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在全球气温升高和干旱趋势加剧的背景之下,正确理解和评估气候快速变化和长期变化对陆地生态系统的不同影响及陆地生态系统的相应反馈具有非常重要的理论和现实意义。现代生态学一般在几十年或更短的时间尺度上研究气候变化与植被动态的交互影响,然而由于木本植物较长的生活周期和固着的生活方式,几十年的时间尺度远短于森林的寿命和更新周期,难以讨论森林植被对气候变化响应的长期累积效应。湖泊沉积序列提供了较为稳定和连续的过去环境变化信息,对于揭示长时间尺度下气候-植被-土壤系统的交互作用和植被响应气候变化的时滞等问题有着独特的优势。 本文选择中国北方半湿润-半干旱区为主要研究区,探讨全新世以来该区域植被对气候变化的响应过程和特点。森林草原交错带穿越这一气候过渡区域,处于太平洋季风的尾闾区,降水量在400mm左右波动,接近森林分布的干旱极限;这一区域是我国防风治沙和未来造林的重点区域,研究长时间尺度森林植被演化和土壤性状对气候变化的响应特点对于制定合理的植被恢复对策有着较为重要的参考价值。 本文基于干湿过渡地带四个高分辨率湖泊沉积剖面和搜集整理的区域剖面孢粉数据库,在下述三个层面上探讨了全新世森林植被对气候变化的响应特点:在流域尺度上,基于湖泊沉积物的多种代用指标分析了地带性的陆生植被与非地带性的水生和湿地植被对气候变化的不同响应特点;在区域尺度上,综合多剖面孢粉数据、结合遥感植被指数,分析了过去森林覆盖度变化对气候变化的响应特点和可能存在的反馈;在生物群区水平上,运用多剖面孢粉数据和其它独立古气候指标,讨论中国北方主要树种在不同生境下对气候变化响应的模式和敏感性差异,分析生物和非生物因子对植被-气候响应关系的影响。 主要结论如下: 1.湖泊水文条件和湿地植被对中全新世极端干旱事件的响应快速而剧烈,表现为受阈值控制的非线性响应,而地带性的陆生植被由于地形和土壤的缓冲作用对极端事件表现出了较强的抵抗性和稳定性;粒度指标较好地指示了干旱事件触发的局地风沙活化过程,土壤粗化和风沙活动强度比区域植被类型变化表现出了更强的不可逆性。 2.基于15个高年代分辨率剖面重建的全新世中国北方半湿润半干旱区森林覆盖度的变化表明,该区域自全新世初期(~12kaBP)到6.1kaBP,树木覆盖度持续增加,而在6.1kaBP之后显著下降。千年尺度上,研究区森林覆盖度的变化主要受东亚季风强度影响下的降水量变化控制。同时,重建结果与模型结果对照表明,森林覆盖变化对气候特别是温度变化,可能具有反馈作用,森林衰退产生的降温效应可能促使了中国南方和北方全新世以来温度的不均匀变化。 3.在温带半湿润半干旱区域,植被对气候因子的响应可能是受阈值控制的:在全新世上半段(12-5kaBP),植被演化的主要气候驱动是温度上升,而在全新世中晚期(5kaBP至今),植被变化的主要气候驱动是降水减少。植被演化对长期气候变化趋势的响应具有一定的时滞,作为该区域顶极树种的松属和栎属响应时滞较长,而作为先锋树种的桦属对长期气候趋势变化响应不是非常显著,而草原植被响应较快,没有明显时滞。 4.全新世以来,气候变化过程总体上控制着区域植被的变化,但其它因子也起着不可忽视的作用:生物和地形因子的影响,增加了区域植被适应气候变化的能力;土壤条件的影响,增加了植被响应气候变化的时滞和惯性,也造成了一定的不可逆影响;人为活动在一定程度上影响了晚全新世以来的植被格局;火干扰在本研究区对植被动态没有表现出显著的驱动作用,可能是由于纬度较高和雨热同期造成的。