中国第四纪孢粉数据库(CPD)
和生物群区(Biome 6000)^*

孙湘君，宋长青，陈旭东

摘要：介绍了中国第四纪花粉数据库的建立、组织及数据收集、大型成果共享等原则及章程，并着重介绍了当前由IGBP所支持的用孢子花粉资料重建6 ka BP及18 ka BP生物群区（植被)的全球合作项目。到目前为止，利用中国第四纪花粉数据的原始数据及生物群区化方法已经完成中国现代表土花粉、6 ka BP（中全新世）及18 ka BP(20 ka BP)（末次盛冰期）的生物群区模拟及重建，在文中展示了制图结果，并讨论了当时植被与现在相比的重大差异。
关键词：第四纪；孢粉数据库；生物群区；中国
中图分类号：Q944.571　文献标识码：A　文章编号：1001-8166(1999)04-0407-05

“CHINA QUATERNARY POLLEN DATABASE”
(CPD) AND “BIOME 6000” PROJECT

SUN Xiangjun　CHEN Xudong
（Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing　100093,China)
SONG Changqing
(National Natural Science Foundation of China, Beijing　100083，China）

Abstract:This paper briefly introduced the “China Quaternary Pollen Database”(CPD), its organization, protocols, data-submission and share of the major contributions for its all members using the pollen data from CPD , as well as the world-wide collaborative project “Biome 6000” supported by IGBP and focusing on biome(vegetation) reconstruction of modern(0 ka BP), Middle Holocene(6 ka BP) and the Last Glacial Maximum(18 ka BP) based on full-documented pollen data and biomazation procedure. Biome patterns of mentioned time slices for China constructed from CPD are showed and important difference of 6 ka and 18 ka BP biome patterns from modern one in China are discussed also in this paper.
Key words:Quaternary;Pollen Database;Biome 6000;China.

　　随着全球古环境研究的深入，数据资料的日益丰富，建立和完善数据管理系统工作显得愈来愈重要。过去全球变化委员会（PAGES）设置了专门的数据管理组织，为开展全球范围的古环境研究提供资料保证。近年来各大洲相继建立了以区域研究为对象的数据组织。孢粉数据库是一个起步相对较晚但发展迅速的领域之一。就全球范围而言，欧洲、北美地区第四纪孢粉数据系统起步较早、发展比较完善。而非洲、澳洲、俄罗斯和中国在这方面的活动相对较晚，目前也已初具规模。

1　中国第四纪孢粉数据库(CPD)
　　所谓“生物群区6000年”(Biome 6000) 是国际地圈生物圈计划（IGBP)下属四个子计划所支持的一个全球合作项目。这四个子计划是：全球分析、解释与建模（GAIM)、数据与信息系统(DIS)、全球变化与陆地生态系统（GCTE)及过去全球变化（PAGES)。该项目的目的是用孢子、花粉(简称孢粉）或古植物大化石数据重建末次冰期以来重要时段的生物群区（即植被） 。当前着重于6 ka BP(中全新世)及18 ka BP(末次盛冰期)两个重要时段的古植被重建。该项目由C. Prentice (德国)、S. Harrison（德国)、T. Webb III (美国) 共同发起，1994年在瑞典Horby召开了“Biome 6000”讨论会，由各大洲及主要国家的代表30余人参加，可以说是这个全球合作项目的开始。孙湘君作为中国代表及该项目的执行委员参加了此会， 负责中国“Biome 6000”的实施。
　　重建古植被最重要的基础是可靠准确的测年和第四纪孢粉分析数据。为了准确重建中国区域的6000 a BP的生物群区，关键是建立完善可靠的资料库。中国第四纪孢粉数据库小组就是在这种国际合作背景下开始酝酿起步。1995年在国家自然科学基金委员会及美国大气海洋委员会(NOAA)的资助下，在中科院植物所植物园召开了筹建“中国第四纪花粉数据库”讨论会。除国内各大学及研究机构30余名第四纪孢粉学家外，美国的廖淦标 (路易斯安那州立大学)、T. Webb III (布朗大学)、E. Grimm (伊利诺斯州立大学)以及刘平妹（台湾大学）等教授参加了此次讨论会。经过深入讨论，与会者认为：近半个世纪以来，我国积累了大量孢粉资料，如果不及时收集并存储起来，随着老一代孢粉学家的退休，这些宝贵的资料有流失的可能，这将是科学上的重大损失。会议决定成立“中国第四纪花粉数据库小组”并且确立了数据库章程草案以及提交数据的规格要求，印发了“中国第四纪孢粉采样点信息统计表”，明确了数据提供者的权力和数据使用者的要求。其中要求数据使用者发表文章应注明引用数据的文献；出版物抽印本送予原数据提供者；通过数据库完成的大型成果应以中国第四纪孢粉数据库小组的名义发表，每一位数据提供者为集体作者之一。此外，数据库小组成员为流动开放形式，凡提供数据者都有权加入中国第四纪数据库小组。会议推举孙湘君和廖淦标为“小组”正副组长，宋长青为秘书，从此开始了中国第四纪花粉数据库的工作。此后的一段时间里，“小组”陆续收到一些原始数据，并为全面开展中国区域的“生物群区（Biome 6000）”做积极的准备工作。
　　1996年前后于革^〔1，2〕利用已发表的孢粉学文献中花粉图式测量所得数据及少量原始数据，用生物群区方法进行了6 ka BP植被图的绘制。这是一个很好的尝试，但是正确可靠的数据是所得结果正确性的最重要的基础，因此要得到科学的中国古生物群区图，必须要用具有测年的原始数据。
　　经过两年多的准备之后，于1997年9月在瑞典召开的“中国Biome 6000”工作会对我国此项工作有很大的促进，可以说是中国真正生物群区制图的开端。有20余名中国第四纪孢粉及测年学家聚集在Horby, 讨论中国的花粉－植物功能型及生物群区重建中的一些主要问题，提取6 ka BP和18 ka BP原始孢粉数据，并进行了初步运行。此会议后，由于革、陈旭东及法国的D. Jolley对输入的数据进行了核查及生物群区制图工作。

2　生物群区(Biome)及植物功能型(Plant Functional Type)
本项目中以“生物群区”一词替代“植被分区”，虽然这两者均为植被的区划，概念却不尽相同。生物群区是包括一个地理区域内、面向同一气候条件、并有着相同的生活周期、气候适应、自然结构的优势种的一整套生态系统^〔3〕，是一个完整的单元，不作分级划分；而植被分区通常根据经验进行多级划分，定义较模糊。由于生物群区由一套严格量化的生物气候指标所界定，因此可以与相关的模型进行耦合，如“Biome 6000”计划将其数据与“气候系统中植被的反馈 ”(GAIM 6000 experiment )及过去全球变化(PAGES)中古气候模型相互比较(Paleoclimate Modeling Intercomparison Project，简称PMIP)进行耦合，实现古气候分析。
　　重建古生物群区是利用花粉数据及生物群区化模型(Biomization procedure)^{〔4, 5〕}来进行的。这里只作简单介绍。
　　(1) 从中国第四纪花粉数据库中提取0 ka BP(表土)、6 ka BP和18 ka BP的孢粉类型 、数据（％)、样点的经纬度及海拔高度。
　　(2) 将花粉类型归于不同的植物功能型 (Plant Functional Type, 简称PFT ) 。这是依据现代植物的生物生态学特征和气候适应性来定义的^〔3〕。根据生物生态特征可以将植物划分为多个类群，如乔木/灌木/草木；阔叶/针叶；常绿/落叶等。气候适应因子主要依据最冷月均温及日均温大于5 ℃的年生长积温和湿润指数，确定了31种植物功能型。
　　(3) 确定孢粉样品所归属的群区类型。
　　“Biome 6000” 采用全球统一的生物群区划分标准及命名，与国内所划分的植被区在名称上有所不同，还有一些生物群区在我国缺少。生物群区与相对应的中国植被类型简列入表1。

表1　生物群区对应的中国植被类型

3　重建中国现代(0 ka BP)、中全新世(6 ka BP)及末次盛冰期(18 ka BP)生物群区
本项目用“中国第四纪花粉数据库”的原始数据进行了现代、中全新世及末次盛冰期3个时间段的生物群区重建。本文展示的是由陈旭东和D. Jolley所进行的第7次计算机模拟的结果，是至今数据最可靠的版本。当然，随着孢粉资料的不断积累及模型工具的改进，中国古植物群区图的重建会更加完善。
3.1　用现代花粉资料模拟现代生物群区
　　641个分布于全国各地的现代表土孢粉资料用于模拟现代生物群区，其中686个孢粉类群归为31类植物功能型。结果得到现代中国14种生物群区分布图(图1)。经检验所模拟出的中国生物群区，其垂直分异和水平梯度分析方面都取得理想结果。这种现代孢粉－生物群区模拟主要目的是为重建地质历史时期生物群区和古气候分析提供客观准确的模型工具。

图1　现代花粉生物群区图
Fig.1　Biome map of modern pollen
○ 荒漠　△ 草原　 冻原　◇ 寒温带落叶林　＋ 寒温带混交林
□ 冷温带混交林　☆ 泰加林　★ 温带落叶林　× 常绿阔叶林
● 热带季雨林
○ Desert　△ Steppe　 Tundra　◇ Cool deciduous forest　+ Cool mixed forest　□ Cold mixed forest　☆ Taiga　★ Temperate deciduous forest　× Broad-leaved evergreen forest　● Tropical seasonal rain forest

3.2　中全新世生物群区分布
　　利用全国116个6 000±500 a BP的原始孢粉数据，模拟获得中全新世生物群区分布图（图2）。与现代植被分布相比有几个突出的不同点。

图2　中全新世(6 ka BP)生物群区图
Fig.2　Biome map of Mid-Holocene
○ 荒漠　△ 草原　 冻原　◇ 寒温带落叶林　□ 冷温带混交林
☆ 泰加林　▲ 冷温带针叶林　★ 温带落叶林　× 常绿阔叶林　■ 热带雨林
○ Desert　△ Steppe　 Tundra　◇ Cool deciduous forest　□ Cold mixed forest　☆ Taiga　▲ Cold Conifer forest　★ Temperate deciduous forest　× Broad-leaved evergreen forest　■ Tropical rain forest

　　森林分布范围较今日广阔：从该时期我国东西向来看，森林界线明显向西部推进，这说明当时夏季风加强，降雨增加。但是例外的是东北地区，这里森林不仅没有向西部草原扩展，在局部范围内还有所萎缩。这说明东北地区有旱化迹象, 这与古土壤在全新世中期发育中断是一致的^〔6〕；华北东部草原地区也没有全被森林覆盖，而主要发育了草原植被，只有局部地区有落叶阔叶林分布。其原因与其说是由气候因素造成的不如说是由土壤因素造成的。从南北向看，森林界线向北移动，但移动幅度由北向南逐渐降低。温带落叶阔叶林在东部地区向北推移了约4个纬度，占据了现代针阔叶混交林及寒温性针叶林区；常绿阔叶林北移幅度不大，仅占据了原落叶阔叶林区的南缘；热带森林虽然从分布区上看没有明显变化，但是生物群区却有改变，由热带季雨林转为热带雨林。这些说明中全新世温度及湿度都较今日高，这种差别自北向南逐渐减弱，到南部沿海温度较今日反而略有下降，但湿度增加，季节性干旱消失，以致出现热带雨林。冰原植被在青藏高原大面积退缩，被草原所取代。这表明青藏高原具有较高热量，热低压中心加强。
3.3　末次盛冰期生物群区分布
　　这时段孢粉数据较少。利用全国39个18 000±2000 a BP的原始数据重建的生物群区分布（图3)表明：当时，中国大部分区域被草原和荒漠植被所占据，草原已推进至现代常绿阔叶林的北部，而常绿阔叶林退缩到现代热带地区；热带森林彻底消失。从模拟结果来看，末次冰盛期是非常寒冷干燥的。但也有例外，如在东北和西北地区分别出现了冻原植被，表明局部地区虽然寒冷但却是潮湿的。

图3　末次盛冰期(18 ka)生物群区图
Fig.3　Biome map of last glacial maximum
○ 荒漠　△ 草原　 冻原　□ 冷温带混交林　× 常绿阔叶林
○ Desert　△ Steppe　 Tundra　□ Cold mixed forest　
× Broad leaved evergreen forest

4　展　望
　　陆地生物圈是全球气候系统中一种十分活跃的因素，与人类社会的关系尤为密切。然而以往在全球气候模拟中，植被通常作为一种已知的或者被动的参数考虑。直到最近才提出将陆面过程、陆地碳通量和植被动态耦合起来的集成生物圈模型^〔8,9〕,在模拟大气环流和大气成分时考虑植被在物理和化学上的反馈作用。中全新世约6 000 a BP由于地球轨道变化带来辐射加热，可使北半球高纬度区升温将近2 ℃ (指年平均温度 )，而由此造成北方森林向极地扩展取代冻原植被，这种下垫面的变化带来的反照率(albedo) 的减低又使高纬度区升温几乎增加一倍，植被对气候反馈作用之大可见一斑^〔7,9〕 。国际学术界的最新趋向是将植被对气候和碳循环的反馈作用耦合在全球气候环境模型之中，因此无论从检验模型或理解机理出发，历史上古植被的定量再造已成为“过去全球变化”研究中的重要环节之一。由此可以看到我国花粉生物群区化工作还需加强。
　　(1) 建立适合我国植被特点的生物群区划分方案及生物群区化模型。
　　目前所进行的是全球合作项目，是全球生物群区的重建。为了全球生物群区的划分和综合对比、分析的一致性，我国的重建工作采用了生物群区分类的全球方案，但这个分类方案在应用于我国时，还存在一些具体问题，如中国有着广阔亚热带，在中国植被区划上分为北、中、南亚热带森林植被区，而在全球分类方案中只有常绿阔叶/暖温性混交林一个生物群区。 这种过于简化的分类不易捕捉气候变化信息。然而北方森林区在全球分类方案又划分过细，而中国相关地域面积小，过细划分容易造成生物群区对气候变化过于敏感。此外我国西部地区， 包括青藏高原是有很大的特殊性，需进一步研究其划分法。
　　(2) 不断充实、完善中国第四纪花粉数据库。
　　“中国第四纪花粉数据库”的建立拯救了近半个世纪我国积累的孢粉学资料，是一笔可贵的科学财富，但是现有的数据对我们这样一个幅员辽阔、植被丰富的国家来说还嫌太少，与欧洲、美洲数据库相比，数据数量还相距甚远，而且地理分布不均，西北、西南、西藏有较大的空白区。建议今后适当资助孢粉空白区的研究工作并建立提交及收集数据的有效机制。
　　(3) 在完善6 ka BP生物群区的同时，开展其他重点时间片段的生物群区重建工作，如12 ka BP、9 ka BP及3 ka BP等。

＊国家自然科学基金重大项目“中国季风区古环境演变机制及其与全球变化的动力学联系”（编号：49894170）和国家自然科学基金项目“中国全新世植被与环境演变”（编号：49570856）资助。

作者简介:孙湘君,女,1934年2月出生于山东省,研究员,主要从事第四纪古生态学研究。

作者单位:(孙湘君　陈旭东)中国科学院植物研究所，北京　100093
　　　　(宋长青)国家自然科学基金委员会地学部，北京　100083

主要参考文献

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