柴达木盆地空气中花粉的五年监测记录及其与气候的关系

时间:2026年5月25日
来源:Journal of Arid Environments

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王海涛|苗云发|赵永涛|雷岩|吴福丽|沙比尔·艾哈迈德中国科学院西北生态环境资源研究院干旱地区生态安全与可持续发展国家重点实验室,中国兰州,730000摘要对干旱地区现代花粉过程的研究,特别是花粉与气候之间的关系,为准确解读这些环境中的化石花粉记录提供了重要基础。然而,此类研究仍

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王海涛|苗云发|赵永涛|雷岩|吴福丽|沙比尔·艾哈迈德
中国科学院西北生态环境资源研究院干旱地区生态安全与可持续发展国家重点实验室,中国兰州,730000

摘要

对干旱地区现代花粉过程的研究,特别是花粉与气候之间的关系,为准确解读这些环境中的化石花粉记录提供了重要基础。然而,此类研究仍然有限。在这项研究中,我们在柴达木盆地进行了五年的(2019-2024年)空气花粉监测,收集了47个样本,分析了花粉组成和浓度的变化及其与气候的关系。结果表明:(1)花粉组合主要由非树木(灌木和草本)花粉组成,包括蒿属(54.5%)、藜科(20.1%)和禾本科(6.1%),反映了干旱环境中的典型植被;(2)花粉浓度表现出明显的季节性变化,与植物物候密切相关,有两个年度高峰:一个在春季,与树木花粉浓度高峰相对应;另一个从夏季到初秋,与非树木花粉浓度高峰相对应;(3)花粉浓度主要受温度和风速的影响。树木花粉浓度与风速呈正相关,而非树木花粉浓度与温度呈正相关。连续五年的监测数据有助于更好地理解干旱地区的花粉-气候关系,并为准确解读这些地区的化石花粉记录提供了坚实的基础。

引言

干旱地区约占全球陆地表面的41%,其生态系统对全球气候变化非常敏感。先前的研究报道了干旱地区对全球变暖的不同反应。一些研究表明,温度升高和降水量增加会增强干旱地区的植被覆盖(Shi等人,2002年;He等人,2019年),而另一些研究则认为全球变暖会导致干旱地区扩张并加剧土地退化和沙漠化(Huang等人,2016年)。到目前为止,人们对干旱地区未来的环境变化仍知之甚少,这一空白可以通过研究长期古环境变化及其潜在机制来填补。
花粉作为种子植物的雄性生殖细胞,作为古环境代理具有独特的优势,包括高产量、良好的保存潜力和广泛的分布。因此,它被广泛用于重建过去的环境变化,如植被动态、气候变异性、海拔变化和植物多样性演化(Barreda等人,2015年;Wu等人,2019年;Miao等人,2022年;Zhao等人,2025年)。了解现代花粉过程对于可靠解读化石花粉记录至关重要。空气中的花粉非常适合研究现代花粉-植被-气候关系,因为采样时间可以控制,且花粉的产生和传播主要集中在开花季节(Xu等人,2015年;Miao等人,2024年)。
在干旱地区进行的空气花粉监测研究很少(见图1a;详细信息请参见补充材料中的表S1),大多数研究表明空气中的花粉组合可以有效反映区域植被组成。然而,花粉对气候的响应在干旱地区之间存在显著差异。例如,Lü等人(2010年)和Pan等人(2011年)认为温度是影响花粉浓度的主要因素,而Wang等人(2016年)则认为风速是主要驱动因素。Wang等人(2018年)发现花粉通量与温度和降水量呈正相关,但与风速呈负相关。Lü等人(2020年)进一步报告说,草本花粉浓度主要受温度和湿度调节,而树木和灌木花粉浓度主要受风速和风向影响。Lei等人(2023年)和Lan等人(2023年)得出结论,降水量是控制花粉浓度的主要因素。这些不一致可能是由于在干旱地区进行空气花粉监测的挑战,导致长期连续记录的缺乏。尽管有一些研究涵盖了较长的时间跨度(3-5年),但它们通常只关注单一类型的花粉(Pan等人,2011年;Li等人,2019年)或一个季节(Wang等人,2024年)。因此,覆盖干旱地区所有花粉类型的连续、长期空气花粉监测研究仍然至关重要。
柴达木盆地位于内陆亚洲,植被结构相对简单,对气候变化非常敏感,使其成为研究空气中的花粉组成及其对气候响应的理想区域。然而,该地区的长期空气花粉监测记录仍然有限。因此,我们在柴达木盆地东南部进行了近每月一次的空气花粉监测,持续了五年。我们获得了五年连续的空气花粉组成及其季节变化记录,分析了花粉-植被-气候关系,并通过整合干旱地区的现有长期空气花粉监测记录来研究区域间的花粉浓度差异。这项研究为解读化石花粉记录和预测这些地区在全球变暖背景下的未来环境变化提供了可靠的现代过程框架。

章节摘录

研究区域

2019年5月,我们的研究团队在中国青海省海西蒙古族藏族自治州都兰县香日德(XRD)镇建立了一个空气花粉监测站点。该站点位于内陆亚洲,处于柴达木盆地的东南边缘(见图1a、b)。其东侧和南侧边界是昆仑山脉的东支——布尔汉布代山脉,平均海拔超过4000米。

花粉采样、处理和计数

2019年5月,在XRD镇安装了一个改进自Big Spring Number Eight采样器的风向标花粉捕集器(WPT,Fryrear,1986年)(见补充材料中的图S1)。WPT配备了四个安装在旋转风向标上的收集器,以确保入口始终朝向风向。收集器安装在铁制支撑杆上,高度分别为0.25米、0.5米、1.0米和2.0米。每个入口的尺寸为2.0厘米×0.8厘米。

空气中的花粉组成

2019年5月至2024年4月期间,从2米高的收集器中收集了47个空气花粉样本。所有样本中共鉴定出47种陆地花粉类群(主要类群见图2)。草本花粉在空气花粉组合中占主导地位,五年平均占比为68.0%。主要的草本类群包括蒿属、禾本科、莎草科和十字花科,五年平均百分比分别为54.5%、6.1%、3.6%和1.3%。

空气中的花粉组合与植被之间的关系

XRD站点的花粉组合主要由蒿属(平均54.5%)、藜科(平均20.1%)、禾本科(平均6.1%)和柏科(平均2.1%)组成,代表了典型的沙漠植被花粉组合。蒿属、藜科和禾本科的花粉颗粒主要来自采样点周围的蒿属沙生种沙生柽柳Regel柽柳沙漠群落。

结论

本研究在柴达木盆地东南部的XRD站点进行了近每月一次的空气花粉监测,分析了花粉组合、花粉浓度的季节变化及其与气候因素的关系。
研究区域的花粉组合主要由非树木类群组成,主要是蒿属、藜科和禾本科,柏科的比例较低。这些花粉组合具有典型的沙漠植被特征。

CRediT作者贡献声明

王海涛:研究、撰写——初稿。苗云发:撰写——审阅与编辑。赵永涛:撰写——审阅与编辑。雷岩:研究。吴福丽:撰写——审阅与编辑。沙比尔·艾哈迈德:撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金(42325204、42488201、42572240、42507608)、甘肃省领军人才(24RCKB010)、甘肃省顶尖领军人才以及甘肃省科技计划项目(26JRRA160)的支持。我们感谢H.T. Wang在野外工作方面的协助,以及N. Meng、Y.H. Qian、A.X. Du、Y.D. Duan、X.C. Zheng和H.X. Zheng在实验室工作方面的协助。

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