汪啟容,蔣勇軍,郝秀東,2,3,*,喬伊娜,張彩云,馬麗娜,茆 楊,呂同汝,邱 菊

1 西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,巖溶環(huán)境重慶市重點實驗室, 重慶 400715 2 南寧師范大學(xué)北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點實驗室, 南寧 530001 3 南寧師范大學(xué)廣西地表過程與智能模擬重點實驗室, 南寧 530001

喀斯特石漠化是中國西南地區(qū)最為嚴重的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境問題,是強烈的人類經(jīng)濟活動與脆弱的生態(tài)環(huán)境相互作用的綜合結(jié)果,已成為繼西北沙漠化、黃土高原水土流失后的第三大生態(tài)問題,嚴重制約了西南地區(qū)的經(jīng)濟與社會發(fā)展[1]。石漠化問題研究始于20世紀80年代,石漠化演化過程作為石漠化問題研究的重要內(nèi)容之一,不僅反映了區(qū)域的生態(tài)環(huán)境變遷,同時其演化結(jié)果還會影響該區(qū)域的社會經(jīng)濟發(fā)展[2- 3]。相關(guān)學(xué)者已從石漠化變化面積、變化趨勢等方面探討了不同石漠化類型[4]、不同時空格局[5-6]、不同土地利用類型[7]等的演化特征。當(dāng)前,重慶地區(qū)的古環(huán)境重建研究對象主要集中在石筍上[8- 11],而石筍研究主要集中在論述氣候本身的變化上,很少涉及區(qū)域生態(tài)環(huán)境變遷,特別是過去1000年以來的生態(tài)環(huán)境演變格局研究,更是鮮有報道。

孢粉作為最直接、最可信的古環(huán)境和古植被代用指標(biāo)之一,在正確認識和恢復(fù)過去氣候和環(huán)境變化方面具有不可替代的作用[12-13],能重建和恢復(fù)擾動前和擾動后的植被狀況及其演化趨勢[14]。因此,孢粉研究一直備受國內(nèi)外學(xué)者的重視,也取得了很多重要的研究成果[15- 18]。古環(huán)境研究的重要環(huán)節(jié)就是能否提供可靠的年代。在巖溶區(qū),常見的14C測年材料,主要為有機質(zhì)、螺、炭屑等[19-21]。土壤中有機質(zhì)在自然因素作用下不斷遭到分解、淋溶淀積和腐殖質(zhì)化,測年結(jié)果具有混合年齡的特征[22],而活螺具有移動性,用螺作為測年物質(zhì)建立的年代框架也相對不可靠[21]。炭屑廣泛存在于不同時期的沉積物中,且大多為原地沉積[23],是巖溶地區(qū)常見的含碳量最高、又不易與周圍的物質(zhì)發(fā)生碳原子交換的優(yōu)質(zhì)14C測年樣品,所測得的14C年代準確可靠[24]。巖溶地區(qū)的洼地是進行區(qū)域環(huán)境變化重建的理想場所,其沉積物記錄了植被演替、氣候變化、人類活動、環(huán)境變遷等豐富信息。因此,在進行古環(huán)境重建研究中,尤其是在喀斯特地區(qū)天然湖泊極其稀少的情況下,巖溶洼地具有非常明顯的研究優(yōu)勢,加之其沉積連續(xù)和沉積速率比較高,可以開展高分辨率的古環(huán)境重建研究[14,25]。

以重慶中梁山巖溶洼地為研究對象,在精確的AMS14C測年的基礎(chǔ)上,利用土壤剖面的孢粉記錄,并結(jié)合研究區(qū)的歷史文獻資料,重建了該區(qū)近700年來的植被歷史、人類活動及石漠化演化過程,為重慶巖溶地區(qū)的全面治理,恢復(fù)和重建自然生態(tài)環(huán)境提供參考性依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)(圖1)位于重慶市近郊北碚區(qū)中梁山龍鳳槽谷鳳凰村附近,地理坐標(biāo)為106°25′—106°29′E,29°45′—29°50′N,地質(zhì)構(gòu)造為觀音峽復(fù)式背斜,整體呈南北走向,背斜核部為下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)地層,向兩翼地層逐漸過渡為下三疊統(tǒng)嘉陵江組(T1j)、中三疊統(tǒng)雷口坡組(T2l)以及上三疊統(tǒng)須家河組(T3xj),槽谷整體上呈“一山三嶺二槽”筆架式地貌格局,東槽面積顯著大于西槽。研究區(qū)氣候?qū)儆趤啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候,冬暖夏熱,雨量豐沛,年平均氣溫為16.5℃,年平均降水量為1200—1300 mm[26]?，F(xiàn)代植被主要為亞熱帶常綠針葉林,該植被為現(xiàn)今北碚地區(qū)分布最廣、面積最大的一種次生植被類型,通?？煞譃閱棠竞凸嗄緝蓪?。喬木層主要為馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(CunninghamiaLanceolata)、柏木(Cupressusfunebris)。灌木層多為砍伐后萌生,以白櫟(Quercusfabri)占優(yōu)勢。地被植物有白茅(Imperatacylindrica)、鐵芒萁(Dicranopterislinearis)等[27]。土壤發(fā)育的地質(zhì)背景是三疊紀嘉陵江組的巖溶角礫巖白云質(zhì)灰?guī)r,土層淺薄。區(qū)內(nèi)人類活動以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動為主,主要農(nóng)作物包括玉米(Zeamays)、土豆(Solanumtuberosum)、油菜(Brassicanapus)、紅薯(Ipomoeabatatas)等。

圖1 巖溶洼地及ZLM剖面位置圖Fig.1 Location of the ZLM sediment core and karst depressionT1f: 下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組 Feixianguan Formation of Lower Triassic；T1j: 下三疊統(tǒng)嘉陵江組Jialingjiang Formation of Lower Triassic；T2l: 中三疊統(tǒng)雷口坡組Leikoupo Formation of Middle Triassic；T3xj:上三疊統(tǒng)須家河組 Xujiahe Formation of Upper Triassic

2 材料與方法

2.1 沉積物取樣

2018年12月,在重慶中梁山龍鳳槽谷巖溶洼地,獲取了一個325 cm長的沉積物剖面ZLM,其中325—165 cm為黑色黏土；165—70 cm為淺黃色粉砂質(zhì)黏土,夾礫石；70 cm—表層為棕色黏土。本研究按照5 cm間距進行等距離連續(xù)取樣,共采集了62份孢粉樣品。

2.2 AMS 14C測年

本研究選取3份沉積物中的炭屑作為測年材料,在美國Beta實驗室進行AMS14C測年。運用R語言中的CLAM v.2.2程序包以及北半球校準曲線IntCal13,將所獲得的AMS14C年齡結(jié)果校準為日歷年,并建立了ZLM土壤剖面的年齡-深度模型(圖2)。

2.3 孢粉分析

孢粉提取在西南大學(xué)孢粉實驗室進行,按照常規(guī)法開展實驗,每份樣品約30—50 g,先用濃度為36%的HCl去除樣品中的鈣質(zhì),再加入濃度為55%的HF去除硅質(zhì),最后將樣品通過孔徑為7 μm的尼龍篩布在超聲波中震蕩。所有樣品在處理前,均加一片石松孢子(每片(27560±593)粒)以計算花粉濃度[28]。孢粉鑒定和統(tǒng)計在德國Zeiss顯微鏡400倍目鏡下進行,孢粉鑒定多數(shù)到屬少數(shù)到科,每個樣品統(tǒng)計3玻片以上,花粉(包括喬灌木和陸生草本)統(tǒng)計數(shù)不低于300粒,孢粉(孢子、花粉)統(tǒng)計數(shù)不低于500粒。花粉百分比基于陸生植物花粉總和計算,孢粉百分比基于花粉、孢子總和計算。在本研究中,把直徑大于60 μm的禾本科花粉鑒定為玉米花粉[29]。根據(jù)張金談和王萍莉[30]的研究結(jié)果,將粒徑大于30 μm (表面紋飾較粗,顆粒明顯)的櫟屬花粉歸為落葉櫟屬；粒徑小于30 μm (表面紋飾細而密,顆粒不太明顯)的櫟屬花粉歸為常綠櫟屬。使用Tilia 2.1.1軟件[31]處理孢粉數(shù)據(jù),繪制孢粉圖譜,花粉組合帶用CONISS聚類程序[32]采用地層約束最小方差原則進行分帶。

3 結(jié)果

3.1 年代序列的建立和沉積速率

ZLM土壤剖面的深度和校準年齡如表1所示,依據(jù)3個校正后的AMS14C年齡建立了該剖面的年齡—深度模型(圖2),其余層位的年齡基于鄰近兩個14C校準年齡數(shù)據(jù)線性內(nèi)插和外推而獲得。ZLM剖面在325—165 cm深度范圍內(nèi)沉積穩(wěn)定,累積速率較低,平均為0.34 cm/a。在離地表165—70 cm深度范圍內(nèi),觀測到沉積速率較高,為0.97 cm/a。而在70—5 cm的深度范圍內(nèi)沉積速率為0.44 cm/a。

表1 重慶中梁山巖溶洼地剖面AMS14C年齡結(jié)果及日歷校正

圖2 ZLM剖面巖性-年齡-深度模型圖Fig.2 Lithological, age-depth model of ZLM core

3.2 孢粉分析結(jié)果

ZLM剖面出現(xiàn)的喬灌木植物花粉主要以松屬(Pinus)、柏科(Cupressaceae)、杉科(Taxodiaceae)、落葉櫟屬(Quercus(D))、楓楊屬(Pterocarya)為主,其次是常綠櫟屬(Quercus(E))、棕櫚科(Palmae)、鐵杉屬(Tsuga)、榆屬(Ulmus)、樺木屬(Betula)、鵝耳櫪屬(Carpinus)、榿木屬(Alnus)、胡桃屬(Jugalans)、柳屬(Salix)、豆科(Leguminosae)、漆樹科(Anacardiaceae)、栗屬(Castanea)、栲屬(Castanopsis)、忍冬科(Caprifoliaceae)、構(gòu)屬(Broussonetia)、榛屬(Corylus)、杜鵑花屬(Rhododendron)、大戟科(Euphorbiaceae)、薔薇科(Rosaceae)等；陸生草本植物花粉以禾本科(Poaceae)、蒿屬(Artemisia)、菊科蒲公英屬(Taraxaci)為主,其次是葎草屬(Humulus)、菊科紫苑屬(Aster)、石竹科(Caryophyllaceae)、百合科(Liliaceae)、藜科(Chenopodiaceae)、蓼科(Polygonaceae)、十字花科(Brassicaceae)、玉米(Zeamays)、唇形科(Labiatae)等；蕨類植物孢子主要為芒萁屬(Dicranopteris)、鳳尾蕨屬(Pteris)、水龍骨科(Polypodiaceae)、卷柏屬(Selaginella)、紫萁科(Osmundaceae)、膜蕨科(Hymenophyllaceae)、單縫孢子(Monolete spores)、石松科(Lycopodiaceae)等；淡水藻類主要有雙星藻科(Zygnemataceae)、環(huán)紋藻屬(Concentricystes)等。

根據(jù)花粉組合和聚類分析結(jié)果,將整個剖面的孢粉記錄由下至上劃分為五個孢粉帶(圖3)。

圖3 ZLM剖面孢粉圖譜Fig.3 The spores-pollen spectrum of ZLM core

3.2.1帶Ⅰ(325—240 cm,1274—1553 cal a AD)

本帶的孢粉濃度為2738粒/g。孢粉組合中蕨類孢子含量最高,為73.92%(平均值,下同),主要以芒萁屬(37.15%)為主,其次為喬灌木花粉,含量為19.05%,陸生草本花粉含量最低,為8.12%。喬灌木花粉以松屬為主,含量高達55.18%,其次為柏科/杉科(9.12%)和鐵杉(1.5%),楓楊屬(0.73%)、榆屬(0.02%)、樺木屬(0.15%)、鵝耳櫪屬(0.04%)、榿木屬(0.29%)、落葉櫟屬(0.74%)、棕櫚科(0.75%)等零星出現(xiàn)。陸生草本花粉以禾本科(17.84%)為主,其次為菊科紫苑屬(3.11%)和石竹科(2.72%),菊科蒲公英屬(2.01%)、蓼科(2.30%)、蒿屬(2.2%)、十字花科(0.53%)、葎草屬(0.22%)等也有一定含量。

3.2.2帶Ⅱ(240—175 cm,1553—1736 cal a AD)

本帶的孢粉濃度略有下降,由2738粒/g降至2147粒/g。孢粉組合仍以蕨類孢子為主,較帶Ⅰ略有下降(由73.92%降至66.09%),但芒萁屬孢子(42.81%)含量達到其在整個剖面中的最大值,喬灌木花粉和陸生草本花粉含量輕微上升,其含量分別為21.14% 和11.76%。喬灌木花粉仍以松屬為主,含量高達51.28%,但與帶Ⅰ相比整體上略有下降,其次為柏科/杉科(8.02%)和棕櫚科(1.24%),此外,其他喬灌木花粉,如鐵杉(0.78%)、楓楊屬(1.15%)、落葉櫟屬(0.70%)、棕櫚科(1.24%)等變化不大,鵝耳櫪屬(0.04%)花粉出現(xiàn),陸生草本以禾本科(17.42%)、蓼科(3.50%)、菊科蒲公英屬(5.31%)、十字花科(2.72%)、石竹科(2.50%)為主,其中菊科蒲公英屬花粉含量達到其在整個剖面中的最大值,蒿屬(2.44%)、菊科紫苑屬(1.62%)等植物的花粉也有一定含量,葎草屬(0.29%)、藜科(0.13%)、唇形科(0.05%)僅以分散的花粉粒為代表。

3.2.3帶Ⅲ(175—105 cm,1736—1780 cal a AD)

本帶的孢粉濃度略微下降,由2147粒/g降至1852粒/g。在孢粉組合中蕨類植物孢子仍然占據(jù)優(yōu)勢,但較帶Ⅱ有較大幅度的下降(由66.09%降至55.60%),喬灌木花粉和陸生草本花粉含量略有增加,含量分別為26.41%和18.03%。喬灌木花粉含量降低,以松屬、柏科/杉科花粉含量的下降為主,其含量分別為48.1%和7.1%,落葉櫟屬(0.91%)花粉含量上升,棕櫚科(0.80%)花粉含量略微下降,鐵杉屬(0.89%)、楓楊屬(1.02%)、榿木屬(0.23%)、榛屬(0.21%)等花粉含量變化不大,忍冬科(0.21%)花粉首次出現(xiàn),陸生草本植物以禾本科、蒿屬花粉含量的上升為主,其含量分別為23.31%和5.04%,蒿屬花粉含量首次達到峰值,菊科蒲公英屬、十字花科、菊科紫苑屬、石竹科、蓼科花粉含量略有下降,分別為4.60%,2.04%,1.48%,0.82%,1.12%,藜科(0.41%)、唇形科(0.16%)、葎草屬(0.37%)等花粉含量有所上升,玉米(0.53%)花粉首次出現(xiàn)。

3.2.4帶Ⅳ(105—70 cm,1780—1840 cal a AD)

本帶的孢粉濃度迅速升高,由1852粒/g升至4147粒/g。孢粉組合以喬灌木花粉為主,含量為39.01%,陸生草本花粉含量較帶Ⅲ大幅度上升(由18.03%升至33.24%),并達到其在整個剖面中的最大值,蕨類孢子含量大幅度下降,其含量為27.81%?；ǚ劢M合發(fā)生了明顯的變化,喬灌木花粉楓楊屬、落葉櫟屬含量較帶Ⅲ均有較大幅度上升,分別為由1.02%上升至3.21%和由0.91%上升至8.92%,且兩者的花粉含量均達到其在整個剖面中的最大值,松屬花粉含量大幅度下降,最低含量僅為25.31%,柏科/杉科(1.84%)、棕櫚科(0.50%)花粉含量減少,常綠櫟屬(1.54%)、榿木屬(1.77%)、鵝耳櫪屬(0.46%)、樺木屬(0.80%)、榛屬(0.63%)、忍冬科(0.47%)等花粉含量有所上升,且鵝耳櫪屬、榛屬、忍冬科花粉含量達到其在整個剖面中的最大值,陸生草本花粉中禾本科、蒿屬、十字花科、玉米等花粉的含量均有大幅度的增加,分別為24.45%,9.51%,4.42%,1.04%,其他草本類群,如葎草屬(1.43%)、唇形科(0.24%)花粉含量也有所上升,但菊科紫苑屬(1.47%)、菊科蒲公英屬(2.80%)、石竹科(0.41%)、藜科(0.34%)、蓼科(0.27%)花粉含量下降。

3.2.5帶Ⅴ(70—5 cm,1840—2000 cal a AD)

本帶的孢粉濃度大幅度上升,由4147粒/g升至16397粒/g,并達到其在整個剖面中的最大值。在孢粉組合中仍以喬灌木花粉為主,其含量較帶Ⅳ大幅度上升(由39.01%升至56.30%),陸生草本花粉含量略微下降(31.51%),蕨類植物孢子零星出現(xiàn),其含量僅為12.32%。喬灌木花粉含量以松屬花粉含量的上升為主,其含量為50.74%,但柏科/杉科(1.41%)、常綠櫟屬(0.75%)、鵝耳櫪屬(0.43%)、榛屬(0.36%)、棕櫚科(0.48%)等植物花粉含量降低,僅少量出現(xiàn),楓楊屬、落葉櫟屬花粉含量較帶Ⅳ大幅度下降,含量分別為2.01%,3.95%,樺木屬(0.89%)、榿木屬(2.21%)花粉含量較帶Ⅳ有所上升,并達到其在整個剖面中的最大值。陸生草本花粉含量以蒿屬花粉含量的下降為主,含量降至4.34%,禾本科(22.44%)花粉含量較帶Ⅳ變化不大,其他草本植物類群,如菊科紫苑屬(0.57%)、菊科蒲公英屬(0.66%)、葎草屬(1.17%)、十字花科(2.18%)等花粉含量有所降低,石竹科(0.43%)、蓼科(0.37%)、藜科(0.50%)花粉含量略有增加,而玉米花粉含量較帶Ⅳ大幅度增加(由1.04%升至2.80%)。

4 討論

4.1 孢粉記錄的植被演替與氣候變遷

ZLM剖面的花粉組合顯示,喬灌木花粉以針葉類(松屬、柏科/杉科)為主。在1274—1780 cal a AD階段,松屬、柏科/杉科花粉含量逐漸減少,落葉櫟屬、常綠櫟屬、楓楊屬、榆屬、樺木屬、鵝耳櫪屬、榿木屬、榛屬等常綠闊葉、落葉闊葉成分花粉含量很低,僅零星出現(xiàn),指示氣候偏干。該結(jié)果與重慶芙蓉洞石筍記錄[11]和從《中國氣象災(zāi)害大典:重慶卷》整理的歷史干濕數(shù)據(jù)[33](圖4)較為一致。本階段氣候偏干,有利于耐旱能力強的松屬的生長[34]。但孢粉結(jié)果顯示,松屬花粉含量卻逐漸降低,而伴人植物花粉,如禾本科、十字花科、菊科蒲公英屬等花粉卻增加,表明在本階段的植被退化不僅僅受氣候變化的影響,人類活動的影響也不可忽視。

圖4 ZLM剖面針葉類、闊葉類花粉百分含量與重慶芙蓉洞δ18O[11]記錄和歷史干濕指數(shù)對比圖[34]Fig.4 Comparison of pollen date in ZLM core with the δ18O record of Furong Cave[11] and the historic dryness/wetness index of Chongqing[34]

在1780—1840 cal a AD階段,楓楊屬、落葉櫟屬、榿木屬等喜濕的常綠闊葉、落葉闊葉成分花粉含量增加,其中落葉櫟屬花粉達到其在整個剖面中的最大值(14.91%)。根據(jù)許清海等[35]的研究結(jié)果表明,落葉櫟屬花粉為低代表性的花粉,落葉櫟屬花粉含量高于1%,可指示落葉櫟屬植物的存在,當(dāng)落葉櫟屬植物花粉含量低于1%,可以認為無落葉櫟屬植物的存在。而本階段研究區(qū)內(nèi)落葉櫟屬花粉含量為14.91%,遠高于1%,指示落葉櫟屬植物發(fā)育,反映氣候較上一階段濕潤,這與芙蓉洞石筍和歷史干濕數(shù)據(jù)記錄的結(jié)果一致(圖4)。但在1840 cal a AD后,常綠闊葉、落葉闊葉成分花粉含量降低,以松屬為主的針葉類花粉含量上升,伴人植物花粉禾本科(22.44%)、玉米(2.80%)含量大幅度增加,表明本階段的孢粉組合是人類活動強烈影響的結(jié)果,反映的氣候信號較弱。

4.2 人類活動與喀斯特石漠化演化

重慶的石筍記錄顯示[9],人類活動是造成重慶歷史時期森林退化的一個重要因素。早中全新世,季風(fēng)強盛,降水較多,地處亞熱帶的重慶地區(qū)植被豐茂,到了中全新世,季風(fēng)強度減弱,但地表植被仍然保持一個相對穩(wěn)定的狀態(tài),而在1.7 ka BP, δ13C大幅度偏正,地表植被遭受大幅破壞,人地矛盾開始顯現(xiàn),在0.5 ka BP,δ13C值偏正到極點,人地矛盾進一步惡化,此后千百年中δ13C值再也沒有恢復(fù)到之前的狀態(tài)。ZLM剖面的孢粉記錄顯示:在1274—1553 cal a AD,孢粉組合以松屬、柏科/杉科為主的針葉類花粉含量較高,十字花科、禾本科、菊科蒲公英屬、石竹科、藜科等伴人植物花粉[14]較少。表明此時人類活動相對較弱,可能開始在該地種植十字花科等蔬菜作物,但并未開始開墾坡地種植糧食。此時,人類活動對植被的擾動強度弱,植被保持較好。說明該時期人口壓力是有限的,槽谷平坦的耕地產(chǎn)出的糧食能夠滿足當(dāng)時的需求。但是,以芒萁屬為主的蕨類孢子含量極高(37.15%)(圖5)。據(jù)Cheng等[18]、鄭卓[36]的研究結(jié)果表明,在中國南方,芒萁屬植物在開闊地區(qū)的高強度光線下快速生長和擴張。當(dāng)原始林地遭到破壞后,作為先鋒物種的蕨類植物(如芒萁屬等),可以很快地成長起來,并形成一個類似墊子的密集林下層。本研究大量出現(xiàn)的芒萁屬孢子,可能與自唐宋以來,當(dāng)時經(jīng)濟重心開始南移,西南地區(qū)的人口大幅增長,除農(nóng)業(yè)活動外,冶鐵業(yè)、陶瓷制造業(yè)等經(jīng)濟活動也極為興盛,對木材需求不斷加大,使得森林植被遭到嚴重破壞[37],從而為蕨類植物(特別是芒萁屬)的擴張?zhí)峁┝肆己玫纳鏃l件。

1553—1780 cal a AD,禾本科、菊科蒲公英屬、石竹科、十字花科、藜科等伴人植物花粉開始增多,后期旱地作物玉米花粉出現(xiàn)。與此同時,松屬、柏科/杉科等木本植物花粉含量持續(xù)下降,蕨類植物芒萁屬含量出現(xiàn)峰值,指示此時人類活動增強。該結(jié)果與《重慶市志·人口志》記錄的由于人口大幅度增加,造成人類活動加劇在時間節(jié)點上是相對應(yīng)的(圖5)。隨著人口增加,為了滿足人口增長的需要,自然植被被大肆砍伐,耕地面積不斷增加。據(jù)《重慶歷史與文化》[38]記載,在明朝時期,重慶農(nóng)業(yè)取得了較大發(fā)展,其中萬歷六年(1578年),四川全省有耕地449.33萬畝,而重慶府的耕地占全省的1/3左右。到雍正七年(1729年)耕地面積達到1339.52萬畝,耕地面積的擴大,導(dǎo)致周圍植被逐漸減少。后期玉米花粉的出現(xiàn)、木本植物花粉的持續(xù)減少、以及伴人植物花粉的增多等花粉證據(jù)表明,自1553 cal a AD起,人類耕作活動開始不斷加強。起初在槽谷地區(qū)種植蔬菜作物,后來隨著人口的不斷增長,旱地農(nóng)作物(玉米)的傳入以及國家政策的實施,人類開始開墾坡地種植玉米。據(jù)張祥穩(wěn)等[39]的研究結(jié)果,玉米大約在十六世紀傳入中國,但在明代后期和清代前期的200多年時間里,它的種植規(guī)模不大。在乾隆年間,隨著四川人口發(fā)展速度的加快[40],面對平陸可墾之地幾已盡墾的現(xiàn)實,乾隆即位之初,便鼓勵民眾開墾山地,掀起了規(guī)模不等的開墾山地、種植玉米的高潮[39]。這與本研究中玉米花粉出現(xiàn)的時間一致。此時森林植被遭到破壞,森林面積開始減少。

圖5 與人類活動相關(guān)的主要花粉和孢子百分比與重慶市人口(對數(shù)(以10為底))、耕地面積對比圖Fig.5 Comparison of the variations in key pollen and spores percentage related to human activity with the population(logarithmic (base 10)), cultivated area of Chongqing

1780—1840 cal a AD,禾本科花粉含量達38.4%,十字花科(4.42%)花粉含量達到了其在整個剖面中的最大值,玉米花粉含量迅速增加并達到第一個峰值(2.90%),而松屬、柏科/杉科花粉含量大幅度下降,其中松屬花粉含量低于30%。許清海[41]曾對松的花粉及其與植被間的定量關(guān)系做過專門研究,在無松林地帶,松屬花粉含量一般低于30%,有松林地帶,松屬花粉百分比高于30%,平均為42.5%。根據(jù)許清海的研究結(jié)果,本研究中松屬花粉含量低于30%,此時松樹林遭到極度破壞或可能在取樣點周圍消失。這表明本階段農(nóng)業(yè)活動大規(guī)模擴張,研究區(qū)周圍基本上已轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)用地,導(dǎo)致周圍松樹林被砍伐殆盡。這與《重慶市志·人口志》以及《重慶歷史與文化》記載的本階段整個重慶地區(qū)人口進入高速增長期,耕地面積急劇增加的時間是一致的。此時是重慶中梁山巖溶地區(qū)森林植被遭到歷史時期以來破壞最為嚴重的一個時段,加上周圍山地碳酸鹽巖廣泛分布,每年降水集中在4—10月,雨熱同期的氣候特點為石漠化形成提供了侵蝕動力和溶蝕條件。在自然條件和人類活動的共同作用下,該區(qū)石漠化出現(xiàn)。這與藍勇等[42]研究得出的重慶地區(qū)石漠化現(xiàn)象出現(xiàn)的時間基本一致。土地發(fā)生石漠化后,其生態(tài)環(huán)境更加嚴酷,生境的旱生化迅速加劇,局部陰濕生境消失[43],生境的旱生化為松樹林的恢復(fù)[35]提供了條件,同時也使喜陰濕生境的蕨類植物孢子大幅度減少。

1840—2000 cal a AD,松屬花粉含量逐漸增加,表明松樹林有所恢復(fù),柏科/杉科、落葉櫟屬、楓楊屬花粉含量下降,草本植物花粉含量變化不大,玉米(2.80%)花粉含量急劇增加,表明此時人類活動更加強烈。特別是20世紀50年代以來,人口再次進入高速增長期,人口的持續(xù)增長加大對土地的壓力、增強對土地的開發(fā)力度,提高耕地復(fù)種指數(shù)[44]。50年代末開始掀起的“大煉鋼鐵”高潮以及文革期間“以糧為綱”,大搞開山造田。導(dǎo)致此時剖面中的玉米(5.80%)以及禾本科(34.30%)花粉含量大幅度升高,喬灌木(46.7%)植物花粉含量急劇下降。這表明,此時由于人口高速增長,大面積開墾,自然森林植被遭到大規(guī)模破壞,水土流失愈發(fā)嚴重,從而加速了石漠化的發(fā)展。

5 結(jié)論

通過對重慶中梁山巖溶洼地沉積物進行的孢粉分析,揭示了近700年來重慶巖溶槽谷區(qū)植被、人類活動經(jīng)歷了4個階段的變化；

(1)1274—1553 cal a AD研究區(qū)周圍主要分布針葉樹松、柏科/杉科等亞熱帶常綠針葉植物,伴人植物花粉少量出現(xiàn),表明此時人類活動相對較弱。

(2)1553—1780 cal a AD針葉樹松、柏科/杉科花粉含量逐漸下降,伴人植物花粉增加,指示研究區(qū)人類活動開始不斷增強。

(3)1780—1840 cal a AD松屬花粉含量大幅度下降,灌木和伴人植物花粉含量急劇增加,標(biāo)志著該地區(qū)森林結(jié)構(gòu)的總體重組,人類活動加劇,生態(tài)環(huán)境退化,石漠化現(xiàn)象出現(xiàn)。

(4)1840—2000 cal a AD,玉米花粉含量急劇增加,表明人類活動更加強烈,石漠化現(xiàn)象進一步加劇。隨著人口的不斷增長,大規(guī)模的在山坡墾殖、砍伐、焚盡地表植被,ZLM剖面所在位置成為了玉米、蔬菜種植地,人類活動是造成重慶歷史時期森林退化、石漠化現(xiàn)象出現(xiàn)的一個重要原因。