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栎属青冈组植物气孔频度与大气CO_2浓度关系及在重建古大气CO_2浓度上的新尝试

胡瑾瑾  星耀武  周浙昆  
【摘要】:全球变暖问题是当今人类社会关注的焦点之一。工业革命以来大气中不断升高的CO_2浓度被认为是导致气候变暖的重要因素。地质历史时期大气CO_2浓度与气候变化之间就存在相关性,可为现代的气候变化研究提供参考依据,因而重建古大气CO_2浓度具有十分重要的意义。气孔频度方法是目前重建古大气CO_2浓度的一种重要手段,即利用C3植物叶片的气孔频度(气孔密度SD和/或气孔指数SI)与大气CO_2分压(p CO_2)的相关关系建立校准曲线,再将相应的化石植物的气孔频度应用于校准曲线中估算古大气CO_2浓度。然而,气孔频度与大气p CO_2的关系具有高度的种间特异性:大部分植物的气孔频度与p CO_2的关系呈负相关,有些植物无明显相关性,而少数植物呈正相关。因此,应用气孔频度方法进行古大气CO_2浓度重建前必须先确定化石的一个最近现生亲缘种(nearest living relative,NLR)的气孔频度与大气p CO_2的相关性,具有一定的相关关系才可用于重建古大气CO_2浓度。目前尚未有研究将几种植物的气孔频度合并探讨其与p CO_2的关系并应用于古大气CO_2浓度的重建。本研究以中国亚热带常绿阔叶林的三种优势植物——青冈(Quercus glauca)、滇青冈(Q.schottkyana)和黄毛青冈(Q.delavayi)(隶属于壳斗科栎属青冈组)为研究对象,分别采集了青冈海拔跨度142–1555米的14个采样点、滇青冈海拔跨度1684-2520米的11个采样点、黄毛青冈海拔跨度1431–2630米的15个采样点的标本,尝试将这三种植物的气孔频度合并建立其与大气p CO_2的相关性。结果显示三种植物合并的气孔频度与大气p CO_2呈显著负相关,且合并建立的校准曲线相关性优于三者单独的相关性。青冈组化石是东亚新生界地层的常见类群,是重建古大气CO_2浓度的理想材料。这三种青冈组植物亲缘关系紧密,三者的最近亲缘化石形态相似不易区分,三者合并建立校准曲线是一个新的尝试,为利用青冈组化石进行古大气CO_2浓度重建提供了很大的便利。由于SI重建古大气CO_2浓度比SD更可靠,利用文献中已发表的青冈组化石的SI对三种青冈组植物合并建立的校准曲线进行验证,将Jia等(2015)中的青冈亲缘化石Q.paraglauca(晚中新世)、贾慧等(2009)中的黄毛青冈亲缘化石Q.aff.delavayi(中新世)和胡茜等(2013)中的黄毛青冈亲缘化石Q.tenuipilosa(晚上新世)的SI应用于合并建立的校准曲线中,估算出古大气CO_2浓度分别为365 ppm(晚中新世)、359 ppm(中新世)和218 ppm(晚上新世)。该结果与前人重建的古大气CO_2浓度结果十分吻合,说明三种青冈组植物合并建立的校准曲线在古大气CO_2浓度重建上具有很大的应用潜力。

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