2020, Vol.40
2 云南大学, 云南省地球系统科学重点实验室, 云南省古生物研究重点实验室, 云南 昆明 650500;
3 云南大学高原湖泊生态与治理研究院, 云南 昆明 650500)
云南省森林资源丰富，被称之为“森林王国”，但也是森林火灾频繁发生的地区。对云南森林火灾发生规律的研究，除根据观测资料探讨近几十年森林火灾与气候关系[1]外，还可以利用炭屑这一火灾代用指标来研究长时间尺度上森林火灾与植被、气候和人类活动的关系[2~4]。洱海过去一万多年的花粉和炭屑记录揭示，人类毁林种植农作物的活动加强和森林火灾的频繁发生开始于2400 14C a B. P.[5]；而对西双版纳热带雨林区一个池塘沉积物的炭屑和植硅体分析发现，在过去的2000年出现了12次炭屑和燃烧植硅体的峰值，表明森林火灾高发与干旱气候有关[6]。云南腾冲青海黑炭记录了森林火灾高发期是在西南季风减弱的18500~15000 cal.a B. P.、12800~11100 cal.a B.P.和中晚全新世[7]。腾冲青海的炭屑和花粉记录表明，森林火灾与季风强弱和植被类型有关，高火灾频率出现在18500~15000 cal.a B. P.、13000~11500 cal.a B. P.和4300~1000 cal.a B. P.期间[8]。很显然，云南的火灾记录主要来自于西部地区，要对云南地区火灾的时空分布规律有较明确的认识，还需要更多的区域研究，特别是来自云南中部和东部的记录；同时也需要更多的火灾、植被和气候的代用指标记录来加深对火灾与植被和气候关系的认识。
滇中地区是云南的经济文化中心，也是繁盛于约2500年前的“滇文化”的中心[9]，具有悠久人类活动历史，是探讨自然条件下和人类活动占主导条件下森林火灾史的理想区域。湖泊沉积蕴含着丰富的环境演化信息，具有很好的连续性，分辨率高且地理覆盖面广[10~12]，是研究花粉和炭屑的良好载体[13~14]。因此，本文选取滇中阳宗海的湖泊钻孔沉积物作为研究对象，通过花粉/炭屑分析来重建古植被、古气候和森林火灾史，探究森林火灾与植被、气候和人类活动之间的关系。
1 研究区自然地理概况阳宗海(24°51′24″~24°57′58″N，102°58′47″~103°01′41″E)位于云南省昆明市东部与玉溪市交界处，流域平均海拔约1800 m(图 1)。阳宗海为断陷构造湖泊，平均水深约19.5 m，仅次于抚仙湖和泸沽湖，是云南第三深水湖泊[15]。湖水主要为降水补给，除雨季汇集外，主要来源于阳宗大河、石渣河及摆衣河等。该湖原无出水口，后开挖了汤池渠，引湖水灌溉农田，湖水由东北侧的宜良汤池出口，流经宜良坝子后流入珠江水系的南盘江[16]。
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图 1 阳宗海流域地形和阳宗海YZH-1孔位置图[15] Fig. 1 Topographic map showing the Yangzonghai Lake catchment and the location of YZH-1 core[15] |
阳宗海流域属于低纬亚热带高原型湿润季风气候，受印度洋孟加拉湾海洋气候影响比较显著，冬无严寒，夏无酷暑，气温日差较大，干湿季节分明，雨季多暴雨。阳宗海位于昆明盆地，气候以昆明市气象站1951~2012年的资料为例，年均降雨量为970 mm，多年降水量变化在900~1200 mm间，雨季于5月下旬开始至10月上旬结束，占全年降雨量的80 %，形成明显的旱雨两季，年均气温15.1 ℃(图 2)。
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图 2 阳宗海附近昆明市气象站1951~2012年的月均气温与月降水量 Fig. 2 Monthly mean temperature and precipitation of 1951~2012 at Kunming Meteorological Station near Yangzonghai Lake |
阳宗海流域地处滇中高原小区，属于亚热带常绿阔叶林区，常绿阔叶林和云南松林分布十分广泛。常绿阔叶林主要有壳斗科(Fagaceae)常绿种类滇青冈(Cyclobalanopsis glaucoides)、黄毛青冈(C.delavayi)、滇栲(Castanopsis delavayi)、元江栲(C.orthocantha)组成，伴生有落叶和硬叶的栎属(Quercus)或冬青属(Ilex)。云南松林分布较广，它的生态适应幅度很大，具有强阳性、耐干性、耐贫瘠等特点。流域内较常见的落叶阔叶树种有滇朴(Celtis yunnanensis)、黄连木(Pistacia chinensis)、山楂(Crataegus scabrifolia)、滇合欢(Albizia mollis)、构树(Broussonetia papyrifera)、旱冬瓜(Alnus nepalensis)、化香(Platycarya strobilacea)、麻栎(Quercus acutissima)等，均混生于常绿阔叶林中。最近几十年营造的用材林以云南松林、华山松林和旱冬瓜等为主，其中以云南松林面积最大。核桃(Juglans regia)和板栗(Castanea mollissima)栽培较为普遍，但都较为分散。温带落叶果树如梨(Pyrus)、苹果(Malus domestica)、桃(Amygdalus persica)、李(Prunus salicina)等在本区普遍栽培[17~18]。
2 材料与方法2013年7月在阳宗海水深23 m的位置(24°54′42″N，103°0′7″E)，钻取1020 cm的连续湖泊沉积物岩芯(图 1)，编号为YZH-1孔。阳宗海湖泊钻孔含有丰富的陆生植物残体。这些陆生植物残体(树叶和木屑等)是 14C测年的极佳材料，能够避免可能存在的碳库效应。选取了7个木屑和树叶残体样品在北京大学重离子物理教育部重点实验室进行了AMS 14C测年，采用IntCal13[19]对 14C年代做校正。
对YZH-1孔岩芯以18~19 cm间隔取52个样品。取0.5~2.0 g样品加入1片石松孢子后作实验室处理。样品处理按氢氟酸(HF)法进行[20]，花粉和炭屑同步提取。花粉和炭屑的鉴定统计在Olympus光学显微镜下放大400倍进行，花粉统计数达到500粒以上(52个样品的平均数为720粒)。炭屑鉴定采用的是分粒级法[21]，根据炭屑的最长轴长度将其分为 < 50 μm、50~100 μm和> 100 μm共3个等级；花粉百分比数据基于陆生植物花粉总数计算；花粉和炭屑沉积通量根据它们的浓度和沉积速率求得；花粉图式主要选择花粉含量较高且生态指示意义较强的花粉类型，以Tilia软件[22]绘制；花粉带的划分基于主要花粉类型百分比数据及其聚类分析结果(CONISS)[23]。对17种木本花粉的百分比含量数据作了主成分分析(Principal Component Analysis，简称PCA)，可以分析植被的生态梯度及其影响因子[24~25]，被广泛应用于生态学及相关领域的数量分析[26~28]。PCA在R Studio软件中完成。
3 结果 3.1 钻孔岩性与年代阳宗海YZH-1孔岩芯主要由粉砂质粘土组成，但不同层段的颜色有所差别。上部(0~62 cm)为砖红色，其下的330 cm(62~392 cm)为浅灰色，下部(392~1020 cm)为深灰色。
7个木屑和树叶样品的年代结果表明(表 1和图 3)，阳宗海沉积速率在大部分时间稳定，仅在早期(大约13380~12350 cal.a B. P.)和中期(7870~4940 cal.a B. P.)沉积速率较慢。根据7个 14C年龄和设定顶部年代为- 60 cal.a B. P.，以三次多项式拟合建立了阳宗海YZH-1孔的年代框架。
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表 1 阳宗海YZH-1孔岩芯AMS 14C测年结果 Table 1 AMS 14C dates for the YZH-1 core from Yangzonghai Lake |
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图 3 阳宗海YZH-1孔年代-深度模式图 Fig. 3 The age-depth model of the YZH-1 core from Yangzonghai Lake |
在分析的52个样品中，共鉴定出75个花粉类型。花粉组合中木本植被花粉占绝对优势，百分比含量在75.4 % ~96.6 %。花粉含量最高的是松属(Pinus)，其百分比含量为38.2 % ~85.7 %。其他针叶树花粉还有云杉属/冷杉属(Picea/Abies)、落叶松属(Larix)和铁杉属(Tsuga)等。乔灌木被子植物花粉类型主要有壳斗科的常绿栎类、落叶栎类、柯属/栲属(Lithocarpus/Castanopsis)和栗属(Castanea)，桦木科(Betulaceae)的桤木属(Alnus)、桦木属(Betula)、榛属/鹅耳枥属(Corylus/Carpinus)，槭树科(Aceraceae)的槭属(Acer)，胡桃科(Juglandaceae)的枫杨属(Pterocarya)和胡桃属(Juglans)，以及金缕梅科(Hamamelidaceae)的枫香属(Liquidambar)，榆科(Ulmaceae)的榆属(Ulmus)和蔷薇科(Rosaceae)等。陆生草本花粉类型主要有禾本科(Poaceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、唇形科(Labiatae)、莎草科(Cyperaceae)以及蒿属(Artemisia)等。藻类植物有盘星藻(Pediastrum)、环纹藻属(Concentricystes)等。
根据52个样品主要花粉类型的百分比数据及其聚类分析结果，整个钻孔的化石花粉谱可划分为5个花粉带。各带的花粉百分比(图 4)、花粉和炭屑沉积通量(图 5)特征描述如下：
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图 4 阳宗海YZH-1钻孔主要花粉类型百分比图式 Fig. 4 Pollen percentage diagram of selected pollen taxa for the YZH-1 core from Yangzonghai Lake |
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图 5 阳宗海YZH-1钻孔主要花粉类型的花粉通量和炭屑通量图式 Fig. 5 Pollen influx of selected pollen taxa and charcoal influx for the YHZ-1 core from Yangzonghai Lake |
带Ⅰ (1020~810 cm，13200~11000 cal.a B. P.)：木本花粉占优势(均值达81.6 %)，但本带木本花粉百分比含量在全孔最低。木本植物花粉中松属占绝对优势(49.4 %，带平均值，下同)，其次是常绿栎(8.3 %)与落叶栎(6.8 %)，百分含量较高的还有柯属/栲属、桤木属、蔷薇科等。陆生草本植物花粉主要有毛茛科(7.7 %)、唇形科(4.4 %)和禾本科(2.7 %)等。本带可进一步划分为2个亚带Ⅰa和Ⅰb，两者的区别主要表现在松属(从42.5 %上升至55.1 %)、桤木属含量上升，常绿栎(10.2 %下降至6.7 %)、柯属/栲属以及落叶栎含量下降，草本百分比含量降低。本带常绿、落叶阔叶乔木树种和草本植物的花粉沉积通量均为13000 cal.a B. P.以来的最高值。总花粉沉积通量变化在15234~23806/ 18839粒/(cm2 ·a)(最小值~最大值/平均值，下同)，为全孔的第一高值。炭屑总沉积通量为全孔最高段，通量值变化在18346~31028粒/(cm2 ·a)，最高出现在900 cm处。
带Ⅱ(810~590 cm，11000~8000 cal.a B. P.)：以松属花粉百分比含量明显增加和阔叶树种花粉百分比含量显著减少为特征。松属花粉从49.4 %上升至65.2 %，其他木本植物除桤木属花粉含量增加外，常绿栎(4.0 %)和柯属/栲属(2.9 %)、落叶栎(4.3 %)等均有明显的减少。陆生草本植物花粉含量减少，主要有毛茛科(4.1 %)、禾本科(2.1 %)和唇形科(1.8 %)。木本、草本花粉沉积通量均下降，总花粉沉积通量变化在10747~19566/ 14621粒/(cm2 ·a)之间；除松属花粉沉积通量变化不大且略有增加外，其他木本植物树种和草本植物树种的花粉沉积通量都有明显的下降。炭屑沉积通量较带Ⅰ明显下降，变化在6863~18016粒/(cm2 ·a)。
带Ⅲ(590~389 cm，8000~5000 cal.a B. P.)：本带以常绿阔叶树种花粉百分比含量有所增加为特点。与带Ⅱ比较，木本植物花粉含量从88.2 %上升至92.9 %，草本花粉含量从11.8 %下降至7.1 %。在乔木植物花粉中，松属花粉变化在67.0 % ~75.2 %，比带Ⅱ要高；除松属外含量增加的还有常绿阔叶树种常绿栎(从4.0 %上升至5.8 %)和柯属/栲属、枫香属和铁杉属；其他乔木植物花粉的变化较小。在陆生草本植物花粉中，毛茛科花粉继续减少(从4.1 %下降至1.6 %)，蒿属花粉含量也降低(从2.1 %下降至0.6 %)，禾本科和唇形科花粉含量维持在2.0 %左右。总花粉沉积通量变化在10590~14475/ 12436粒/(cm2 ·a)，是钻孔第二低的带，仅高于顶部69 cm。与带Ⅱ比较，除常绿栎、枫香属和栗属的花粉通量有所增加外，其他木本、草本植物种属的花粉沉积通量均下降，各粒级炭屑沉积通量仍处低位，总炭屑沉积通量变化在5632~12697粒/(cm2 ·a)。
带Ⅳ(389~74 cm，5000~800 cal.a B. P.)：本带以松属花粉占绝对优势为特征。松属花粉百分比含量从带Ⅲ的70.9 %上升至78.4 %，成为具有绝对优势的种属；除落叶栎和桤木属花粉略有增加外，其他乔木树种均有不同程度的下降。草本植被花粉除禾本科花粉百分含量略有增加外，其他草本花粉均有所减少。总花粉沉积通量要高于带Ⅱ和Ⅲ但略低于带Ⅰ，变化在12186~25165/ 16346粒/(cm2 ·a)，且从本带底部到顶部呈上升趋势；松属、常绿和落叶栎、桤木属花粉沉积通量升高，其他木本植物花粉变化小；草本植物花粉沉积通量较带Ⅲ略有升高，主要是毛茛科、蒿属和禾本科。各粒级炭屑沉积通量较带Ⅲ有所升高，总炭屑沉积通量变化在7864~11993粒/(cm2 ·a)之间，高于带Ⅲ。
带Ⅴ(74 cm以上，800 cal.a B. P.至今)：本带以松属花粉百分比含量显著降低与禾本科花粉百分比含量明显上升为特点。具体表现为木本植物花粉含量从93.4 %下降至83.7 %，其中松属花粉含量从78.4 %下降至66.0 %，常绿栎和柯属/栲属花粉百分含量也明显降低，落叶栎和桤木属百分含量增加。陆生草本花粉迅速上升，其中以禾本科花粉含量增加最为显著(从2.3 %上升至7.3 %)，其次还有毛茛科、蒿属和莎草科。本带的花粉沉积通量是全孔最低的，总花粉沉积通量变化在950~13558/ 6844粒/(cm2 ·a)。除了落叶栎和禾本科花粉的沉积通量有所增加外，其余花粉类型的花粉沉积通量均明显减少。各粒级炭屑沉积通量较带Ⅳ有所下降，总炭屑沉积通量变化值在5046~12206粒/(cm2 ·a)之间。
3.3 阳宗海流域植被演替、气候变化和森林火灾为探讨阳宗海YZH-1钻孔花粉记录的主要生态梯度变化及其影响因子，选择具有相对明确的生态意义且含量均值大于2 %的17个乔灌木花粉类型(包括针叶树的松属、铁杉属、云杉/冷杉属、陆均松属、罗汉松属，常绿阔叶树柯属/栲属和常绿栎类，落叶阔叶树枫香属、桤木属、栗属、枫杨属、落叶栎类、桦木属、槭属、榆属、榛/鹅耳枥属以及蔷薇科)组成的数据集做主成分分析(PCA)。结果表明，第一主成分贡献率达42.6 %，第二主成分贡献率17.0 %，前两个主成分反映化石花粉数据变化的59.6 %，因此，判读前两个主成分可以获得导致花粉谱发生变化的主要因素。图 6为花粉类型在第一和第二主成分轴上的载荷(仅显示载荷大于0.3的花粉类型，共11种)。在第一主成分轴上，常绿栎、落叶栎和柯属/栲属具有正载荷，松属为负载荷；在滇中地区，松属以云南松居多，云南松多喜干旱的气候条件，而常绿阔叶林或常绿落叶阔叶混交林多为湿润半湿润植被类型[29~30]，因此第一主成分反映了植被演替过程中的湿度指标。在第二主成分轴上，正载荷的花粉主要是相对温凉的落叶阔叶成分如落叶栎和桤木属，而负载荷的花粉类型主要是相对喜暖的常绿阔叶林成分如常绿栎类、柯属/栲属、枫香属等，表明第二主成分代表植被演替过程中的温度指标。因此，第一、二主成分作为湿度和温度的代用指标，它们的样品得分反映了过去13000多年湿度和温度的变化趋势(图 7)。
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图 6 选择的花粉类型在第一和第二主成分轴上的载荷和样品得分 Fig. 6 Loadings of selected pollen taxa and sample scores on the first and second principal component axes |
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图 7 阳宗海YZH-1钻孔花粉/炭屑分析重建的植被演替、气候变化与森林火灾史 Fig. 7 Vegetation succession, climate change, and forest fire history reconstructed by pollen/charcoal analyses of the YZH-1 core from Yangzonghai Lake |
根据花粉组合特征和花粉数据的PCA结果，阳宗海流域过去13000年植被演替和气候变化可归纳为5个演化阶段：
第一阶段(花粉带Ⅰ，13200~11000 cal.a B. P.)：此带为常绿、落叶阔叶混交林带，上层生长着较多的常绿阔叶成分常绿栎类和柯属/栲属，落叶阔叶成分为落叶栎、榆属、桤木属、桦木属、蔷薇科等。林下生长茂盛的草本植物，主要有毛茛科、唇形科、禾本科、蒿属等。本带总花粉沉积通量高，为钻孔最大的时期，表明植被盖度大。化石花粉谱特征和PCA分析结果表明，研究区气候特征总体相对温凉湿润，早期(花粉带Ⅰ a，13200~12300 cal.a B. P.)升温湿润，但后期(花粉带Ⅰ b，12300~11000 cal.a B. P.)温度和湿度均明显下降，气候变冷，但有效湿度仍较高。
第二阶段(花粉带Ⅱ，11000~8000 cal.a B. P.)：松林扩张，常绿阔叶林或常绿落叶阔叶混交林成分减少。陆生草本植物也相应有所减少。木本、草本沉积通量较上带有所下降，木本植物中除松属沉积通量有所上升外，其余各种属如落叶栎、常绿栎、柯属/栲属沉积通量都有所下降，草本植物沉积通量也呈下降趋势。此时的阳宗海进入了全新世，气温开始上升，但有效湿度进一步减小，气候较带Ⅰ更为暖干。
第三阶段(花粉带Ⅲ，8000~5000 cal.a B. P.)：此带常绿阔叶林开始扩张，松林退缩；花粉谱主要表现为柯属/栲属、常绿栎百分含量的上升，喜暖热的枫香属也生长于其中。草本植被百分含量继续呈减少的趋势。木本、草本沉积通量较带Ⅱ降低，木本植物中除喜暖热的枫香属、常绿栎沉积通量上升外，其他各种属沉积通量均下降，同样草本植物沉积通量也降低。花粉总沉积通量的降低，表明了本时段研究区生物量下降。此带较带Ⅱ更偏暖偏干，但总体上比现在要温暖湿润，此时的气温升高至近13000 cal.a B. P.以来的最高值，为阳宗海流域全新世的高温期。
第四阶段(花粉带Ⅳ，5000~800 cal.a B. P.)：云南松林大幅度扩张，常绿阔叶林收缩，落叶阔叶树种落叶栎、桤木属百分含量上升。陆生草本植被中，蒿属、禾本科百分比含量上升。木本、草本沉积通量上升，此时针叶林扩大，表现为松属、云杉/冷杉沉积通量的上升，阔叶类型中落叶栎以及桤木属沉积通量上升，蔷薇科、桦木属、枫香属沉积通量下降，草本植物沉积通量略有升高。PCA结果表明，流域内温度和湿度降低，意味着西南季风带来的降水减少，云南地区的现代气候格局大约在4000 cal.a B. P.开始建立。
第五阶段(花粉带Ⅴ，800 cal.a B. P.以后)：松林、常绿阔叶林收缩，落叶阔叶成分增多，草本植物禾本科、莎草科百分含量迅速上升。木本、草本沉积通量迅速下降，松属、常绿栎、柯属/栲属沉积通量下降，落叶栎、禾本科、蒿属沉积通量上升。花粉总沉积通量下降，生物量较少。阳宗海流域在800~460 cal.a B. P.期间，松属百分含量下降，落叶栎百分含量升高，表明此段时期湿度上升，温度下降，可能是小冰期气候特点的反映。460 cal.a B. P.至今，松属百分含量上升，落叶栎百分含量开始下降，气候变干，温度上升。禾本科的急剧上升代表着人类活动的加强，但没有发现人类活动对炭屑的贡献，而森林植被的减少部分应归因于人类活动。
花粉/炭屑记录表明，在过去的13000年里，阳宗海火灾发生与植被演替和气候有着密切的关系(图 7)。13200~11000 cal.a B. P.(Ⅰ阶段)，尤其是12300~11000 cal.a B. P.(Ⅰ b阶段)，气候较冷，是流域森林火灾高发的阶段，也是流域常绿、落叶阔叶混交林占主优势的时期，更是植被(乔木和草本)最为茂盛(花粉沉积通量最高)的时段，因此，森林火灾与植被类型，特别是落叶阔叶成分和植被丰度有着一定的关系。其后森林火灾相对较多的时期是5000~800 cal.a B. P.(Ⅳ阶段)，气候变干，当时落叶阔叶林成分相对较多，花粉沉积通量也比较高，反映了相似的森林火灾与植被关系。
4 讨论 4.1 区域气候记录的对比及其与季风气候的关系滇中阳宗海YZH-1孔花粉记录揭示了过去13000年以来的植被演替和气候变化。与云南其他地区以及西南季风区其他气候记录[8, 31~35]的比较(图 8)表明，它们之间既有一定的一致性，也有滇中气候的区域特殊性。
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图 8 滇中阳宗海流域气候记录与云南其他地区气候记录以及西南季风和亚洲季风代用指标和阿拉伯海表层海温的对比 (a, b)滇中阳宗海流域基于花粉记录重建的湿度和温度代用指标, (c, d)滇西南腾冲青海湖流域基于花粉重建的气候代用指标和年降雨量[8, 31], (e, f)滇西北泸沽湖流域基于花粉含量的温度和湿度代用指标[8, 32], (g)基于孟加拉湾浮游有孔虫氧同位素得出的西南季风强度代用指标[33], (h)贵州董哥洞石笋氧同位素指示的亚洲季风的强度[34], (i)阿拉伯海SK237-GCO4孔基于浮游有孔虫的Mg/Ca比得出的海洋表层温度[35]; 图中纵点线为每个代用指标或重建参数过去13000年的平均态 Fig. 8 Comparisons of temperature and precipitation proxies in Yangzonghai Lake catchment area of central Yunnan with those in Qinghai Lake catchment area of Southwest Yunnan[8, 31]and Lugu Lake catchment area of Northwest Yunnan[8, 32], and with the southwest monsoon proxy derived from planktonic foraminifera of the core SK218/1 in Bay of Bengal[33], the Asian monsoon proxy as indicated by δ18O record of Dongge cave stalagmite in Guizhou[34], and sea surface temperature (SST) derived from Mg/Ca ratio of planktonic foraminifera of the core SK237-GC04 in the Arabian Sea[35].The vertical dotted line in the figure is the average status of each proxy indicator or reconstruction parameter over the past 13000 years |
在阳宗海流域，13200~11000 cal.a B.P.时段大致相当于晚冰期-全新世过渡时期。花粉记录表明，该阶段总体表现为温凉偏湿，早期(13200~12300 cal.a B. P.)气候有转暖的趋势；晚期(12300~11000 cal.a B. P.)气候相对偏冷偏干，相当于新仙女木冷事件时段。在滇中，抚仙湖和滇池的花粉记录表明，抚仙湖流域在13300~10400 cal.a B. P.期间为冷湿气候[36]，滇池流域在11000~10500 14C a B. P.期间的气候也为冷湿[37]。在滇西南，腾冲青海湖花粉记录指示，13000~11500 cal.a B. P.的气候相对冷干[8]，基于花粉资料重建的年降水量也处于较低的水平[31](图 8)；在滇西北，泸沽湖流域代表气温和湿度代用指标的桦木和铁杉花粉含量均低，表明冷干气候[32]，天才湖12.9~11.5 cal.a B. P.也表现温度和湿度下降[38]。此阶段主体部分相当于新仙女木冷事件时段(12900~11700 cal.a B. P.)。因此，花粉记录的对比表明，新仙女木冷事件在西南季风影响区的云南有明显的表现，滇中为冷湿，滇西南和滇西北则表现为冷干。滇西和滇中的干湿不同，可能归因于两个原因。一是降水变化趋势的空间模态的不同，二是地貌形态的差异。1961~2008年云南季温度和年降水量变化趋势的空间模态表明，云南全境均处于增温趋势，但降水变化在滇东(包括滇中大部)和滇西有明显的不同，滇西大部降水增加，滇东降水减少[39]。因此，气温变冷时，滇西趋干，滇中变湿，导致滇西和滇中在新仙女木冷事件时干湿状态的不同。另一方面，阳宗海流域位于滇中湖泊群区域，分布着云南九大湖泊的滇池、抚仙湖、星云湖、杞麓湖和阳宗海，有利于在冷事件时保持较高的有效湿度。
在此阶段，云南的冷气候和阿拉伯海基于浮游有孔虫Mg/Ca比得出的海洋表层温度显示的低温[35]都是新仙女木冷事件的表现。基于孟加拉湾浮游有孔虫氧同位素得出的西南季风强度代用指标[33]和贵州董哥洞石笋氧同位素指示的亚洲季风的强度[34]表明当时的西南季风偏弱。弱季风导致带给季风区的降水减少，滇西地区的湿度状态明显反映了这一点。滇中虽然干湿状态和滇西不同，但正如上述讨论的，低温导致的季风减弱可能并未减少滇中降水，低温反而增加了滇中的有效湿度。
阳宗海流域在11000~8000 cal.a B. P.阶段呈升温的状态，比上阶段偏干，但仍比现在要湿润。滇中、滇西南、滇西北气候均呈转暖的趋势。滇中抚仙湖与阳宗海流域相似，在此期间是升温阶段，湿度虽较上阶段有所降低，但仍比现在要高[36]。在滇西，无论是滇西南的腾冲青海湖还是滇西北的泸沽湖[8, 31~32]，它们的温度、湿度和气候的代用指标都表明，此阶段气候是个从冷干转向暖湿的爬坡时期。此阶段季风强度指标显示西南季风加强，与滇西花粉记录反映的气候一致，但滇中的气候变化模式仍与滇西相反。
8000~5000 cal.a B. P.阶段是阳宗海流域最温暖的时期，可称为流域的全新世高温期。湿度虽较上阶段有所降低，但仍比现在要湿润。全新世中期的暖湿气候，不仅在滇中地区、滇西南和滇西北见到，在青藏高原的西南季风影响区也能见到[40~42]。但是，不同地区暖湿期的始末时间和持续时间长短有着一定的差别。例如：在滇中的滇池流域，暖湿气候出现在7500~4000 14C a B. P.[37]；在滇西南腾冲青海湖，8500~4300 cal.a B. P.最为暖湿[8]，基于花粉数据重建的年降水量达到最大[31]；在滇西北，8800~4000 cal.a B. P.期间是泸沽湖流域温度和湿度达到最大的全新世适宜期[32]。同样，在青藏高原东部的若尔盖地区，全新世气候适宜期出现在约8000~4000 cal.a B. P.[40]；藏东南错穷家蒙基于花粉记录定量重建的古气候表明，7月温度和年降水量在8000~5800 cal.a B. P.为最高[41]；而在藏南沉错，暖湿气候出现在约9000~6000 cal.a B. P.[42]。这种区域差异部分可归因于年代测定的不确定性，部分归因于不同植被对气候变化响应的不同[36]，部分归因于区域特殊性。此阶段西南季风、亚洲季风处于一个相对稳定的强季风时期，海温也处于相对稳定的高温时期[33~35]。西南季风给滇中和滇西带来丰沛的降水，使滇中和滇西同处于暖湿气候条件下。
阳宗海流域在5000~800 cal.a B. P.期间温度和湿度均呈降低趋势。相似的变化趋势在滇西南腾冲青海和滇西北的泸沽湖也有明显表现[8, 31~32]，气候从暖湿向冷干变化。3个湖泊花粉记录的温度与湿度代用指标显示，与现代相似的气候条件大约在4000~3000 cal.a B. P.建立。季风强度指标表明，西南季风和亚洲季风均在约5500 cal.a B. P.减弱，同时伴随着海温的下降。滇中和滇西的干湿空间模态自上阶段后趋于一致，与新仙女木冷期和早全新世及最近几十年的模态不同[8, 31]，可能指示了云南地区气温和降雨某种阈值效应的存在。
在800~460 cal.a B. P.期间，阳宗海流域内落叶阔叶成分含量较高，推测可能是对小冰期的响应，温度和湿度代用指标反映当时主要是冷湿气候。小冰期气候在云南及邻近的西南季风影响区均有所反映。史料记录了苍山地区在明代的两百多年间以及清朝前期，气候一直寒冷[43]。沉积地球化学气候代用指标显示洱海流域在16世纪中期~ 19世纪末期的冷湿气候[44~45]。小冰期冷湿气候还在滇西南腾冲青海湖与滇西北泸沽湖的花粉记录和有机质、碳酸盐、粒度、磁化率等记录中留下了痕迹[8, 32, 46~47]。在青藏高原地区，用花粉资料定量重建的古气候表明，在西藏中部的错鄂湖流域700~300 cal.a B. P.期间7月均温比现在低约0.8 ℃，年降水量略高于现在，也可能是小冰期冷湿气候的反映[48]。总的看来，无论是滇中还是滇西或者是青藏高原的其他地区，小冰期的气候以冷湿为特征，且在西南季风影响区呈现同步的空间模态。小冰期时，海洋和陆上季风强度的代用指标均指示西南季风强度明显减弱[49~50]。
阳宗海流域在13200~11000 cal.a B. P.期间，花粉重建的气候特点为冷湿，表明此时西南季风较弱。西孟加拉湾(SK218-1钻孔)海洋沉积物(西南季风代用指标)中重建的海表水氧同位素中显现，此时西南季风偏弱[33]；董哥洞石笋记录的氧同位素(亚洲季风的代用指标)显示了当时亚洲季风偏弱[34]；北印度洋海温均值为27.8 ℃，与现在相比相对温度更低[35]，可能与季风较弱有关。11000~8000 cal.a B. P.期间，阳宗海流域气候转好，说明西南季风开始增强。此时西孟加拉湾、董哥洞分别记录了西南、亚洲季风的增强，北印度洋海温明显增高。8000~5000 cal.a B. P.，阳宗海流域温度达到最高，西南季风增强并达到最大。西孟加拉湾海表氧同位素显示强西南季风活动[33]；董哥洞氧同位素低值显示出强亚洲季风活动[34]；在北印度洋海域，海温较高，均值达28.7 ℃[35]。5000~800 cal.a B. P.，阳宗海流域花粉记录显示，此时季风有明显的下降。孟加拉湾钻孔海表同位素记录在6000 cal.a B. P.左右西南季风开始减弱[33]，洞穴石笋氧同位素资料如云南宁蒗仙人洞[51]、贵州董哥洞[34]也指示了季风的减弱，此时北印度洋海温开始降低[35]。随着季风强度的减弱，云南地区的降水量也相应减少，因此晚全新世气候存在着变干的趋势。
4.2 影响森林火灾的因素研究表明，在过去的13000年里，阳宗海流域森林火灾存在一个高发阶段，即13200~11000 cal.a B. P.(Ⅰ阶段)，其后期12300~11000 cal.a B. P.(Ⅰb阶段)为最高。另一个火灾稍多的阶段是5000~800 cal.a B. P.(Ⅳ阶段)。腾冲青海地区，在13000~11500 cal.a B. P.和4300~1000 cal.a B. P.期间也为火灾相对高发的两个阶段[8]。同时，阳宗海流域与腾冲青海湖地区的花粉/炭屑记录均显示在全新世气候的高温期和/或适宜期火灾发生频率较少，而相反发生火灾较频繁时期为冷湿气候或冷干气候时期。13200~11000 cal.a B. P.在年代上大致相当于新仙女木冷期，无论相对凉湿的早期(13200~12300 cal.a B. P.)和相对冷干的晚期(12300~11000 cal.a B. P.)，炭屑通量异常高，在相对冷干的后期达到全钻孔的最高值(图 7)。森林火灾稍多的5000~800 cal.a B. P.是过去13000年最干的时期，同时也是降温阶段，但炭屑通量远低于第一阶段(图 7)。云南阳宗海流域属于亚热带高原型湿润季风气候，干湿季节分明，雨季降水集中，而旱季降水较少，森林火灾主要集中于旱季。流域在冷气候条件下可能更容易发生森林火灾，当气候变冷时，旱季可能更旱，加上较冷的气候不利于枯枝落叶的分解[52]，落叶树种留下的枯枝落叶的堆积，特别是植被类型为落叶阔叶林和多草本植物时，森林火灾更易发生。同时，松林一直是阳宗海流域的主要植被类型，富含大量油脂的松属抗火性差，容易发生树冠火[53]，因而会加强森林火灾的强度。来自北美的证据表明暖/干的气候不一定有利于火灾发生，在湿润的气候条件下火灾发生的频率更高，雷击增加和季节性湿度变化共同导致在湿润环境下更易引起火灾[54]。
5 结论通过对云南阳宗海1020 cm湖泊沉积岩芯花粉/炭屑分析，得出下列结论：
(1) 阳宗海流域过去13000年的植被演替经历了5个阶段；13200~11000 cal.a B. P.植被以常绿、落叶阔叶混交林占优势，早全新世(11000~8000 cal.a B. P.)以松林扩张而混交林退缩为特点，中全新世早中期(8000~5000 cal.a B. P.)则出现常绿阔叶林和暖热性落叶枫香林，中全新世晚期和晚全新世(5000~800 cal.a B. P.)松林大规模扩张，最近的800年以森林明显减少和禾草、莎草的剧增为特点，可能与人类毁林开荒种植农作物有一定的关系。
(2) 阳宗海流域植被演替揭示了流域的区域气候变化。13200~11000 cal.a B. P.研究区气候特征总体温凉湿润，其中12300~11000 cal.a B. P.气候相对冷干，对应了新仙女木冷事件阶段；11000~8000 cal.a B. P.气温显著呈上升趋势，但有效湿度降低，气候偏暖干；8000~5000 cal.a B. P.气候暖干，气温是13000年以来的最高阶段，是全新世的高温期；5000~800 cal.a B. P.气温显著下降，干旱化更为加剧；800 cal.a B. P.以后气候总体呈冷干特征。
(3) 阳宗海流域森林火灾的发生与气候和植被类型均有着密切的关系。落叶阔叶成分增加易致森林火灾，冷气候主导的时期是森林火灾频发的阶段，冷干气候是宜森林火灾发生的气候条件。
致谢: 感谢审稿专家多次建设性的修改意见!感谢云南师范大学高原湖泊生态与全球变化重点实验室的段立曾老师、赵帅营老师、王磊老师及李华勇博士等人在野外采样及室内分样等方面给予的指导和帮助。
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2 Yunnan Key Laboratory of Earth System Science, Yunnan Key Laboratory for Palaeobiology, Yunnan University, Kunming 650500, Yunnan;
3 Institute of Plateau Lake Ecology and Management, Yunnan University, Kunming 650500, Yunnan)
Abstract
The pollen/charcoal analyses of 52 samples from a 1020-cm core (YZH-1:24°54'42"N, 103°0'7"E) taken from Yangzonghai Lake (24°51'24"~24°57'58"N, 102°58'47"~103°01'41"E) in Yunnan were conducted to reconstruct the historical records of vegetation, climate, and forest fires in the catchment of Yangzonghai Lake. The age-depth model for this core was established using 7 AMS 14C dates obtained from wood and leave remains. Our results reveal five stages of vegetation succession, climate change, and forest fires over the past 13000 years. (1) 13200~11000 cal.a B.P., vegetation was dominated by evergreen and deciduous broadleaved mixed forest indicating cool and wet conditions, frequent forest fires occurred frequently, especially the temperature and humidity decreased at its late interval from 12300 cal.a B.P. to 11000 cal.a B.P., this period aslo corresponds to the Younger Dryas climate event; (2) 11000~8000 cal.a B.P., pine forest expanded and broadleaved forest shrank, showing warmer and drier conditions than at the preceding stage, and the occurrence of forest fires decreased; (3) 8000~5000 cal.a B.P., the catchment of Yangzonghai Lake was occupied by pine forest and evergreen broadleaved forest together with Liquidambar forest, suggesting a warm and relatively dry conditions; temperature rose to the highest over the past 13000 years, and humidity was lower than that of the previous stages but it was still higher than the present; the forest fire frequency was low; (4) 5000~800 cal.a B.P., an expansion of pine forest to its maximum together with a shrinkage of evergreen broadleaved forest and an increase in deciduous broadleaved elements shows a significant drop in temperature and humidity, and a little bit more forest fires occurred than at the preceding stage occurred in this period; (5) 800 cal.a B.P. to the present, deciduous broadleaved forest elements and upland herbaceous plants increased at the cost of pine forest and evergreen broadleaved forest, suggesting increasing human activities, the forest fire frequency was low; however, the temperature dropped and humidity increased at the interval of 800~460 cal.a B.P., probably implying the occurrence of Little Ice Age in central Yunnan; then the humidity decreased as the temperature rose from 460 cal.a B.P. to the present. Thus, the climate in Yangzonghai Basin have successively undergone the period of warm/cool and humidity, warmer and dry, warmest and dry, cold and dry, and colder and dry during the past 13000 years. Our reconstruction of vegetation, climate, and forest fire changes also indicate that, deciduous broadleaved forest materials easily cause forest fires, cold conditions result in frequent forest fires, and a combination of cold and dry conditions is the primary cause of forest fires in central Yunnan.