性。
BB和ML3两钻孔沉积物中还发现丰富的炭屑和炭化孢粉,论文分别对两个钻孔的炭屑和炭化孢粉进行统计分析,均可划分为4个演化序列。比较两个钻孔的炭屑和碳化孢粉及孢粉组合反映的气候变化,并结合植硅石干旱指数研究,发现火灾与干旱指数具有较好的耦合性,即炭屑和碳化孢粉的高值对应于干旱指数峰值,低值对应于干旱指数谷值。但是在BB钻孔炭屑和炭化孢粉含量在四个演化序列内波动较为频繁,而ML3钻孔炭屑的含量是呈增加趋势的,且越往地表出现峰值的频率越高。从整体上看,BB钻孔的炭屑和炭化孢粉含量没有ML3钻孔含量高,这可能是由于该钻孔地处次生雨林区,受人为影响干扰较大;而ML3钻孔地处原始雨林区,人类活动较少,陆地上可供燃烧的生物量较大,导致炭屑含量整体较多。
对研究区单纯的进行炭屑和炭化孢粉分析,只能大致的反映出火灾活动的频率和期次,很难从中识别出人为引起的火灾,为了更加准确的反映出沉积钻孔历史时期的火灾事件,本论文进行了多指标的综合研究分析并将两个钻孔进行了对比,共识别出11次干旱事件和12次火灾事件。划分为四个演化阶段:
阶段一(AD200-450):对应孢粉组合带Ⅰ。本阶段气候温暖干旱,易诱发火灾活动。BB钻孔在这一阶段植被覆盖度较高,可以识别出2次火灾事件;而ML3钻孔在这一时期没有识别出明显的火灾事件,推测可能是由于前期火灾活动的影响,火势较大,导致植被面貌一时难以恢复,陆地上可供燃烧的生物量较少,孢粉分析结果能很好的验证这一推断。
阶段二(AD450-1050):对应孢粉组合带Ⅱ。这一阶段较上阶段要温暖湿润,利于植被的生长。同时夏季风加强,降水量增多,火灾活动相对较少。由于前期火灾的强度较小,频率较高,植被面貌在短时间内得以恢复,所以该时期BB钻孔可识别出3次火灾事件,火势较上一阶段增强,而火灾发生的频率相对较小,天然火的可能性较大;同时期ML3钻孔由于前一阶段火灾活动很少,植被得以生长,植被覆盖率高,可供燃烧的生物量大大增多,可识别出5次火灾事件,火灾的频率较高,但由于该时期雨水充足,火的强度较小。
阶段三(AD1050-1750):对应孢粉组合带Ⅲ。本阶段开始进入小冰期,西南季风减弱,降水量较少,气候偏凉偏干,不利于植被的生长。由于前期火灾活动的影响,一些高大的乔、灌木树种还没得以恢复,加上进入小冰期气候干冷,不利于植被的生长。因此,BB钻孔在这一时期植被面貌贫乏,属种单调。虽然可供燃烧的生物量不多,但人为点火事件增多,加上气候干冷,也极易诱发火灾,这一时期为火灾频发期,可识别出5次火灾事件,但强度均较小;ML3钻孔在这一时期可识别出4次火灾事件,可以分为上下两部分:下部由于前期火灾强度较小,对植被面貌破坏性较弱,火灾发生的频率较小,强度较大,而上部由于小冰期的影响,植被类型单调,属种贫乏,但气候干旱,为野火的发生提供了气候条件,可燃物变的很干燥,一点即燃,因此该时期火灾频率有所升高。
阶段四(AD1750-1995):对应孢粉组合带Ⅳ。这一阶段气温有所回升,进入全球温暖期,气候比较温暖湿润,有利于植被的生长,植被面貌得以恢复。BB钻孔可识别出2次火灾事件。由于近年来随着西双版纳地区社会经济发展和人口增长,当地人们开始大量种植砂仁作物,这使得植物种类大量减少,可供燃烧的生物量相应减少,所以一般火的强度较小;ML3钻孔可识别出3次火灾事件。由于植被覆盖率较高,气候温暖干燥,使得植被的易燃点较低,所以火灾频率较少上一阶段明显增加,从炭屑含量的极高值来看,火灾强度进一步加强。