2008年7月中旬, 在研究区内共采集表土样品54个, 其中农田样品32个(编号为1~32), 荒地样品22个(农田样品采自农田内, 可定义为人类活动影响强度较大的样品; 荒地样品多采自田间荒地或荒坡上, 可定义为人类活动影响强度相对较弱或人工扰动植被样品)。样点位置见图1(33~54号荒地样品由于取自农田样品附近, 地图上两类样品位置基本重合, 因此图1中显示的是全部农田样点位置), 样点周围植被组成见表1。样品取自0~1 cm的表层土壤中, 并记录每个样点的经纬度、海拔高度, 同时调查样点周围的植被状况。荒地植被年际间变化相对较小, 但农田作物种植类型可能经常发生变化, 因此, 表土花粉组合只能是多年植物类型花粉的混合。采样点的气象数据(年均降水量、年均温)依据国家基准站气象资料插值获得, 并对温度变量进行海拔校正。

图1

Fig.1

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	图1 晋冀低山丘陵区表土孢粉采样点位置Fig.1 Distribution of sample sites of surface pollen in hilly areas of Shanxi and Hebei Provinces

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 晋冀低山丘陵区表土孢粉采样点位置及植被状况 Table 1 Location and vegetation conditions of sample sites of surface pollen in hilly areas of Shanxi and Hebei Provinces 样品号 纬度/(° ) 经度/(° ) 海拔/m 土地类型 栽培作物类型 样点周围树种 样点周围灌草类型 1 38.22 114.54 87 农田 玉米 杨树 葎草、荨麻、杂草禾本科、芸香等 2 38.54 114.44 148 农田 玉米 杨树 紫菀、杂草禾本科、马齿苋科等 5 39.54 114.76 1061 农田 玉米 — 杂草禾本科、蒿属、菊科、唇形科等 7 40.14 114.68 864 农田 玉米 柳树、杨树 蒿属、杂草禾本科、旋花科、藜科等 9 40.02 113.81 1001 农田 玉米 杨树 杂草禾本科、蒿属、锦鸡儿、蒺藜等 17 39.07 111.75 1346 农田 玉米 松树、杨树、柳树 菊科、杂草禾本科等 24 37.26 111.82 744 农田 玉米 — 苍耳、杂草禾本科、藜科、蒿属等 25 37.11 112.22 890 农田 玉米 杨树 杂草禾本科、蒿属、苋科、藜科等 26 36.35 113.16 914 农田 玉米 杨树 苍耳、杂草禾本科、蒿属、荨麻等 27 36.44 113.35 678 农田 玉米 杨树、小松树 向日葵、豆科等 30 37.32 114.17 465 农田 玉米 皂荚树、槐树 蒿属等 32 37.69 114.48 217 农田 玉米 杨树、小槐树、柳树 花生、葎草、杂草禾本科等 6 39.77 114.80 1450 农田 莜麦 杨树、榆树 菊科、蓼科、蒿属、伞形科等 19 38.57 111.70 1630 农田 莜麦 杨树 菊科、蒿属、杂草禾本科、唇形科等 20 38.38 111.70 1268 农田 高粱 椿树 杂草禾本科、南瓜、向日葵等 21 38.35 111.66 1220 农田 高粱 — 高粱、藜科、亚麻科等 10 40.03 113.57 1022 农田 谷子 — 苍耳、杂草禾本科、蒿属等 15 39.45 111.65 1132 农田 谷子 松树 蒿属、杂草禾本科等 28 36.65 113.74 616 农田 谷子 枣树、槐树、榆树 杂草禾本科、蒿属、藜科等 29 36.91 113.91 635 农田 谷子 胡桃树、槭树、椿树 蒿属、豆科等 3 38.81 114.22 196 农田 玉米、豆科 椿树、榆树、杨树 葎草、蒿属、葫芦科、伞形科等 4 39.20 114.63 657 农田 玉米、豆科 榆树 伞形科、杂草禾本科、蒿属、车前等 8 40.14 114.27 938 农田 玉米、黍子 杨树 杂草禾本科、蒿属等 31 37.49 114.26 216 农田 玉米、豆科 — 蒿属等 12 39.83 112.26 1570 农田 谷子、玉米 — 菊科、杂草禾本科等 14 39.76 111.70 1267 农田 谷子、高粱 杨树 蒺藜科、杂草禾本科、菊科等 11 40.06 112.80 1267 农田 胡麻、土豆 杨树 藜科、菊科、杂草禾本科等 13 39.88 111.89 1707 农田 胡麻、豆科 杨树 菊科、委陵菜属、蒿属、杂草禾本科等 22 38.11 111.43 1452 农田 豆科、马铃薯 — 马铃薯、杨树、蒿属、亚麻科等 16 39.22 111.62 1246 农田 向日葵、土豆 杨树 杂草禾本科、菊科等 18 38.80 111.72 1499 农田 向日葵 杨树 蒿属、车前、杂草禾本科等 23 37.85 111.23 1130 农田 向日葵 柳树 西红柿、菊科、茄科等 33 38.22 114.54 87 荒地 — 杨树 葎草、杂草禾本科、藜科等 34 38.54 114.44 148 荒地 — 酸枣树、椿树、槐树 荆条、小檗科、杂草禾本科、芸香科等 35 38.81 114.22 248 荒地 — 榆树、槐树、椿树 蒿属、杂草禾本科、萝藦科等 36 39.20 114.63 657 荒地 — 榆树、胡桃、杏树 荆条、杂草禾本科、蒿属、藜科等 37 39.54 114.76 1055 荒地 — — 蓼科、杂草禾本科、苦菜、蒿属等 38 39.77 114.80 1450 荒地 — 榆树、杨树 杂草禾本科、菊科、伞形科等 39 40.14 114.68 864 荒地 — 杨树、柳树 藜科、杂草禾本科、蒿属等 40 40.14 114.27 938 荒地 — 杨树 车前、杂草禾本科、蒿属, 藜科等 41 40.02 113.81 1001 荒地 — 杨树 蒺藜科、杂草禾本科、枸杞、蒿属等 42 40.03 113.57 1022 荒地 — 杨树 藜科、菊科、杂草禾本科等 43 40.06 112.80 1267 荒地 — 松树 菊科、杂草禾本科等 44 39.83 112.26 1570 荒地 — 杨树 禾草科杂草、蒿属、锦鸡尔、菊科等 45 39.88 111.89 1707 荒地 — 杨树 菊科、委陵菜属、蒲公英、狼毒等 46 39.76 111.70 1267 荒地 — 杨树 杂草禾本科、蒿属等 47 39.45 111.65 1132 荒地 — 松树 蒿属、杂草禾本科、菊科等 48 39.22 111.62 1246 荒地 — 杨树 土豆、杂草禾本科、向日葵等 49 39.07 111.75 1346 荒地 — 松树、杨树、柳树 杂草禾本科、蒿属、菊科等 50 38.80 111.72 1499 荒地 — 杨树 杂草禾本科、蒿属、菊科等 51 38.57 111.70 1630 荒地 — 杨树 杂草禾本科、菊科、蒿属等 52 38.38 111.70 1268 荒地 — 椿树、榆树 蒿属、杂草禾本科等 53 38.35 111.66 1220 荒地 — 杨树、柳树 油菜花、杂草禾本科、蒿属等 54 38.11 111.43 1452 荒地 — 杨树、柳树 蒿属、杂草禾本科、菊科等

表1 晋冀低山丘陵区表土孢粉采样点位置及植被状况 Table 1 Location and vegetation conditions of sample sites of surface pollen in hilly areas of Shanxi and Hebei Provinces

孢粉提取采用常规的酸碱处理和重液浮选方法(Faegri and Iversen, 1989)。每个样品取干重20 g, 加入1粒石松孢子片(27 637± 563粒/片)作为指示剂, 以计算孢粉浓度。花粉鉴定统计在400倍日本Olympus BX51光学显微镜下进行, 每个样品观察统计至少3张薄片, 鉴定统计花粉400粒以上。研究区农作物以玉米、谷子、高粱、小麦、莜麦等禾本科谷物为主。但禾本科花粉形态非常相近, 如何区分谷物禾本科与杂草禾本科花粉始终是孢粉形态学研究的难题。依据作者制作的部分禾本科花粉(小麦、玉米、莜麦、高粱、谷子、白羊草、黄背草、狗尾巴草等)标准片, 参照前人研究成果(Andersen, 1978; 蓝盛银和徐珍秀, 1996; 王学丽等, 2010), 将本研究中的禾本科花粉分为2类:个体直径大于35× 35 μ m、孔径较大、颗粒纹饰较清晰的归为谷物禾本科花粉, 如小麦直径平均63.3× 56.6 μ m、玉米89.9× 80.8 μ m、莜麦41.5× 38.5, μ m、高粱49.0× 44.3 μ m, 谷子花粉个体直径虽小于35× 35 μ m, 但孔径较大, 平均6.2 μ m; 个体直径小于35× 35 μ m、孔径多在4.5 μ m以下、雕纹较模糊的(较谷物禾本科浅)归为杂草禾本科花粉, 如白羊草个体直径29× 26.5 μ m、孔径3 μ m, 黄背草个体直径26.5× 23.5 μ m、孔径3, μ m。

样点位置图用ArcGIS软件绘制, 孢粉图谱由Tilia软件完成。

主成分分析(Principal component analysis, PCA)作为一种多元分析方法, 在表土孢粉研究中可以突出影响孢粉组合的主要孢粉类型, 使研究结果更直观(王琫瑜等, 1996; 李月丛等, 2008)。本研究用PCA方法结合孢粉组合来划分农田和荒地。在PCA分析的基础上, 对环境因子进行冗余分析(Redundancy analysis, RDA), 探讨孢粉组合与气候的关系。PCA和RDA分析采用Canoco4.5软件(王琫瑜等, 1996)完成。

多响应置换过程分析(Multi-response permutation procedures, MRPP)用来检验预先设定的不同组间的差异性(Zimmerman et al., 1985; Stallins, 2002)。本研究采用MRPP方法分析不同强度人类活动影响下(农田、荒地)的孢粉组合是否存在显著差异, 若差异性显著(差异值P< 0.05, P越接近于零, 差异性越显著), 再进行指示种分析(Dufrê ne and Legendre, 1997; 吕浩荣等, 2009)。指示种分析(Indicator species analysis, ISA)用来探究对人类活动干扰强度具明显指示意义的孢粉类型, 并用蒙特卡罗检验(Monte Carlo permutation test)进行显著性检验(Dufrê ne and Legendre, 1997; 吕浩荣等, 2009)。MRPP分析和ISA分析在PC-ORD4.0软件(McCune and Mefford, 1999)下完成。

54个样品共鉴定出100个科属植物的孢粉类型。其中乔木植物花粉类型23个(平均17.1%, 文中百分含量均为平均值), 普遍出现且含量较高的类型有松属(Pinus)和栎属(Quercus), 含量较低的是桦属(Betula)、胡桃科(Juglandaceae)、臭椿属(Ailanthus)、杨属(Populus)和柳属(Salix)等; 灌木植物花粉类型15个(3.4%), 主要有胡颓子科(Elaeagnaceae)、鼠李科(Rhamnaceae)、虎榛子属(Ostryopsis)、白刺属(Nitraria)、麻黄属(Ephedra)、牡荆属(Vitex)和木犀科(Oleaceae)等; 草本植物花粉类型57个(74.5%), 常见的有谷物禾本科(Cereals)、杂草禾本科(Poaceae)、蒿属(Artemisia)、藜科(Chenopodiaceae)、蓼科(Polygonaceae)、菊科(Asteraceae)、十字花科(Brassicaceae)、葎草属/荨麻属(Humulus/Urtica)、毛茛科(Ranunculaceae)、唇形科(Lamiaceae)、唐松草属(Thalictrum)、茄科(Solanaceae)、旋花科(Convolvulaceae)和蔷薇科(Rosaceae)等; 蕨类孢子(5.0%)主要为中华卷柏孢子(Selaginella sinensis)和三缝孢(Trilete spore)等。

虽然采集了54个地点的样品, 但有的地点只采集了农田样品, 没有采集荒地样品。为了分析农田样品(指示人类活动强度较强)与荒地样品(指示人类活动强度相对较弱)花粉组合的差异, 选取了研究区22组(1~22号和33~54号)既采集了农田样品、又采集了荒地样品样点的花粉组合进行对比分析, 以探究在不同强度人类活动影响下的花粉组合的差异。

3.2.1 农田、荒地孢粉含量的差异

农田与荒地样品均以草本植物花粉为主, 但农田中以谷物禾本科花粉占优势, 而蒿属花粉则是荒地的主要成分。农田样品中乔木植物花粉占15.6%, 主要包括松属(13.3%)、桦属和栎属等; 灌木植物花粉含量平均为3.4%, 以胡颓子科(3.2%)为主; 草本植物花粉含量平均为75.5%, 以谷物禾本科(24.1%)、藜科(10.5%)、蒿属(20.2%)、杂草禾本科(5.9%)和菊科(5.6%)为主, 毛茛科、荨麻属/葎草属和十字花科等为常见草本植物花粉类型; 蕨类孢子主要为中华卷柏(5.5%)。荒地样品藜科(17.6%)、蒿属(36.2%)和荨麻属/葎草属(2.2%)等草本植物花粉含量高于农田, 谷物禾本科含量(3.8%)低于农田, 而松属(15.1%)、胡颓子科(3.1%)、杂草禾本科(6.0%)和中华卷柏孢子(3.7%)含量与农田相近。此外, 一些农作物花粉只出现于对应的农田及其周围样品中, 如亚麻科(Linaceae)和向日葵属(Helianthus), 个别花粉类型(如松属)异常值系样点周围有母本植物生长所致(图 2)。

图2

Fig.2

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	图2 晋冀低山丘陵区农田与荒地表土样品主要花粉类型含量Fig.2 Content of major pollen types in surface pollen samples of farmlands and wastelands in hilly areas of Shanxi and Hebei Provinces

3.2.2 农田、荒地孢粉浓度的差异

不同地点土壤、水分、植物类型、地貌部位等条件的差异, 导致其表土样品的孢粉浓度可能没有可比性, 但众多农田与荒地样品的差异可能反映其孢粉浓度的特征。晋冀低山丘陵区农田孢粉浓度平均约4380 粒/g, 荒地孢粉浓度平均约10983粒/g。农田中除谷物禾本科浓度明显高于荒地外, 其他类型的花粉浓度明显低于荒地, 特别是松属等乔木植物花粉以及蒿属、藜科等草本植物花粉, 但蕨类孢子浓度两者相近(图 3)。

图3

Fig.3

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	图3 晋冀低山丘陵区农田与荒地表土样品主要花粉类型浓度对比Fig.3 Concentration of major pollen types in surface pollen samples of farmlands and wastelands in hilly areas of Shanxi and Hebei Provinces

农田与荒地孢粉组合特征表明, 农田与荒地样品中占优势的孢粉类型不同, 故是否可以依据某些孢粉类型(花粉类型至少出现在3个样点以上, 且在样点中的平均含量大于1%)来划分农田与荒地是一个值得探讨的问题。因此笔者对54个样品进行了主成分分析。结果显示:第1、第2主轴的特征值分别为0.50和0.20, 第3、第4主轴的特征值为0.14和0.05, 说明孢粉组合主要受第1、第2主轴控制。主要孢粉类型的排序结果(图 4-a)显示, 谷物禾本科、松属、蒿属等在排序空间内的变化比值相对较大, 第1轴上谷物禾本科的得分值最高, 蒿属最低; 第2轴上松属花粉的得分值最高, 谷物禾本科花粉最低。由于谷物禾本科花粉与人类活动关系密切, 因此认为, 第1轴正方向和第2轴负方向可能指示人类活动较强的方向, 而第1轴负方向和第2轴正方向可能指示人类活动较弱的方向。图4-b是所有样品的排序结果, 根据样品的分布位置, 将样品划分为2组:第1组共18个样品, 均为农田样品, 主要分布于第1轴正方向。第2组共30个样品, 除9个农田样品外, 其余为荒地样品, 且主要分布于第1轴负方向和第2轴正方向。第2组中含9个农田样品, 这些农田主要种植非禾本科作物(葡萄、亚麻、豆、向日葵等), 谷物禾本科含量较低(平均6.5%), 花粉组合以蒿属、藜科和松属等为主, 更接近荒地花粉组合特征。PCA分析表明, 禾本科作物农田与荒地样品可以根据主要花粉类型进行划分, 但主要种植非禾本科作物的农田与荒地则较难区分。

图4

Fig.4

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	图4 晋冀低山丘陵区表土样品主要孢粉类型(a)及采样点(b)孢粉组合PCA排序示意图Fig.4 Ordination results of principal component analysis(PCA)for major pollen types(a) and sample sites(b) of surface pollen samples in hilly areas of Shanxi and Hebei Provinces

为了解晋冀低山丘陵区人工扰动植被孢粉组合能否反应区域气候特征, 文中在PCA分析的基础上将经度、纬度、海拔、年均降水量、年均温作为气候参数(5个气候因子之间方差膨胀因子值小于20)(Ter Braak and Prentice, 1988; Lu et al., 2006), 与样品孢粉组合进行RDA分析。结果显示, 孢粉组合受多种气候因素的共同影响, 且第1、第2主轴贡献率较高, 两轴与5个环境因子的相关性分别为0.73和0.56, 且第1轴与年均温(0.63)、年均降水量(0.55)呈正相关, 与海拔(-0.62)呈负相关(海拔变化本质反映的是温度的变化, 海拔升高温度降低, 反之海拔降低温度升高); 第2轴与经度(-0.18)呈负相关。RDA分析表明, 样品与气候因子的相关性较好, 且研究区内孢粉组合特征较好地反映了区域温度和降水量的变化。当花粉组合中谷物禾本科、松属和中华卷柏占优势时, 反映区域的气温、降水条件较好(或者海拔高度较低), 当花粉组合中以蒿属和菊科等占优势时, 反映区域气温、降水条件较差(或者海拔较高)。

多响应置换过程分析显示, 农田与荒地样品的差异值P为0.000 003 02, 小于0.05, 表明农田与荒地两者之间存在显著差异。指示种分析显示, 7种花粉类型通过蒙特卡罗检验(P< 0.05)(表 2), 其中谷物禾本科为农田常见花粉类型, 含量明显高于荒地, 为农田指示种, 葡萄科(Vitaceae)、胡桃科在农田中的含量虽较低(介于0.5%~1%之间), 但仍高于荒地中的含量, 也可以作为农田孢粉指示种; 蒿属在荒地中的含量明显高于农田(2倍以上), 为荒地指示种, 蓼科、蔷薇科(Salicaceae)在农田和荒地中含量均较低, 但在荒地中的含量明显高于农田中, 为荒地指示种(表 2)。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 晋冀低山丘陵地区人工扰动植被主要花粉指示种 Table 2 Pollen indictor species of human disturbed vegetation in hilly areas of Shanxi and Hebei Provinces 指示种 生长型 最大指示值组 指示值 平均值 标准差 P值 花粉含量/% 农田 荒地 谷物禾本科 草本 农田 85.5 55.6 5.3 0.001 28.45 3.77 葡萄科 草本 农田 66.5 35.2 6.1 0.001 0.57 0.07 胡桃科 乔木 农田 55.8 36.3 6.3 0.008 0.61 0.14 蒿 属 草本 荒地 69.9 54.8 4.0 0.001 15.59 36.19 蓼 科 草本 荒地 36.2 24.2 6.1 0.041 0.11 0.42 蔷薇科 草本 荒地 35.0 22.0 6.1 0.034 0.07 0.42 杨柳科 乔木 荒地 27.2 15.1 4.9 0.034 0.05 0.31

表2 晋冀低山丘陵地区人工扰动植被主要花粉指示种 Table 2 Pollen indictor species of human disturbed vegetation in hilly areas of Shanxi and Hebei Provinces

依据农田中作物类型, 将农田分为单一禾本科作物农田(19个, 只种植玉米、莜麦、谷子)、混合农田(7个, 多种农作物混合种植, 主要有玉米、高粱、谷子、黍子、大豆、土豆、亚麻等)和其他作物农田(6个, 主要为向日葵、豆科、胡麻科、茄科等)。结果显示, 不同作物类型农田中谷物禾本科花粉含量差异明显, 其他作物农田谷物禾本科含量(2.4%)明显低于混合农田(18.8%)和单一禾本科作物农田(40.2%)(图 5)。但其他作物农田种植的农作物花粉含量较高, 如种植向日葵的农田中菊科花粉含量平均为24.7%(非向日葵农田中菊科含量仅3.2%), 种植胡麻的农田中胡麻科花粉含量平均为6.3%(非胡麻农田中基本不含胡麻科花粉)。

图5

Fig.5

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	图5 晋冀低山丘陵区不同农田类型表土样品花粉组合特征Fig.5 Assemblages characteristics of major pollen types in surface pollen samples of different farmlands in hilly areas of Shanxi and Hebei Provinces

孢粉研究人员一直在努力寻找反映人类活动强度的孢粉指示种(Court-Picon et al., 2005; Lamentowicz et al., 2008; 李宜垠等, 2008), 并将生态学的多响应置换分析和指示种分析方法应用在不同群落类型孢粉指示种分析研究上(Herzschuh and Birks, 2010)。多响应置换分析表明, 晋冀低山丘陵区不同强度人类活动下的农田和荒地植物群落孢粉组合存在显著差异, 表明孢粉可以反映不同的人类活动强度和土地利用特征。指示种分析结果显示, 人类活动影响强度不同, 指示种不同。谷物禾本科花粉指示值最高(85.5, 指示值越高, 说明指示性越好, 最高为100), 与研究区主要种植玉米、小麦、谷子、莜麦、高粱等禾本科作物密切相关, 因此, 谷物禾本科对农田指示性最好, 与前人研究结果(Court-Picon et al., 2005; Cao et al., 2010)一致。葡萄是研究区农田中常见的经济作物, 花粉含量虽较低(马艳玲等, 2009; 庞瑞洺等, 2010; 丁伟等, 2011), 却对农田有较好的指示意义(指示值为66.5); 胡桃科中的核桃是研究区村落或附近农田、路旁人工培育栽种的经济林树种, 有的地方农田中栽种的就是核桃树, 其花粉含量虽较低, 但指示值为55.8, 对农田仍有较好的指示意义。荒地由于水分条件差、土壤较贫瘠等原因, 蒿属(指示值为69.9)、蓼科(指示值为36.2)、蔷薇科(指示值为35.0)植物生长较好, 是研究区荒地较好的指示种; 杨柳科为研究区常见的林道树或沿河树种, 广泛分布在公路旁或河边, 虽然林道树为人工种植, 但多远离农田, 常与荒地相伴, 因此对荒地有一定指示意义, 不过其指示值较低(27.2), 且花粉含量(0.05%和0.31%)也较低, 故其对研究区荒地的指示意义有待更多数据证实。

农田中不同作物类型谷物禾本科花粉含量差异明显, 混合农田谷物禾本科花粉含量明显低于单一禾本科作物农田, 应与农作物类型有关, 混合农田为谷物禾本科和其他农作物类型混合种植区, 非谷物禾本科农作物花粉含量的增加, 必然导致谷物禾本科花粉含量的下降(马艳玲等, 2009; 黄小忠等, 2011)。不同地区禾本科作物农田的谷物禾本科花粉含量也存在差异, 可能与区域湿润指数、植被类型、种植方式等不同有关, 如东北和华南地区(杨士雄等, 2010; 李曼玥等, 2012)谷物禾本科花粉含量均高于40%, 可能与东北和华南地区气候相对湿润、地表植被发育、花粉落到地表后不易被氧化有关; 西北(12.2%~17.3%; 马艳玲等, 2009)和华北地区(19.4%~30.6%; 庞瑞洺等, 2010和本文)相对较低, 可能与西北和华北地区气候相对干燥、地表植被欠发育、花粉落到地表后容易被氧化有关。但不论是哪个地区, 离开农田后谷物禾本科花粉含量均迅速下降(大部分低于6.0%), 因此可以根据谷物禾本科花粉含量直接划分农田和荒地, PCA分析中, 谷物禾本科的农田样点较易与荒地分开也证明了这一点。但若农田中主要种植非禾本科作物, 则较难与周边荒地分开, 这是由于该农田中禾本科花粉含量较低, 与荒地接近; 若农田中主要种植十字花科、豆科、茄科等作物, 因十字花科常在花期前收割(邓韫等, 2002; 羊向东等, 2005), 豆科、茄科作物的花粉产量较低(王琫瑜等, 1996; 张丽艳等, 2007; 丁伟等, 2011), 没有出现明显区别于荒地的特征, 因此在PCA分析中较难与荒地分开。

农田与荒地样品孢粉浓度对比显示:农田样品孢粉浓度除谷物禾本科花粉明显高于荒地外, 其他植物类型均低于荒地。农田中谷物禾本科花粉浓度较高, 与农作物种植面积较大和种植强度高有关。其他植物类型的孢粉浓度低于荒地, 与孢粉保存环境有关, 因为为了提高农作物产量, 农田中常施用大量化肥、灌溉、翻耕、除草、混种、轮作等手段促进农作物增产, 这都可以改变土壤的酸碱度, 使土壤孔隙增大、氧化作用增强。已有研究表明, 土壤pH值变化、孔隙增大、氧化作用增强都会使花粉保存能力下降(许清海等, 2005a, 2005b), 进而降低农田中表土孢粉的浓度。此外, 花粉来源和产量差异也会引起浓度的差异, 农田花粉来源主要为农田农作物, 荒地花粉来源主要为荒地中的杂草, 有研究认为, 谷物禾本科花粉产量相对低于荒地中的蒿属、藜科植物的花粉产量(Moore, 1978; Birks and Birks, 1980; Bunting et al., 2005; 李月丛等, 2005a; Soepboer et al., 2007), 进而导致农田孢粉浓度较低。

为了更好地探讨农田和荒地孢粉浓度的差异, 将本研究结果与课题组对东北地区、华北南部及华中北部、西北和河北中南部地区的研究结果进行对比(表3)。对比结果(表3)表明, 尽管不同地区人类活动影响强度、作物类型、气候条件不同, 但农田孢粉浓度均低于荒地。另外, 不同地区孢粉浓度也存在一定差异, 农田样品孢粉浓度从高到低依次为:西北地区、华北南部及华中北部、晋冀低山丘陵区、河北中部、东北地区。荒地样品孢粉浓度也是西北地区、华北南部及华中北部高, 不同的是东北地区荒地孢粉浓度高于河北西部及山西北部地区。但总体均表现出丘陵区孢粉浓度大于平原区孢粉浓度的特征。孢粉浓度的差异似乎与气候无关, 而与地貌类型、海拔高度和人类活动有关。相对平原区而言, 低山丘陵区海拔较高、地形复杂、人类活动较弱, 农田多依地形分布、面积相对较小、距荒山杂草植被较近, 接受了较多荒山杂草的孢粉, 因而低山丘陵区孢粉浓度高于平原区。东北荒地孢粉浓度高于河北西部及山西北部地区是否与东北地区气候较湿润有利于花粉保存有关, 有待进一步研究。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 中国不同区域农田和荒地孢粉浓度(粒/g) Table 3 Pollen concentration(grains/g)in farmland and wasteland form different area in China 研究区 农田 荒地 种植类型 气候类型 东北 平原区1 3288 15074 玉米、小麦 温带大陆性 季风气候 河北中部 平原区2 3612 — 玉米、小麦 暖温带大陆 季风气候 晋冀低山 丘陵区 4380 10983 玉米、小麦、 谷子 暖温带大陆性 季风气候 华北南部及 华中北部 低山丘陵区3 6943 26333 玉米、水稻、 小麦 暖温带和 亚热带大陆性 季风气候 西北低山 丘陵区4 7227 32704 春小麦、谷子 大陆性 干旱气候 注:1来自于李曼玥等, 2012; 2来自于庞瑞洺等, 2010; 3来自于丁伟等, 2011; 4来自于马艳玲等, 2009。

表3 中国不同区域农田和荒地孢粉浓度(粒/g) Table 3 Pollen concentration(grains/g)in farmland and wasteland form different area in China