顯示落葉灌叢的化石圖片? 黃健供圖

“世界屋脊”青藏高原群山聳立、植被稀少，與之相隔萬(wàn)里的江南水鄉(xiāng)卻山清水秀、物產(chǎn)豐富，截然不同的地貌特征和生態(tài)環(huán)境很難把兩者聯(lián)系在一起。不過(guò)，一項(xiàng)研究成果卻找到了兩地之間千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。

近日，中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園古生態(tài)研究組聯(lián)合英國(guó)布里斯托大學(xué)等科研人員，對(duì)青藏高原不同地塊的隆升進(jìn)行了古氣候、植被和植物多樣性模擬以及植物化石數(shù)據(jù)的綜合分析，首次揭示了青藏高原北部和東北部生長(zhǎng)是驅(qū)動(dòng)中國(guó)中東部植被和植物多樣性轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因子。相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。

研究認(rèn)為，正是2300萬(wàn)年之后青藏高原的巨變，造就了今天的江南水鄉(xiāng)。

在同緯度里地貌獨(dú)特

江南水鄉(xiāng)這種氣候和植被環(huán)境是何時(shí)形成的？

地質(zhì)學(xué)和古生物證據(jù)都表明，在大約6600–2300萬(wàn)年的古近紀(jì)，中國(guó)存在一條橫貫東西的干旱帶，“那時(shí)候，中國(guó)的東南部也就是現(xiàn)今的江南水鄉(xiāng)還屬于干旱氣候，植被主要是干旱或半干旱的類型?！闭撐牡谝蛔髡?、中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園副研究員李樹峰在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)介紹。

但從大約2300萬(wàn)年的中新世開(kāi)始，情況發(fā)生了轉(zhuǎn)變，這條干旱帶逐漸消失，取而代之的是西干東濕的氣候格局。

“氣候環(huán)境的改變，讓東亞的植被類型也發(fā)生了根本性變化，形成了以殼斗科、樟科、木蘭科和山茶科為優(yōu)勢(shì)的亞熱帶常綠闊葉林，其江南水鄉(xiāng)就是典型代表?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡?、中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園研究員周浙昆在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。

然而，在世界同緯度的陸地卻并不都是這般情景。由于同緯度陸地多受副熱帶高壓帶控制，氣候炎熱干燥、植被稀疏，大部分地區(qū)分布著沙漠，比如著名的撒哈拉沙漠和阿拉伯沙漠。

到底是什么導(dǎo)致了這一重大環(huán)境與生物演變事件的發(fā)生，造就了東亞特殊的生態(tài)格局？這一直是地質(zhì)學(xué)和生物學(xué)研究的熱點(diǎn)。

地質(zhì)學(xué)以往的觀點(diǎn)認(rèn)為印度–亞洲板塊碰撞導(dǎo)致整個(gè)青藏高原的隆升，造成了大氣環(huán)流改變，使得東亞季風(fēng)增強(qiáng)、夏季降雨增加，所以橫貫我國(guó)東西的干旱帶才會(huì)消失。

關(guān)于青藏高原的形成和生長(zhǎng)也一直眾說(shuō)紛紜，此前有圍繞中部生長(zhǎng)的原西藏高原假說(shuō)，也有從南至東北方向逐步生長(zhǎng)的假說(shuō)。

但是，在周浙昆看來(lái)，青藏高原的形成是非常復(fù)雜的過(guò)程，并非作為一個(gè)統(tǒng)一的整體而隆升，不同地塊的隆升對(duì)氣候、植被和植物多樣性的影響還有許多未解之謎。

數(shù)值模擬與化石記錄結(jié)合

科學(xué)界更多的是關(guān)注青藏高原地形地貌對(duì)氣候的影響，最近有一項(xiàng)研究是通過(guò)青藏高原向北“漂移”來(lái)對(duì)東亞氣候的影響。但是，對(duì)氣候、植被和生物多樣性影響的模擬，仍是一片空白。

于是，科研團(tuán)隊(duì)把目光聚焦在青藏高原不同地塊的生長(zhǎng)是如何影響東亞氣候環(huán)境和生物多樣性格局這個(gè)重大科學(xué)問(wèn)題上來(lái)。

周浙昆介紹，青藏高原從南向北是由喜馬拉雅山脈，拉薩地塊、羌塘地塊、松潘-甘孜地塊、昆侖-祁連等不同地塊組成。這些不同地塊的生長(zhǎng)如何驅(qū)動(dòng)?xùn)|亞植被和植物多樣性演變尚未可知。

要解釋這個(gè)問(wèn)題，首先需要有可靠的化石記錄。近年來(lái)，古生物和古環(huán)境研究的發(fā)展提供了更多可供參考的研究資料，基于前人的研究基礎(chǔ)，研究團(tuán)隊(duì)總結(jié)了中國(guó)古近紀(jì)-新近紀(jì)不同地質(zhì)歷史時(shí)期的一個(gè)比較全面的古植物數(shù)據(jù)。

“我們一共整理了205個(gè)化石點(diǎn)，337條化石記錄，然后把記錄的經(jīng)緯度通過(guò)模型轉(zhuǎn)換成古經(jīng)緯度?！崩顦浞逭f(shuō)，結(jié)果顯示中國(guó)古近紀(jì)的橫貫東西的干旱帶大約在中新世以后劇烈轉(zhuǎn)變，中國(guó)東南部的落葉闊葉林從中新世以后轉(zhuǎn)變?yōu)槌＞G闊葉林。

有了全面的古植被變化數(shù)據(jù)，研究人員想知道是什么原因?qū)е逻@種變化，數(shù)值模擬承擔(dān)了這項(xiàng)重要任務(wù)?！皵?shù)值模擬能通過(guò)宏觀、復(fù)雜的地形地貌來(lái)模擬氣候和植被的變化。我們可以設(shè)置更為精細(xì)的不同地塊的隆升來(lái)探討這種影響?！崩顦浞褰榻B。

青藏高原隆升、植被與生物多樣性演變示意圖 ? ? ? 李樹峰供圖

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了晚漸新世18種青藏高原不同的地形地貌生長(zhǎng)情景的模擬實(shí)驗(yàn)，將這些情景下模擬得到的氣候數(shù)據(jù)，分別輸入到SDGVM全球動(dòng)態(tài)植被模型和JeDi-DGVM植物多樣性模型。然后，他們把模擬的東亞植被和植物多樣性的結(jié)果和化石數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，有了重要發(fā)現(xiàn)。

“青藏高原的北部（羌塘地塊）和東北部（松潘-甘孜地塊）的隆升，對(duì)改變東亞植物和植被多樣性的貢獻(xiàn)最大?！敝苷憷ブ赋?。

冬季降雨量增加是重要因素

為什么植被和植物多樣性會(huì)有這樣的變化呢？科研人員對(duì)比許多氣候資料發(fā)現(xiàn)主要是降雨量。

我國(guó)東部氣候主要受東亞季風(fēng)控制，東亞季風(fēng)影響著我國(guó)的降水分布?！扒嗖馗咴辈亢蜄|北部的生長(zhǎng)增強(qiáng)了東亞季風(fēng)氣候系統(tǒng)，其中，夏季風(fēng)將水汽從海洋輸送到陸地，帶來(lái)豐沛的夏季降水?！敝苷憷フf(shuō)。

“之前的大量研究都表明青藏高原隆升會(huì)導(dǎo)致東亞冬季風(fēng)增強(qiáng)，我們的研究則發(fā)現(xiàn)中國(guó)東南部的冬季風(fēng)強(qiáng)度反而因?yàn)榍嗖馗咴纳L(zhǎng)而減弱。青藏高原北部和東北部隆升阻擋了冬季風(fēng)，從東南沿海輸入一些暖濕氣流，在冬季也能深入到中東部地區(qū)，使得這些地方的冬季降雨增加，冬季氣候變得比較濕潤(rùn)?！崩顦浞褰榻B。

這些氣候變化驅(qū)動(dòng)了東亞植被從以落葉闊葉林為主的干旱、半干旱植被類型轉(zhuǎn)變?yōu)橐猿＞G闊葉林為主的濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)植被類型，并促進(jìn)了植物多樣性的增加。

中國(guó)南方的亞熱帶常綠闊葉林? ?黃健攝

“冬季降雨量的顯著增加是驅(qū)動(dòng)植被和植物多樣性變化的最重要因素。現(xiàn)存的水杉、杜仲等大多數(shù)東亞孑遺植物都是分布在冬季比較濕潤(rùn)的地區(qū)，這也佐證了我們的結(jié)論?！敝苷憷ケ硎?。

“可以說(shuō)，沒(méi)有青藏高原北部和東北部的生長(zhǎng)，就沒(méi)有中國(guó)這美麗富饒的江南水鄉(xiāng)?！敝苷憷?qiáng)調(diào)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abc7741



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