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约阎
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1 第 14 卷第 5 期 2012 年 10 月古地理学报 JOURNALOFPALAEOGEOGRAPHY Vol 14 No 5 Oct.2012 文章编号 : (2012) 长白山区湿地表土植硅体特征及其环境意义郭梅娥介冬梅葛勇王婷李荣麟王刘奎王培明刘洪妍刘利丹李楠楠东北师范大学城市与环境科学学院, 吉林长春摘要湿地在全球环境变化中扮演着十分重要的角色, 湿地表土中的植硅体分析是恢复第四纪古环境的重要途径文中选取长白山区的桦南到哈尼一线的 6 处湿地表土, 并采用 PCA 和 CA 分析植硅体组合的环境指示意义, 结果显示 : 温度因子是造成长白山不同湿地表土植硅体组合差异的第 1 环境因子, 且植硅体的种类和含量与采样点上覆植被湿度与海拔等环境条件都存在相关性结合方差分析和植硅体大小变化趋势分析曲线可以看出, 不同表土中符合方差分析条件的植硅体类型的大小随着温度的升高而增大总体来看, 长白山区 6 处湿地中, 植硅体类型基本相同, 但温暖指数和植硅体的大小差异较显著, 说明植硅体大小及其组合对温度都有较敏感的响应关键词长白山区湿地植硅体组合和大小方差分析第一作者简介郭梅娥, 女,1987 年生, 自然地理学专业硕士研究生 E mail:guome449@nenu edu cn 通讯作者简介介冬梅, 女,1969 年生, 博士, 副教授, 主要研究方向第四纪地质学与环境演变 E mail: jiedongmei@nenu edu cn 中图分类号 :P532,Q914 文献标识码 :A Phytolithcharacteristicsandtheirsignificanceofenvironment insurfacesoilsfrom wetlandsofchangbaishanarea GuoMeie JieDongmei GeYong WangTing LiRonglin WangLiukui WangPeiming LiuHongyan LiuLidan LiNannan ColegeofUrbanandEnvironmentSciences,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,Jilin Abstract Wetlandsplayanimportantroleintheglobalenvironmentalchange,andphytolithanaly sisinsurfacesoilofwetlandsisabasisforreconstructingthepalaeoenvironmentinthequaternary.inthis paper,surfacesoilphytolithswereanalyzedinsixwetlandsfrom HuanantoHaniinChangbaiShanarea. TheresultsshowthatthephytolithassemblagesinalwetlandssurfacesoilsamplesexceptforShalanare similar.elongate,crenate,rondelandpoint shapedphytolithsaredominant,whichrevealsthecoldcli mate.pcaandclusteranalysisareusedtofindtheenvironmentalsignificanceofthephytolithsassembla gesindiferentwetlandssurfacesoils. Theresultsindicatethattemperatureisthechieffactortocontrol theothernessofphytolithsassemblagesinwetlandsinchangbaishanarea, atthesametime, thetypes 国家自然科学基金项目 ( 编号 : ) 环保行业公益项目 ( 编号 : ) 和高校基本业务费资助前瞻性基金项目 ( 编号 :10JCXK010) 共同资助收稿日期 : 改回日期 :

2 640 古地理学报 2012 年 10 月 andpercentagesofphytolithsarecloselyrelatedtotheplants,humidityandelevationinthesamplesites. Combiningdiferenceanalysiswiththechangetrendanalysisinphytolithdimension,wecanfindthatthe widthandlengthofbicrenate, polycrenateandcrenatesinuateaswelasthelengthofelongatepsilate, thelengthofridgeandtheheightinrondelhippedandwidthofthepoint shapedphytolithsexistsignificant diferenceandincreasewiththetemperature.insum,thephytolithmorphotypesinalthesitesaresimi lar,butdiferencesinthewarm indexandthesizeofthephytolithsareobvious. Theresultrevealsthat thephytolithassemblagesandthesizearesensitivetotemperaturechange. Keywords ChangbaiShanarea,wetlands,phytolithasemblagesandsize,one wayanova Aboutthefirstauthor GuoMeie, bornin1987, isamastercandidateofphysicalgeography. E mail:guome449@nenu edu cn. Aboutthecorrespondingauthor JieDongmei,bornin1969,isanasociateprofesorofNorth eastnormaluniversity. She ismainly engaged in Quaternary geology and environmentalevolution. E mail:jiedongmei@nenu edu cn. 1 概述植物体内的硅通过根系吸收, 经维管束传送, 在细胞内腔或细胞之间以水合硅 (SiO 2 nh 2 O) 的形式出现, 在植物体内形成难溶的硅酸形态, 这就是植硅体植硅体在一定程度上记录了植物细胞的形态 ( 王永吉和吕厚远,1993) 它最早发现于 1804 年 (desaussrue), 但是直到 20 世纪 50 年代末才被应用于第四纪地质学 1959 年 Baker 研究了澳大利亚维多利亚古近纪新近纪和第四纪硅藻土中的植硅体后来, 人们逐渐意识到土壤中的植硅体绝大部分是地表植物枯死腐烂或燃烧后残留下来的, 极少部分作为动物粪便保存在土壤中不同的地区不同的地理条件不同植被下发育的土壤中, 植硅体的含量和组合也存在差异又由于植硅体具有耐久性和产量大的特点, 所以植硅体被广泛应用于各种沉积物来恢复第四纪古环境, 如黄土 ( 吕厚远等, 1996; Blinnkov etal., 2002; Lü etal.,2007) 湖泊沉积物 (Carter,2002;Thorn, 2004a, 2004b) 沙丘 (Horocks etal., 2000; Boyd,2005) 火山灰 (Saseetal.,1987; Par, 1999) 滨海平原 (Fredlund and Tieszen,1997; Carterand Lian, 2000; Prebble and Shulmeister, 2002; Lü etal., 2002; Abrantes, 2003; Piperno andjones,2003;charlesandisabel,2005) 湿地泥炭 ( 张新荣,2006; 李荣麟等,2011; 郭梅娥等,2012) 红土 ( 李长安和顾延生,1997; 熊尚发等,2000; 王伟铭等,2003; 顾延生等,2007) 和深海沉积物 (Wangetal.,2009) 湿地表土是研究湿地古环境的基础, 关于长白山区的湿地表土, 张新荣等 (2007) 曾对其做过植硅体研究, 并介绍了湿地中含有的主要植硅体类型, 但对于湿地的典型植硅体组合并没有作详细的研究作者按纬度梯度从桦南到哈尼获得 6 处表土样品, 对其进行植硅体分析, 鉴定出湿地表土典型的植硅体类型前人大都是采用植硅体的百分含量与气候参数之间的关系来恢复古气候和古环境 ( 吕厚远等,1996; 顾延生等, 2007; Lü etal., 2007), 而关于植硅体的大小与环境关系的研究很少见到, 文中采用方差分析来检验植硅体大小差异的显著性, 并利用大小的变化趋势来寻找植硅体与环境的关系, 从新的侧面来揭示植硅体对环境的指示意义 2 研究区概况及样品采集 2 1 研究区自然概况长白山区位于 E~ E 和 N~ N 之间它是由大黑山吉林哈达岭张广才岭老爷岭太平岭等大致呈北东向排列的山岭构成的, 山岭之间沿着宽阔的纵谷和地堑谷发育河流长白山是东亚著名的火山, 自下而上主要由玄武岩台地玄武岩高原和火山锥体 3 大部分组成, 锥体顶火山口湖称为天池, 水面海拔 2100 m, 是中国东北地区最高的湖, 最高峰白云峰海拔 2691m 本区在中国水平地带性植被区划中属温带针阔

3 第 14 卷第 5 期郭梅娥等 : 长白山区湿地表土植硅体特征及其环境意义 641 叶混交林带, 其地带性植被是以红松为主的针阔叶混交林, 地带性土壤为暗棕壤长白山区的河滩沟谷和湖沼湿地广泛发育 2 2 样品采集项目组 2009 年 8 月在长白山区从北部的桦南到南部的哈尼一线选择 6 处泥炭湿地采集样品, 采样点的分布和采样点的环境描述见图 1 和表 1 在 6 块湿地中都采集了表土样品 ( 表 1), 记录了样品的经纬度和海拔具体的采集方法 : 选取样方的四角和中心总共 5 点, 剥去表层的枯枝落叶层, 分别取表土, 最后放在自封袋中, 带回实验室其中桦南泥炭湿地表土上面覆盖的植被是以绣线菊为优势种的灌木群落, 沙兰泥炭湿地和雁鸣湖泥炭湿地是以禾本科为主的禾草群落, 哈尔巴岭泥炭湿地和哈尼泥炭湿地采集的为森林沼泽泥炭表土样品对不同样方表土中的植硅体进行分析, 然后将同一采样点的表土样品中的植硅体的种类和数目分别相加, 得出表土样品中植硅体的类型和个数不同的采样点, 植物的组成不同,6 处泥炭湿地的植物群落见表 2 3 实验方法 3 1 植硅体提取方法实验采用湿式灰化法 ( 王永吉和吕厚远, 1993) 步骤如下 1) 烘干表土样品 : 取一小块表土植硅体装入干净的试管中, 放入烘干箱中烘干 2) 分散表土样并去除钙铁 : 往试管中加入少量的盐酸, 并在超声波振荡仪的顶部放置特制的试管架, 将试管放入试管架中, 并用超声波震荡, 待表土分散后且没有气泡产生时, 停止振荡图 1 长白山区采样点分布图 Fig 1 DistributionofsamplesitesinChangbaiShanarea 1 桦南泥炭湿地 ;2 虎山泥炭湿地 ;3 沙兰泥炭湿地 ; 4 雁鸣湖泥炭湿地 ;5 哈尔巴岭泥炭湿地 ;6 哈尼泥炭湿地 3) 清洗盐酸 : 往试管中加入蒸馏水, 用离心机 ( 转数 2000rpm/m) 离心 15min, 待样品冷却后, 将试管上部液体倒掉 4) 氧化 : 往试管中加入浓硝酸, 水浴加热, 待溶液澄清, 颜色变浅, 有机质全部被氧化 5) 清洗硝酸 : 氧化结束后再向试管中加入蒸馏水, 用离心机 ( 转数 2000rpm/m) 离心 15min, 待样品冷却后, 将试管上部液体轻轻倒掉, 再加入蒸馏水, 如此反复离心清洗 2 次 6) 浮选 : 加入 2 倍于试管剩余液体的重液 ( 比重为 2 4), 搅拌均匀, 然后用离心机 ( 转数 2000rpm/m) 离心 20 min, 将上层液体倒入相应的试管中 7) 清洗重液 : 往试管中加入蒸馏水, 用离心表 1 长白山区采样点的环境描述 Table1 DescriptionofenvironmentaboutsitesinChangbaiShanarea 采样点代码采样点名称纬度 ( 北 ) 经度 ( 东 ) 海拔 /m 采样环境样品重量 /g 1 桦南泥炭湿地林场 50 2 虎山泥炭湿地林场 50 3 沙兰泥炭湿地水池 50 4 雁鸣湖泥炭湿地池塘 50 5 哈尔巴岭泥炭湿地林场 50 6 哈尼泥炭湿地林场 50

4 642 古地理学报 2012 年 10 月表 2 长白山区不同采样点植物群落的优势种 Table2 DominantspeciesindiferentsitesinChangbaiShanarea 编号采样点优势种拉丁名 1 桦南泥炭湿地 2 虎山泥炭湿地 3 沙兰泥炭湿地 4 雁鸣湖泥炭湿地 5 哈尔巴岭泥炭湿地 6 哈尼泥炭湿地绣线菊小叶章乌拉薹草水杨梅乌拉薹草小叶章香蒲芦苇小叶章水稗长白落叶松白桦小叶章鱼鳞云杉长白落叶松大叶章 SpiraeasalicifoliaLinn. CalamagrostisangustifoliaKom. CarexmeyerianaKunth. Geum aleppicum Jacq CarexmeyerianaKunth. Diarhenamandshurica TyphaorientalisPresl Phragmitesaustralis(Cav.) Trin.exSteud. CalamagrostisangustifoliaKom. Echinochloaphylopogon(Stapf) Koss. Pinusdensifloravar.sylvestriformis Betulaplatyphyla CalamagrostisangustifoliaKom. Piceajezoensisvar.komarovi Pinusdensifloravar.sylvestriformis Calamagrostislangsdorfi(Link) Trin 机 ( 转数 2000rpm/m) 离心 15 min, 待离心机完全静止后, 将试管上部液体轻轻倒掉, 再加入蒸馏水, 如此反复离心清洗 2 次后, 再用无水乙醇离心一次, 最后保留少量的液体 3 2 植硅体的鉴定将试管中的液体震荡均匀, 用一次性吸管吸出混合均匀的液体 1~3 滴, 滴在载玻片上, 用酒精灯加热, 待乙醇蒸发后, 滴上 1~2 滴中性树胶, 盖上盖玻片, 制成固定片每个样品制作 2 份以备用采用 MOTIC2 0 生物显微镜鉴定统计样品, 首先根据样品的形态进行分类特征的描述, 并用显微镜成像系统照相, 然后对每个样品中的 300 粒代表性植硅体进行形态参数的测量统计录入数据, 进行分析和制图 3 3 统计方法主要方法包括主成分分析聚类分析和方差分析 ( 张文璋,2002) 由于长白山地区湿地表土中植硅体的类型较多, 根据植硅体类型对表土样品直接分类较困难, 因而作者采用主成分分析方法, 在此基础上对样品进行聚类分析, 并通过聚类分析寻找不同表土植硅体之间的相似性, 从而定量地分析不同湿地表土植硅体的共性和差异 4 实验结果 4 1 植硅体形态和分类作者共发现 17 大类共 23 小类植硅体, 其中包括 17 种草本植硅体 6 种木本植硅体草本植物中发育于短细胞的植硅体有齿型 ( 多齿型 ( 图 2-D3) 三齿型( 图 2-D1) 二齿型弱齿型 ( 图 2-D2,2-E)) 帽型 ( 尖顶帽型 ( 图 2 -F1,2-F2) 平顶帽型( 图 2-F3,2-F4)) 鞍型 ( 图 3-O, 图 4-U) 哑铃型 ( 图 2-G1,2-G2) 十字型 ( 图 2-H,4-V); 发育于非短细胞的植硅体包括棒型 ( 光滑棒型 ( 图 2-A1) 刺棒型( 图 2- A2,2-A3; 图 3-M1,3-M2) 突起棒型 ( 图 2- A4) 尖型( 图 2-B1,2-B2,2-C) 方型长方型 ( 图 4-Q) 扇型 ( 图 3-P) 硅质突起 ( 图 3- K) 三棱柱型( 图 4-X) 前人研究认为短细胞植硅体类型具有明显的分类意义, 所以禾本科不同亚科发育不同的短细胞植硅体不同类型短细胞植硅体组合反映的气候意义也不同, 帽型和齿型多见于早熟禾亚科, 代表较寒冷的气候条件 ; 哑铃型和十字型多见于黍亚科, 反映温湿的气候环境 ; 长鞍型多见于竹亚科, 反映湿热的气候环境 ; 短鞍型多见于画眉草亚科, 反映干热的气候环境 (Twiss etal.,1969; 王永吉和吕厚远,1993; Guetal.,

5 第 14 卷第 5 期郭梅娥等 : 长白山区湿地表土植硅体特征及其环境意义 643 图 2 长白山区湿地表土典型植硅体形态 ( 一 ) Fig 2 PhytolithsmorphotypesinsurfacesoilsofwetlandsinChangbaiShanarea(one) A1 光滑棒型 ;A2,A3 刺棒型 ;A4 突起棒型 ;B1,B2,C 尖型 ;D1 三齿型 ;D2 弱齿型 ;D3 多齿型 ;E 弱齿型 ; F1,F2 尖顶帽型 ;F3,F4 平顶帽型 ;F5 上面为鞍型, 下面为平顶帽型 ;G1,G2 哑铃型 ;H 十字型 2008) 然而短细胞与亚科的分类并非严格对应, 比如稻亚科和黍亚科中也发现了帽型 ; 而十字型和哑铃型植硅体也可见于早熟禾亚科稻亚科芦竹亚科和竹亚科 ; 黍亚科和画眉草亚科也可能产生早熟禾亚科型植硅体 (Twisetal.,1969; Twis, 1992; Brown, 1984; Mulholand, 1989; Barboni etal.,1999; Guetal.,2008; Guoetal.,2012) 莎草科植硅体类型主要有硅质突起和多边帽型 (Carneli etal., 2004; Thorn, 2004a; Piperno, 2006;Guoetal.,2012) 菊科植物中毛发细胞和表皮细胞硅化较常见 (Piperno, 1988; Thorn, 2004b;Honaineetal.,2006; Morisetal.,2009) 文中发现的草本植硅体主要为禾本科植硅体, 发现极少量的莎草科植硅体, 而菊科植硅体并没有发现, 这可能与植硅体的保存有关木本类植硅体主要有以下 6 种 : 其中阔叶类植硅体包括弓型或 Y 型植硅体 ( 图 3-I) 鸟嘴型 ( 图 3-L1,3-L2) 不确定型( 图 3-J) 边缘弯曲板型 ( 图 3-N); 而针叶类木本植硅体仅发现了不规则立方体型 ( 图 4-S) 和不规则多面体型 ( 图 4- T) 另外, 湿地表土中还发现了少量的海绵骨针 ( 图 4-W), 海绵骨针指示多水的沉积环境 ( 王永吉和吕厚远,1993; 顾延生等,2007) 为了更好地揭示植硅体对温度和降水的响应性, 温暖指数和干旱指数分别用于反映植硅体组合与温度降水关联性 (Guetal.,2008) 然而, 东北地区湿地表土中罕见短鞍型, 所以文中没有涉及

6 644 古地理学报 2012 年 10 月图 3 长白山区湿地表土典型植硅体形态 ( 二 ) Fig 3 PhytolithsmorphotypesinsurfacesoilsofwetlandsinChangbaiShanarea(two) I 弓型 ;J 不确定型 ;K 硅质突起 ;L1,L2 鸟嘴型 ;M1,M2 刺棒型 ;N 不规则多边型 ;O 鞍型 ;P 扇型干旱指数由于早熟禾亚科植物适应较寒冷的气候, 而画眉草亚科和黍亚科植物适应较温暖的气候, 故温暖指数 (Ic) = 早熟禾亚科植硅体 /( 早熟禾亚科植硅体 + 画眉草亚科植硅体 + 黍亚科植硅体 ) (Twis,1992; 王永吉和吕厚远,1993; 王伟铭等,2003;Guetal.,2008) 4 2 表土中植硅体含量通过图 5 可以看出, 总体上来看, 温暖指数有随纬度的降低而增高的趋势, 这说明植硅体组合对温度响应明显从植硅体形态来看, 所有表土中棒型齿型尖型和帽型等示冷型植硅体含量丰富, 这 4 种植硅体的总含量几乎都达到了 80%, 这不仅与东北地区气候寒冷有关, 并且还跟几乎所有的湿地群落中的优势种为早熟禾亚科有关, 这说明了不同的采样点的表土植硅体组合与气候和植物类型在一定程度上都具有良好对应关系除沙兰外, 其他 5 个表土样品中棒型齿型帽型哑铃型方型和长方型含量各自都相差不大,5 个表土样品中棒型和齿型都各自超过了 20%, 并且棒型主要为光滑棒型在 5 个采样点的表土中, 桦南表土中帽型 ( 尖顶帽型 10 04% 和圆

7 第 14 卷第 5 期郭梅娥等 : 长白山区湿地表土植硅体特征及其环境意义 645 图 4 长白山区湿地表土典型植硅体形态 ( 三 ) Fig 4 PhytolithsmorphotypesinsurfacesoilsofwetlandsinChangbaiShanarea(three) Q 长方型 ;S 不规则立方体型 ;T 不规则多面体型 ;U 短鞍型 ;V 十字型 ;W 海绵骨针 ;X 三棱柱型

8 646 古地理学报 2012 年 10 月 /% 图 5 长白山区湿地表土植硅体含量分布 Fig 5 Relativefrequencyofphytolithmorphotypesfrom surfacesoilsofwetlandsinchangbaishanarea /( ) 顶帽型 11 11%) 含量远远超过其他采样点表土中帽型的含量 ; 虎山表土中尖型含量在所有表土中的含量最高 ; 雁鸣湖表土中突起棒型最多 ; 哈尔巴岭表土中齿型 ( 二齿型 7 18% 三齿型 9 27% 多齿型 13 42% 和弱齿型 4 16%) 含量远远多于其他 4 个采样点中的含量 ; 哈尼表土各种植硅体类型的含量都居中, 且刺棒型和三棱柱型和扇型在内的其他类型植硅体的含量较多沙兰湿地表土中植硅体多连续排列, 其中哑铃型和鞍型的相对含量较高, 而棒型方型和长方型尖型和帽型的相对含量较低, 十字型植硅体仅在沙兰表土中发现沙兰和雁鸣湖表土中不含有木本类植硅体, 其他 4 个表土中木本类植硅体的含量都在 2 5% 左右, 主要的木本类植硅体有弓型植硅体或 Y 型植硅体鸟嘴型不确定型不规则立方体型和具有网纹脊的纺锤型 4 3 表土主成分分析和聚类分析主成分分析的结果 ( 表 3) 选出了 4 个主因子, 累积贡献率达到了 %, 超过了 85%, 达到了统计意义在第 1 因子中, 光滑棒型尖型尖顶帽型圆顶帽型两齿型位于因子轴正方向极大值, 这是反映寒冷气候的代表植硅体类型, 反映温暖气候的鞍型方型和长方型位于因子轴的负方向极大值, 说明第 1 因子对气候温度变化比较敏感, 可作为温度因子表 3 主成分分析因子得分和累积贡献率 Table3 FactorscoresandcumulativecontributionratebyPCA 主成分因子植硅体光滑棒型突起棒型刺棒型板棒型尖型多齿型三齿型两齿型弱齿型尖顶帽型圆顶帽型哑铃型鞍型方形和长方形木本类植硅体其他类型累积贡献率 /% 聚类分析直接反映了不同样点表土植硅体组合之间的关系, 而植硅体与温度具有一定相关性, 故做聚类分析, 进一步来分析植硅体和温度之间的关系在主成分分析的基础上做聚类分析, 得出了图 6, 从聚类分析树状图可看出, 采样点桦南和虎山

9 第 14 卷第 5 期郭梅娥等 : 长白山区湿地表土植硅体特征及其环境意义图 6 长白山区湿地表土聚类分析树状图 Fig 6 Dendrogram resultingfrom clusteringanalysis onsurfacesoilsofwetlandsinchangbaishanarea 合并为同一类, 采样点哈尔巴岭与哈尼合并为同一类, 采样点沙兰和雁鸣湖各成为同一类桦南表土采样点上覆植被为绣线菊群落, 虎山表土采样点上覆植被为水杨梅群落,2 个地点的地带性植被均属落叶阔叶林, 且绣线菊和水杨梅的植硅体含量极少, 所以呈现出相同的植硅体组合 ; 桦南的纬度比虎山高 50, 海拔比虎山的低约 400 m, 桦南温度约比虎山温度约高 1 5, 两者的环境条件相近, 所以桦南与虎山 2 个采样点合并为同一类哈尔巴岭表土采样点上覆植被为落叶松白桦混交林, 哈尼表土采样点上覆植被为鱼鳞云杉落叶松白桦混交林, 因此, 这 2 个采样点的植硅体组合相近哈尔巴岭的纬度比哈尼高 1 03, 海拔比哈尼低 350 m 左右, 综合纬度和海拔, 哈尔巴岭与哈尼的温度温差约为 1, 综合以上原因使得哈尔巴岭的表土植硅体和哈尼表土植硅体合并为同一类桦南虎山哈尔巴岭和哈尼 4 个采样点在约 3 5 的类间距上又合并为同一类, 这是因为这 4 个采样点都含有木本类植硅体的缘故总起来看, 当温度差小于 1 5 时, 温度对植硅体类型变化的影响较小沙兰纬度比雁鸣湖高 26, 海拔比雁鸣湖低 41 m, 综合海拔和纬度来看, 虽然两者温度相近, 湿度相近, 总体环境条件相同, 且沙兰和雁鸣湖表土采样点上覆植被均为小叶章群落, 但 2 个采样点却没有合并为同一类这可能是由于采样时, 沙兰样地积水较深, 只能水下采样, 由于水下植物不易于腐烂, 采集表土时又有部分土壤随水下流, 使得植物残体较多, 而土壤较少, 影响了沙兰的表土植硅体种类, 导致沙兰和雁鸣湖两者的表土植硅体没有合并为同一类 4 4 植硅体大小差异性分析对表土中所有植硅体类型做方差分析, 发现二齿型弱齿型光滑棒型尖顶帽型和尖型等符合方差齐的条件, 方差分析的结果见表 4 二齿型弱齿型和尖型的宽的差异系数都小于 0 050, 二齿型光滑棒型的长及尖顶帽型的脊长和高宽的差异性系数也都小于 0 050, 说明 6 种表土中上述各植硅体类型在大小参数上都存在显著性差异, 即可以采用上述植硅体形态的大小参数来区分不同的表土表 4 长白山区 6 种植硅体的长和宽的差异系数 Table4 Testingsignificanceofdiferenceoflengthandwidth in6phytolithsinchangbaishanarea 植硅体类型形态方差齐性伴随概率差异系数长二齿型宽弱齿型宽光滑棒型长上长尖顶帽型高尖型宽注 : 尖顶帽型的脊长是指帽型的脊顶的长度 ; 高指从脊到下缘的垂直高度 4 5 植硅体大小变化趋势分析作者对二齿型弱齿型光滑棒型尖顶帽型和尖型等植硅体形态参数的长宽变化趋势进行了分析 ( 图 7) 总体来看, 从桦南到哈尔巴岭, 除弱齿型, 其他植硅体大小都呈波浪形上升趋势, 但是植硅体大小的变化随着类型的不同有所区别从桦南到哈尔巴岭中几乎各种植硅体类型的大小都有变大的趋势, 其中光滑棒型的长变化最大, 从桦南的 μm 到 μm 由于沙兰表土中不含有弱齿型和尖顶帽型, 所以沙兰在这 2 种植硅体类型的变化处出现拐点采样点桦南纬度比哈尼高 4 12, 海拔低约 700 m, 两地温差接近 0 弱齿型变化规律不明显, 有可能与风化有关, 弱齿型有可能是棒型或方型植硅体风化的产物通过上述分析可以发现, 植

10 648 古地理学报 2012 年 10 月 /( ) /µm /µm /µm /µm /µm /µm /µm 图 7 长白山区不同表土中各种植硅体大小变化趋势 Fig 7 Variationtrendofphytolithssizeindiferentsurface soilsofwetlandsinchangbaishanarea 温暖指数 = 示冷型植硅体 /( 示冷型植硅体百分含量 + 示暖型植硅体百分含量 ) 硅体的大小随着温度的升高而增大中 A 值大于 B 值, 但棒型和帽型含量很少, 含量均为为 4 78%, 而哑铃型和鞍型的含量比较丰富, 分别为 20 82% 和 8 19%, 这与前人的认识不太一致, 可能与采样时积水较多有关总起来看东北泥炭湿地的表土植硅体以棒型齿型尖型和帽型为主, 而黄翡等 (2004) 对内蒙古草原中东部现代表土植硅体的优势类型是帽型, 这说明表土植硅体具有明显的区域性 Iriarte 和 Paz(2009) 对乌拉圭东南部高山亚高山区的现代表土进行植硅体分析, 研究发现湿地和湿生草甸表土植硅体中黍亚科植硅体占优势, 而作者发现表土中植硅体以早熟禾亚科植硅体为主, 这可能是因为乌拉圭东南部高山亚高山区的湿地和湿生草甸中优势种属于黍亚科, 而东北泥炭湿地中植物的优势种属于早熟禾亚科, 这说明表土中植硅体与植物群落呈现出某种程度上的对应关系介冬梅等 (2010) 在对中国松嫩草原羊草植硅体研究中发现, 定位模拟增温处理过的羊草植硅体的长和宽都有普遍增大的趋势, 对植硅体大小变化趋势研究发现二齿型三齿型光滑棒型尖型和尖顶帽型长宽都随着温度的升高而增大, 两篇文章的认识不谋而合 5 讨论张新荣 (2006) 对东北泥炭表土中植硅体的研究发现, 主要有哑铃型鞍型扇型帽型尖型齿型棒型方型长方型梯型和其他 11 种类型本研究中也发现了上述所有植硅体, 并将方型长方型和梯型合并为方型和长方型, 扇型数量也较少可合并到其他类型中王永吉和吕厚远 (1993) 发现东北的表土植硅体中棒型尖型齿型和帽型的含量较丰富, 并指出这 4 种植硅体是示冷型植硅体 ; 东北表土植硅体中长方型和方型, 扇型和哑铃型等示暖型植硅体含量较少, 一般方型和长方型的含量小于 10% 由表土植硅体分析结果可以看出 : 桦南虎山沙兰雁鸣湖哈尔巴岭和哈尼 6 处湿地表土中植硅体组合的 A 值远远大于 B 值, 说明棒型齿型尖型和帽型植硅体为示冷型植硅体, 而哑铃型鞍型和方型和长方型植硅体为示暖型植硅体, 这与前人的研究相一致 ( 王永吉和吕厚远,1993) 虽然沙兰表土植硅体 6 结论 1) 植硅体的种类和含量与采样点上覆植被温度湿度与海拔等环境条件都存在相关性 2) 长白山区湿地影响植硅体类型的主要的环境因子是温度, 由于采样点的经纬度差距不大, 虽然 6 处湿地表土植硅体种类之间存在差异, 但是差异不甚明显 3) 植硅体种类的数量和植硅体大小可以反映气候的冷暖, 对环境具有指示意义致谢感谢吕金福教授对此篇文章提出的建设性意见, 感谢王信松王芳王娜王江永栗娜和李成龙完成数据的录入工作参考文献顾延生, 秦养民, 朱宗敏, 等浙江长兴中晚更新世红土植硅体与分子化石记录及其环境意义 [J]. 海洋地质与第四纪地质, 27(1):

11 第 14 卷第 5 期郭梅娥等 : 长白山区湿地表土植硅体特征及其环境意义 649 郭梅娥, 吴凡, 黄莹莹, 等 ka 来长白山北坡植硅体组合气候变化及林线变迁 [J]. 地球科学前沿,2: 黄翡,KealhoferLisa, 黄凤宝内蒙古草原中东部现代表土植硅体组合与植被关系 [J]. 微体古生物学报,21(4): 介冬梅, 葛勇, 郭继勋, 等中国松嫩草原羊草植硅体对全球变暖和氮沉降模拟的响应研究 [J]. 环境科学,31(8): 李长安, 顾延生网纹红土中植硅体组合及其环境意义的初步探究 [J]. 地球科学中国地质大学学报,22(2): 李荣麟, 介冬梅, 刘艳萍, 等东北长白山区北部虎山泥炭剖面植硅体的环境指示意义 [J]. 微体古生物学报,28(3): 吕厚远, 吴乃琴, 刘东生, 等 ka 来宝鸡黄土植硅体组合季节性气候变化 [J]. 中国科学 (D),26(2): 熊尚发, 丁仲礼, 刘东生南方红土网纹 : 古森林植物根系的土壤学证据 [J]. 科学通报,45(12): 王伟铭, 刘金陵, 周晓丹南京直立人洞穴沉积的植硅体气候指数研究 [J]. 科学通报,48(11): 王永吉, 吕厚远植物硅酸体研究及应用 [M]. 北京 : 海洋出版社, 张新荣东北地区晚全新世泥炭沉积的植硅体气候指示意义研究 [D]. 吉林大学博士论文. 张新荣, 胡克, 王东坡东北地区泥炭表土中植硅体的形态特征 [J]. 地理科学,27(6): 张文璋实用统计分析方法与 SPSS 应用 [M]. 北京 : 电子工业出版社, AbrantesF.2003.A340,000yearcontinentalclimaterecordfrom tropi calafrica newsfrom opalphytolithsfrom theequatorialatlantic [J].EarthandPlanetaryScienceLeters,209: BarboniD,BonnefileR,AlexandreAetal.,1999.Phytolithsaspalaeo environmentalindicators,westsidemiddleawashvaley,ethiopia [J].Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology,152: BlinnkovM,BusaccaA,WhitlockC.2002.Reconstructionofthelate Pleistocenegrassland ofthe Columbia basin,washington,usa, basedonphytolithrecordsinloess[j].palaeogeography,palaeocli matology,palaeoecology,177: BoydM.2005.Phytolithsasthelateenvironmentalindicatorsinadune fieldonthenortherngreatplains[j].journalofaridenvironments, 61(3): BrownDA.1984.Prospectsandlimitsofaphytolithkeyforgrassesinthe centralunitedstates[j].journalofarchaeologicalscience,11: CarterJA.2002.Phytolithanalysisandpaleoenvironmentalreconstruction from LakePoukawaCore,HawkesBay,NewZealand[J].Globaland PlanetaryChange,33: CarterJA,LianO B.2000.Paleoenvironmentalreconstructionfrom the lastinterglacialusingphytolithanalysis,southeasternnorthisland, NewZealand[J].JournalofQuaternaryScience,15(7): CarneliAL,TheurilatJP,MadelaM.2004.Phytolithtypesandtype frequenciesinsubalpine alpineplantspeciesoftheeuropeanalps [J].ReviewofPalaeobotanyandPalynology,129: CharlesDT,IsabelIA.2005.Paleoenvironmentandplantcultivationon teracesatlaquemada,zacatecas,mexico:thepolen,phytolith anddiatomevidence[j].journalofarchaeologicalscience,32: FredlundGG,TieszenLL.1997.Calibratinggrassphytolithassemblages inclimaticterms:applicationtolatepleistoceneasemblagesfrom Kansasand Nebraska[J].Palaeogeography,Palaeoclimatology, Palaeoecology,136: GuYS,PearsalDM,XieSC.2008.VegetationandfirehistoryofaChi nesesiteinsoutherntropicalxishuangbannaderivedfrom phytolith andcharcoalrecordsfrom Holocenesediments[J].JournalofBioge ography,35: GuoM E,JieDM,LiuH M,etal.2012.Phytolithanalysisofselected wetlandplantsfromchangbaishanregionandimplicationsforpalae oenvironment[j].quaternaryinternational250: HorocksM,DengY,OgdenJ,etal.2000.Areconstructionofthehisto ryofaholocenesandduneongreatbarierisland,northernnew Zealand,usingpolenandphytolithanalyses[J].JournalofBiogeog raphy,27: HonaineM F,ZucolAF,OsteriethM L.2006.Phytolithassemblagesand dystematicasociationsin grassland speciesofthesouth Eastern PampeanPlains,Argentina[J].AnnalsofBotany,98: IriarteJ,PazEA.2009.Phytolithanalysisofselectednativeplantsand modernsoilsfrom southeasternuruguayanditsimplicationsforpa leoenvironmentalandarchaeologicalreconstruction[j].quarternary International,193: LüH Y,LiuZX,WuNQ,etal.2002.Ricedomesticationandclimatic change:phytolithevidencefrom EastChina[J].Boreas,31: LüHY,WuNQ,LiuKB,etal.2007.Phytolithsasquantitativeindica torsfortheconstructionofpastenvironmentalconditionsinchina Ⅱ:PalaeoenvironmentalreconstructionintheLoessPlateau[J]. QuaternaryScienceReviews,26: MorisLR,BakerFA,MorisC,etal.2009.Phytolithtypesandtype fre quenciesinnativeandintroducedspeciesofthesagebrushsteppe andpinyon juniperwoodlandsofthegreatbasin,usa[j].review ofpalaeobotanyandpalynology,157: MulholandSC.1989.PhytolithsshapefrequenciesinNorthDakotagras ses:acomparisontogeneralpaterns[j].journalofarchaeological Science,16: ParJF.1999.Thespatialpaterningofpalaeo forestdisturbanceatan archaeologicalsiteongaruaisland,westnewbritain,asindicated byfossilphytoliths[d].unpublishedb.appl.sc.(hons.)disserta tion.lismore:southerncrossuniversity. PipernoDR.1988.PhytolithsAnalysis:AnArchaeologicalandGeolog icalperspective[m].sandiego:academicpes. PipernoDR.2006.Phytoliths:AComprehensiveGuideforArchaeologists andpaleogeologists[m].newyork:altamirapress. PipernoDR,JonesJG.2003.Paleoecologicalandarchaeologicalimplica tionsofalatepleistocene/earlyholocenerecordofvegetationand

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1.4 ka来长白山北坡植硅体组合气候变化及林线变迁

1.4 ka来长白山北坡植硅体组合气候变化及林线变迁 Advances in Geosciences 地球科学前沿, 2012, 2, 16-23 http://dx.doi.org/10.12677/ag.2012.21002 Published Online March 2012 (http://www.hanspub.org/journal/ag) Timberline Transition and Climatic Variation Recorded