时间序列花粉分析揭示滇西北气候变化与人类活动的植被响应

《BMC Plant Biology》：Temporally separated pollen data track environmental changes in Northwestern Yunnan, Southwest China

本研究针对地表花粉组合能否准确反映同一地点植被、气候与人类活动的时序变化这一科学问题，通过对比云南西北部文海和哈哩谷2005年与2022年采集的28个现代样品（土壤与苔藓）的花粉组合，揭示了气候变化与人类活动对植被的协同影响。研究发现冷杉（Abies）与常绿栎（Quercus）花粉相对丰度变化是气候变暖的潜在指标，而蒿属（Artemisia）花粉增加、紫萁科（Osmundaceae）孢子上升及水龙骨科（Polypodiaceae）孢子减少则指示人类活动增强。该研究为快速评估生物多样性短期变化提供了简易的野外监测方法，对理解西南地区生态环境演变具有重要意义。

　　

在云南西北部横断山脉的深处，玉龙雪山南麓的文海和哈哩谷，不仅拥有壮丽的高山湖泊和垂直分布的森林带，更是研究气候与人类活动如何塑造植被的天然实验室。地表花粉研究长期以来是重建古植被、古气候和古人类活动的重要工具，但一个关键问题始终悬而未决：同一地点不同年份采集的花粉组合差异，究竟能否真实反映植被、气候和人类活动的短期变化？以往研究多聚焦于空间差异，而对时间序列变化的关注不足，尤其在生态敏感的中国西南山地地区，数据更为匮乏。

发表于《BMC Plant Biology》的一项新研究，通过对比2005年和2022年在文海和哈哩谷同一地点采集的28个现代样品（包括土壤和苔藓垫），首次系统分析了17年间花粉组合的时序变化，并成功追踪了环境变化的信号。研究发现，冷杉（Abies）花粉相对丰度（RA）的下降（文海从4.96%降至2.70%，哈哩谷从4.69%降至1.23%）与常绿栎（Quercus）花粉的上升（文海从1.90%升至5.49%，哈哩谷从1.85%升至16.47%）可能是气候变暖的直接体现。丽江气象站数据显示，1951-2010年间该地区平均年均温（MAT）以0.15℃/十年的速率上升，近年升温趋势持续。冷杉作为亚高山针叶林的建群种，对低温敏感，其适宜生境可能因升温而收缩；而常绿栎类植物喜暖，更适应变暖后的环境。

与此同时，人类活动的信号在花粉组合中同样清晰可辨。文海作为历史上“茶马古道”的重要驿站，近二十年交通和旅游发展迅速，当地民居建材从木结构转为砖瓦结构，但松木仍被大量用于制炭和围栏。蒿属（Artemisia）花粉的显著增加（从0.52%至4.80%），以及莎草科（Cyperaceae）、蓼科（Polygonaceae）等伴人植物花粉的上升，反映了农业活动、道路建设和旅游开发带来的干扰加剧。更值得注意的是，蕨类孢子组合的变化提供了森林结构改变的线索：地表生长的紫萁科（Osmundaceae）孢子从零升至5.47%，而附生于树冠的水龙骨科（Polypodiaceae）孢子则从6.86%降至1.08。这可能是人类活动导致森林冠层开敞化，利于地表蕨类孢子扩散而不利于附生蕨类生长的结果。

通过稀有化分析（Rarefaction analysis）比较孢粉学丰富度（Palynological richness）发现，文海样品从2005年的18.85升至2022年的21.56，哈哩谷从12.80微升至15.39，表明文海的变化更为明显，可能与其更频繁的人类干扰和更多杂草物种的存在有关。方差分析（ANOVA）进一步证实两地丰富度差异显著（P<0.05）。

材料与方法概要

研究团队于2005年1月和2022年7月在文海（海拔3089米）和哈哩谷（海拔3277米）分别采集7个和6-8个地表样品（土壤与苔藓垫）。样品经氢碘酸-碘化钾重液浮选法处理，每样品计数至少500粒花粉和孢子，在Leica DM 2500显微镜下鉴定至科或属水平。花粉相对丰度（RA）以各类型数量占总数的百分比计算。孢粉学丰富度通过稀有化分析在统一计数水平（文海511粒、哈哩谷501粒）下比较，使用PAST 3.15软件进行统计。

结果分析

1. 1.
   花粉组合主导成分变化：两地样品均以针叶树花粉为主，但2022年松属（Pinus）和冷杉（Abies）花粉RA下降，常绿栎（Quercus）显著上升，反映气候变暖对植被组成的驱动。
2. 2.
   人类活动指示类群响应：文海样品中蒿属、莎草科等草本花粉增加，以及紫萁科孢子上升与水龙骨科孢子下降，直接关联当地农耕、放牧和旅游开发导致的生境开放化。
3. 3.
   孢粉多样性时空差异：文海孢粉丰富度变化大于哈哩谷，印证人类干扰强度与植被响应程度的空间异质性。

结论与意义

本研究通过时间序列花粉分析，揭示了滇西北地区17年间气候变暖与人类活动对植被的协同影响。冷杉与常绿栎花粉的消长可作为气候变化的生物指标，而蒿属花粉与蕨类孢子组合的变化则敏感响应人类干扰。该方法为快速评估短期生物多样性变化提供了低技术门槛、高可行性的替代方案，相较于耗时的植被样方调查或依赖高端设备的eDNA技术，更适用于长期定点监测。研究强调，地表样品的时序比较能在特定地点有效追踪植被动态，为西南山地生态保护与气候变化适应策略提供科学基础。

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