雪冰孢粉记录研究进展

黄壬晖，侯书贵,2*，马春梅，刘 科，于金海，张王滨，赵 琳，庞洪喜，宋 靖

(1.南京大学 地理与海洋科学学院，江苏 南京 210023；2.中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心，北京 100101)

0 引 言

古气候变化是全球变化研究的重要组成部分[1-2]。冰芯作为古气候研究的一种载体，具有信息量大、保真性强、分辨率高等特性，研究冰芯中不同气候环境指标的变化，可以重建过去不同时间尺度的气候环境变化过程[3-4]。随着冰芯研究的不断深入，气候环境指标变得多样化，雪冰稳定同位素[5-7]、积累量[8-10]、粉尘[11-13]、元素[14-16]以及温室气体[17-18]等都能够提供古气候环境信息。此外，孢粉作为一种新兴的、可靠的代用指标，在全面认识和重建古气候和环境变化方面具有不可替代的作用[19]。

雪冰孢粉以雪冰中的植物花粉和孢子为研究对象，具有耐腐蚀、易保存等特性[20]。雪冰孢粉研究既结合了雪冰载体的特性，又融入了花粉指标的优势，为气候重建提供了一种新手段。目前，雪冰孢粉研究按照时间尺度可以分为现代过程和古气候研究：雪冰孢粉现代过程研究主要关注孢粉源区与传播特征、孢粉与气候关系等方面的内容[19,21]，是古气候重建的基础[22-23]；雪冰孢粉古气候研究主要关注雪冰孢粉对温度、湿度变化以及人类活动的响应等方面的内容，在古气候重建工作中具有重大的科学意义。本文从雪冰孢粉的古环境意义入手，归纳了雪冰孢粉的研究分布特征，分别从雪冰孢粉源区与传播特征、季节变化特征、辅助雪冰定年和古气候重建等方面进行了总结，讨论了现阶段雪冰孢粉研究在现代过程与古气候研究方面的不足，并对未来青藏高原雪冰孢粉古气候重建工作进行了展望。

1 雪冰孢粉的古环境意义

作为一种生物指标，雪冰孢粉化石是古植被的直接反映，因此，雪冰孢粉记录的喜湿、喜干、喜温和耐寒植物的变化能够提供古降水和古温度信息。此外，在响应人类活动方面，雪冰孢粉记录还展现出极大潜力。

1.1 植 被

雪冰中孢粉对应的植被类型可以通过孢粉形态学特征鉴定得到(图1)，而孢粉对应植被的生长习性以及传播特性能够反映气候信息。根据孢粉现代过程研究[24-26]，有学者认为蒿属(Artemisia)广泛分布于北半球温带地区，尤其在草原区的沙地上特别发育；藜科(Chenopodiaceae)分布于荒漠、干草原以及滨海盐碱地，在荒漠区属种多、分布广；麻黄属(Ephedra)、白刺属(Nitraria)、柽柳属(Tamarix)、霸王属(Zygophyllum)、蓼科(Polygonaceae)均为典型的荒漠或荒漠草原植被，它们在孢粉组合中的百分比增加代表气候干旱；云杉属(Picea)、冷杉属(Abies)均能表征寒冷湿润的气候特征。

图(a)、(e)引自文献[28];图(b)、(c)引自文献[29];图(d)引自文献[30]；图(b)～(e)比例尺同图(a)图1 冰芯中鉴定出的花粉类型Fig.1 Pollen Taxa Identified in the Ice Cores

孢粉组合和孢粉谱常用来描述孢粉科属浓度以及百分比变化情况，是研究古植被变化的重要手段之一[23]。孢粉组合和孢粉谱中较为重要的指标是孢粉浓度和孢粉百分比，孢粉浓度指单位体积或者质量所含的孢粉粒数，而孢粉百分比指某一科属孢粉统计值与总孢粉统计值的比值。根据1957～1986年敦德冰芯孢粉研究[27]，1965年以后，莎草科(Cyperaceae)、蓼属(Polygonum)、栎属(Quercus)、柏科(Cupressaceae)孢粉百分比增加，荒漠植物花粉(如麻黄属)减少，这种孢粉组合变化趋势表明喜湿植被类型增加而荒漠植被类型减少 (图2)。

1.2 湿 度

雪冰孢粉组合中占主导地位的某些孢粉百分比可以用作湿度代用指标。雪冰中最常见的科属为藜科和蒿属，其在孢粉组合中的百分比与区域干湿状况相关，干旱环境中藜科占优势，半干旱环境中蒿属占优势[31-32]。蒿藜比(A/C)作为一种干旱程度指标，广泛应用于孢粉研究中[27,33-34]。敦德冰芯花粉研究[27]表明，青藏高原大气和土壤湿度的增加会推进荒漠向草原的演变进程，该地区A/C值升高代表环境变湿，降低则代表环境变干(图2)。

除了藜科和蒿属花粉之外，禾本科(Poaceae)和莎草科花粉也能反映干湿变化[34]。在生长环境的湿度要求方面，莎草科要求最高，禾本科次之，蒿属最低。如果蒿属和藜科花粉在孢粉组合中不占优势，A/C值就显得不那么适用，此时应该考虑莎草科、蒿属、禾本科花粉的指示意义。在Sajama冰芯花粉研究中，Liu等采用禾蒿比(P/A)的对数形式log(P/A)值来指示湿度变化[35]；在普若岗日冰芯花粉研究中，唐领余等选择莎草科花粉/(禾本科花粉+蒿属花粉)(Cy/(P+A))及草甸植被花粉/草原植被花粉(M/S)作为湿度变化的代用指标[25,36]。将普若岗日、Sajama冰芯孢粉湿度代用指标分别与普若岗日、Quelccaya冰川积累量对比，发现作为区域湿度(降水)指标的冰川积累量很好地支持了孢粉湿度指标，证明了上述孢粉指标反映区域湿度(降水)的可靠性(图3)。

图件引自文献 [27]图2 1957～1986年敦德冰芯孢粉数据和夏季温度、夏季降水量观测数据Fig.2 Pollen Records of Dunde Ice Cores in Comparison to the Observations of Summer Temperature and Precipitation from 1957 to 1986

图(a)～(c)引自文献 [36]；图(d)、(e)引自文献 [35]图3 普若岗日、Sajama冰芯孢粉湿度代用指标与普若岗日、Quelccaya冰川积累量对比Fig.3 Pollen Records of Puruogangri and Sajama Ice Cores as Humidity Proxies in Comparison to Glacical Accumulations of Puruogangri and Quelccaya

1.3 温 度

目前，孢粉温度代用指标的研究主要集中在青藏高原，其原理是孢粉组合特征或者喜温植被百分比的变化能够反映植被覆盖度和植被类型的转变，从而间接反映温度变化。青藏高原敦德冰芯孢粉记录研究表明[27,37]，1957～1986年敦德冰芯总花粉浓度与平均夏季降水量(相关系数(r)为0.76)、平均冬季温度(r=0.68)成正相关关系，与平均夏季温度(r=-0.52)成负相关关系，这是由于夏季温度增加导致蒸腾作用加剧，使有效水分减少，不利于植物生长(图2)。宁金岗桑、普若岗日、达索普、古里雅冰芯孢粉研究也有类似结果[38-39]，总孢粉浓度与夏季降水量成正相关关系，与夏季温度成负相关关系。青藏高原普若岗日冰芯孢粉记录研究表明[40]，1955～2002年草原植被花粉+草甸植被花粉(S+M)与青藏高原中部各气象站记录的夏季(6月至8月)温度成正相关关系，其中与那曲夏季温度有最大相关系数(r=0.812，p<0.001，p为皮尔森相关系数)；此外，1955～1996年的S+M值与整个青藏高原夏季温度和年温度距平都成正相关关系，由此推测S+M值可以作为青藏高原温度代用指标(图4)。

图(a)S+M值与年温度距平相关系数为0.601；图(b)S+M值与夏季温度距平相关系数为0.676；图件引自文献[40]图4 普若岗日冰芯孢粉温度代用指标与青藏高原年温度、夏季温度距平对比Fig.4 Pollen Records of Puruogangri Ice Core as Temperature Proxy in Comparison to Summer Temperature Anomaly and Annual Temperature Anomaly of Qinghai-Tibet Plateau

1.4 人类活动强度

雪冰孢粉中特殊种属的来源与数量变化还与人类活动有关，某些乔木花粉(如欧洲榆属(Ulmus))的减少、栽培作物和杂草花粉的浓度及分异度的显著变化都可以指示人类活动[41-42]。对Scrioara冰洞的研究表明[43]，NAP(Non-arboreal Pollen Grains)百分比在1 ka以来一直较低，但是在1000～1400年和1700～1850年略微增加，同时伴随有孢子的增加，这种增加与人类放牧开垦有着密切联系。安第斯山Sajama冰芯孢粉研究[44]表明，风玫木属(Polylepis)孢粉百分比的持续高值也与人类活动有关。在对Vavilov冰芯4 ka以来的孢粉记录研究中，Andreev等在冰芯的上部85 m 处发现了区域外花粉例如锦葵科(Malaceae)、矢车菊(Centaureacyanus)、长叶车前(Plantagolanceolata)和大麻属(Cannabis)等人为作物孢粉的存在，指示了1 ka以来的人类活动影响[45]。在对Svalbard群岛的雪冰孢粉研究中，Isaksson等认为花粉颗粒可以充当相关污染物的载体，并且根据花粉分析推测出Lomonosovfonna地区污染源地主要来自欧洲[46]。Hicks等补充了Svalbard群岛的孢粉源区分析研究，发现木炭、SCP(Spheroidal Carbonaceous Particles)、区域外植被花粉在冬季浓度较高，这是由于冬季盛行东风和东南风，导致人类活动产生的污染颗粒直接进入Svalbard群岛[47]。

2 雪冰孢粉研究的空间分布

雪冰孢粉研究按空间分布可以分为极地雪冰孢粉研究与山地雪冰孢粉研究。极地雪冰孢粉研究分布在格陵兰岛、Severnaya Zemlya群岛、加拿大北极地区和Svalbard群岛；山地雪冰孢粉研究分布于安第斯山脉、青藏高原、阿尔泰山脉、阿尔卑斯山脉，另外在日本中部和罗马尼亚也有少量研究(表1)。除少部分地区，雪冰孢粉研究点的平均海拔均在2 000 m以上。南极地区孢粉输入量极低，不足以达到研究要求，因此，南极没有雪冰孢粉研究。有学者在北极地区开展了较为系统的区域特征研究(表2)，主要关注雪冰孢粉源区特征、传播与沉积机制等方面内容，并且在Svalbard群岛上运用雪冰孢粉记录对人类污染源的可能源区进行了分析。相比北极地区，山地地区的孢粉浓度高、孢粉类型丰富，因此，山地地区开展雪冰孢粉研究工作的可行性更高，研究内容也更加丰富。安第斯山脉雪冰孢粉研究主要关注孢粉源区特征以及传播机制，前人在厄尔尼诺事件重建方面取得了一定进展；阿尔泰山脉则主要关注雪冰孢粉辅助定年工作，前人在温度、湿度以及森林大火重建方面取得了一定进展；阿尔卑斯山脉则主要关注雪冰孢粉的季节特征，前人在雪冰孢粉辅助定年工作方面进行了定量化尝试；青藏高原则偏向于古气候重建分析，有若干学者在温度和湿度重建方面进行了定量化尝试。

表1 极地与山地雪冰孢粉研究点分布Tab.1 Distribution of Research Sites of Palynology in Snow and Ice in Arctic and Mountain Areas

表2 北极地区雪冰孢粉研究点分布Tab.2 Distribution of Research Sites of Palynology in Snow and Ice in Arctic Area

注：序号1～41引自文献[75]；序号42～47引自文献[76]；序号48～63引自文献[77]；序号64～68引自文献[78]。

3 雪冰孢粉记录研究进展

Vareschi首先发现了雪冰孢粉，并拉开了雪冰孢粉研究的序幕[79]。目前，雪冰孢粉研究主要可以概括为以下4个方面的内容：源区与传播特征、季节变化特征、辅助雪冰定年和古气候重建。

3.1 源区与传播特征

雪冰孢粉源区与传播特征是现代过程研究的重要内容，对准确解释雪冰孢粉数据至关重要，但是目前此类研究较少，现有研究主要集中在加拿大北极地区和安第斯山脉。

加拿大北极地区雪冰孢粉来源可以分为区域外和区域两种[52]：区域外孢粉包括加拿大北方森林南部的喜温木本植物花粉(如栎属、槭属(Acer)、榆属等)，北方森林以北的其他乔灌木花粉(如桤木属(Alnus)、桦属(Betula)、云杉属、松属(Pinus)等)和少部分草本植物花粉(如豚草属(Ambrosia)、蒿属等)；区域孢粉包括加拿大以北苔原区的乔灌木(如柳属(Salix)、杜鹃花科(Ericaceae)、仙女木属(Dryas))和草本植物花粉(如莎草科、禾本科、山蓼属(Oxyria)等)。加拿大北极地区Devon冰帽、Penny冰帽和Agassiz冰帽的孢粉研究表明，不同冰帽上的孢粉组合特征明显不同，这可能是样品涵盖年代差异或孢粉源地和沉积条件不同造成的[49,55,77-78]。根据Bourgeois等的区域性孢粉研究工作[52,75-76]可以看出，加拿大北极地区总体上区域外孢粉占优势，中、低纬度地区(59°N～73°N)的孢粉组合特征为高百分比的桤木属和桦属孢粉，高纬度地区(73°N～83°N)为高百分比的乔灌木花粉，接近北极点地区(83°N～90°N)的桦属、松属以及禾本科花粉百分比向北逐渐增加，这一现象与欧亚气团的控制有着密切联系。值得一提的是，以76°N为分界线往北，柳属、莎草科、山蓼属、禾本科和虎耳草科(Saxifragaceae)等区域孢粉以及泥炭藓属(Sphagnum)孢粉百分比越来越高[75]。

安第斯山脉Quelccaya冰帽的孢粉源区可分为4种[58]：高原的Puna草原、玻利维亚南部高地的灌丛沙漠、西部的沿海沙漠和东部的Yungas植被区。根据Quelccaya冰帽东、西断面的表层雪孢粉研究[59]，车前草属(Plantago)、桤木属和荨麻科(Urticaceae)或者桑科(Moraceae)花粉在孢粉组合中占优势，孢粉百分比记录高度一致，但孢粉浓度出现了空间变化，特别是在Quelccaya冰帽西部斜坡的6个表层雪样品中显示最高值(浓度为30 100～55 400粒·L-1)，在顶峰显示最低值(17 250粒·L-1)，这与空气团的作用有关。根据Parinacota火山口表层雪孢粉分析[60]，火山口西北部的样品孢粉浓度较高，其余样品浓度均偏低，这与Quelccaya冰帽雪冰孢粉的研究一致，可以归结为当时盛行西风的结果。值得注意的是，Parinacota火山表层雪样品中的孢粉浓度比Quelccaya冰帽表层雪样品差了一个数量级，可能是由于Quelccaya冰帽处在一个比Parinacota火山更湿润且更靠近植被区的环境。安第斯山脉Coropuna冰川的孢粉源区可分为区域外和区域两种[61]：区域孢粉包括菊科管状花亚科(Asteraceae tubuliflorae)、风玫木属以及禾本科等；区域外孢粉包括无法生长在Coropuna冰川斜坡的植被(如栎属、罗汉松属(Podocarpus)以及假山毛榉属(Nothofagus)等)，研究表明区域外的栎属和罗汉松属与东北空气团作用有关，假山毛榉属与较强南方环流有关，而区域植被花粉与降水有关，当区域植被花粉占优势时，降水较少，气候干燥。

雪冰孢粉源地的界定因地而异，并没有统一的标准，但是雪冰周边植被稀疏，特别是对于雪冰中发现的乔木类型花粉而言，一般为远距离传输的结果，因此，雪冰孢粉记录通常是区域植被和区域外植被的良好指示。

3.2 季节变化特征

作为植被的直接反映，雪冰孢粉在识别季节特征方面具有独特优势。通常木本植物(如桦属、桤木属等)花期多集中于春季，草本植物(如蒿属、藜科)花粉花期多集中在秋季，依据雪冰中孢粉组合特征可以反推雪冰季节沉积信号。Ambach等利用奥地利阿尔卑斯山脉Kesselwandferner粒雪坑的雪冰孢粉确定了季节变化节点[73]。该研究表明当传统冰芯定年方法无法很好地界定年层时，孢粉记录的季节变化信息仍能够作为年层分界的标志。Haeberli等分析了瑞士阿尔卑斯山脉Colle Gnifetti雪坑的雪冰孢粉组合，并将其作为季节沉积信号，例如孢粉组合中蒿属和柏科孢粉的百分比高值特征可以表示冬季沉积，麻黄属、栗属(Castanea)和荨麻属(Urtica)的高值可以表示晚夏沉积[74]。Santibaez等对安第斯山粒雪芯的孢粉分析表明，由于地处活跃火山附近，岩浆活动等使雪冰融化严重，冰芯上部同位素和各种化学信号失真，但是孢粉与微生物记录能够提供可靠的季节和年际信息[29]。识别雪冰孢粉季节变化特征的前提是深入了解雪冰孢粉源区与传播机制，而其季节特征又是辅助雪冰定年工作的基础。

3.3 辅助雪冰定年

10.8 粒·mL-1、51.4 粒·mL-1分别表示超出坐标范围的孢粉浓度；图件引自文献[66]图5 Belukha雪坑孢粉辅助定年Fig.5 Dating of Belukha Snow Pit Assisted by Its Pollen Profiles

在辅助雪冰定年工作方面，青藏高原研究较少，前人对阿尔卑斯山脉进行了定量化的尝试，现有研究成果主要集中于阿尔泰山脉。根据乔木花粉和草本花粉的不同花期特征，王睿等将若果冰川的9.3 m雪坑划分为3年沉积(1972～1975年)[62-63]。Nakazawa等认为中纬度山地冰川夏季融化强烈，同位素以及离子记录的季节变化信息存在缺失，而冰芯中孢粉颗粒较大(粒度为10～100 μm)，即使雪冰融化，孢粉仍能保持在原来位置，因此，用孢粉来辅助冰芯定年工作是可行的[64]。不少学者在阿尔泰山脉的Sofiyskiy冰帽[28,64]、Belukha冰帽[66]以及Potanin冰川[70]上均开展了雪冰孢粉辅助雪冰定年的研究，结果表明孢粉识别的季节沉积信号与同位素以及实地测量均有较好的一致性，这为雪冰定年工作提供了一种新思路。以Belukha冰帽辅助雪坑定年为例，桦木科(Betulaceae)、云杉属+冷杉属指示春季沉积，松属指示夏季沉积，蒿属指示秋季沉积。松属、蒿属等的花粉峰值组合变化能够识别季节尺度的沉积信号，从而确定季节节点和年层信息[66](图5)。虽然之前研究表明雪冰融化对孢粉记录影响较小，但是雪冰融化期孢粉浓度变化过程仍然值得深入研究。Nakazawa等采集了日本中部Norikura高地的表层雪样品进行孢粉分析，主要关注柳杉属(Cryptomeriajaponica)花粉(粒度为27～32 μm)的浓度变化，发现花粉浓度在距离几米时并不会出现空间变异，雪冰融化期间花粉不会随融水进入下层[30]。Festi等的研究结果[71]与Nakazawa等的结论[30]一致，但是Ewing等利用石松标记孢粉模拟雪冰融化实验的结果表明，大部分表面孢子会随着积雪融水渗滤并且重新聚集[80]，这与Nakazawa等认为的孢粉不会因为雪冰融水而改变垂直位置的结论[30]相反，因此，有必要重新审视雪冰融化时的孢粉变化过程。

在充分认识到雪冰孢粉对雪冰定年工作的潜力之后，Festi等提出了基于孢粉的冰芯定年新方法，这是对雪冰孢粉辅助定年工作的定量化尝试[71-72]。其基本原理是在假设原位观测与孢粉沉积没有时间差的前提下，利用阿尔卑斯山脉粒雪芯与Solda观测站孢粉组合的相似性，建立粒雪芯的“深度-时间”模型(孢粉模型)。通过将该模型中深度换算为水当量再与物质平衡模型 (EIS模型，模拟每小时积雪融化过程)进行对比，验证了该方法的可靠性(图6)。

图(a)样本数为28，判定系数为0.99，p<0.001；图(b)样本数为10，判定系数为0.98，p<0.001；图件引自文献[72]图6 2005～2009 年孢粉模型、2009～2013年原位观测法与EIS模型计算结果对比Fig.6 Results Calculated by EIS Model Compared with Pollen Model from 2005 to 2009 and In-situ Method from 2009 to 2013

3.4 古气候重建

雪冰孢粉古气候重建工作主要集中在4个地区：北极地区、阿尔泰山脉、安第斯山脉和青藏高原。北极地区主要通过孢粉浓度数据来反映冰期、间冰期更替信息，阿尔泰山脉主要通过孢粉的季节特征进行古气候重建，安第斯山脉和青藏高原的研究较为深入，在Sajama、敦德、古里雅和普若岗日地区均进行了长时间尺度古气候重建的尝试。

3.4.1 北极地区

在北极地区，冰期、间冰期更替对孢粉浓度的影响较大。Fredskild等对格陵兰岛Camp Century以及Dye-3冰芯融水样品进行了孢粉分析，发现总花粉浓度在21～96粒·L-1之间波动，其中较老的融水样品具有较低的花粉浓度，这可能与当时Wisconsin冰期冰盖影响有关[48]。随后，前人在Devon冰帽[50，81]和Agassiz冰帽[51，53-54]上陆续展开了长时间尺度的冰芯孢粉研究。Devon冰帽130 ka记录表明，该地区总体上区域外孢粉占优势，末次间冰期总花粉浓度为4.7粒·L-1，Wisconsin冰期为1.9粒·L-1，早全新世(5～10 ka BP)为0.7粒·L-1，晚全新世(0.1～5 ka BP)为7.4粒·L-1。这一现象表明Wisconsin冰期和早全新世，大陆冰盖普遍存在，花粉输入量小，而末次间冰期与晚全新世，大陆冰盖不存在，花粉输入量较大[50，81]。在Agassiz冰帽上，137 m冰芯与338 m冰芯总孢粉浓度出现了相反的变化趋势，早全新世(7.6～10.1 ka BP)分别为15粒·L-1和0.14粒·L-1，中全新世(3.1～7.6 ka BP)分别为6粒·L-1和0.46粒·L-1，晚全新世(0.1～3.1 ka BP)分别为9粒·L-1和1粒·L-1，这种差异可能是冰芯钻取过程不同产生的，也可能是分辨率较低导致的[53-54]。总体来说，北极地区孢粉浓度的异常变化可以反映冰期、间冰期更替状况，但是也存在孢粉处理损失较大、时间分辨率较低等问题。

3.4.2 阿尔泰山脉

在阿尔泰山脉的研究中，雪冰孢粉记录常应用于极端气候事件的记录与温度、降水的响应重建。在Sofiyskiy冰芯及雪坑研究中，Nakazawa等利用以蒿属花粉为代表的秋季沉积和以松科花粉为代表的春季沉积来界定夏季物质平衡，发现1990～2000年夏季物质平衡与平均夏季温度成显著负相关关系(r=-0.72，p<0.05)，由此推断在中纬度夏季补给型冰川上可以利用孢粉分析得来的物质平衡数据重建夏季温度变化[65]。对Belukha冰帽139 m冰芯研究认为[68]，孢粉等生物指标是阿尔泰地区降水结构的生物标志，它们可以反映不同大气环流对年降水和季节降水的影响。对Belukha冰帽4 m雪坑研究[67]认为，孢粉识别的季节变化信息能够帮助检测到HCOO-浓度的季节变化以及2003年春季的降尘事件。在长时间尺度重建方面，Eichler等利用阿尔泰山脉Belukha冰川139 m冰芯离子浓度、炭屑以及孢粉记录重建了西伯利亚南部地区0.75 ka以来的植被气候以及森林大火信息[69]。其中，1600～1680年冰芯记录的极端火事件引起了关注，花粉记录表明该时期之前的一段时间1540～1600年西伯利亚红松(Pinussibirica)花粉显著降低，蒿属花粉增加，森林逐渐向草原演变，气候逐渐变为高温干燥，由高温干燥环境产生的大量枯木死叶等生物量的堆积触发了森林大火的产生[69]。阿尔泰山脉的研究多基于孢粉识别的季节变化信息来重建古气候，证明了孢粉记录在古气候重建方面的潜力。

3.4.3 安第斯山脉

在安第斯山脉，雪冰孢粉记录常应用于识别厄尔尼诺事件。对Quelccaya冰帽表层雪研究认为[61]，2000年和2001年不同的花粉组合意味着它们植被来源、传输过程以及沉积方式存在差异，究其原因可以发现2000年存在较强的拉尼娜事件，而2001年则存在中等强度的厄尔尼诺事件。Liu等对Sajama冰芯39年孢粉记录分析表明，1958～1996年冰芯总花粉浓度与南方涛动指数(SOI)成极显著负相关关系(r=0.716，p<0.05)，这说明花粉记录在重建厄尔尼诺事件等方面有巨大潜力[57]。

对于长时间尺度研究而言，安第斯山脉主要通过孢粉浓度、孢粉百分比和P/A值来反映古植被演变以及湿度变化信息，再结合δ18O值温度代用指标，建立对古气候的综合认识。Thompson等对Huascaran冰帽166.1 m冰芯融水样品进行花粉分析，其中晚全新世孢粉浓度为600～1 300粒·L-1，桤木属花粉占主导，伴有少量如禾本科、藜科以及蒿属的草本植物花粉，早全新世孢粉浓度较低，晚冰期的孢粉浓度最低[56]。Liu等对Sajama冰芯0.4 ka以来孢粉记录分析表明:1600～1700年禾本科花粉百分比高，蒿属花粉百分比低，P/A值较高，指示湿润环境；1700～1880年禾本科孢粉百分比急剧下降，蒿属孢粉百分比快速增加，指示干燥环境；1880～1996年禾本科再次增加，指示湿润环境[35]。孢粉记录证实了Quelccaya冰帽δ18O值和冰川积累量记录的小冰期是由两个阶段组成的，即1500～1700年的湿润期和1700～1880年的干旱期。Reese等对Sajama 25 ka以来冰芯孢粉记录、δ18O值和冰川积累量进行综合分析认为：15～25 ka BP孢粉极度缺乏，δ18O值一直处于低值，冰川积累量较高，表明晚冰期的寒冷湿润环境导致植被稀疏；14.0～15.5 ka BP孢粉浓度为279～944粒·L-1，禾本科和菊科(Compositae)花粉占优势，罗汉松属和杨梅属(Myrica)花粉出现，δ18O值升高，冰川积累量有所降低，指示Bolling-Allerod暖期，值得一提的是，花粉记录表明该时期开始时孢粉浓度增加，首先经历了温暖湿润环境，然后草原植被类型花粉逐渐向荒漠植被类型花粉演变，麻黄属花粉以及苋科(Amaranthacae)花粉增加，气候变得干燥；12.0～14.0 ka BP 孢粉浓度显著降低，禾本科花粉占主导地位，δ18O值降低至晚冰期水平，表征寒冷湿润环境；8.0～12.0 ka BP早全新世孢粉浓度高，并在8.5 ka达到最高值(5 000粒·L-1)，禾本科花粉减少，菊科花粉增加，δ18O值升高，冰川积累量降为较低水平，指示寒冷湿润环境向温暖干燥环境转变；5.5～8.0 ka BP孢粉浓度降低，δ18O值保持在高值水平，冰川积累量保持在低值水平，表明温暖干燥气候；0～5.5 ka BP孢粉浓度有所回升，δ18O值仍然保持高值，冰川积累量逐渐升高，指示稍微温暖湿润的环境[44]。

3.4.4 青藏高原

在青藏高原，雪冰孢粉对湿度变化的响应较为敏感，植被演替过程和孢粉湿度指标变化均能反映湿度信息。青藏高原草甸植被成分主要有莎草科、毛茛科等，草原植被主要有禾本科、蒿属等，荒漠植被主要有藜科、麻黄属等[25]。雪冰孢粉记录的优势在于能够根据雪冰孢粉组合特征识别植被演替变化过程，从而对气候变化有宏观的认识。在湿度要求方面，由大到小依次为草甸、草原、荒漠，因此，降水增加会导致荒漠逐渐向草原草甸演变。

近2 ka敦德冰芯研究表明小冰期(1430～1850年)均为湿润环境，气温由暖变冷[27,37]，而普若岗日冰芯的响应则为干燥→湿润→干燥的交替变化，气温由冷变暖[25,36]，由此说明青藏高原不同地区对小冰期气候变化的响应不同(表3)。而对于全新世，敦德和古里雅冰芯记录具有一定的相似性，早全新世普遍为干燥气候，中全新世夏季风增强，同时气温回升，晚全新世气候波动较大[27,37](表3)。其中，敦德冰芯11 ka孢粉分析表明[27,37]，4.8～10.0 ka BP的高花粉浓度表明夏季风可能超出了目前的界限，到达了敦德地区和西藏最西部。值得注意的是，湿度指标A/C值具有一定的局限性，在A/C值不高的情况下，其湿度指示意义较弱，例如6.5～9.5 ka BP，古里雅地区A/C值显示了低值，但是该时段内蒿属和藜科孢粉百分比较低，更加喜湿的禾本科、莎草科均增加，因此，该时段仍指示更加湿润的环境[37]。

青藏高原以往研究中，温度信息多基于与δ18O值等记录的综合，雪冰孢粉指示温度仍处于定性描述阶段，但是在普若岗日冰芯开展的基于雪冰孢粉分析的温度重建工作表明，青藏高原雪冰孢粉在温度重建上也极具潜力。Yang等对普若岗日冰芯进行了孢粉分析，发现普若岗日1955～2002年S+M值与青藏高原中部各气象站记录的夏季(6月至8月)温度成显著正相关关系，在此基础上基于线性回归方法重建了1860～2002年青藏高原中部的夏季温度记录，结果表明青藏高原中部经历了3个显著的暖期和5个冷期，3个暖期分别为1870～1879年、1890～1899年、1990～1999年，5个冷期为1860～1869年、1880～1889年、1900～1909年、1950～1959年、1960～1979年[40]。

表3 青藏高原敦德、普若岗日和古里雅冰芯近2 ka和全新世古气候重建记录Tab.3 Paleoclimate Reconstruction Records of Ice Cores from Dunde, Puruogangri and Guliya in Qinghai-Tibet Plateau over the Past 2 ka BP and Holocene

综合所有古气候重建工作可以发现，古气候重建工作较为零散，关注内容也各不相同。在湿度重建方面，不同地区的孢粉湿度指标不同，Sajama冰芯选取了log(P/A)值[35]，普若岗日冰芯选取了Cy/(P+A)值[25,36]，古里雅和敦德冰芯则利用了A/C值[27,37]。其中，敦德和古里雅冰芯全新世A/C值记录表明，敦德和古里雅地区的湿度变化状况较一致，均记录了10 ka和5 ka左右的湿度异常以及5 ka以来湿度逐渐减少的趋势[27,37](图7)。在温度重建方面，普若岗日冰芯利用S+M值重建的1860～2002年青藏高原中部夏季温度变化是对温度重建的初次探索[40]，但是温度重建工作仍然任重道远。首先，雪冰孢粉温度指标研究十分匮乏；其次，总孢粉浓度变化虽然是温度的反映，但同时也是降水信息的反映，其环境意义仍然需要更深入的研究。世界范围内冰芯孢粉记录的时间分辨率普遍不高，雪冰孢粉气候指示意义研究也不深入，基于仅有的几条曲线无法得到普适规律，仍需要大量雪冰孢粉古气候研究工作才能进行综合(图7)。

Cy/(P+A)、log(P/A)、A/C值为冰芯孢粉湿度代用指标;S+M值为冰芯孢粉温度代用指标;普若岗日冰芯Cy/(P+A)值引自文献[36];普若岗日冰芯S+M值引自文献[40];Sajama冰芯log(P/A)值引自文献[35];古里雅冰芯A/C值和总孢粉浓度引自文献[37];敦德冰芯A/C值和总孢粉浓度引自文献[27]、[37];Sajama冰芯log(P/A)值和总孢粉浓度引自文献[44];Agassiz 338 m冰芯总孢粉浓度引自文献[53];Agassiz 137 m冰芯总孢粉浓度引自文献[54]图7 1400～2000年冰芯孢粉温度、湿度指标和全新世冰芯孢粉湿度指标及总孢粉浓度Fig.7 Pollen Records of Ice Cores as Temperature and Humidity Proxies from 1400 to 2000, and as Humidity Proxy and Total Pollen Concentrations at Holocene

4 结 语

(1)雪冰孢粉研究在气候重建工作中具有重要意义，但是同时存在着很多不足之处。第一，雪冰孢粉鉴定状况，目前孢粉鉴定很难鉴定到种级水平，木本植物多鉴定到属，草本植物甚至停留在科级水平[1]；第二，雪冰孢粉源区及地理代表性，现有研究近似地认为雪冰孢粉记录的源区和传播特征与表土孢粉一致，但沉积相不同可能带来一定的不确定性，此外雪冰孢粉与实际植被间的关系尚未展开系统研究；第三，雪冰孢粉气候指数的可靠性及应用潜力，温度指标的研究极度匮乏，总孢粉浓度的气候指示意义较为模糊，各类雪冰孢粉温湿指标的普适性仍然需要大量研究验证；第四，雪冰孢粉古气候重建，古气候研究普遍存在分辨率不高、鉴定科属少、孢粉古环境指示意义研究不深入等问题。

(2)雪冰孢粉现代过程的研究是气候重建工作的基础，应该成为未来研究的重点内容。根据现阶段雪冰孢粉的不足，可以从以下几个方面进行改进：一是提高雪冰孢粉的时间分辨率；二是深入研究雪冰孢粉的气候指示意义，并且进行定量化的尝试；三是总结雪冰孢粉现代过程的区域特性，进而对全球雪冰孢粉现代过程有宏观认识。此外，未来研究中古气候重建工作仍然有待加强。青藏高原作为世界第三极，古气候指标的研究较为深入。石笋、树轮、冰芯、湖泊等载体均蕴藏着古气候信息，冰芯作为青藏高原比较重要的古气候重建载体之一，受人类活动影响较小，积累环境较为稳定，因此，能够更加准确地反映古气候和古环境变化信息。现阶段青藏高原已有大量的冰芯研究工作基础，但是冰芯孢粉指标并未受到广泛关注，相比传统的冰芯研究指标而言，雪冰孢粉是植被的直接反映，可以与冰芯中其他指标相互补充，因此，开展冰芯中花粉指标的研究意义深远。另外，对于能够反映人类活动的孢粉记录也值得更多关注。

中国科学院南京地质古生物研究所唐领余研究员对本文提出了建设性意见，并在孢粉研究方面提供了悉心指导，在此表示感谢！