末次盛冰期亚热带常绿阔叶林的极端变化及其冰后期地理迁移时空研究

The subtropical evergreen broadleaved forest (EVBF) of southern China is the most complex, broadest and primitive biome in the world. This evergreen ecosystem suffered a substantial change during the extreme cold episode of the Last Glacial Maximum (LGM). The temporal and spatial distribution, historical migration and spreading pattern of vegetation types and key plants are the important topics of the study on past climate change, biogeography and plant taxonomy. Furthermore, this research should provide abundant data and testify the models for the biome simulation under the future climate warming scenarios. The present project plans to drill several cores which should be dated accurately in the subtropical area. Studies of pollen analysis, carbon isotope and molecular phylogeography will be carried out for quantitatively evaluating the substantial changes of EVBF during the LGM. The new techniques of pollen-biome reconstruction and the plant molecular help to establish the spatial distribution, vertical shifts, migration and spreading pathways of vegetation types and their key species since the last glacial. The comparison of pollen sequence with other high-resolution climate proxies will demonstrate the vegetation response on the glacial-interglacial cycle and the short climate events.

我国南方亚热带常绿阔叶林是全世界分布最广、面积最大, 类型最为复杂多样和古老的森林植被类型，它在末次冰期极端寒冷气候下曾发生显著变化。该区域植被类型的第四纪时空分布格局、历史迁移和扩散规律等研究不仅在古气候学、植物地理和分类学等方面具有十分重要的科学意义，同时可以为预测全球变暖情景下未来的植被生态变化估算和模拟提供依据。本研究在亚热带常绿阔叶林区设计一系列钻孔进行取样和精确测年，采用孢粉分析、碳同位素、植物分子系统地理分析等综合方法，依据现代表土孢粉数据与植被和气候的关系，定量揭示常绿阔叶林在末次盛冰期的极端变化特征，山地垂直带下降过程和幅度，以及随后在冰后期植被和关键物种的分布格局、迁移路径和扩散规律。同时，将时间序列的孢粉谱变化与该区其他高分辨率气候指标进行对比，阐明常绿阔叶林在冰期-间冰期旋回和其他短尺度气候变化影响下的适应机制和变化模式。

中国的亚热带常绿阔叶林是世界上面积最大, 类型最为复杂多样和古老的植被类型，然而该植被类型在末次冰期极端寒冷气候下曾发生何种变化？以及时空迁移等规律至今为止并不清楚。本项目在聚焦亚热带常绿阔叶林区，首先进行系统的钻孔取样和精确测年，采用孢粉分析、碳同位素、植物分子系统地理等综合方法，依据现代表土孢粉数据与植被和气候的关系，定量揭示常绿阔叶林在末次盛冰期的极端变化特征，植被带迁移的幅度，以及冰后期植被（biome）的分布迁移和扩散规律。同时，深入探讨时间序列孢粉揭示的生物群区变化的气候环境影响机制。本项目首先扩充了大陆尺度的东亚表土孢粉数据库和区域尺度的亚热带表土孢粉数据库，采用最佳类比法检验了各biome区域表土孢粉组合的属性特征，并计算了孢粉数据用于气候定量重建的精度和不确定性。在亚热带40多个泥炭湿地和湖泊钻孔中，发现温带落叶阔叶林在16-28 ka BP的寒冷气候下至少南迁至南岭山脉一线，在西南地区（云南腾冲）则表现为高山栎林带的显著下降。然而，沿海低地和冰期裸露的大陆架平原大多由C4草本所占据，雷州半岛揭示LGM的植被由C4草本所占据，南海北部钻孔孢粉也揭示出LGM时期>50%的草本优势。应用孢粉数据进行的气候定量重建证实了末次盛冰期中亚热带的气候变化幅度，重建的年平均温度LGM降温幅度为4-6 ºC，与brGDGT的气候重建结果吻合（最大降幅5.8 ºC）。年降雨量的定量重建还显示武夷山北部可降低30-40%（即减少600mm左右）。钻孔孢粉的biome定量分析发现，亚热带常绿阔叶林植被类型在北回归线以南的区域从YD冷事件后快速成为优势植被类型，而中亚热带至北亚热带的常绿阔叶林替代发生在11ka至8ka期间，表现为由南至北逐渐替代落叶阔叶类植物，显示出冰消期气候上升、冰盖收缩、海平面上升等因素共同驱动了中纬度植被类型的逐渐转换过程。该研究对认识季风区常绿阔叶林对古气候变化的响应具有十分重要的科学意义，研究结果可为预测全球变暖情景下未来的植被生态模拟提供重要参照。