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青藏高原湖泊纹层孢粉记录的过去2000年雨季时长和雨季降水时空变化

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中国科学：地球科学 2024年第3期54卷 808-820页

作者：崔安宁吕厚远侯居峙刘兴起徐德克中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境院重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院青藏高原研究所环境变化与地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048

青藏高原雨季时长及雨季降水量的长尺度定量重建,是揭示高原西风、季风时空演变规律及其生态环境效应的关键,其中准确判断高原雨季的起止时间是研究难点.本文通过寻找降水拐点的方法确定了高原不同地点的雨季起、止时间,并计算了雨季时... 详细信息

青藏高原雨季时长及雨季降水量的长尺度定量重建,是揭示高原西风、季风时空演变规律及其生态环境效应的关键,其中准确判断高原雨季的起止时间是研究难点.本文通过寻找降水拐点的方法确定了高原不同地点的雨季起、止时间,并计算了雨季时长和雨季降水量,建立了表土孢粉组合与雨季起止时间、雨季时长和雨季降水量的转换函数,重建了具有年纹层沉积特征的高原北部库赛湖区和中部江错湖区过去2000年来的雨季起止时间、雨季时长和雨季降水量变化.结果表明,过去2000以来,库赛湖区雨季降水序列记录了5次高降水时段:AD580~680、AD1000~1100、AD1200~1450、AD1550~1780、AD1920至今,其普遍对应雨季天数长的时段;江错湖区雨季降水序列记录了4次高降水时段:AD80~500、AD800~950、AD1250~1450、AD1780至今,其与雨季天数长的时段在AD1000以前对应良好,在AD1000后关系不明确.在空间上,高原雨季降水呈现出“南北同湿”、“南北同旱”、“南湿北旱”和“南旱北湿”四种模式,其中“南北同湿”可能与异常强盛的夏季风有关,“南北同旱”与弱西风和弱季风有关,“南湿北旱”与强季风和弱西风有关,“南旱北湿”与弱季风和强西风有关.本文从雨季降水的角度揭示了高原2000年来雨季起止时间、雨季时长及雨季降水量的时空演变模式,为进一步认识西风、季风耦合作用提供了自然背景的支持.

关键词：青藏高原过去两千年雨季时长雨季降水量定量重建

中国亚热带表土孢粉分布规律及其与气候的关系研究

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第四纪研究 2024年第3期44卷 638-655页

作者：何玲玲黄康有陈聪汤永杰张潇郑卓吕厚远马春梅肖霞云张芸赵艳中山大学地球科学与工程学院广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广东珠海519082 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院新生代地质与环境重点实验室北京100029 南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室江苏南京210008 中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土地保护与利用全国重点实验室吉林长春130102 中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室北京100101

孢粉分析是古气候定量重建最可靠的方法之一,现代孢粉分布规律及其与气候因子之间关系的建立对于利用化石孢粉资料开展古气候定量重建至关重要。本研究以中国亚热带地区1140个表土孢粉样品为研究对象,通过冗余分析(Redundancy Analysis... 详细信息

孢粉分析是古气候定量重建最可靠的方法之一,现代孢粉分布规律及其与气候因子之间关系的建立对于利用化石孢粉资料开展古气候定量重建至关重要。本研究以中国亚热带地区1140个表土孢粉样品为研究对象,通过冗余分析(Redundancy Analysis)等方法,探讨中国亚热带地区表土孢粉分布规律及其与气候的关系。研究结果表明:1)亚热带地区表土孢粉种类丰富,以松属(Pinus)、栲属(Castanopsis)、青冈属(Cyclobalanopsis)、桤木属(Alnus)、落叶栎类(Quercus)等孢粉种类最为常见,区域内5个植被带呈现出不同的孢粉组合;2)孢粉的空间分布具有显著的经度、纬度、海拔递变性,特定含量的孢粉具有地理指示意义;3)冬季平均降水量(MWP)是影响亚热带表土孢粉分布的关键气候因子,在选择气候定量重建参数时应优先考虑,此外,1月平均温度(Mtco)、冬季平均相对湿度(MWH)、7月平均温度(Mtwa)和7月平均相对湿度(Mhwa)对亚热带表土孢粉分布也具有重要影响,与MWP共同解释了亚热带大部分的表土孢粉组成变化;4)影响北亚热带、东部中亚热带、东部南亚热带、西部中亚热带、西部南亚热带表土孢粉分布的主要气候因子分别为年平均温度(MAT)、夏季平均相对湿度(MSH)、冬季平均降水量(MWP)、1月平均温度(Mtco)、7月平均降水量(Mpwa),但低λ1/λ2值表明气候因子的相对解释力较弱,在气候重建时需谨慎对待;5)亚热带地区孢粉种类指示不同的气候条件,如栲属、大戟科(Euphorbiaceae)、野桐属(Mallotus)和枫香树属(Liquidambar)等孢粉种类喜湿喜暖,而桤木属、桦木属(Betula)、榛属(Corylus)、落叶栎类和硬叶栎类(Quercus-sclerophyllous type)等孢粉种类更倾向于分布在寒冷气候环境中。

关键词：亚热带表土孢粉分布规律气候因子 RDA分析

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中国现代孢粉数据库的质量评估、整合及其应用

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第四纪研究 2024年第3期44卷 605-622页

作者：崔安宁范保硕徐德克郑卓许清海罗运利黄康有李月丛沈才明曹现勇吕厚远中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院新生代地质与环境重点实验室北京100029 河北师范大学地理科学学院河北石家庄050024 中国科学院地球科学研究院北京100029 中山大学地球科学与工程学院广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广东珠海519082 中国科学院植物研究所北京100093 云南师范大学地理学部云南昆明650050 中国科学院青藏高原研究所古生态与人类适应团队北京100101 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境重点实验室北京100101 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

高质量的现代孢粉数据库及其准确的气象插值数据是古气候定量重建的基础。目前我国已公开发表的覆盖全国范围的多个现代孢粉数据库,极大地推进了我国孢粉学在古气候、古环境方面的研究。但是由于不同的数据库是在不同时间、由不同学者... 详细信息

高质量的现代孢粉数据库及其准确的气象插值数据是古气候定量重建的基础。目前我国已公开发表的覆盖全国范围的多个现代孢粉数据库,极大地推进了我国孢粉学在古气候、古环境方面的研究。但是由于不同的数据库是在不同时间、由不同学者相继建立的,在数据库使用中目前存在三类问题:1)孢粉属种分类标准不统一,未统计蕨类孢子和水生植物花粉类群;2)现代孢粉点的气候参数插值不准确,经常利用网格经纬度取值,缺少垂直带海拔高度的校正;3)现代孢粉点空间分布不均匀,缺少高寒旱区和东部平原区的数据。本研究通过对新增加的青藏高原寒区、旱区等1791个现代孢粉组合数据和公开发表的现代孢粉数据,进行质量评估和整合,规范了孢粉类型,删除了重复的、质量差的样点;对比了网格法和反距离法插值年均温和年降水量的优劣。整理成为包含555个科/属的9484个样点的现代孢粉数据库(MPD_IGG.A),其中包含蕨类孢子和水生植物花粉的5107样点另外组成MPD_IGG.B数据库,将不包含蕨类孢子和水生植物花粉的4377样点组成MPD_IGG.C数据库。质量评估表明,利用具有蕨类孢子和水生植物花粉的数据库(MPD_IGG.B)以及采用反距离方法获取的年均温、年降水量的数据集建立的转换函数,其预测误差相对更小,重建值与观测值间相关系数更高。新整合的这3套数据库将会为我国古气候、古环境、古生态等定量重建研究提供重要支撑。

关键词： IGG现代孢粉数据库气候插值古气候定量重建

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周期性气候变化与人类适应

人类学学报 2022年第4期41卷 731-748页

作者：吕厚远中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境院重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京101408

从古至今,气候变化特别是周期性气候变化,一直深刻影响着人类社会的变革和发展,从旧石器时代人类起源迁移、新石器时代文化文明演变、历史时期王朝兴衰更替,到工业化以来社会经济发展动荡等,无不留下周期性气候变化影响的烙印。本文依... 详细信息

从古至今,气候变化特别是周期性气候变化,一直深刻影响着人类社会的变革和发展,从旧石器时代人类起源迁移、新石器时代文化文明演变、历史时期王朝兴衰更替,到工业化以来社会经济发展动荡等,无不留下周期性气候变化影响的烙印。本文依据近年来古气候、古人类、环境考古等研究的新证据、新进展,从周期性气候变化的角度审视人类社会各个发展阶段、关键节点的气候特征;通过典型案例,介绍和分析旧石器、新石器、历史时期不同时空尺度周期性气候变化和人类活动之间复杂的相互作用关系,讨论自然科学和人文社会科学对气候变化与人类活动关系认识的异同,阐述在学科交叉背景下研究气候与人类活动关系的新范式。

关键词：气候变化周期性人类活动文化演替学科交叉人地关系

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麻类作物植硅体形态研究

第四纪研究 2022年第6期42卷 1775-1791页

作者：王聪张健平吕厚远中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院新生代地质与环境重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 中国科学院地球科学研究院北京100029

大麻在中国被称为“五谷”之一,可纤用、油用、药用以及用于宗教活动等,在社会生活中发挥着重要的作用。由于早期大麻果实易腐烂灰化、不易保存,因此建立大麻的植硅体鉴定标准,对揭示其起源、驯化和传播过程具有重要意义。本研究对大麻(... 详细信息

大麻在中国被称为“五谷”之一,可纤用、油用、药用以及用于宗教活动等,在社会生活中发挥着重要的作用。由于早期大麻果实易腐烂灰化、不易保存,因此建立大麻的植硅体鉴定标准,对揭示其起源、驯化和传播过程具有重要意义。本研究对大麻(Cannabis sativa L.)、红麻(大麻槿)(Hibiscus cannabinus L.)、黄麻(Corchorus capsularis L.)、青麻(苘麻)(Abutilon theophrasti Medicus)、亚麻(Linum usitatissimum L.)、苎麻(Boehmeria nivea(L.)Gaudich.)等6种麻类作物的果实或种子进行了系统的植硅体形态研究,探寻具有鉴定意义的特征植硅体类型,为研究其起源、驯化和传播提供新的方法。将每份样品解剖出不同的部位,采用湿式灰化法对每个部位分别进行植硅体提取,并在光学显微镜和扫描电镜下分别进行观察分析。结果表明,发育植硅体的部位有:大麻的苞片和果皮、苎麻的果被和果皮、黄麻种皮以及青麻种皮,未见植硅体的部位有:红麻和亚麻的种子。仅有大麻果皮中存在典型形态特征的植硅体,如不规则多边疣粒板型(单体或聚合形态)、不规则多边平滑板型(单体或聚合形态)、双层嵌套板型。分析表明,大麻的不规则多边板型(包括不规则多边疣粒板型及不规则多边平滑板型)植硅体形态大小稳定,种内差异较小,且与木本植物、草本植物中形态类似的植硅体区别明显。综上,不规则多边板型植硅体为大麻特有的植硅体类型,可用于鉴定大麻的种属。其中,不规则多边疣粒板型植硅体形态特征更明显且产量更丰富,平均1 g大麻果实的不规则多边疣粒板型植硅体产量可达10.2±0.4×10^(6)粒,可作为鉴定大麻种属的主要特征植硅体,其主要特征为:1)单体为边缘棱角分明、正面具若干小型疣状突起、背面具0~3个大小相近的乳突的多裂片式不规则多边形板状结构,长度为15.4±2.3μm,宽度为10.8±1.7μm,厚度为6.2±1.0μm;2)由若干形态相同、大小相近的单体通过边缘裂片间隙拼合为片状平面拼图结构;3)与不规则多边平滑板型植硅体(长度为27.9±4.5μm,宽度为18.6±3.1μm,厚度为10.0±1.4μm)形成双层嵌套结构。进一步分析表明,大麻不同品种间不规则多边疣粒板型植硅体在形态大小上细微的差异与品种间果实形态大小差异以及气候条件无直接关系,推测其形态的种内差异可能是受局地土壤环境影响所致。

关键词：大麻麻类作物植硅体植物考古形态研究

纯合系野生稻植硅体形态特征及其在水稻起源研究中的意义

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中国科学：地球科学 2022年第3期52卷 486-496页

作者：唐先干吕厚远曹志斌谢金水江西农业大学农学院南昌330045 中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境院重点实验室北京100029 江西省农业科学院南昌330200

通过分析现生野生稻植物细胞结构、组织、器官等形态特征,建立野生稻的鉴定指标,是研究史前稻作农业起源、演化的基础.但是,现生野生稻在演化过程中经常会受到人类栽培驯化稻基因渗透,影响了野生稻鉴定指标的准确性.如何消除驯化水稻等... 详细信息

通过分析现生野生稻植物细胞结构、组织、器官等形态特征,建立野生稻的鉴定指标,是研究史前稻作农业起源、演化的基础.但是,现生野生稻在演化过程中经常会受到人类栽培驯化稻基因渗透,影响了野生稻鉴定指标的准确性.如何消除驯化水稻等植物基因渗透对鉴定指标的影响,纯化野生稻的形态特征,一直是困扰水稻起源研究的难题.本文通过对比分析中国江西东乡3处原生境普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)和1处异位保存的连续6代自交纯合后普通野生稻植硅体形态特征,发现消除(减少)了驯化基因渗透的纯合系野生稻扇型植硅体形态相比原生境野生稻,有3个方面的显著变化:(1)尺寸总体缩小(体长从VL_(原生)41.9μm减少到VL_(纯合)38.6μm);(2)长柄型增多,扇面长B/扇柄长A的值,从B/A_(原生)(1.22±0.47)减少到B/A_(纯合)(0.92±0.30);(3)鱼鳞状纹饰个数减少,≥9个鱼鳞状纹饰的扇型植硅体比例明显降低,从原生境野生稻的53.4%减少到纯合系野生稻的37.2%.本研究为利用水稻植硅体形态开展水稻起源研究,提供了可靠的鉴定参考标准.

关键词：东乡野生稻普通野生稻扇型植硅体纯合系原生境水稻起源

表土长链正构烷烃CPI值的纬向变化:CPI作为气候干旱程度替代指标的证据

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中国科学：地球科学 2012年第7期42卷 1729-1741页

作者：罗攀彭平安吕厚远郑卓王旭中国石油勘探开发研究院提高石油采收率国家重点实验室北京100083 中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室北京100029 中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室广州510640 中山大学地球科学系广州510275

中国东南沿海至黄土高原北缘表土长链正构烷烃CPI值随着纬度增加逐渐升高,CPI值与湿度和降水量分别具有较好的线性负相关关系,而与温度的负相关较弱.武夷山、神农架和天山表土CPI值随着海拔升高(温度降低)没有表现出明显的规律,但从湿... 详细信息

中国东南沿海至黄土高原北缘表土长链正构烷烃CPI值随着纬度增加逐渐升高,CPI值与湿度和降水量分别具有较好的线性负相关关系,而与温度的负相关较弱.武夷山、神农架和天山表土CPI值随着海拔升高(温度降低)没有表现出明显的规律,但从湿润区到干旱区,每座山的平均CPI值依次增大.这些结果表明,表土长链正构烷烃CPI值受控于气候干湿状况,高CPI值可以指示干旱气候.表土长链正构烷烃主要来自植物叶蜡,但表土CPI的这种纬向变化不是植被变化引起的,而很可能是在湿润气候下,微生物活动加强,微生物来源的长链正构烷烃和/或微生物的降解作用导致了表土CPI值降低.

关键词：土壤长链正构烷烃奇偶优势碳优势指数(CPI) 干旱指标

中国东西部降水跷跷板变化模式促使史前人类活动突破胡焕庸线

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Science Bulletin 2022年第8期67卷 844-852,M0004页

作者：张健平郇秀佳吕厚远王灿沈才明贺可洋吕颖吴乃琴 Key Laboratory of Cenozoic Geology and Environment Institute of Geology and GeophysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100029China Innovation Academy for Earth Science Chinese Academy of SciencesBeijing 100029China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 101408China Department of Archaeology School of History and CultureShandong UniversityJinan 250100China Yunnan Key Laboratory of Plateau Geographical Processes and Environmental Changes College of Tourism and Geographical SciencesYunnan Normal UniversityKunming 650500China

史前人类活动强度的分布显著受气候条件和地理格局的影响.人类活动能否突破地理环境的制约,又如何响应气候变化和技术发展是目前自然科学和社会科学共同关注的重大问题之一.在长时间尺度下寻找和发现人类活动与气候环境变化的关系,是回... 详细信息

史前人类活动强度的分布显著受气候条件和地理格局的影响.人类活动能否突破地理环境的制约,又如何响应气候变化和技术发展是目前自然科学和社会科学共同关注的重大问题之一.在长时间尺度下寻找和发现人类活动与气候环境变化的关系,是回答上述问题的重要突破口.本文基于考古遗址;C数据概率密度、核密度等分析,揭示出以胡焕庸线为界的人类活动强度(人口)的分布模式:在新仙女木事件结束、东部地区开始驯化农作物后形成(距今约11400年前),并基本保持稳定;但在距今5200、3800和2800年前,胡焕庸线西部人类活动强度显著增加,分析认为这3次事件可能受到全新世中晚期我国东部降水相对减少而西部降水相对增加的跷跷板变化的影响,有助于人类向西部地区迁徙,气候变化可能对人类活动强度的时空变化产生深远影响.在研究史前人类迁徙的时空格局时,应考虑自然环境和人类社会发展的双重因素.

关键词： Population Summed probability distribution Archaeological radiocarbon date Precipitation change East Asian summer monsoon Westerlies

人工施肥对水稻扇型植硅体形态发育的影响及其意义

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第四纪研究 2022年第6期42卷 1792-1805页

作者：唐先干谢金水刘增兵孙刚袁福生吕厚远江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所江西南昌330200 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院新生代地质与环境院重点实验室北京100029

研究人类施肥对水稻典型细胞形态发育是否存在显著影响,有可能成为判别水稻考古证据中人类如何驯化农作物的重要依据。本研究通过对比分析人工施肥(NPK处理)与不施肥(CK处理)不同生育时期(从分蘖期、灌浆期、到成熟期)‘中嘉早17’(籼稻... 详细信息

研究人类施肥对水稻典型细胞形态发育是否存在显著影响,有可能成为判别水稻考古证据中人类如何驯化农作物的重要依据。本研究通过对比分析人工施肥(NPK处理)与不施肥(CK处理)不同生育时期(从分蘖期、灌浆期、到成熟期)‘中嘉早17’(籼稻)水稻机动细胞扇型植硅体形态特征,结果发现:1)人工施肥(NPK)扇型植硅体形态尺寸(扇宽HL 33.4~41.5μm、扇长VL 36.9~49.4μm)显著大于不施肥(CK)扇型植硅体(HL 20.0~29.3μm、 VL 22.9~32.5μm),而且随着生育时期发育,施肥和不施肥处理的扇型植硅体形态尺寸都呈现增加的趋势;2)NPK扇型植硅体形态B/A比值(扇面长/扇柄长)(0.74_(分蘖期)~0.93_(成熟期))与CK植硅体的B/A比值(0.58_(分蘖期)~0.94_(成熟期))比较,没有显著变化,但是随着生育时期发育都呈现长柄型明显减少、短柄型明显增加的趋势;3)NPK植硅体≥9个鱼鳞纹比例(中位数44.5%、平均数约60.0%)大于CK植硅体≥9个鱼鳞纹比例(中位数27.8%、平均数约54.0%),且随着生育时期发育都呈现出增多的趋势。本文首次研究了施肥对典型水稻品种水稻机动细胞扇型植硅体形态发育的影响,初步揭示了扇型植硅体形态特征在水稻驯化研究中的潜在指示意义。

关键词：水稻扇型植硅体生育时期施肥水稻驯化形态发育