全 文 ：第 1 2卷 第 2期
20 0 1 年 6 月
中 国 沙 漠
JO U R N AI
,
O F D E S E R T R E S E A R C H
V o l
.
2 1
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2 0 0 1
文章编号 : 1 0 0 0一 6 9 4 X ( 2 0 0 1 ) 0 2一 0 1 4 1一 0 6
干旱区石羊河终 l’8 湖泊抱粉组合中
云杉圆柏属环境指示意义探讨
朱 艳` ,2 , 陈发虎` , 唐领余3 , 施 棋 , , 领耀文`
( 1
. 兰州大学 资源环境学院 , 甘肃 兰州 7 3 0 0 0 ; 2 . 西北师范大学 地理系 , 甘肃 兰州 7 3 0 0 7。 ; 3 . 中国科学院 南京古生
物研究所 , 江苏 南京 2 10 。。 8)
摘 要 : 河西走廊东段 、石羊河终阎湖泊边缘的三角城剖面下部全新世早期至末次冰消期的 29 2~ 60 c m 处 15
个样抱粉组合显示 云杉 、 圆柏属含量极高 ,两者之和达 40 % 一 60 %左右 ,且百分比互为消长 。 通过对云杉 、 圆柏属
生态习性 、传播性能 、与其它组分关系 、 当地特殊的自然地理条件和表土花粉记录的综合分析 ,笔者认为剖面中高
含量的云杉 、 圆柏属来自流域上游祁连山 ,是石羊河搬运的结果 。 两者含量与区域有效湿度关系密切 , 云杉丰值指
示湿润 , 圆柏丰值指示干旱 。
关键词 : 干早区 ; 湖泊沉积 ; 抱粉组合 ; 云杉 ; 圆柏属 ; 环境意义
中图分类号 : P 534 . 63 + Q 914 . 5 文献标识码 : A
抱粉组合作为环境变化 的直接证据 ,广泛地应
用在过去全球变化 ( P A G E )S 研究 中 , 但由于抱粉 自
身的特性 , 如产粉量 、结构 、 比重 、保存量 、 传播性 能
等方面的差异 ,抱粉和植物之间的数量关系非常 复
杂 。 抱粉研究者在古环境重建时十分重视抱粉对植
被的代表性 ,都是在抱粉组合基础上参考每种抱粉
代表性对古环境进行科学重建 的 〔` , 2〕 。 和对抱粉代
表性的重视相比 ,沉积环境对抱粉组合影响的研究
还远远不够 , 华北平原不同地貌单元抱粉组合特征
的研究使我国这方 面的研究有了一定进展闭 , 但仍
有许多问题还需要深入研究和探讨 。 、
我 国已有学者在干旱区内陆湖泊抱粉学研究 中
取得较好 的成 果 .4[ 5〕 ,但这个 区域 内仍 有许多 问题
急需解决 , 如 : 沉积环境对抱粉组合的影 响 , 不同补
给类 型湖泊抱粉记录的环境意义是否相同等 。 干旱
区终 间湖泊多是由发源于山地的河流在终端遇阻形
成的 , 这类湖泊水流及沉积物 (包括抱粉 ) 主要来 源
于上游山地 ,其抱粉组合反 映的信息与 常规 湖泊抱
粉记录的环境意义是不同的 。 石羊河终 间湖泊即属
此种类型 , 我国干早区大多数内陆湖泊 的发育状况
与石羊河终间湖泊具有相似的特征 , 对石羊河终 间
湖泊抱粉组合中主要成分环境意义的研究 旨在为这
类湖泊抱粉记录的古环境 重建提供一个 新的 、 合理
的思路 。
1 流域自然地理概况
石羊河流域位于祁连山东段北侧 , 地势南高北
低 , 由西南 向东北倾斜 。 南部为祁连山地 , 中部为洪
积平原 、戈壁 ,北部为低山丘陵 、冲积平原 、 沙漠 。 南
部山区为凉温带半干早气候 , 中北部为 温带干早气
候 。 受蒙古高压和西风急流影响 ,冬季以西北风为
主 ,夏季受东南季 风的影响 以东南风为主 。 流域 内
植被具有很强的地带性 .6[ ’ 〕 : 4 50 m 以上为终年积
雪和冰川带 ; 4 5 0 0一 3 8 0 0 m 为高山稀疏植被带 , 以
垫状 植 被 为 主 ; 3 8 0 0 一 3 5 0 m 为高 山草 甸 带 ;
3 5 0 0一 3 I OO m 为高山灌丛带 , 阳坡为杯腺柳 、箭叶
锦鸡儿杂灌丛 ,半 阴坡为杯腺柳灌丛 ,阴坡为杜鹃灌
丛 ; 3 10 0 一 2 5 0 m 基本为森林带 , 阳坡为祁连圆柏
林 ; 阴坡 : 3 1 0 0 ~ 2 6 0 0 m 为青 海云杉林 , 2 6 0 0 一
2 4 0 0 m 为 青海 云杉 、 山杨针 阔混 交林 ; 2 5 0 0 ~
2 8 0 O m 的半 阴 坡和 2 5 0 0 ~ 2 3 5 0 m 为 山地草 甸
带 ; 2 3 5 0 一 2 o 0 0 m 为草原化荒漠带 ; 2 0 0 Om 以下
为荒摸带 (图 1 ) 。
三角城剖面位于河西走廊东段 、 民勤盆地三角
城遗址北 3 k m 处 ,此处 为古石羊河 终间湖泊边缘
(图 1 ) 。 石 羊 河 发 源 于 祁 连 山 , 全 长 3 0 k m 。
1 9 5 0一 1 9 7 9 年的年均径流量为 1 3 . 3 6 3亿 m 3 。 晚更
新世以来曾在民勤盆地形成统一的终阁湖泊 。 湖泊
于 50 年代干涸 。
收稿 日期 : 2 0 0 0一 0 5一 1 0 。 改回 日期 : 2 0 0 0一 0 8一 2 9
基金 项目 : 国家自然科学基金重点项 目 ( 4 97 3 1 01 0) 资助
作者简介 :朱艳 ( 19 6 4一 ) ,女 (汉族 ) , 山东 日照人 , 副教授 ,博士生 , 主要从事抱粉学 、第四纪环境演化研究 。
1 4 2中 国 沙 漠 21卷
高山娘状植钧带
沪山草甸 -、 离山 .丛带
叶 (翻 )林 ,
化龙浪 ,
, ,青海云衫林 .
翻格连目柏林带
翻岔龚寻挤
厂l卜百lejeswL渊304洲
巨习流域边界
团河流反刁植被带界线
巨〕植被类型
区〕沙淇
囚剖面位 t
图 1 三角城剖面地理位置
F ig
.
1 T h
e lo e a t io n o f S a nj i
a o e h e n g s e e t i o n
2 地层特征及抱粉样品分析
三角城剖面 为一人工开挖 的探槽 剖面 , 厚 7 0
c m
, 由亚粘土 、 细粉沙夹多层灰黑色低成熟度 的泥
炭层组成 。 剖面沉积连续 ,无间断 。 由剖面上部开
始 , 自上而下以 2 c m 间距取样 35 0 个 。 经兰州大学
地理系年代实验 室 9 个块样有机物 “ C 年龄测定及
与终 间湖中部地层的 A M S ’ 峨C 年龄对 比确定 : 三角
城剖面地层时代为末次冰消期 到全新世① 。 本文分
析的样品为剖面下部 2 9 2 。m 至 6 0 0 。 m 段 。 2 9 2 。m
处年龄为 6 . 3 k a B P , 4 6 0 c m 处为 1 0 k a B P , 6 0 0 C m
处为末次冰消期的开始 。
样品依据岩性称重 : 亚粘土 、 泥炭层称取 60 9 ,
细粉沙层称取 80 9 。 样品先用 H CI 去钙 ,再用 H F
脱硅 ,然后用超声波清洗器筛滤残余物 , 网布孔径为
6 拼。 收集网布上 的剩余物 , 经小试管净化后 ,加 甘
油保存 , 制半活动片鉴定 。 2 92 c m 至 5 58 。 m 每样
观察 4一 8 张盖片 ( 24 m m X 24 m m ) , 均获得较丰富
的抱粉 , 每样统计 25 0 粒 以上 , 最多一个样统计到
1 7 8 9粒 , 5 6 0 e m 至 6 0 0 e m 看完全部底样 , 抱粉较
少 , 基本在 1 50 粒左右 。
3 抱粉统计结果
共鉴定出 50 余个科属 ,常见的有 20 余个科属 ,
总的来说 , 抱粉组合较单调 。 针 叶树是抱粉组合中
的主要成分 , 占抱粉总数的 50 % ~ 60 写左右 , 个别
样占到 7 0 %一 8 0% ( 图 2 ) , 以云杉属 ( P i c e a ) 、 圆柏
属 ( S a ib n a ) 为主 , 另有适量 的松属 (尸 in “ : )及少量的
雪松属 ( C e d ur : ) 、冷杉属 ( A ib es ) 。 阔叶树在组合中
占到 5 %一2 5% , 主要为桦木属 ( B et u l a) 、 榆属 ( lU -
m u : )
、 栋 属 ( Q u e r e u s ) 、 杨 属 ( P o p u l u s ) 、 柳 属
( S al ix ) 及少 量 的锻 属 ( T il a) 、 鹅 耳杨属 ( aC r iP -
n u s
)
、恺木属 ( A l n u : ) 、 械树属 ( A e e r ) 、胡桃属 ( J u g -
l a n s )
、 丁香属 ( S 夕r i n g a ) 、 白蜡树属 ( F ar x i n u s ) 等 。
灌木在抱粉组合中占 1 %一 10 %左右 , 主要为蔷薇
科 ( R o s a e e a e ) 、 豆 科 ( L e g u m i n o s a e ) 、 棒属 ( OC r夕 -
l u : )
、 鼠李科 ( R h a m n a e e a e ) 、 怪 柳科 ( T a m a r i e a e e -
a e )
、及较少的胡颓子科 ( E l a e a g n a e e a e ) 、 忍冬科 ( C a -
p r i f o l i a e e a e )
、 卫 茅 科 ( C e l a s t r a e e a e ) 、 金 缕 梅 科
( H a m a m e l id a e e a e )
、 小 聚科 ( B e r b e r id a e e a e )等 。 草
本 占 5% 一 2 0% , 主要为禾本科 ( G r a m i n e a e ) 、 菊科
① 施棋 , 博士论文 , 1 9 9 9 , 兰州大学
2期 朱 艳等 : 干早区石羊河终阎湖泊抱粉组合中云杉圆柏属环境指示意义探讨 1 4 3
( C o m p o s i ta e )
、 蔡科 ( C h e no p o d i a a e e e )、 篙 属 ( Ar t e-
m i s i a )
、萝属 ( Po l y g o nu m )、 莎草科 ( C y p er a a e e e )及
少量的石竹科 ( C a r y o p hy l l a a e e e )、 唐松草属 ( T ha l -
i e tr u m )
、唇形科 ( L a bia ta e )、 狼毒属 ( S t el l r a e )、 车前
属 ( Pl a n ta g o )、 紫 草 科 ( B o r a g i na a e e e )、 十 字 花科
( C
r u ei f r ea e )
、 毛 莫 科 ( R a nu n eu l a a e e e )、 景 天 科
( C
r a s s u l a ea e e )
、
Jll续断科 ( i Dp s a a e e e )、 拢牛儿苗科
( G
r a e nia a e e e )等 。 干早植物 以白刺属 ( N i tr a r i a )为
主 , 个 别 层 位 有 沙 拐 枣 属 ( aC “ ig on u m ) 、 麻 黄
( E P he d ar )
、蓝雪科的补血草 ( iL m on iu m ) 。 某些层
段中有 1% 一 3% 的 水生 植 物 , 主 要 为香 蒲 属
( yT p h
a
)
,次为眼子菜科 ( P o t a m o g e t o n a e e a e ) 、 泽泻
科 ( A l i s m a t a e e a e ) 、 黑 三 棱 属 ( S p a嗜 a n i u m ) 及 藻
类 : 双星藻 ( yZ g n e m a ) 、转板藻 ( M d u g e o t i a ) 。 水生
植物含量虽然少 ,但他们的存在指示滞水环境的存
在 。 孩类 占 10 %左右 , 个别层位占 20 % 一 40 % , 主
要为石松 ( L y c o p o d i u m ) 、 卷柏 ( S e l a g i n e l l a ) 、 水龙
骨 ( P o l y p o d i u m ) ,偶见石韦 ( P y r or s i a ) 、里 白 ( H i c -
r i o P t e r i s l )
、紫其 (Os m u n d a ) 。
由抱粉组合可见云杉 、 圆柏属是组合中的主要
成分 , 两者之和达 40 %一 60 % ,个别可达 80 % , 且两
者含量互为消长 , 也就是说 ,任何时段抱粉组合中的
绝对主要成分都是云杉或圆柏属 , 这两者 的环境意
义可指示环境变化 的大致过程 。
擞
黛燕
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草本 /% 旅类 /% 干早植物 /% 水生植物 /% 云 杉 / % 分导度
卜纽三竺毕}卫塑.鲤自卜巨迎』卫 , 卜三生J今卜一之 ,
画柏 /% 抱粉浓度 (/ 粒 · g一 ’ )
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. . 麟到蜷触酬 区习二三淤浇层 亚枯土 粉砂 细粉砂 砂
图 2 抱粉组合综合曲线
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.
2 T h e P o ll e n a s s e m bl a g e o f S a nj i
a o e h e n g S e C t l o n
4 讨论
4
.
1 云杉的环境指示意义
自从徐仁先生在渭南发现青杆的球果和大量花
粉并确立了晚更新世寒冷气候期后 , 云杉一直被作
为冰期和寒冷气候的指示性标志 sj[ 。 一般认为抱粉
组合中花粉超过 30 % , 即可判定附近有林 。 70 年代
末至 80 年代中国东部第四纪冰川存在与否大讨论
时 ,有人因云杉花粉带气囊认为云杉花粉具有很强
的飞翔能力 ,可长达千余公里的搬运 ,进而怀疑它的
示冷作用 。 云杉花粉的传播能力究竟如何 ?
E r d t m a n 计算了云杉之一 种 P i e e a a b i c 。 一朵
花产粉量 为 60 万个 , 一个花粉 的重 量为 72 . s x
1 0 一 9 9 , 大于多数种子植物花粉的重量 , 下沉速度 6
c m
· s 一 ’ 23[ ,加之云杉个体较大 ,传播 时被其他物体
阻挡的几率大 , 传播效率并不大 。 李文漪在 内蒙古
大兴安岭西坡锡林河流域 、 新疆天 山乌鲁木齐河流
域 、 天池以北地区三个典型地段 的云杉花粉传播性
能实验证实 : 云杉花粉传播能力是有 限的 。 在纯 云
杉林地内 ,表土 中云杉花粉的含量在 50 % 以上 , 最
多达 到 8 4 . 2 % , 离 开 云杉林 30 m 处 , 含 量 降至
35 %
, 距云杉林 5 0 m 以外 ,含量降至 1 % ,但至 15 0
k m 处 ,都有可能有云杉花粉 出现 。 柴窝铺的研究
表明 , 云杉开花期 ,有大风 时 ,顺风 向 3 km 表土 中 ,
云杉含量不过 2% ~ 5% ,远较想象的低〔幻 。 这个结
果与札克林斯卡娅的结论是一样 的2[] 。 说明在风媒
环境下云杉花粉的传播能力是有限的 , 大多数降落
在母体周 围 ,传播出去的是极少量的 ,云杉花粉浓度
高时应指示云杉林的存在 。 三角城剖面地层中 , 云
杉花粉含量在某些层段高达 40 %一 60 % ,按常规概
念 ,指示这些时段剖面附近有云杉林的存在 ,但这个
1 4 4 中 国 沙 漠 1 2卷
结论必然得出当时云杉林下限从 2s o m 降至1 30 0
m 的结论 , 这样大幅度的降温 ,全新世是不可能的 。
也就是说 ,风媒环境此地不可能有高含量的云杉花
粉 。 需另辟思路予以解释 。
云杉百 分比与其它组 份 百分 比对 比显 示 ( 图
2)
: 云杉百分比与水生植物 、藏类百分比成正 比 ,与
干早植物百分比成反 比 , 说明云杉与有效湿度关系
密切 ; 云杉百分比与整个剖面抱粉组合的复杂分异
度 、抱粉浓度成正 比 , 说明云杉花粉多时是环境适宜
期 ,生物的生长量比较大 , 生物多样性程度大 ,虽然
无法确定具体的温度 , 但至少说明温度不可能有大
幅度的下降 。 云杉丰值对应 C a C O : 曲线的高值 、地
层 中粒度较细湖相层 。 此时段恰是终间湖发育最好
的时段 , 即流域来水最多的时期 。
由于石羊河流域上游生长 的是青 海云杉 ,故可
把剖面中大量出现的云杉看成青海云杉 。 祁连山东
段青海云杉分布在海拔 2 4 0 一 3 10 o m 的阴坡和半
阴坡 。 分布区属于山地森林草原气候 , 年平均气温
低于 1℃ , 7 月平均气温 12 ℃ , 1 月平均气温一 12 ℃ ,
年降水量为 4 0 0一 5 0 0 m m [ ,〕 。 孙 湘君在 中国北方
黄河以北 、 以东地区 ,新疆的北疆地区选取 2 15 个点
的表土进 行 了北方 部分科属花粉一气候响应面分
析 。 这样大范围的分析其代表性和结果应是非常可
靠的 。 他们的研究结果表明云杉 的丰值区在 : ① 7
月平均气温为 10 ~ 15 ℃ ,年降水量 一 60 m m 以上的
湿润 区 。 此区内花粉丰度一般大于 40 % ,且随湿度
增加而增加 。 ② 7 月平均气温为 10 一 20 ℃ , 年降水
量 10 一 4 0 m m 的干早 区 。 此 区内云杉丰度降至
30 % 以下 ,且随湿度增 大而增大 。 ③ 7 月平均气 温
为 1 5~ 2 0 oC , 年均降水量 4 0 0一 1 0 0 0 m m 的高温高
湿 区 ,此区丰度与温度负相关 10[ 〕 。 剖 面上游祁连山
区 , 温度属第一种 生境 ,湿度介于一 、 二类型之 间 。
这两种类型生境 , 云杉丰度 的增加 ,都与湿度增加有
关 。 即湿度增加 ,祁连 山山地云杉花粉百分比增加 ,
而湿度增加 , 流域的产流量 、径流量都会增加 。
抱粉组合 、 云杉花粉一气候 响应面分析及云杉
生境均显示 出 ,云杉丰值与湿度有关 ,风媒环境又不
可能出现高含量的云杉花粉 ,加之剖面特殊的位置 ,
不难想河水将上游抱粉冲进终 间湖 , 几造成云杉花粉
的富积 。 B as h G S 和 B ur hs L M 的实验证明 : 河水
携带花粉的能力是非常强 的 , 只有在静水和缓流下
才能沉积 1l[ 〕 。 实际上 , 所有抱粉研究者 的共识 : 细
粒沉积物中花粉浓度高于粗粒的 , 即是同样的道理 。
石羊河从发源地到终 间湖边缘的距离 为 30 0 k m , 到
三角城剖面仅 250 k m 左右 , 海拔降低了 1 20 m , 短
距离内 , 如此大的比降 , 除了终间段不可能有静水和
缓水区域 ,终间段应是花粉的沉积区和富积 区 。 许
清海 12[ 〕在华北平原黄 河 、 沱河 、 滦河不 同沉积相 现
代花粉研究表明 , 平原洪积扇中的花粉含有 20 % 一
30 %来自山上 的木本花粉 , 河 口 区的花粉浓度远高
于中上游的浓度 。
综上分析 ,笔者认为 ,三角城剖面的地理位置决
定了剖面地层 中的抱粉既有地方性 的抱粉 , 也有来
自祁连山上的抱粉 , 剖面 中大量的云杉花粉是石羊
河搬运的结果 ,并不代表当地的植被 ,它的变化应指
示区域植被和气候变化 , 它 的变化和区域 的有效湿
度关系更密切 ,它的丰值 , 指示有效湿度的丰值 。 目
前石羊河下游建有水库 , 终 间区已无河流来水 。 笔
者在三角城剖面附近的现代活动沙丘和沙丘下的土
壤中取样进行表土分析 , 均获得大量抱粉 , 每样统计
2 张盖片 ( 2 4 m m X 2 4 m m ) , 前者统计了 1 0 3 0粒抱
粉 ,后者统计到 1 3 79 粒 。 主要为 白刺 ( 2 % ) 、 菊科
( 20 % )
、黎科 ( 1 9% ) 、 篙属 ( 1 8写 ) 、 禾本科 ( 12 % ) , 圆
柏占 3% ,云杉占 1% , 与当地的干早气候 、荒漠植被
是吻合的 , 反映了在没有河流搬运的情况下 (风媒 ) ,
云杉花粉的含量将降至很低水平 。 这个结果支持上
述想法 。
5
.
2 圆柏属的环境意义
剖面 中高含量 圆柏属 的出现与云杉 的情 形相
似 ,也是指示流域上游圆柏林的变化 。 这里圆柏属
应是祁连圆柏 。 祁连 圆柏属耐早寒 、 痔薄 ,对环境要
求不严 ,生境较 干早 v[] , 现代流域上游海拔 2 50 。 ~
3 0 Q m 的山地阳坡有纯 圆柏林分布 。 剖面抱粉组
合中圆柏属百分比与干旱植被 (白刺 、 沙拐枣 、 麻黄 )
百分比成正 比 ,与云杉百分比 、抱粉浓度 、 分异度成
反比 。 它 的丰度时段应是 环境比较严酷 ,不适 于生
物生长的时期 。 研究区干旱大格局早 已形成 ,控制
区内生物生长量最主要的因素是湿度 。 祁连山东段
圆柏树轮研究证明 , 圆柏 的生 长量 与春 季降水有
关 l3[ 〕 。 湿度降低 , 生物生 长量下降 ,喜湿的云杉等
植物不适应环境 , 生长量下降 ,花粉产量下降 。 湿度
降低的同时 , 流域径流量少 , 冲积人湖的花粉减少 。
圆柏因抗旱能力强 , 环境变干对其生长量和产粉量
影响相对较小 ,加上 “ 补偿递减律 ” 的作用 ,百分比增
加 ,但实际的绝对数并没有增加 , 反而有一 定 的下
降 。
2期 朱 艳等 : 干早区石羊河终间湖泊抱粉组合中云杉圆柏属环境指示惫义探讨 1 4 5
6 结论
( l )三角城剖面主要成分是云杉 、 圆柏属 , 两者
之和达 50 %一 70 % ,个别样甚至高达 80 % , 而且两
者含量互为消长 。
( 2) 云杉 、 圆柏属高含量主要是石羊河将其冲
积到终间区富集的结果 ,并不指示 剖面附近曾有云
杉 、 圆柏林发育 。 云杉 、 圆柏属指示的是流域上游的
植被状况 。
( 3) 云杉丰值指示流域有效湿度丰值 , 圆柏属
丰值对应气候变干 ,有效湿度下降 。
致谢 : 抱粉鉴定得到兰州大学地理 系马玉 贞副教授 、
中国科学院北京植物所孔 昭哀教授 、 南京古生物研
究所王伟铭教授的帮助 ;成文 中兰州大学地理 系“ 长
江学者计划 ” 特聘教授冯 兆 东给予 了有益的建议和
帮助 ; 中国科学院北京植物所席 以珍教授 、 张玉龙教
授赠送 了干早 区现代袍粉形 态资料 ; 吴海斌 、 吴庆
龙 、 程波参加 了部分野外和室 内工作 。 特 此致谢 !
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E n v ior n m e n t a l S ig n a l s o f iP c e a a n d aS b i
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1 4 6 中 国 沙 漠 1 2卷
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s u r f a e e s a m p l e s
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l im i t e d e a p a e i t y t o e a r r y P i c e a a n d S a b i n a p o l l e n f r o m t h e m o u n t a i n t o t h e l o w l a n d s
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T h e r e a r e s e v e r a l r e s
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e r v o i r s i n t h e u p p e r a n d m idd l e r e a e h e s o f S h i y a n g R i v e r
,
w i t h o u t w a t e r t r a n s p o r t i n g
, t h e a s s e m b l a g e o f
p o l l e n 15 d o m i n a t e d b y l o e a l x e r o p h y t e
.
T h e r e f o r e
,
p i c e a a n d S a吞￡n a s u g g e s t t h e v e g e t a t i o n o f t h e rn o u n -
t a i n i n t h e u P P e r r e a e h e s o f t h e S h i y a n g R i v e r
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K 碑y w o r d s : a r id a r e a ; l a e u s t r i n e s e d im e n t s ; p o l l e n a s s e m b l a g e ; 尸 i e e a ; S a吞i n a ; e n v i r o n m e n t a l s i g n a l s
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