東北地區(qū)末次盛冰期以來孢粉數(shù)據(jù)庫構(gòu)建技術(shù)與應(yīng)用

張 瑞，勇心意，張 碩，于夢晴

（遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，遼寧大連）

引言

政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次評估報(bào)告指出，全球氣溫持續(xù)上升，現(xiàn)在平均氣溫已經(jīng)比工業(yè)化前高出了1.1 ℃[1]。環(huán)境問題受到人們廣泛關(guān)注，古環(huán)境研究成為當(dāng)今全球變化研究的熱點(diǎn)之一。孢粉是在環(huán)境演變過程中最直接的生物學(xué)證據(jù)，被廣泛應(yīng)用于古環(huán)境研究。建立詳實(shí)可靠的孢粉數(shù)據(jù)庫對于重建歷史時(shí)期古環(huán)境變化至關(guān)重要[2]。

目前，國際上已經(jīng)建立了全球孢粉數(shù)據(jù)庫(Global Pollen Database, GPD)、歐洲孢粉數(shù)據(jù)庫(European Pollen Database, EPD) 等。我國生態(tài)學(xué)者孫湘君等古生態(tài)學(xué)者建立了中國第四紀(jì)孢粉數(shù)據(jù)庫(Chinese Quaternary Pollen Database, CQPD)。還有部分古生態(tài)學(xué)者由于研究需要，建立了各自的孢粉數(shù)據(jù)庫，如倪建課題組[3，4]、鄭卓課題組[5]等。

前人在建立孢粉數(shù)據(jù)庫已覆蓋部分東北地區(qū)[2，3，6]，但是存在樣點(diǎn)分布不均勻、缺乏最新研究點(diǎn)位數(shù)據(jù)等問題。本研究收集整理東北地區(qū)1980 年以來已公開發(fā)表的孢粉點(diǎn)位，通過數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)處理，構(gòu)建高孢粉質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的孢粉數(shù)據(jù)庫。并且基于GIS 技術(shù)支持，分析LGM 以來東北地區(qū)植被演化特征。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于中國東北部，地理范圍大致為37°24′N ～53°30′N，97°12′E ～135°02′E，包括黑龍江省、吉林省、遼寧省和內(nèi)蒙古自治區(qū)。研究區(qū)域三面環(huán)山，南臨黃海、渤海。由于其特殊的地理位置和地形等因素的影響，故形成了獨(dú)特的氣候特征。冬季寒冷漫長，夏季溫?zé)岫虝?，年均氣?2 ～8 ℃，年均降水量100～800 mm[7]。

2 研究材料和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與篩選

孢粉是研究古植被、古氣候變化的重要手段。本研究中孢粉數(shù)據(jù)的獲取方式有兩種：一是通過查找前人已經(jīng)建立的孢粉數(shù)據(jù)庫[8，9]；二是通過中英文文獻(xiàn)網(wǎng)站，收集整理已發(fā)表的文獻(xiàn)專著等。為了孢粉數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性和可用性，本研究對孢粉數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)如下：（1） 孢粉圖譜清晰完整；（2） 年齡控制點(diǎn)≥3 個(gè)；（3） 時(shí)間跨度＞2000 年；（4） 采樣分辨率＜500 年；（5） 排除考古遺址孢粉點(diǎn)位。

2.2 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建技術(shù)

本研究由于選取的孢粉記錄來源不同的研究。因此，我們對孢粉數(shù)據(jù)進(jìn)行了如下處理：

（1） 數(shù)字化孢粉圖譜。對于沒有原始數(shù)據(jù)的孢粉點(diǎn)位，需要通過數(shù)字化的方法獲得每個(gè)孢粉種屬的百分比含量。

（2） 孢粉百分比標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)陸生植物孢粉總數(shù)作為統(tǒng)計(jì)基數(shù)重新計(jì)算各孢粉種屬的百分比。我們?nèi)コ叻壑兴参?、蕨類和藻類等反映局地性的隱域類型。

（3） 建立年齡序列。使用IntCal20 年代校準(zhǔn)曲線[10]，統(tǒng)一校正為日歷年代，并且利用貝葉斯模型建立年代- 深度關(guān)系[11]。上述操作在R 軟件中完成。

（4） 花粉百分比插值。利用Matlab 軟件，通過線性內(nèi)插法在21～0 ka 之間每1 ka 間隔內(nèi)插值得到了各分類群的花粉百分比。

3 結(jié)果

3.1 構(gòu)建孢粉數(shù)據(jù)庫

本數(shù)據(jù)庫共收集整理了71 個(gè)孢粉樣點(diǎn)。其中，30個(gè)點(diǎn)位來自Li 等[8]建立的孢粉數(shù)據(jù)庫，14 個(gè)點(diǎn)位來自Cao 等[9]建立孢粉數(shù)據(jù)庫，27 個(gè)點(diǎn)位通過收集整理文獻(xiàn)專著獲得（圖1）。原始孢粉數(shù)據(jù)有12 個(gè)，其余孢粉數(shù)據(jù)是通過數(shù)字化孢粉圖譜的方式獲得。孢粉點(diǎn)位在東北地區(qū)大致分布均勻，并且覆蓋了現(xiàn)代主要的植被類型區(qū)和氣候帶。數(shù)據(jù)庫還包含孢粉點(diǎn)位以下屬性信息：孢粉點(diǎn)位編號、名稱、省份、經(jīng)緯度、海拔、測年方法、年代控制點(diǎn)數(shù)目、時(shí)間跨度、沉積類型、數(shù)據(jù)來源、參考文獻(xiàn)等。

圖1 研究區(qū)孢粉點(diǎn)位空間分布

該數(shù)據(jù)庫中，83%是2000 年以來發(fā)表的孢粉記錄，具有可靠的年表和較高的采樣分辨率，且在研究區(qū)內(nèi)分布相對均勻。數(shù)據(jù)庫中孢粉點(diǎn)位按照沉積類型劃分為湖泊（50.7%）、泥炭（35.2%）、黃土-古土壤（11.3%）、河流沉積物（2.8%）四類（圖2a）。每個(gè)孢粉序列中的年代控制點(diǎn)均≥3 個(gè)（圖2b）。不同孢粉點(diǎn)位的時(shí)間跨度差異較大，但大多包含全新世時(shí)期（圖2c）。大部分孢粉點(diǎn)位只覆蓋了全新世時(shí)期（圖2d）。

圖2 孢粉點(diǎn)位屬性信息

3.2 孢粉數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用——東北地區(qū)花粉種屬含量變化

目前數(shù)據(jù)庫中出現(xiàn)頻率較高的孢粉種屬有10 個(gè)（圖3）。其中，松屬（Pinus）、樺屬（Betula）和櫟屬（Quercus）是喬木花粉類群中含量較高的種屬，松屬（Pinus）、樺屬（Betula）和櫟屬（Quercus）的孢粉百分比含量在末次冰期相對較低，花粉百分比大多在1～5%左右。在全新世早期開始上升，全新世中期百分比含量達(dá)到最大，達(dá)到10～15%左右。全新世晚期有所下降（圖3）。

3.3 孢粉數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用——GIS 技術(shù)支持重建的植被演化特征

利用孢粉百分比數(shù)據(jù)制圖可用來揭示過去植被時(shí)空分布格局。本研究計(jì)算了每千年的木本百分比變化，繪制9 個(gè)關(guān)鍵時(shí)間斷面上木本花粉百分比變化圖（圖4）。由圖可知，末次冰期，森林主要在分布在小興安嶺、長白山、遼東半島和內(nèi)蒙古高原中部附近，遼東半島和長白山木本花粉百分比較高，部分區(qū)域達(dá)到20%。全新世早期，較上一時(shí)段，森林向北擴(kuò)張至大興安嶺北部，向西擴(kuò)張至陰山附近，木本花粉的比例升高。全新世中期，森林進(jìn)一步向內(nèi)蒙古高原西北部擴(kuò)張，木本花粉的比例在該時(shí)段達(dá)到最高，部分區(qū)域高達(dá)80%以上。全新世晚期，木本花粉百分比開始下降，森林向內(nèi)蒙古高原東部、小興安嶺和長白山地區(qū)遷移（圖4）。

圖4 木本花粉類型百分比含量圖

4 結(jié)論

孢粉數(shù)據(jù)庫可應(yīng)用于區(qū)域尺度的古植被格局變化以及古氣候變化等研究領(lǐng)域。因此，本研究通過收集整理東北地區(qū)的孢粉數(shù)據(jù)，建立了樣點(diǎn)分布均勻、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、高質(zhì)量的孢粉數(shù)據(jù)庫。結(jié)合GIS 技術(shù)展示數(shù)據(jù)庫的基本信息，并分析LGM以來東北地區(qū)植被時(shí)空格局的變化特征。