末次盛冰期以来气候和大气CO2对黄土高原植被演化的影响

The primary trigger over the relative abundance of C3 and C4 plants since the LGM still remains controversial, such as temperature, precipitation. Most of the previous studies about the climate or CO2 effect on the vegetation were qualitative, which cannot easily distinguish their amount of contribution. Therefore, in order to better understand the evolution of the vegetation response to climate and atmospheric CO2, the distinction between the respective contribution is particularly critical. The inverse vegetation model (IVM) that accounts for the effects of CO2 and climate on the vegetation can effectively distinguish the contribution of each factor in vegetation evolution. An improved inverse vegetation model (IVM2.0), which has added the carbon isotope fractionation module by our team, can largely decrease the uncertainties of reconstructed climate and accurately distinguish the impact of each factors. The continuous aeolian deposition in Loess Plateau can effectively record the evolution of vegetation and climate. In this study, based on the pollen and δ13Corg records from the Loess Plateau since the LGM, the new version of IVM2.0 was applied to quantitatively reconstructed the paleovegetation and paleoclimate and then investigated how the changes in the atmospheric CO2 and climate account for the evolution of C3 and C4 plants. This study can provide a natural reference on how the vegetation will response to the future atmospheric CO2 rise and global warming scenarios.

陆地植被中C3/C4丰度变化的主因子一直存在广泛争议，如温度、降水、大气CO2等。以往探讨各因素对植被演化的影响多以定性为主，不能很好地区分气候要素、大气CO2各自的贡献量，因此，为更好理解植被对气候及大气CO2的响应，区分各自的贡献显得尤为关键。植被反演模型(IVM)考虑了气候要素、大气CO2对植被生长的影响，能有效区分各因素对植被演化的贡献量。课题组改进的新一代植被反演模型(IVM2.0)，首次增加了碳同位素分馏模块，大大缩小气候要素区间，提高重建精度，能更准确区分各因素的影响。黄土高原连续的风成沉积记录了植被与气候的演化。本项目拟在该区选取末次盛冰期以来典型的土壤剖面，基于孢粉、有机碳同位素数据，通过植被反演模型(IVM2.0)，定量化重建该时期气候、植被演化历史，并探讨温度、降水和CO2对植被演化的贡献。该研究可为评估未来CO2上升、全球增温场景下，植被与生态环境变化提供自然参照。

植被是陆地生态系统的主体, 对全球碳循环及气候变化有着至关重要的影响。我国黄土高原位于东亚季风边缘区，属温带半湿润-半干旱气候类型，对气候变化十分敏感。其植被以C3和C4混合型的草原或者森林-草原为主，是研究不同气候条件下C4丰度变化的关键区域。前人在该区域开展了大量关于末次冰盛期以来C4演化及机制方面的工作，但目前对其演化的驱动机制存在诸多争议。如温度主控，季风强度主控、CO2浓度主控等观点。上述争议的核心是我国东部季风区具有雨热协同变化的特征，难以区分温度和降雨对植被生长的影响。针对这一关键难点，我们利用植被反演模型的方法，同时辅以BIOME4模型的手段，去有效区分温度、降水和CO2变化对C4植物丰度变化的贡献。本次以项目采集的黄土高原靖边和渭南剖面的研究为基础，同时结合课题组系统搜集的已发表的有机碳同位素和孢粉数据，去全面探索黄土高原区域空间植被演化的主控因素。. 研究揭示，温度对黄土高原C4植物丰度的变化有较强的控制作用（增温有利于C4植物的增加），而降水和CO2浓度的影响相对有限。因此，未来全球增温可能有利于黄土高原地区C4植物的生长。此外，基于孢粉数据的植被重建揭示，末次盛冰期以来黄土高原植被以草原为主，森林植被在山地和沟谷中有出现，这一结论对于黄土高原生态建设具有现实的指导意义。同时，基于敏感性实验揭示，降雨对黄土高原地区植被（biome）类型的演化起主控作用；而温度的作用在冰期更为显著。这一认识对于理解植被演化机制以及植被演化的气候意义解译均具有重要意义。