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浙江天台中新统润楠属化石及其古环境指示



全 文 :第37卷 第1期 地球科学———中国地质大学学报 Vol.37 No.1
2 0 1 2年1月 Earth Science—Journal of China University of Geosciences  Jan. 2 0 1 2
doi:10.3799/dqkx.2012.004
基金项目:国家重点基础研究发展计划“973”项目(No.2012CB822000);国家自然科学基金(No.41172022);高等学校博士学科点专项科研基
金(No.20100211110019);现代古生物学与地层学国家重点实验室基金(中国科学院南京地质古生物研究所)(No.103108);“中央高
校基本科研业务费专项资金”自由探索项目(No.lzujbky-2009-132).
作者简介:丁素婷(1981-),女,博士后,研究方向为古植物学与环境变化.E-mail:dingst@lzu.edu.cn
*通讯作者:孙柏年,E-mail:bnsun@lzu.edu.cn
浙江天台中新统润楠属化石及其古环境指示
丁素婷1,2,孙柏年1,2*,吴靖宇1,2,李相传1
1.兰州大学西部环境教育重点实验室与资源环境学院,甘肃兰州 730000
2.中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学与地层学国家重点实验室,江苏南京 210008
摘要:对浙江天台中新统下南山组6块叶片压型化石———天台润楠Machilus tiantaiensis Ding S.T.et Sun B.N.sp.nov.,
并对其叶结构和表皮构造特征进行了详细的研究.其主要特征为:叶椭圆形,全缘,顶端渐尖,基部楔形,侧脉羽状;表皮细胞
垂周壁浅波状,单细胞毛基多集中于脉络区;气孔下生式,气孔器短平列型,副卫细胞1~2个.通过与现生植物进行对比分析,
发现当前标本的叶结构和表皮构造特征与樟科润楠属(Machilus)十分一致.利用PAST(palaeontological statistics)软件对我
国润楠属68种植物叶片的形态特征进行聚类分析,结果表明当前化石与M.pingii Cheng ex Yang最为接近;角质层分析也
表明二者的表皮构造最为相似.利用化石与其现存最近亲缘种M.pingii的气孔比率,恢复了天台晚中新世的古大气CO2 体
积分数为407.9×10-6.此外,依据现生润楠属主要分布于亚洲东南部和南部的热带、亚热带地区,推断天台地区中新世的古
气候较为温暖湿润.
关键词:润楠属;角质层;聚类分析;植物化石;古环境;中新世;环境变化.
中图分类号:Q914    文章编号:1000-2383(2012)01-0035-12    收稿日期:2011-07-26
Machilus Fossil from Miocene in Tiantai,Zhejiang Province,China,and Its
Paleoenvironmental Implications
DING Su-ting1,2,SUN Bai-nian1,2*,WU Jing-yu1,2,LI Xiang-chuan1
1.Key Laboratory of Western Chinas Environmental Systems of Ministry of Education,College of Earth and Environmental Science,
Lanzhou University,Lanzhou 730000,China
2.State Key Laboratory of Paleobiology and Stratigraphy,Nanjing Institute of Geology and Paleontology,Chinese Academy of
Sciences,Nanjing 210008,China
Abstract:Six fossil leaves with fine venation and wel-preserved cuticles of Machilus tiantaiensis Ding S.T.et Sun B.N.sp.
nov.(Lauraceae)were discovered from the Late Miocene Xiananshan Formation of Tiantai County,eastern Zhejiang Province,
China.The fossils were characterized by eliptic shape with entire margin,acuminate apex,cuneate base and pinnate venation;
the anticlinal wals of epidermal cels are undulated,the unicelular trichome bases are mostly found on the veins;leaves hypos-
tomatic,stomata paracytic with two embedded guard cels and one or two subsidiary cels.The leaf cuticular and architectural
features of these fossil leaves suggest the affinity within the genus Machilus.The quantitative traits of leaf morphology were
studied here,and a free data analysis package(palaeontological statistics)is utilized for cluster analysis.The leaf morphologic
and cuticular features show that the fossil is similar to the modern leaves of M.pingii mostly.The paleoatmospheric CO2con-
centration is estimated through the stomatal ratio between the fossil species and the extant M.pingii Cheng ex Yang(nearest
living relative of the fossil species),and the result shows that the level of atmospheric CO2in the Late Miocene of Tiantai is
about 407.9×10-6.The modern trees of Machilus are distributed in tropical and subtropical regions of South and Southeast
Asia,which indicates that the Miocene climate of eastern China was warm and humid.
Key words:Machilus;cuticle;cluster analysis;plant fossils;paleoenvironment;Miocene;climate change.
地球科学———中国地质大学学报 第37卷
  润楠属(Machilus Nees)是樟科(Lauraceae)植
物中种类较多、分布较广的属之一,大部分种类是热
带及亚热带森林的表征种(Carpenter et al.,2007;
Hu et al.,2007;林夏珍,2007a,2007b).该属约
100余种,分布于亚洲东南部和南部的热带、亚热带
地区,其中以中国西南部和印度为主要产地(李树
刚,1982;林夏珍,2007b),我国润楠属植物约有68
种,集中分布在长江以南各省区(李树刚,1982).
角质层特征已被成功地应用于现代樟科类群的
鉴定和地区樟科植物种类的识别(Hil,1986;
Christophel et al.,1996;Christophel and Rowett,
1996).近年来,我国学者对现代润楠属植物的角质
层做了较为系统的研究(庄雪影等,2002;林夏珍,
2007b).角质层特征作为鉴定植物化石的重要证
据,已经得到广大古植物学者的重视,如 Dilcher
(1974)、Kerp(1990)、Upchurch(1995)、McElwain
and Chaloner(1996)、Kürschner et al.(1996,
1997)、Kürschner(1997)和Barclay et al.(2007)都
对此进行了研究.角质层已被广泛应用于化石樟科
植物的分类(Bandulska,1926;Hil,1986;刘裕生,
1990;Carpenter et al.,2007;Hu et al.,2007;Li
et al.,2009).但关于润楠属化石的记录较少且研
究程度较低,仅吴靖宇等(2008)对云南上新世2种
润楠属植物化石的叶表皮进行了详细的研究.
1 地理及地质概况
浙江省位于我国东南沿海、长江三角洲南翼.境
内山脉河流纵横交错,丘陵起伏,平原分散,气候复
杂,土壤多样,造就了多种生态环境;该区地质构造
复杂,地层发育齐全,尤其是新生代地层中保存有大
量精美的植物压型化石(Li,1984).当前化石标本
采自于浙江省天台县县城以东约20km处,地理坐
标为29°09′N、121°14′E(图1),海拔274m.
从地层划分来看,当前化石层位属嵊县群中新
统下南山组,Li(1984)将下南山组大致分为3个岩
性段:下段为玄武岩,厚度约103.1m,中间夹20m
杏仁状构造玄武岩;中段为湖相沉积物,含有耐火粘
土层、硅藻土夹层及煤线,厚度约8m;上段为大于
35m的玄武岩.当前化石产于下南山组中段的硅藻
土层中,40 Ar-39 Ar法测得天台地区下伏玄武岩年龄
为10.5±0.5Ma(Ho et al.,2003),刘若新等
(1992)利用K-Ar法测得新昌与天台县交界处的上
覆玄武岩年龄为6.5~6.8Ma,因此本文化石产出
图1 化石采集点地理位置
Fig.1 Locality of Machilus fossils in Zhejiang Province,
China
层位的地质时代应为中新世晚期.
2 材料与方法
化石材料于2006年9月采自浙江天台中新统
下南山组,角质层对比分析的现生植物标本 M.
pingii Cheng ex Yang于2008年9月采自四川成
都,M.yunnanensis Lec.于2006年10月采自云南
昆明.
2.1 实验处理
用解剖针将化石角质层碎片从岩石上剥下,在
蒸馏水中充分浸润后,分别置入10% HCl溶液和
50% HF溶液中浸泡48h,洗净后置入30% HNO3
溶液中浸泡8~10h,待颜色变为棕红色或浅黄色时
洗涤至中性,用5% NH4OH 溶液处理10min左
右,在体视显微镜下分离出上、下表皮.
将现生叶片用蒸馏水清洗干净后,放到冰醋酸
和 H2O2 的1∶1溶液中,在60℃下水浴9~10h,
待叶片变为白色时,表皮与叶肉细胞发生分离,取出
样品洗涤至中性后,在立体显微镜下分离上、下
表皮.
将处理好的化石和现生植物角质层样品分为2
部分,一部分在番红试剂中染色约2min,洗净后用
甘油胶和加拿大树胶制片、封片,在Leica DM4000B
多功能高级生物显微镜下观察、测量、照相;另一部
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 第1期  丁素婷等:浙江天台中新统润楠属化石及其古环境指示
分样品用15%、30%、50%、75%、85%、95%、100%
梯度酒精溶液依次脱水,然后在扫描电子显微镜
(JEOL JSM-5600LV)下观察、测量、拍照.
2.2 聚类分析方法
本文聚类分析的主要目的是从多样品中找出与
化石相似性最高的种类.分析使用 PAST 软件
(palaeontological statistics,ver.1.88)(Hammer
et al.,2009).将需要分析的性状特征数据输入
PAST软件,系统自动使用数据矩阵对各个数据进
行标准化,之后可选择不同的聚类方法输出相关性
树状图.该软件的原理是将相关性最高的种类连结
成一个小群落,再将相关性次高的样品依次连接,最
后得到以树状图表示的植物种类组合.树状图将样
品区分成几个大的群落,每一大群落中的各个样品
相关性较高,而与其他大群落内的样品相关性较低.
现生植物叶片性状根据中国数字植物标本馆
(http://www.cvh.org.cn/)的标本信息,每种植物
从5~10份标本中随机选取50个植物叶片进行测
量,数据参照《中国植物志,第31卷》(李树刚,1982)
及《浙江植物志,第2卷》(丁陈森,1992).共选定8
项性状特征,其编码见表1;本文采用Gower法进行
聚类分析.
2.3 气孔参数统计方法
气孔参数(stomatal parameter)包括气孔密度
(stomatal density,SD)和气孔指数(stomatal in-
dex,SI).气孔密度(SD)是指单位面积内气孔的数
目,本文以每平方毫米面积内的气孔个数表示.气孔
指数(SI,%)是指单位面积内气孔数目占气孔和表
皮细胞总数的比例,用百分比表示,其计算公式如下
(Salisbury,1927):
SI= [SD/(SD+ED)]×100,
其中,SI(%)指气孔指数,SD指气孔密度,ED指细
胞密度.
2.4 气孔比率法与古大气CO2 浓度重建
气孔比率(stomatal ratio,SR)是指利用化石植
物的现存最近亲缘种(nearest living relative,NLR)
或现存最近对应种(nearest living equivalent,NLE)
与化石种的气孔指数的比率,气孔比率法是反映大
气CO2浓度的一种半定量方法(Salisbury,1927).按
照 McElwain(1998)的方法计算如下:
SR =SI现生/SI化石 ,
其中,SR指气孔比率,SI(%)指气孔指数.
RCO2 =1×SR ,
其中,RCO2指地质时期大气CO2浓度与现代大气CO2
表1 分类性状及编码
Table 1 Taxonomic characters and codes
序号 分类性状及编码
1 叶片长度(cm)
2 叶片宽度(cm)
3 叶片长/叶片宽

叶基形状:楔形(0);宽楔形或圆形(1);钝(2);下延
或急短尖(3)
5 叶顶:渐尖(0);尾状渐尖(1);短尖(2);钝或圆(3)
6 叶片质地:坚纸质(0);薄革质(1);革质(2);厚革质(3)
7 叶侧脉数(对):<7(0);7~9(1);9~12(2);>12(3)

侧脉与中脉的夹角:<30°(0);30°~45°(1);45°~
60°(2);>60°(3)
浓度的比值.
古CO2 体积分数=RCO2×现生标本采集当年
的大气CO2 体积分数.
2.5 标本描述术语
叶结构描述参照《Manual of Leaf Architec-
ture》(LAWG,1999)和孙启高等(1997),角质层描
述参照Dilcher(1974)和 Wilkinson(1979).
3 系统描述
樟科Lauraceae Berry
润楠属Machilus Nees
天台润楠 Machilus tiantaiense Ding S.T.et
Sun B.N.sp.nov.
正模:LUP147(图2a,2j,3b,4a,4b,4e)
副模:JH14276(图 2b);JH14271(图 2c);
JH14282(图2d,4c);JH14643(A,B)(图2e,2f,
3a);JH14585(图2g,2i,3c)
地层与时代:下南山组,晚中新世
地点:浙江省天台县(图1)
保存地:兰州大学古生物学研究所标本室
词源:种名来源于化石发现地,浙江天台县
鉴别特征:叶椭圆形,全缘,基部楔形,顶端渐
尖,长4.1~6.5cm,宽2.0~2.8cm;羽状脉序,中
脉粗壮、微弯曲,侧脉羽状,7~9对,与中脉夹角
30°~45°,呈弧形弯曲向上;细脉呈网状.表皮细胞形
状不规则,垂周壁呈波状,具单细胞毛基,集中分布于
脉络区;气孔下生式,气孔器星状分布,短平列型,由1
对保卫细胞和1个或1对副卫细胞组成,副卫细胞位
于保卫细胞的一侧或两侧,大小相等或不等.
化石特征描述:叶椭圆形或卵状椭圆形,全缘,基
部楔形,顶端渐尖,长4.1~6.5cm,宽2.0~2.8cm,
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地球科学———中国地质大学学报 第37卷
图2 Machilus tiantaiensis和M.pingii的叶结构特征
Fig.2 Leaf architectures of Machilus tiantaiensis and M.pingii
a~g.M.tiantaiensis手标本;a.标本号:JH14147;b.标本号:JH14276;c.标本号:JH14271;d.标本号:JH14282;e.标本号:JH14643A;f.标
本号:JH14643B;g.标本号:JH14585;h.M.pingii;标本号:LUP080918;i.M.tiantaiensis,示脉络结构,标本号:JH14585;j.化石叶片素描
图,标本号:JH14147;k.现生叶片素描图,标本号:LUP080918.a~h,j,k的标尺=1.0cm;i的标尺=0.5cm
叶柄长约9.0mm,宽约1.0mm(图2a~2g);中脉粗
壮,在上面稍凹,下面明显突起;侧脉羽状,每边7~
9条,与中脉夹角30°~45°(50°),呈弓形弯曲向上,侧
脉间有不规则的横行脉,细脉结成网状(图2i,2j).
上表皮无气孔器(图3a),脉间细胞形状不规
则,长13.8~33.2μm,宽8.9~18.4μm,垂周壁波
状弯曲;脉络细胞多为不规则长方形、梭形,细胞大
小差异较大,垂周壁波状.下表皮具气孔器(图3b,
3c,4a~4c),脉 间 细 胞 不 规 则 形,长 17.7~
34.1μm,宽10.7~14.5μm,垂周壁波状弯曲,脉络
细胞狭长条状(图4a~4c);气孔器星状分布,长
18~22μm,宽17~21μm,短平列型,由1对保卫细
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 第1期  丁素婷等:浙江天台中新统润楠属化石及其古环境指示
图3 在光学显微镜(LM)下M.tiantaiensis、M.pingii和M.yunnanensis角质层特征
Fig.3 Cuticular characteristics of Machilus tiantaiensis,M.pingii and M.yunnanensis under the light microscopy
a.M.tiantaiensis上表皮,箭头示垂周壁,标本号:JH14643;b.M.tiantaiensis下表皮,箭头示气孔器,标本号:JH14147;c.M.tiantaiensis下表皮,
箭头分别示脉络和毛状体,标本号:JH14585;d.M.pingii上表皮,箭头示垂周壁,标本号:LUP080918;e.M.pingii下表皮,箭头分别示气孔器和
毛状体,标本号:LUP080918;f.M.pingii下表皮,箭头示脉络,标本号:LUP080918;g.M.pingii下表皮,箭头示气孔器,标本号:LUP080918;h.
M.yunnanensis上表皮,箭头示垂周壁,标本号:LUP061012;i.M.yunnanensis下表皮,箭头示气孔器,标本号:LUP061012.a,b,d,e,h,i的标尺=
50μm;c,f的标尺=100μm;g的标尺=10μm
胞和1个或1对副卫细胞组成,副卫细胞位于保卫
细胞的两侧,翅状延长,大小相等或不等(图3b,4b,
4e);下表皮具单细胞毛基,多分布于脉络区(图3c,
4a,4b).
4 讨论
Christophel et al.(1996)最早开展了樟科植物
叶角质层研究,他们通过11个属70余种植物的叶
角质层特征观察,认为普通细胞的细胞壁性状、气孔
器的形态以及特殊细胞(如毛状体)的特征等对樟科
植物类群划分具有重要帮助.Li and Christophel
(2000)对全球范围的木姜子属群10个属300多个
种做了系统的研究,认为叶的角质层特征对属群种
类的鉴定具有重要作用.
庄雪影等(2002)对香港地区的润楠属植物角质
层进行研究后认为,大多数润楠属植物具有单细胞
表皮毛,表皮细胞呈多边形或不规则状,气孔器为短
平列型,由1对保卫细胞和1个或1对副卫细胞组
成,副卫细胞位于保卫细胞的一侧或两侧,大小相等
或不等.林夏珍(2007b)对分布在浙江省的润楠属
植物进行了系统分类研究,并指出对于叶形近似的
润楠属植物,在花和果实较难得到的情况下,可以运
用叶表皮特征进行鉴定.
当前化石叶全缘,椭圆形或卵状椭圆形,侧脉羽
状且弓形弯曲向上,细脉呈网状(图2a~2g,2i,2j),
与现生樟科植物叶片所具有的形态特征十分相似;
从表皮微细构造特征上看,当前标本具有单细胞毛
基,表皮细胞呈不规则状,气孔器为短平列型,由1
对保卫细胞和1个或1对副卫细胞组成,副卫细胞
位于保卫细胞的一侧或两侧,翅状延长,大小相等或
不等(图3a~3c,4a~4c,4e),这些均为樟科润楠属
93
地球科学———中国地质大学学报 第37卷
图4 在扫描电镜(SEM)下 M.tiantaiensis和M.pingii
角质层特征
Fig.4 Cuticular characteristics of M.tiantaiensis and M.
pingii under the scanning electron microscope
a.M.tiantaiensis下表皮内面观,标本号:JH14147;b.M.tian-
taiensis下表皮内面观,标本号:JH14147;c.M.tiantaiensis下表皮
外面观,标本号:JH14282;d.M.pingii下表皮外面观,标本号:
LUP080918;e.M.tiantaiensis 下 表 皮,示 气 孔 器,标 本 号:
JH14147;f.M.pingii下表皮,示气孔器,标本号:LUP080918.a的
标尺=100μm;b~d的标尺=50μm;e,f的标尺=10μm
植物叶表皮的典型特征(Bandulska,1926;Wolfe,
1977;李树刚,1982;Hil,1986;Faggetter,1987;
Edwards,1990;Christophel et al.,1996;Li and
Christophel,2000;李捷和李锡文,2004;Carpenter
et al.,2007;Pole,2007).综合上述叶结构和角质
层构造的分析,笔者将当前化石叶片归属于樟科润
楠属是恰当的.
4.1 与润楠属植物化石对比
尽管樟科植物具有广泛地史分布(Hil,1986;
Drinnan et al.,1990;Upchurch and Dilcher,
1990;Eklund and Kvacek,1998;Frumin et al.,
2004;李捷和李锡文,2004;Little et al.,2009),但
润楠属植物的化石记录相对较少.该属化石曾报道
于美国俄勒冈州渐新世地层(Lakhanpal et al.,
1958),日本山口市的始新世地层(Huzioka and Ta-
kahasi,1970),以及日本中部地区的本州、兵库县和
岐阜县中新世地层(Ina,2004;Uemura,2005;
Yabe,2008).我国润楠属化石最早见于云南景谷渐
新世地层(中国新生代植物编写组,1978),此后在云
南开远中新世地层(周浙昆,2000)、腾冲上新世地层
(吴靖宇等,2008),以及广西百色盆地早更新世地层
(刘裕生,1993)被陆续发现.
我国景谷渐新世(中国新生代植物编写组,
1978)、开远小龙潭晚中新世(周浙昆,2000)以及日
本本州(Yabe,2008)、兵库(Ina,2004)和岐阜(Ue-
mura,2005)中新世的M.ugoana叶形一般以披针
形明显区别于当前标本;日本岐阜(Uemura,2005)
中新世的M.nathorsti叶形、大小与当前标本比较
接近,但仅具6条侧脉;小龙潭(周浙昆,2000)晚中
新世的 M.americana,其叶形为椭圆状披针形,侧
脉不明显;腾冲上新世地层(吴靖宇等,2008)发现的
2种润楠属植物化石 M.leplophylla 和 M.cf.
longipedicellata叶片明显比本文叶片化石大,且侧
脉较多,与当前标本有显著不同;广西百色盆地早更
新世地层长岭组(刘裕生,1993)的 M.thunbergii
和M.oreophila叶片明显较当前化石大,侧脉较当
前化石多,且叶形为披针形可区别于当前化石;上述
报道的润楠属化石(表2)除腾冲上新世标本外,均
缺少角质层的描述,因此无法进行深入对比.与吴靖
宇等(2008)报道的腾冲标本的角质层特征相比较,
当前标本具有的短平列型气孔器、副卫细胞通常具
有的翅状延长形态以及单细胞毛基等均与腾冲标本
相一致.
4.2 与现生润楠属植物叶片对比
依据叶片大小、叶片形状、叶脉结构等8个特征
性状(表1),使用PAST软件对我国润楠属68种植
物与当前化石叶片进行了聚类分析,采用Gower法
聚类得到各种叶片之间的相关分析图(图5).为了
验证Gower法的可靠性,笔者随机采用Euclidean
法和Bray-curtis法进行了对比分析,结果表明各种
方法得到聚类特征虽然存在一定的差异,但处于化
石两侧的种类变化不大,因此本文仅详细介绍
Gower法的聚类结果.
为了 准 确 判 断 润 楠 属 各 种 植 物 与 化 石
M.tiantaiensis的相似性,笔者详细考察了处于化
石两侧附近的各种植物(图5中黑色竖线标示)叶片
的叶结构特征.化石 M.tiantaiensis叶片与 M.
pingii处在同一分支的最末端,其相似性系数最高,
而二者叶片特征也几乎一致(图2i,2k),上侧相邻
分支的M.thunbergii和下侧相邻分支的M.yun-
04
 第1期  丁素婷等:浙江天台中新统润楠属化石及其古环境指示
表2 润楠属叶化石记录
Table 2 Leaf fossil records of genus Machilus
种名 叶形 大小(cm) 叶顶 叶基 叶缘 侧脉(对) 时代 地点 参考文献
M.thunbergii 披针形、椭圆形
(10.3~11.5)×
(1.9~5.0)
短尖 楔形 全缘 9~10 早更新世 广西百色 刘裕生,1993
M.oreophila 披针形 15.2×3.8 短尖 楔形 全缘 15 早更新世 广西百色 刘裕生,1993
M.leplophylla 倒卵状长圆形 15.0×5.0 - 楔形 全缘 >10 上新世 云南腾冲 吴靖宇等,2008
M.cf.longipedicellata 长椭圆形 18.0×5.0 渐尖 楔形 全缘 10 上新世 云南腾冲 吴靖宇等,2008
M.americana 椭圆状披针形 4.7×1.9 - 楔形 全缘 - 晚中新世 云南开远 周浙昆,2000
M.ugoana 椭圆状倒披针形 5.9×1.8 - 楔形 全缘 >8 晚中新世 云南开远 周浙昆,2000
M.ugoana - 8.0×2.5 - 楔形 全缘 - 中中新世 日本岐阜 Ina,2004
M.nathorsti 卵圆形 8.0×3.0 渐尖 狭楔 全缘 6 中中新世 日本岐阜 Ina,2004
M.ugoana
椭圆形,长椭圆形,
椭圆状披针形
(4.8~11.2)×
(1.7~4.0)
渐尖 楔形 全缘 10~12 中新世 日本兵库 Uemura,2005
M.ugoana 披针形 9.7×2.3 短尖 狭楔 全缘 9 早中新世 日本本州 Yabe,2008
M.nathorsti - - 渐尖 全缘 - 早中新世 日本本州 Yabe,2008
M.ugoana 椭圆状披针形 7.0×1.7 - - 全缘 7 渐新世 云南景谷
中国新生代植物
编写组,1978
M.tiantaiensis 椭圆形,卵状椭圆形
(4.1~6.5)×
(2.0~2.8)
渐尖 楔形 全缘 7~9 晚中新世 浙江天台 本文
nanensis虽然和化石叶片存在微小差异,但很难简
单依据叶结构特征将其区分开来.与聚类图上更远
位置的种类相比较,上侧的 M.bombycina长宽比
(4.8)明显大于化石 M.tiantaiensis(长宽比2.0),
而M.melanophylla的叶片一般长8~13cm,比其
化石(4.1~6.5cm)大;下侧的 M.nanchuanensis
的侧脉较少(不超过7条),M.lichuanensis的叶片
较大(7.5~15.0cm),且长宽比也较大(3.1).
从上述叶结构特征的聚类分析不难看出,M.
tiantaiensis与 M.bombycina、M.melanophylla、
M.nanchuanensis以及M.lichuanensis 4种在叶
片大小上相似性较差,易于区别;而与 M.pingii,
M.thunbergii,M.yunnanensis的相似性大,仅利
用叶片形态特征进行对比是较难区分的.因此,笔者
分析了与化石叶结构特征最为接近且较难区分的3
种植物(M.pingii,M.thunbergii,M.yunnanen-
sis)的角质层特征(表3),结果显示M.tiantaiensis
与M.pingii(图3d~3g,4d,4f)的细胞形状、气孔
器星状分布以及下表皮具密集的单细胞毛(基)等角
质层微细构造特征方面都最为相似;而 M.thun-
bergii(林夏珍,2007b)和 M.yunnanensis(图3h,
3i)的上、下表皮均无毛状体,其中M.thunbergii的
细胞垂周壁平直,气孔器群状分布 (林 夏 珍,
2007b),M.yunnanensis具表皮细胞垂周壁波状弯
曲较深等特征以区别于当前化石.基于对叶结构宏
观特征的聚类分析和表皮微细构造的详细对比,表
明M.tiantaiensis与现生M.pingii最为接近.
需要指出的是,本文聚类分析的目的主要是寻找
与当前化石叶片最具相似性的种类,所选取的8个性
状主要是依据化石叶片所保存并且能够观察到的性
状为标准.因此,本文聚类分析结果仅代表润楠属植
物的叶片相似性状况,并不表示其自然亲缘关系.
5 古环境指示
5.1 古大气CO2 浓度
利用植物化石与其现存最近亲缘种(nearest
living relative,NLR)的气孔比率(Stomatal ratio,
SR)重建地史时期的大气CO2 浓度,已成为当前国
际学术界的研究热点之一,如 Woodward(1987)、
Van der Burgh et al.(1993)、Kürschner et al.
(1996,2008)、Royer et al.(2001)、Beerling et al.
(2002)、Kerp(2002)、Hetherington and Woodward
(2003)、Osborne et al.(2004)和Beerling and Ber-
ner(2005).吴靖宇等(2008)利用润楠属2种植物化
石与其最近亲缘种的气孔比率,重建了滇西地区上
新世的古大气CO2 浓度,并指出润楠属植物是大气
CO2 浓度的良好指示器.
本文化石 M.tiantaiensis的气孔指数SI=
12.4(±0.4),其现存最近亲缘种M.pingii的气孔
指数SI=13.1(±0.4)(表 4),气孔比率SR=
13.1/12.4=1.06,转化为 RCO2 =1×SR=1.06
(McElwain,1998);依据M.pingii叶片采集年份
的大气 CO2 浓度(2008年大气 CO2 体积分数为
14
地球科学———中国地质大学学报 第37卷
图5 润楠属植物叶片形态特征数量分析聚类
Fig.5 Cluster analysis dendrogram by PAST showing the relationship of the species of the genus Machilus and M.tiantaien-
sis(Distance measure-Gower;Linkage algorithm-Paired group)
384.8×10-6,夏威夷莫纳罗亚山观测站:http://
www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/),求得天
台中新世大气CO2 体积分数为407.9×10-6,这一
结果与贾慧等(2009)利用壳斗科栎属植物化石黄毛
青冈(亲缘种)计算出的同时期该地点古大气CO2
浓度(395.2×10-6)较为接近,但植物化石反映当时
的古大气CO2 浓度明显较工业革命前的水平(大约
300.0×10-6)高出很多.
5.2 古气候特征
樟科植物是热带及亚热带森林的表征种,常作
为古环境指示器(Li and Christophel,2000;Carpen-
ter et al.,2007;Hu et al.,2007;林夏珍,2007b).润
24
 第1期  丁素婷等:浙江天台中新统润楠属化石及其古环境指示
表3 植物化石M.tiantaiensis与3种叶结构关系较近的现生润楠属植物叶片角质层特征
Table 3 Characteristics and correlations of the cuticle from M.tiantaiensis and extant three species of Machilus
种类
上表皮 下表皮
细胞形状 垂周壁 细胞形状 垂周壁
气孔密度
(个/mm2)
气孔器长
(μm)
气孔器宽
(μm)
气孔器
长宽比
气孔器
分布
表皮毛
参考文献
M.pingii 不规则 浅波状 不规则 弧形或浅波状 430  22.5  20.6  1.09 星状 有 本文
M.yunnanensis 不规则 深波状 不规则 浅波状 420  17.4  16.2  1.07 星状 无 本文
M.thunbergii
4~5
边形
平直 不规则 平直 248  15.5  15.5  1.00 群状 无 *
M.tiantaiensis 不规则 浅波状 不规则 浅波状 488  21.7  20.5  1.06 星状 有 本文
注:星号表示据林夏珍,2007b;气孔密度、气孔器长和气孔器宽均指平均值.
表4 M.tiantaiensis和M.pingi 下表皮气孔参数
Table 4 Stomatal parameters of the lower surface of M.tiantaiensis and M.pingii
种类
M.tiantaiensis
M.pingii
数据组序号 气孔密度(SD,个/mm2) 表皮细胞密度(ED,个/mm2) 气孔指数(SI,%)
1  436  2 956.0  12.9
2  496  3 527.0  12.3
3  452  3 115.0  12.7
4  512  3 484.0  12.8
5  507  3 646.5  12.2
6  487  3 643.5  11.8
7  529  3 811.5  12.2
平均值 488(±31) 12.4(±0.4)
1  420  2 830.0  12.9
2  439  2 864.5  13.3
3  435  2 844.5  13.3
4  396  2 675.0  12.9
5  439  2 767.5  13.7
6  528  3 722.0  12.4
7  493  3 280.5  13.1
平均值 450(±42) 13.1(±0.4)
楠属植物主要分布于亚洲东南部和南部的热带、亚热
带地区(李树刚,1982;林夏珍,2007a,2007b),其适
宜生活的气候条件是年平均气温(MAT)为11.5~
23.9℃,年平均降水量(MAP)为950~1 917mm
(Xia et al.,2009).根据前人报道(地质矿产部南京
地质矿产研究所,1982;Li,1984),下南山组大部分
化石属种(如Cinnamomum、Lindera、Sasa、Indocal-
amus、Ficus、Keteleeria、Cunninghamia、Fokienia
等)的现代分布均处于热带或亚热带较为湿润的地
区.化石生态组合的比较研究可以提供有意义的古气
候信息(阴家润等,1996;徐亚东等,2007),根据天台
中新世植物大化石组成,笔者推断浙江天台晚中新世
时期为温暖湿润性气候,这一结论与 Liu et al.
(2007,2008)利用孢粉资料所反映该区同时代的气
候特征相一致.
致谢:感谢肖良博士和惠冠军博士参与化石的采
集工作.
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