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本论文基于中国湿润和半湿润地区从南至北的50个森林植被采样点叶相和气候数据,建立了叶相-气候中国模型,分别为:叶缘-年均温中国模型、叶相-降雨量线性回归模型和气候-叶片多变量分析中国模型,并利用这些模型定量重建了中国新生代不同时期植物群的古气候。同时,研究了云南西部永平县上上新统三营组羊街植物群的物种组成,发表了-化石新种:美孢槲蕨(Drynariacallispora),这是最为确切的槲蕨属化石的首次报道。另外,定量重建了羊街植物群的古气候,并开展了该植物群古帽斗栎(Quercus preguyavaefolia Tao)和前灰背栎(Q.presenescens Zhou)这两个优势种的昆虫取食学研究。本论文取得了如下6个方面的研究成果:
1.采用回归分析建立叶相-气候中国模型
通过中国从南至北湿润和半湿润区域的50个森林植被采样点叶相和气候数据,建立了基于木本双子叶植物全缘叶物种百分比和年均温的全缘叶-年均温中国模型:年均温(℃)=1.038+27.6×木本双子叶植物全缘叶物种百分比。这一模型与基于其它地区建立的模型具有相似的斜率。斜率质量检测表明,叶缘-年均温中国模型仅与叶缘-年均温北美模型不具有统计学意义上的差异。这表明全缘叶物种百分比和年均温的相关性在全球范围内均存在,但是具有一定的地区差异性。
通过回归分析对31个叶相参数与生长季节降雨量、连续三个最湿月降雨量和连续三个最干月降雨量的相关性进行了讨论,首次提出基于中国植被的叶相-降雨参数回归模型。和以往研究得出的叶片面积和降雨参数的相关性最高不同,全缘叶物种百分比和降雨参数的相关性最高。在降雨参数中,生长季节降雨量和叶相特征的相关性最高,连续三个最干月降雨量和叶相特征的相关性最低。由此,提出叶缘-生长季节降雨量单线性回归模型:生长季节降雨量(mm)=228.0+1707.0×木本双子叶植物全缘叶物种百分比。
2.气候-叶相多变量分析中国数据库(PHYSGCHINA)的建立
基于上述中国50个采样点叶相和气候数据,补充了气候-叶片多变量分析程序(Climate Leaf Analysis Multivariate Program,CLAMP)中缺少的中国植被数据。分析结果发现,中国采样点数据与CLAMP数据库中原有的采样点数据具有明显的差异性,这种差异性可能是因为中国植被在季风气候影响下叶相特征的特殊性造成的。由此,建立了一个基于中国50个采样点和已有的北美、日本144个采样点叶相和气候数据的数据库:气候-叶相多变量分析中国数据库(PHYSGCHINA),该数据库能有效地提高中国新生代植物群古气候参数(特别是与降雨量有关的古气候参数)重建值的准确性。
3.叶相-气候中国模型定量重建古气候
利用本研究建立的叶相-气候中国模型,定量重建了中国新生代不同地质时期植物群的古气候。古气候重建结果表明:始新世时期,中国经历了和全球气候大致相同的气温变化趋势,及即早始新世到中始新世早期气温较高,中始新世后期到晚始新世气温明显降低。同时,采用不同模型对中新世中国新生代植物群的古温度重建值结果表明,叶缘-年均温中国模型能得出和其它方法比较一致的年均温值。另外,古降雨量的结果说明,气候-叶片多变量分析中国数据库能提高降雨参数,特别是生长季节降雨量的可靠性;叶缘-生长季节降雨量模型能有效地推算植物群的降雨参数。古气候研究的结果还表明,云南在晚上新世时期的气温和现在相似,而具有明显更高的降雨量。
4.滇西上上新统三营组羊街植物群
云南西部上上新统三营组羊街植物群有31种木本双子叶植物形态种,高山栎组(Quercus sect Heterobalanus(Oerst)Menits.)植物的叶片化石占到了总化石数目的75%,另外还有杜鹃属(Rhododendron)、杨属(Populus)等。羊街植物群的物种组成表明,该植物群是以高山栎组植物占绝对优势的植被类型。羊街植物群的发现进一步证明了新近纪云南西部的植被演变历史,即中新世为以壳斗科、豆科和樟科为主的常绿阔叶林;至上新世逐步演化为以高山栎组为主的硬叶常绿阔叶林。
同时,在羊街植物群中发现了槲蕨属化石并获得了原位孢子,该化石种定名为美孢槲蕨(Drynaria callispora),这是目前最为确切的槲蕨属化石的首次报道。通过系统发育分析和形态学比较发现,美孢槲蕨和主要分布于中国西南的秦岭槲蕨(D.sinica)和毛槲蕨(D.mollis)两个现生种最为相似。研究结果表明,喜马拉雅地区的槲蕨属植物至少在晚上新世就在该地区出现,并一直生长在和现代相似的高山栎林这种森林植被中。同时,通过美孢槲蕨的化石保存状况,推测出晚上新世云南西部的干湿季变化已经十分明显。
5.羊街植物群的古气候重建
通过基于中国植被数据建立的叶缘-年均温中国模型、叶缘-生长季节降雨量中国模型和气候-叶片多变量分析中国模型定量重建了羊街植物群的古气候。研究结果表明,永平地区在晚上新世具有比现在略高的气温,而降雨量明显高于现在。
6.羊街植物群昆虫取食学的初步研究
初步研究了羊街植物群古帽斗栎(Quercus preguyavaefolia Tao)和前灰背栎(Q.presenescens Zhou)这两个优势种叶片化石的昆虫取食现象。通过统计叶片化石上的各昆虫取食形态比例,发现这两种高山栎都具有丰富而且基本一致的昆虫取食类型,均以边缘取食型和叶面取食型所占的比例最高,而留脉取食型、吸食型和虫瘿型所占百分比最少。昆虫取食两种高山栎叶片的特异性类型都以HS1型(取食专一型)居多,占到所有取食形态类型的一半以上。古帽斗栎中未被昆虫取食的叶片百分比约为前灰背栎中的一半。通过叶片生物量计算模型得到两个物种的单位面积生物量都很高。羊街植物群昆虫取食学研究表明,植被群落中的优势种具有更多的昆虫取食类型,并且物种单一的植被群落中昆虫取食的专一性更高。另外,该植物群昆虫取食类型的组成和叶片单位面积生物量反映了当时该地区温暖的气候面貌。