南京花化石產(chǎn)地的保護與利用

傅 強

(中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所，江蘇 南京 210008)

0 引 言

古生物化石是遠古生命演化和環(huán)境變遷的實際見證，在地層劃分與對比研究、古地理和古氣候研究以及礦產(chǎn)和油氣資源研究等方面具有重要的理論指導意義(孫革等，2018)。我國是世界上古生物化石最豐富的國家之一，近百年來，發(fā)現(xiàn)了多個具有極高科研價值的化石群，很多化石的發(fā)現(xiàn)修正甚至改寫了對生命演化歷史的認識。

南京地區(qū)地處寧鎮(zhèn)山脈西段，古生物學研究歷史悠久、基礎(chǔ)雄厚，為我國古生物學發(fā)展的搖籃之一(Von Richthofen，1912；劉季辰等，1924；李毓堯等，1935；盧衍豪,1954)。南京地區(qū)化石資源豐富，較為重要的研究成果有：1933年李四光根據(jù)南京棲霞山地區(qū)二疊紀地層中所產(chǎn)標本建立的南京蜒屬(NankinellaLee)，1954年盧衍豪根據(jù)南京湯山奧陶紀地層所產(chǎn)標本建立的南京三瘤蟲屬(NankinolithusLu)，1983年陳均遠根據(jù)湯山奧陶紀標本建立的南京角石屬(NanjingocerasChen)，1993年在湯山葫蘆洞發(fā)現(xiàn)的南京直立人(Homoerectusnankinensis)，后在原址建立了南京直立人遺址博物館。其他化石雖然同樣十分重要，但由于缺乏“明星”效應，除極個別外，大多產(chǎn)地缺乏有效的保護和利用。

2018年至今，最早的被子植物——南京花(Nanjinganthus)化石的發(fā)現(xiàn)及其研究是近年來南京地區(qū)古生物研究的一大亮點。與南京花化石伴生的大量植物化石新類型，以及罕見的鯊魚卵殼化石是重現(xiàn)南京地區(qū)早侏羅世古環(huán)境的珍稀載體，也是破解三疊紀末大滅絕后生態(tài)系統(tǒng)恢復的重要窗口。然而，其產(chǎn)地南京棲霞區(qū)西崗街道烏龜山為一采石場，采石對化石資源的破壞十分嚴重，保護工作亟待開展。從南京花化石發(fā)現(xiàn)的重要意義出發(fā)，結(jié)合該化石產(chǎn)地的現(xiàn)狀，探討南京花化石產(chǎn)地的保護和利用。

1 南京花化石發(fā)現(xiàn)的重要意義

能夠進行光合作用的植物是地球生態(tài)系統(tǒng)的基石。當今地球上生活著大約30萬種形形色色的植物，包括苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物和被子植物四大主要類群，其中最為豐富的是被子植物，至少有25萬種。被子植物與人類的生存息息相關(guān)，不僅是人類起源、發(fā)展和延續(xù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，還深刻地影響著很多其他動物類群的發(fā)展。

雖然被子植物的多樣性是植物各類群中最高的，但究其演化歷史，卻比其他類群短得多。苔蘚植物大約起源于5億年前，蕨類植物大約起源于4億年前，裸子植物大約起源于3.6億年前，而被子植物的起源時間卻一直撲朔迷離，長期以來很多學者認為最早只能追溯到1.3億年前左右。

早在100多年前，就已經(jīng)注意到植物有著漫長的進化歷史，但直到1億多年前的白堊紀早期才開始出現(xiàn)大量的被子植物化石記錄。因此，被子植物的起源及其在白堊紀的迅速崛起，長期以來一直困擾著植物學家和進化生物學家，被稱為達爾文的“討厭之謎”(見達爾文1879年7月22日寫給植物學家約瑟夫·胡克的信)。

自此之后，無論是研究化石的古植物學家，還是研究現(xiàn)代材料的植物學家，都從不同角度開展工作，試圖破解這一謎題。100多年來，古植物學家一直在更老的地層中追索更老的被子植物化石，發(fā)現(xiàn)了早白堊世的古果(Archaefructus)和蒙特賽克藻(Montsechia)等，中侏羅世潘氏真花(Euanthuspanii)、渤大侏羅草(Juraherbabodae)和石葉(Phyllites)等，晚三疊世毛籽伊甸籽(Edeniavillisperma)和總領(lǐng)葉(Pannaulika)等化石，為認識早期被子植物、破解達爾文的“討厭之謎”提供了有價值的線索。

盡管如此，國際上對此持十分審慎的態(tài)度，2017年之前，一直認為在白堊紀之前并不存在被子植物的確切證據(jù)(Herendeen et al.,2017)。然而，分子系統(tǒng)學的分析表明被子植物的起源可以追溯到2.75億年前的二疊紀后期，甚至是3億年前的石炭紀。此外，早白堊世的被子植物已經(jīng)具有較高的多樣性，因此被子植物應該起源于白堊紀之前。

白堊紀之前缺乏被子植物化石記錄有很多解釋。例如，有觀點認為原被子植物是長得很小的、匐地生的草本植物，花小而簡單(Taylor et al.，1992)；還有觀點認為最早的被子植物僅生活在森林的下層，直到白堊紀才開始輻射發(fā)展(Doyle，2012)；高地假說則認為被子植物在白堊紀之前很久就已經(jīng)出現(xiàn)了，只不過生活在難以保存為化石的高地區(qū)域(Axelrod，1952，1970)。

2018年南京花化石的發(fā)現(xiàn)(Fu et al.，2018)(圖1)，為尋找早期被子植物化石記錄、破解被子植物的起源之謎提供了新的視角。文獻發(fā)表后，引起了廣泛關(guān)注與討論(Taylor et al., 2018; Coiro et al., 2019; Rümpler et al., 2019； Sokoloff et al., 2019; Bateman, 2020)。

圖1 大量散落的南京花化石(a)和復原圖(b)Fig. 1 Field photo (a) and restored picture (b) of scattered Nanjinganthus fossil

筆者經(jīng)過多年的努力采集了一批南京花的標本，可供后續(xù)進一步研究。然而，化石的主要價值不僅在于其本身的生物學屬性，其賦存巖層的巖性特點、化石在巖層中的保存狀態(tài)以及埋藏學反映的環(huán)境特征等同樣重要，因此不僅要對化石標本進行保護，還要對其產(chǎn)地進行整體保護。作為一個重要的化石產(chǎn)地，也是重要的自然遺產(chǎn)和破解被子植物起源之謎的寶庫，南京花化石的產(chǎn)地應予以重點保護和利用。

化石資源是古生物學的核心基石，保護好珍貴的化石資源，不僅是我國努力進行科技創(chuàng)新的需求，也是人類對科學文化的需求。

2 南京花化石產(chǎn)地現(xiàn)狀

南京花化石產(chǎn)地烏龜山(圖2a)北鄰312國道，距棲霞山直線距離僅2 km，南距仙林湖公園直線距離僅1 km，東側(cè)距在建小區(qū)約500 m，距產(chǎn)地最近的居民小區(qū)直線距離僅300多m。隨著仙林湖區(qū)域的大規(guī)模開發(fā)，烏龜山采石場已漸漸被城建所包圍，已不再適合石料的開采。

南京花化石所在地層主要為南象山組(圖2b)，即傳統(tǒng)的象山群下段(鞠魁祥，1987)，主要為灰白色中厚層石英砂巖，夾灰白色粉砂質(zhì)泥巖、灰黃色薄層粉砂質(zhì)泥巖、淺灰白色黏土巖和煤線。根據(jù)動植物化石的證據(jù)，南象山組被定為下侏羅統(tǒng)，北象山組被定為中侏羅統(tǒng)(鞠魁祥，1987)。綜合孢粉和碎屑鋯石的數(shù)據(jù)，南象山組的時代為早侏羅世晚期(Fu et al.，2018; Santos et al.，2018)。

圖2 南京花化石產(chǎn)地的位置簡圖(a)和南象山組剖面局部(b)Fig. 2 Nanjinganthus fossil origin map (a) and the section of partial South Xiangshan Formation (b)

象山群是長江中下游地區(qū)侏羅紀地層的代表，主要見于長江沿岸區(qū)域，由西向東自安徽宿松、太湖至蕪湖、當涂，直到寧鎮(zhèn)山脈一帶都有露頭分布，具有悠久的研究歷史(Von Richthofen，1912；劉季辰等，1924；李毓堯等，1935；江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1984,1989；鞠魁祥，1987)。南象山組內(nèi)含豐富的植物化石，象山植物群幾乎全產(chǎn)自該組地層。前人對象山植物群的研究雖有零星報道(Sze, 1931；王國平等，1982；黃其勝，1983，1988；曹正堯，1998，2000)，但因缺乏好的剖面，化石的采集均不系統(tǒng)，也不深入。

1.7億年前后的侏羅紀早期是地球上生命的重要轉(zhuǎn)折時期，經(jīng)歷了三疊紀末的大滅絕之后，恐龍開始輻射并統(tǒng)治陸地生態(tài)系統(tǒng)1.6億年，種子蕨類大規(guī)模消失，被子植物開始興起。南京地區(qū)當時位于古長江的上游，江水自此向西至云南附近注入古地中海。在高山河流和湖泊周圍生活著各種各樣的生物，其中目前發(fā)現(xiàn)的最早的被子植物南京花就生長于此。

烏龜山采石場是南京及周邊地區(qū)象山群出露最好的剖面之一，采石場采石工作揭露出大量新鮮露頭，為化石采集提供了有利條件。除已經(jīng)報道的南京花之外，還產(chǎn)有鯊魚卵殼Palaeoxyris化石和大量有待研究的新化石類型，是認識1.7億年前南京地區(qū)古環(huán)境的重要化石產(chǎn)地。

自1993年開始，烏龜山采石場作為水泥配料用砂巖礦開采至今，化石產(chǎn)出層位不斷被挖掘，大量珍貴的化石資源遭到破壞。該采石場最近的開采有效期限是2016-11-01至2019-09-04(圖3a、b)，但開采仍然在繼續(xù)。經(jīng)過多年的開采，烏龜山已經(jīng)從原來的高山逐漸被挖平，并在局部地區(qū)形成坑(圖3c、d)。不斷的挖掘不僅破壞了當?shù)刈匀痪坝^，采石產(chǎn)生的粉塵也造成了一定的環(huán)境污染。

圖3 烏龜山砂巖礦公示資料(a、b)和南京花化石產(chǎn)地的變化(c、d)(a) 2015-02-25；(b) 2019-11-03；(c) 2015-02-25；(d) 2020-02-23Fig. 3 Wuguishan public information of sandstone mine (a, b) and changes in the origin of Nanjinganthus fossils (c, d) (a) Feb. 25, 2015; (b) Nov. 3, 2019; (c) Feb. 25, 2015; (d) Feb. 23, 2020

無論從景觀和環(huán)境保護，還是從化石資源的保護來說，烏龜山采石場均應該予以關(guān)停，并進行適當?shù)谋Ｗo和開發(fā)利用。

3 產(chǎn)地保護與利用

經(jīng)過長時間的開采，烏龜山采石場產(chǎn)化石地層遭到了大量破壞，因此關(guān)停采石場，并加以保護和利用已迫在眉睫?；谇捌诘墓ぷ骱徒诘乃伎迹岢鲆韵聨c保護和利用建議。

3.1 建立江蘇南京花化石產(chǎn)地保護區(qū)

古生物化石的形成和保存都是地質(zhì)歷史長期綜合作用的結(jié)果，為了全面保護化石所含的科學信息，需要對其產(chǎn)地進行科學保護，并適當加以利用。

為了更好地保護南京花化石產(chǎn)地，為以后的科研和科普提供助力，提出在烏龜山采石場設立南京花化石產(chǎn)地保護區(qū)的設想。

烏龜山所在區(qū)域面積并不大，總面積(北至312國道、南到經(jīng)天路、東界仙林湖路、西至山腳)約41萬m2(圖4)，建議設立的保護區(qū)總面積約31萬m2(白線區(qū)域)，其中核心區(qū)約10萬m2(黃線區(qū)域)。烏龜山采石場位于烏龜山的中央，面積小，環(huán)境相對封閉，管理難度小。

圖4 建議的南京花化石產(chǎn)地保護區(qū)示意圖Fig. 4 Proposed simplified map of Nanjinganthus fossil conservation area

從保護對象、性質(zhì)和功能看，南京花化石產(chǎn)地保護區(qū)屬于自然歷史遺跡型古生物遺跡類保護區(qū)。該保護區(qū)的管理既需要專業(yè)力量的介入，也需要當?shù)卣罅χС?，是一項復雜的系統(tǒng)工程。

具體操作可分3步：① 首先由南京市自然資源局牽頭，會同南京市環(huán)保和棲霞區(qū)有關(guān)部門，關(guān)停烏龜山采石場，然后進行先期調(diào)研；② 會同以中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所為主的科研單位，對南京花及其他伴生化石的賦存環(huán)境、賦存規(guī)律、發(fā)掘現(xiàn)狀與潛力，以及保護區(qū)的規(guī)劃設計等理論問題開展詳細研究，提出初步方案；③ 報送省有關(guān)部門，建立“江蘇省南京花化石產(chǎn)地保護區(qū)”，設立相應的工作機制進行管理和研究利用。

3.2 設立南京花研究站

中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所是世界三大古生物學研究中心之一，以古植物和古無脊椎動物為研究對象，具有深厚的科研背景和實力。南京花化石的發(fā)現(xiàn)也是該所近年完成的重要成果，基于此，地方政府有關(guān)部門可以與該所進行合作，在此設立研究站，系統(tǒng)研究被子植物的起源和早期演化以及南京地區(qū)1.7億年前古環(huán)境和古生態(tài)等諸多重要科學問題。

3.3 建立科普教育基地

南京花化石產(chǎn)地位于南京近郊，交通便利，毗鄰仙林大學城，科教資源豐富，是進行科普教育的良好場所。依托中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所的科研與科普實力，以南京花研究站為核心，結(jié)合周圍的多所中小學，建立科普教育基地，開展地質(zhì)古生物和自然科普教育。

連通湯山和棲霞山的江南—小野田鐵路從化石產(chǎn)地邊緣經(jīng)過(圖5)。隨著以后江南-小野田水泥廠的關(guān)停，該鐵路將停止礦石運輸。這一國內(nèi)罕見的900 mm軌距、單線、電氣化“小鐵輪”，可以改建為連通湯山(南京園博園)、仙林湖(萬達茂)和棲霞山(文化休閑旅游度假區(qū))三地，融公共和旅游觀光為一體的軌道交通，將湯山、青龍地鐵小鎮(zhèn)、仙林湖和棲霞山四大板塊串連在一起，而烏龜山的南京花科普教育基地將是其中重要的一環(huán)。

圖5 南京花化石產(chǎn)地與小野田鐵路、棲霞山、仙林湖和湯山的位置關(guān)系圖Fig. 5 Location map of Nanjinganthus fossil origin, Xiaoyetian Railway, Qixishan Mountain, Xinlinhu Lake and Tangshan Mountain

4 結(jié) 論

通過總結(jié)回顧早期被子植物南京花化石發(fā)現(xiàn)的重要意義及其產(chǎn)地的現(xiàn)狀，結(jié)合古生物化石保護和利用的理論和實踐，得出以下結(jié)論。

(1)南京花化石是迄今發(fā)現(xiàn)的最早的被子植物化石，對破解被子植物的起源和早期演化的達爾文“討厭之謎”具有重要意義。

(2)鑒于南京花的重要性，應對其化石產(chǎn)地烏龜山進行保護和合理利用。然而，該產(chǎn)地一直處于采石過程中，對化石資源的破壞嚴重，保護的需求十分緊迫。

(3)為更好地保護利用這一重要的自然遺產(chǎn)，政府相關(guān)部門應引起重視，盡快與科研機構(gòu)合作：① 建立江蘇省南京花化石產(chǎn)地保護區(qū)；② 建立南京花研究站；③ 建立科普教育基地。

致 謝

論文撰寫過程中，中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所王鑫、陳孝政研究員，重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局208水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊教授級高級工程師張峰博士等給予了熱情指導，提出了寶貴的修改意見，在此表示誠摯的感謝！