孢粉数据库是重建大尺度古植被格局的基础, 而不同时空尺度的古植被分布则是探讨物种迁移、古气候变化与模拟、古生物地球化学循环、生物圈和大气圈相互作用与反馈及其与人类活动的相互作用等的前提。目前在全球和洲际尺度上已经建立了多个孢粉数据库, 如全球孢粉数据库(Global Pollen Database, GPD)、欧洲孢粉数据库(European Pollen Database, EPD)、北美孢粉数据库(North American Pollen Database, NAPD)、非洲孢粉数据库(African Pollen Database, APD)和拉丁美洲孢粉数据库(Latin American Pollen Database, LAPD)等(http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/pollen.html)。孢粉数据库的建立使得古植被的重建从研究点到区域、洲际和全球尺度, 从定性描述走向定量重建, 从而可在大空间尺度和长时间序列上探索植被、气候和人类干扰的相互关系, 为更好地理解地球系统奠定基础。利用这些孢粉数据库, 大尺度古植被重建和制图工作得到迅速发展, 代表性的如BIOME6000全球古植被制图计划(Prentice & Webb, 1998; Prentice et al., 2000; 陈瑜和倪健, 2008)。

中国第四纪孢粉数据库建于1995年, 收集了我国孢粉学家半个世纪以来积累的丰富资料(孙湘君等, 1999; 中国第四纪孢粉数据库小组, 2001), 并开始了我国古生物群区的制图工作(孙湘君等, 1999; 于革, 1999; 倪健, 2000), 陆续开展了全国尺度上基于表土花粉和地层孢粉记录的现代与全新世中期和末次盛冰期古植被重建工作(Yu et al., 1998, 2000; 中国第四纪孢粉数据库小组, 2000, 2001), 并尝试建立了基于地理信息系统(GIS)的孢粉信息管理系统(肖霞云等, 2002)。

在2007年孢粉学年会上, 我国老一代和年轻一代孢粉学工作者倡议建设新的中国孢粉数据库(许清海, 2007)。然而, 我国孢粉数据库的建设存在很多限制因素, 除了数据共享、人力、物力等之外, 孢粉采样记录信息的缺乏是其中的一个重要限制条件, 也就是说, 我们还没有摸清全国孢粉采样点的信息家底。全国到底已经在哪些地点采集了孢粉数据?这些采样点的空间分布格局如何?这些孢粉记录覆盖了哪些时段?孢粉数据和测年数据的质量如何?原始数据的获取难易和共享程度如何?为此, 我们在收集全国所有中英文孢粉、古植物、古植被与古气候研究文献的基础上, 整理分析了我国第四纪晚期(尤其是20 000碳14测年以来)孢粉采集信息, 以期为建设新的中国第四纪孢粉数据库提供有用的资源。

利用传统图书馆和网上图书馆(“维普资讯网”和“中国知网”的全文数据库、硕博士论文数据库、ISI Web of Science), 我们查阅收集了1960-2008年发表的所有与孢粉研究相关的文献全文, 包括研究论文、工作报告、学位论文、专著等, 网上图书馆所用检索关键词包括“孢粉”、“古植被”、“古植物”、“古气候”、“古环境”, 以及主要孢粉工作者的姓名等, 涉及的年代包括第四纪晚期, 但以2万年以来, 尤其是全新世为主, 共阅读和整理约1 300余篇文献, 从中提取与孢粉采样和研究的所有相关有用信息。

记录的条目包括: 采样地点名称、详细采样位置、省份、采样点经纬度和海拔高度、样品类型、取样深度、孢粉样品数量、¹⁴C测年数量及年代记录、覆盖的时间段(ka BP)和参考文献, 最后统一编号, 检查原始数据的有无、数据的可用性, 合并或删除重复的样点信息(一个孢粉采样点可能从不同角度撰写文章)。所有信息汇总在Microsoft Excel文件中(详情见网上附件1和2, http://www.plant-ecology.com/qikan/manage/wenzhang/S090229fujian1.xls和http://www.plant-ecology.com/qikan/manage/wenzhang/S090229fujian2.xls), 参考文献按照通用格式记录在Microsoft Word文档中。

我们总共获得3 311个孢粉采样点的信息, 其中包括2 324个表土/湖泊表层花粉采样点(图1, 附件1: 中国表土/湖泊表层花粉采样点信息, http://www.plant-ecology.com/qikan/manage/wenzhang/S090229fujian1.xls)和987个沉积物钻孔或剖面采样点(图2, 附件2: 中国地层孢粉采样点信息, http://www.plant-ecology.com/qikan/manage/wenzhang/S090229fujian2.xls)。

现代花粉样品一般采集于土壤表层(土壤、地衣苔藓层、枯枝落叶层)和湖泊表层沉积(表层沉积物、湖泊钻孔和剖面顶层), 以前者居多。目前收集的现代花粉采样点分布于全国不同地理区域和植被类型中, 孢粉数据质量控制较好, 这2 324个样品可有效地用于古植被重建的现代花粉与现代植被校验。它们以北方地区(内蒙古高原)、青藏高原东部、黄土高原、南部地区较为集中, 但在部分地区没有采样点, 如东北地区的黑龙江、吉林和内蒙古交界山区、华中和华东的山区和人类活动频繁区、西北荒漠区(尤其是塔克拉玛干沙漠、腾格尔沙漠和库布齐沙漠等)、青藏高原中部和北部无人地区、西南热带地区(图1), 这将是我们未来工作的重点区域。

地层孢粉的采集样点地理分布格局优于现代花粉, 无采样区域较少, 但在东北的北部、中蒙边界地区、青藏高原中部以及南方部分地区仍然缺少地层孢粉采样点(图2)。从行政区域分布(表1)来看, 新疆、西藏、青海、甘肃、内蒙古、黑龙江、江苏、广东等省和自治区的采样点较多, 一来说明这些地区是第四纪孢粉学和地质学研究的热点区域, 另外也说明在这些地区和附近省份从事孢粉学研究的相关研究单位和人员较多; 而宁夏、山西、河南、湖南、江西、台湾、广西和海南等省和自治区的采样点很少, 与其土地面积不相称。因此, 在将来的古植物学和古生态学工作中, 除了考虑研究意义、重要性与科学问题之外, 地理区域的代表性和填补空白研究区域也值得考虑。

从孢粉数据本身的质量(孢粉取样精度达到1-5 cm间隔, 鉴定至少达到300-400粒, 样品完整,且有连续性)和¹⁴C测年的数量和质量(每个样点至少有1个测年数据, 包括常规测年和加速器质谱方法, 少数样点也包括热释光测年)衡量, 在地层孢粉记录中, 由于取样年代的差异和方法、财力的限制, 只有其中的714个剖面和钻孔数据的质量较高(图3)。按照样品的类型将其分为7大类: 土壤钻孔和剖面(包括来自洪积物、冲积物、古土壤、滨海和三角洲等地区的剖面和钻孔)共211个, 湖泊沉积剖面和钻孔229个, 泥炭钻孔和剖面138个, 黄土剖面52个, 考古点包括洞穴剖面55个, 海洋沉积钻孔28个, 冰川冰雪钻孔1个。

从空间地理分布来看, 干旱-半干旱地区和青藏高原虽然孢粉研究工作很多, 但大部分都集中在某些特定的区域里, 而新疆的东部和南部、甘肃的北部、内蒙古的西部和北部与蒙古交界处、青藏高原的中部和北部的取样相对很少, 整个中部和东部地区也存在大面积的取样空隙(图3); 从行政区域来看, 安徽、重庆、广西、海南、贵州、河南、湖南、江西、辽宁、宁夏、山西、台湾、天津等省市自治区存在较大的高质量孢粉取样地理空隙(表1), 这些都是今后需要重点工作的区域。

从时间序列来看, 0-2 ka BP时间段有48个样点, 2-6 ka BP有176个样点, 6-11 ka BP有220个样点, 11-20 ka BP有129个样点, 大于20 ka BP有141个样点。总计全新世(0-11 ka BP)共444个样点, 其他时间段270个样点。

虽然我们尽了最大努力收集文献和孢粉采样记录, 但诸多遗漏之处肯定在所难免, 尤其是一些未发表的报告资料和近期正在开展的研究难以获取相关采样信息, 信息收集和数据整理的工作仍然任重道远。

在统计工作中发现, 很多采样和样品处理信息不全面, 在文献中没有记录或者信息比较模糊, 这就对科研工作者提出要求, 在描述样品采集与处理过程时, 应尽可能详细和准确。

野外采样也同样存在较多问题, 比较突出的是采样点周围环境信息记录不详细, 经常缺少相关信息, 这与研究者的工作背景有一定关系, 比如生态学家往往忽视了地质、地貌等信息的记录, 而地质学家往往不能准确地记录植被和物种信息, 等等, 这就需要多学科科学工作者的交叉配合, 共同完成野外采样工作。

原始孢粉数据的获取是一件非常困难的事情, 仅有部分古植物学家和古地质学家愿意提供和共享其孢粉数据, 数据共享程度很低, 这在很大程度上阻碍了我国孢粉数据库工作的顺利开展, 遏制了古植被与古气候相关领域的研究, 这是一个非常紧迫、急需重视和亟待解决的问题。

通过孢粉采样信息的整理和孢粉数据库的建立, 我们可进一步深入开展百年至千年尺度上的古植被动态定量重建, 同时可根据古植被变化的信息反演过去的气候变化特征; 类似的工作已经利用中国第四纪孢粉数据库的第一个版本得以开展(Yu et al., 1998, 2000; 中国第四纪孢粉数据库小组, 2000, 2001; 陈瑜和倪健, 2008), 但仍有巨大的研究潜力。未来的工作需要包括以下重要方面: 收集更多原始的孢粉数据和信息记录; 整合孢粉数据并使其统一化, 包括孢粉类群标准化和测年质量控制等; 定量、动态重建古植被和古气候; 进行古植被模拟以及模型-数据比较。通过这些工作, 有望在中国古植被研究中解决以下关键科学问题: 我国第四纪晚期古植被地理格局如何?其千年和百年尺度上的时间动态变化如何?植被迁移或突变的关键时段是什么时候?植被变化的主要驱动因素是什么, 气候变化或者是人类干扰影响?古植被变化如何影响局域和区域气候?上述古植被问题的解决, 有助于大的时空尺度上古气候和古地质等相关研究的进一步开展和升华。