西部黄土高原第四纪生态环境变化研究—以兰州地区最厚第四纪黄土孢粉学研究为例

The East Asian monsoon system evolution is a principal and direct driving force that controls palaeoenvironmental changes in China. As a result, its evolutionary process and driving mechanism have been attracting the attention of climatologists and geographers. At present, the history of Quaternary East Asian winter monsoon has tended to reach unanimity; howbeit the history of Quaternary East Asian summer monsoon still has different views. Based on the study of high resolution palynological record in the thickest Quaternary loess-paleosol deposit of the Lanzhou region, Western Chinese Loess Plateau, the Quaternary vegetation succession and ecological environment changes will be reconstructed; the Quaternary precipitation and temperature changes in Western Chinese Loess Plateau will be obtained based on the reconstructed vegetation type and existing modern palynological process research; reconstruction the temporal and spatial changes of Quaternary ecological environment in Chinese Loess Plateau through the comparisons between Lanzhou region (western) and eastern Chinese Loess Plateau existing high resolution palynological records; based on the precipitation gradients between east and west and the synchronicity of water and heat, the relationships between the Quaternary ecological environment changes in Chinese Loess Plateau and East Asian summer monsoon and inland aridification evolution will be cleared, and the main driving forces of ecological environment changes will be explored; this research not only provide the palynological evidence from Western Chinese Loess Plateau for the dispute of East Asian summer monsoon’s Quaternary evolution history, phase and control factor, but also supply the scientific basis for the formation and development of present natural environment pattern and ecological environment protection and management in arid and semi-arid regions.

东亚季风系统变迁是控制我国环境演化的主要和直接驱动力，其演化过程与驱动机制一直为科学界所瞩目。目前关于第四纪东亚冬季风演化历史已趋于一致，而夏季风演化历史还有不同观点。本项目通过对西部黄土高原兰州地区最厚第四纪黄土-古土壤序列进行高分辨率的孢粉学研究，重建研究区第四纪植被演替序列和生态环境变化过程；借助孢粉学现代过程研究，定量重建西部黄土高原第四纪水、热变化特征；与东部黄土高原已有记录进行平行对比分析研究，利用夏季风具有东、西梯度和水、热同期的时空特征，明确黄土高原地区植被和生态环境变化过程与东亚夏季风演化和内陆干旱化进程的关系，并探讨其演化的主要控制因子；这不仅能为解决目前关于东亚夏季风第四纪长尺度演化历史、阶段及控制因素认识不同的分歧提供来自西部黄土高原孢粉学证据，而且可以为认识我国西部干旱-半干旱区现今自然环境格局形成与发展、生态环境建设与治理等问题提供科学依据和理论基础。

目前，第四纪东亚夏季风长尺度演化历史及其控制因素还存在很大分歧。兰州盆地位于半干旱区（季风边缘区），对季风降水变化非常敏感，是开展季风降水重建工作的理想区域之一。本项目选取兰州盆地最厚的、已有高精度古地磁定年的第四纪黄土-古土壤序列进行孢粉学研究。基于孢粉记录建立了研究区早第四纪高分辨率的植被演替序列；运用WA-PLS定量恢复了研究区早第四纪夏季风降水变化历史；通过与区域和全球已有地质环境记录相对比，探讨了研究区早第四纪夏季风可能的影响因素。主要研究结果如下：. （1）从演化阶段来看，孢粉记录显示黄土高原西部早第四纪（2.2-1.7 Ma）期间植被演化大体可以分为三个阶段：~2.2-2.07 Ma，乔木花粉含量较高（平均为23.7%，下同），灌木和草本（76.4%）为优势属种；~2.07-1.86 Ma, 乔木花粉含量为整个研究时段最低值（14%），草本达到最高值(86%)；~1. 86-1.7 Ma，乔木花粉含量增加（29.5%），灌木和草本降低（66%）。植被演化序列显示研究区~2.2-2.07 Ma较为湿润，~2.07-1.86 Ma变干旱，~1. 86-1.7 Ma又变湿的过程。. （2）总体上来看，研究区早第四纪植被类型可以和目前黄土高原东部森林-草原植被类型相对比；而目前黄土高原东部这一地区的年均降雨量为~400-550 mm，比目前研究区的年均降雨量高，说明研究区早第四纪的夏季风降水比目前多。. （3）定量重建结果显示研究区早第四纪平均年均降雨量为~450 mm，远高于目前的~300 mm。定性的植被类型和定量的年均降雨量重建结果都显示黄土高原西部早第四纪东亚夏季风和目前相比较为强盛。因此，我们的结果不支持第四纪东亚夏季风逐步增强说。. （4）通过对比分析显示，在构造尺度上，东亚夏季风降水可能与东西赤道太平洋温度梯度密切相关；在轨道尺度上，东亚夏季风降水和全球温度/冰量相关。