中國南方常綠闊葉林景觀。藏高李樹峰攝
（神秘的巨變江南地球uux.cn報道）據(jù)中國科學報（張晴丹）：“世界屋脊”青藏高原群山聳立、植被稀少，造今與之相隔萬里的水鄉(xiāng)江南水鄉(xiāng)卻山清水秀、物產(chǎn)豐富。前青截然不同的藏高地貌特征和生態(tài)環(huán)境讓人很難把二者聯(lián)系在一起。不過，巨變江南一項研究成果卻找到了它們之間千絲萬縷的造今聯(lián)系。研究認為，水鄉(xiāng)正是前青2300萬年前青藏高原的巨變，造就了今天的藏高江南水鄉(xiāng)。
近日，巨變江南中國科學院西雙版納熱帶植物園（以下簡稱版納植物園）古生態(tài)研究組聯(lián)合英國布里斯托大學等科研人員，造今對青藏高原不同地塊的水鄉(xiāng)隆升進行了古氣候、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是驅(qū)動中國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)表于《科學進展》。
在同緯度里地貌獨特
江南水鄉(xiāng)的氣候和植被環(huán)境是何時形成的？
地質(zhì)學和古生物證據(jù)都表明，在大約6600萬~2300萬年的古近紀，中國存在一條橫貫東西的干旱帶。“那時候，中國東南部也就是現(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類型。”論文第一作者、版納植物園副研究員李樹峰在接受《中國科學報》采訪時介紹。
但從大約2300萬年前的中新世開始，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)勢的亞熱帶常綠闊葉林，江南水鄉(xiāng)就是典型代表。”論文共同通訊作者、版納植物園研究員周浙昆在接受《中國科學報》采訪時說。
然而，世界同緯度陸地并不都是這般情景。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。
到底是什么導致了這一重大環(huán)境與生物演變事件，造就了東亞特殊的生態(tài)格局？這一直是地質(zhì)學和生物學的研究熱點。
地質(zhì)學以往觀點認為，印度—亞洲板塊碰撞導致整個青藏高原隆升，造成了大氣環(huán)流改變，使得東亞季風增強、夏季降雨增加，所以橫貫我國東西的干旱帶才會消失。關(guān)于青藏高原的形成和生長也一直眾說紛紜，此前有圍繞中部生長的原西藏高原假說，也有從南至東北方向逐步生長的假說。
但在周浙昆看來，青藏高原的形成是非常復雜的過程，并非作為統(tǒng)一整體隆升，不同地塊的隆升對氣候、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
科學界更多關(guān)注青藏高原地形地貌對氣候的影響，但對氣候、植被和生物多樣性影響的模擬仍是空白。于是，科研團隊把目光聚焦到青藏高原不同地塊的生長如何影響東亞氣候環(huán)境和生物多樣性格局這個重大科學問題上來。
周浙昆介紹，青藏高原從南向北由喜馬拉雅山脈，拉薩地塊、羌塘地塊、松潘—甘孜地塊、昆侖—祁連地塊等不同地塊組成。這些不同地塊的隆升如何驅(qū)動東亞植被和植物多樣性演變尚不可知。
解釋這個問題，首先要有可靠的化石記錄。近年來，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，研究團隊總結(jié)了中國古近紀—新近紀不同地質(zhì)歷史時期比較全面的古植物數(shù)據(jù)。
“我們一共整理了205個化石點、337條化石記錄，然后把記錄的經(jīng)緯度通過模型轉(zhuǎn)換成古經(jīng)緯度。”李樹峰說。結(jié)果顯示，中國古近紀橫貫東西的干旱帶大約在中新世以后劇烈轉(zhuǎn)變，中國東南部的落葉闊葉林從此之后轉(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)值模擬承擔了這項重要任務。“數(shù)值模擬能通過宏觀、復雜的地形地貌模擬氣候和植被變化。我們可以設置更精細的不同地塊的隆升來探討這種影響。”李樹峰介紹。
研究團隊進行了晚漸新世18種青藏高原不同地形地貌生長情景的模擬實驗，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結(jié)果與化石數(shù)據(jù)進行比較，有了重要發(fā)現(xiàn)。
“青藏高原北部（羌塘地塊）和東北部（松潘—甘孜地塊）的隆升，對改變東亞植被和植物多樣性貢獻最大。”周浙昆指出。
冬季降雨量增加是重要因素
為什么植被和植物多樣性會有這樣的變化？科研人員對比許多氣候資料發(fā)現(xiàn)主要在于降雨量。
我國東部氣候主要受東亞季風控制，東亞季風影響著我國降水分布。“青藏高原北部和東北部的隆升增強了東亞季風氣候系統(tǒng)，其中，夏季風將水汽從海洋輸送到陸地，帶來豐沛的夏季降水。”周浙昆說。
“之前大量研究表明，青藏高原隆升會導致東亞冬季風增強，我們的研究則發(fā)現(xiàn)中國東南部冬季風強度反而因為青藏高原的隆升而減弱。青藏高原北部和東北部隆升阻擋了冬季風，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。”李樹峰介紹。
這些氣候變化驅(qū)動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、半濕潤植被類型，并促進了植物多樣性增加。
“冬季降雨量的顯著增加是驅(qū)動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)東亞孑遺植物都分布在冬季比較濕潤的地區(qū)，這也佐證了我們的結(jié)論。”周浙昆表示。
“可以說，沒有青藏高原北部和東北部的隆升，就沒有中國美麗富饒的江南水鄉(xiāng)。”他強調(diào)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abc7741