阿拉善沙漠植物鈣質根管：形態特征、分類及其環境指示意義

高有紅,李卓侖,韓朗,李若蘭

蘭州大學資源環境學院/干旱區與沙漠研究中心,蘭州 730000

阿拉善沙漠植物鈣質根管：形態特征、分類及其環境指示意義

高有紅,李卓侖,韓朗,李若蘭

蘭州大學資源環境學院/干旱區與沙漠研究中心,蘭州 730000

在系統總結前人對植物鈣質根管定義及形成機制的基礎上，采用形態學方法對阿拉善沙漠26組不同形態的植物鈣質根管進行了分類，初步統一了我國植物鈣質根管的定義及其分類；通過統計阿拉善沙漠不同類型植物鈣質根管在全新世的數量分布，探討了其分布特征可能蘊含的古環境意義。結果表明，植物鈣質根管是陸生植物形成的次生碳酸鹽結殼，包括鈣質根套、繞根結核、根模具、根導管和根狀結核五種類型。其中鈣質根套和繞根結核的形成受到植物生長及其根圍微生物活動的影響，而根模具、根導管和根狀結核的形成則不受上述作用的影響。據此將阿拉善沙漠植物鈣質根管分為鈣質根套和繞根結核兩種類型。這兩類植物鈣質根管在不同時期的相對數量百分比能夠指示植物鈣質根管形成時期有效濕度的高低，繞根結核數量百分比較高能夠指示較高的有效濕度，而鈣質根套數量百分比較高則指示了較低的有效濕度。因此，從植物鈣質根管中能夠提取豐富的古環境信號，并將其運用于沙漠地區的古環境研究中。

阿拉善高原;植物鈣質根管;鈣質根套;繞根結核;次生碳酸鹽;沙漠

0 引言

植物鈣質根管是陸生植物形成的次生碳酸鹽結殼，其廣泛分布于季節性土壤水分虧損的石灰質土壤或風成沉積地層中，如地中海地區[1-3]、澳大利亞中西部[4]、美國中西部[5]、印度西南部[6]等。因其在古環境研究中具有極高的潛力和價值，得到了國內外學者的廣泛關注，先后開展了植物鈣質根管的分類[7-8]、形態學[9]、年代學[10-11]、生物標志化合物研究[12]、同位素組成[10,13]及環境指示意義[14-18]等方面的研究。上述研究為植物鈣質根管的形成機制、環境指示意義等研究提供了有益的參考。

在植物鈣質根管的形態學及其形成機制方面的研究中，Klappa[7]，Barta[8]先后給出了植物鈣質根管的定義，并對每一個子類別的植物鈣質根管形態進行了描述。但由于命名規則的不一致以及植物鈣質根管形態特征的差別，導致了對植物鈣質根管的定義、命名和分類等在不同的研究中仍存在區別和混淆的情況。譬如, hypocoating[8]，rhizocretion[7]都表示植物鈣質根管子類中的繞根結核；而子類root cast被Klappa[7]定義為由于碳酸鹽或沉積物將根模具填充而形成的根狀結核，但在Crameretal.[4]的研究中，則將root cast描述為由于根系和根圍微生物的共同作用而形成的管狀碳酸鹽膠結，即將root cast定義為繞根結核，等同于Klappa[7]的rhizocretion。雖然上述研究在一定程度上給出了植物鈣質根管的定義和形態描述，但由于命名的不一致性，導致了其基本概念仍然相對模糊，不同的概念指示同一種根管形態，不同的根管形態被同一個概念指代[4,7-8]。例如，國內學者在古氣候研究中使用的表示植物鈣質根管概念的名詞主要有：植物根管[14]，根狀結核[15]，鈣質根套[16]，植物根套[19]，蝕余鈣質根管[17]，植物鈣質根管[18]等。這些概念是否指示同一種根管形態還是有一定的差異，目前尚未見具體的研究和論述。同時，對于植物鈣質根管的形成原因及其環境指示意義仍然存在一定分歧，以阿拉善沙漠植物鈣質根管為例，楊小平認為植物根管是大氣降水在沙丘中的淋濾作用產生的碳酸鹽膠結[14]，Lietal.[11],李卓侖等[18]認為氣候相對濕潤及土壤發育是制約植物鈣質根管形成的重要因素，高尚玉等通過對騰格里沙漠廣泛分布的鈣質根套的14C測年研究認為鈣質根套是砂質古土壤的蝕余堆積，可以指示全新世最適宜期古土壤曾在騰格里沙漠廣泛發育[16]。上述研究均表明植物鈣質根管的形成指示了相對濕潤的氣候條件[11,14,16,18]；而陳建生等[15]發現根狀結核主要分布于干涸古湖泊，并認為根狀結核是由地下水重結晶作用形成的。上述對植物鈣質根管形成機制的分歧，是否是由于未對其進行形態學分類以及不同類型的植物鈣質根管，其形成過程是否具有一定的差異，這些差異是否具有不同的環境指示意義，均尚需進一步的研究。

基于上述，本文擬通過形態學研究，進一步明晰植物鈣質根管的基本概念及其形成機制。在此基礎上對阿拉善沙漠的26組根管樣品進行形態學分類，并探討不同類型植物鈣質根管在阿拉善沙漠的時間分布特征及其環境指示意義。這些問題的解決將進一步明晰植物鈣質根管的形成機制及其環境指示意義，為其成為可靠的古環境研究代用指標提供新的證據。

1 區域概況

阿拉善沙漠位于我國北方中部沙區，由巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠和烏蘭布和沙漠組成，面積約8×104km2(圖1)。巴丹吉林沙漠位于雅布賴山以西、北大山以北、弱水以東、拐子湖以南，面積為5.2×104km2，為我國第二大沙漠[20]。年降水量40～120 mm，自東南向西北減少，年平均蒸發量約為1 000 mm[21-22]。中部有密集的高大沙山，高約200～300 m，最高可達500 m，以復合型沙山為主。沙山之間的洼地分布有許多大小不等的咸水湖，而淡水湖甚少，僅見于沙漠東南部邊緣。沙丘上植物較少，僅于沙丘下部或丘間低地生長有稀疏灌木、半灌木。騰格里沙漠位于阿拉善高原東南部，介于賀蘭山、祁連山與雅布賴山之間，面積約為4.27×104km2，是中國第四大沙漠[23]，年降水量125～160 mm，年潛在蒸發量2 600 mm[24]。沙漠內部沙丘、湖盆、山地、平地交錯分布，其中沙丘占71 %，以流動沙丘為主，沙漠內大小湖盆多達422個。植被以沙生灌木、半灌木為主。烏蘭布和沙漠位于阿拉善高原東北部，北至狼山，東北與河套平原相鄰。東近黃河，南至賀蘭山北麓，西至吉蘭泰鹽池，面積為1×104km2。年均降水量102.9 mm，年均蒸發為2 957 mm[24]。整個沙漠地勢都低于黃河水面，有引黃灌溉的條件，淺水資源豐富。植被由沙生、旱生、鹽生類灌木組成。

2 植物鈣質根管的定義及形成過程

Klappa[7]將高等植物根系形成的生物沉積結構定義為根跡化石(Rhizoliths)，包括碳酸鹽和沉積物在植物根系周圍沉淀并膠結形成的或者根細胞內部發生鈣化形成的根狀結構，即本文所提及的植物鈣質根管。同時，Klappa強調了根跡化石是由高等植物根系所形成的，并根據其不同形態進行了分類并對其子類進行了命名。雖然根跡化石這一定義在后續的研究中被廣泛采用[25-27]，但對于其子類的命名，有待進一步統一。譬如，Barta[10]將碳酸鈣注入土壤基質的空洞中形成的結構定義為繞根結核(hypocoating)(圖2a)；Cramer[4]將碳酸鹽膠結物定義為根狀結核(Root cast)(圖2b)，并指出原先存在于這種膠結物內部的根系的位置往往被更軟的碳酸鹽膠結占據。

圖1 研究區植物鈣質根管采樣點分布圖Fig.1 Study area and distribution of the calcareous root tubes

圖2 植物鈣質根管的分類圖片來自文獻[4, 7-8]。a. Barta定義的繞根結核[8]；b. Cramer定義的根狀結核[4]；c. Klappa定義的繞根結核[7]；d.植物根系分泌物與微生物分泌物將根系周圍松散沉積物或沙礫黏結聚集形成的結構；e.鈣質根套；f.根模具；g.根導管；h.根狀結核Fig.2 Classification of the calcareous root tubesThe figures cited from [4, 7-8].a. rhizocretion defined by Barta[8]; b. root cast defined by Cramer[4]; c. rhizocretion defined by Klappa[7]; d. the structure formed by loose sediments or sand which was gathered by root exudates and secretion secreted from microorganisms; e. calcareous sheath; f. root mould; g. root tubule; h. root cast

Barta和Cramer所定義的繞根結核和根狀結核均對應于Klappa對根跡化石分類中的繞根結核(rhizocretion)(圖2c)。而國內學者的研究，則未細分到其子類。為明晰上述概念及分類，本文將植物鈣質根管定義為陸生植物形成的次生碳酸鹽結殼，亦即Klappa文章中提及的根跡化石(Rhizoliths)，并參考其分類，將植物鈣質根管分成五個子類：①鈣質根套(calcareous sheath)：由碳酸鹽膠結粗質沙礫構成的簡單硬質外殼。在較為疏松的風成沉積物或風積沙中，植物根系分泌物與根系微生物分泌物將根系周圍松散沉積物或沙礫黏結聚集(圖2d)，隨著根圍水分的蒸發，植物呼吸作用和微生物活動產生大量的CO2，導致碳酸鹽在根圍沉淀并將松散沉積物或沙礫膠結形成鈣質根套(calcareous sheath)(圖2e)[28]。②繞根結核(rhizocretion)：硬質外殼內部膠結有白色碳酸鹽而形成的雙層結構或者由碳酸鹽膠結粗質沙礫或完全由碳酸鹽膠結形成的實心根狀結構(圖2c)。其形成是由于鈣質根套的形成阻礙了根系吸收水分和養分，導致根系逐漸死亡，伴隨著水分在鈣質根套內部的淋濾，根系快速腐爛所產生的蛋白質和糖類導致根圍的pH值增加變為堿性，白色的碳酸鹽沉淀或碳酸鹽裹挾著周圍的沙礫逐步填充原先根系占據的空間，形成了繞根結核[2]。③根模具(root mould)：土壤中的根系腐爛后保留下來的疏松管狀孔洞(圖2f)。植物根系插入質地堅硬的土壤或沉積物當中，當根系腐爛后，由原先根系所占據的位置形成多孔而具滲透性的質地疏松的管狀孔洞[7]。④根導管(root tubule)：根模具被碳酸鹽進一步膠結而成的管體(圖2g)。根模具一旦形成即成為水分下行的導管，含鈣水溶液沿著導管不斷淋濾，隨著水分的不斷蒸發，根模具內的含鈣水溶液達到飽和，碳酸鹽不斷積累，將疏松的根模具膠結成質地堅硬的管體，即根導管[7](Klappa，1980)。⑤根狀結核(root cast)：根導管內部被碳酸鹽或沉積物填充而形成的根狀結構(圖2h)。當含鈣水溶液繼續沿著根導管內壁淋濾，水分的蒸發使裹挾著沉積物顆粒的碳酸鹽在管壁內不斷積累膠結形成白色或灰色的沉淀而將管壁進一步填充，最終形成根狀結核(root cast)[2]。可見，上述5個子類的形成過程有較為明顯的差異，其中，前兩種子類的形成與植物的生長及其根圍的微生物活動密切相關，而根模具、根導管和根狀結核則是在植物根系完全腐爛之后由于水分的蒸發形成的[2,7]。

上述植物鈣質根管的5種子類在形態上亦有一定的差異。鈣質根套和根導管均為空心管體；繞根結核和根狀結核則是碳酸鹽膠結形成的雙層結構或由粗質沙礫、沉積物等填充形成的實心結構；根模具僅是土壤中疏松的管狀空心孔洞[7]。因此，可以通過形態學特征并結合有無微生物活動參與其形成過程來區分上述5種子類。

3 阿拉善高原植物鈣質根管的分類及其形態學特征

盡管根據前人的研究成果[7-8]可以將植物鈣質根管分為五個子類，但不同地區的植物鈣質根管會因其形成途徑的不同而形成不同的子類。植物鈣質根管中的正構烷烴可作為判斷其形成途徑的依據。Fickenetal.[28-30]研究發現，細菌、藻類等微生物對短鏈正構烷烴(碳數小于20)的貢獻較大，而對26組阿拉善沙漠植物鈣質根管樣品中的正構烷烴研究發現，絕大多數樣品中均存在短鏈正構烷烴，其中顏色呈灰白色且存在明顯分層的根管樣品的短鏈正構烷烴相對豐度較高(圖3)，個別樣品甚至其主峰碳數小于20；顏色呈棕黃色且分層不明顯的根管樣品短鏈正構烷烴的豐度稍低(圖3)，說明阿拉善沙漠的植物鈣質根管在形成的過程中受到根圍微生物活動的深刻影響，而非在植物根系完全腐爛之后形成。綜上，根據前述根管的兩種形成途徑，阿拉善沙漠的植物鈣質根管的形成應當是由植物生長和根圍微生物活動引起的，可形成兩種類型的植物鈣質根管，即鈣質根套和繞根結核。

通過對26個采樣點(圖1)的植物鈣質根管樣品的顏色，長度，管徑，有無分層等形態學特征的統計，結果顯示(表1)：26個采樣點中，絕大多數采樣點這兩種類型的植物鈣質根管均有分布，每種類型的植物鈣質根管的形態特征歸納如下：

(1) 鈣質根套，是由碳酸鹽膠結粗質沙礫構成的簡單硬質外殼，內部沒有白色碳酸鹽膠結物，無分層現象，有的僅在管壁內部有一層白色碳酸鹽薄層(圖4a)；部分鈣質根套內部發現有未被分解的根系殘體(圖4b)；鈣質根套的顏色以棕黃色和灰白色為主，僅有一組測年結果顯示為深海氧同位素3階段晚期(MIS 3a)的鈣質根套[11]呈黑褐色(圖4c)；鈣質根套的平均長度在3～10 cm之間，管壁平均厚度在0.2～0.7 cm之間。

(2) 繞根結核，可分為兩種不同的形態：第一種形態可分為內外兩層，外層為由碳酸鹽膠結粗質沙礫構成的硬質外壁，內層為細膩的白色碳酸鹽膠結層(圖4d)；第二種形態為實心的根狀結構，大部分的繞根結核由碳酸鹽膠結的粗質沙礫構成(圖4e)，個別繞根結核完全由碳酸鹽膠結而成，且橫截面可觀察到圓形小孔(圖4f)。繞根結核的顏色以灰白色為主，部分采樣點存在棕黃色，僅有兩個測年結果顯示為MIS 3a階段的繞根結核[11]呈黑褐色；繞根結核的平均長度在3～8 cm之間，管壁平均厚度在0.2～0.7 cm之間。

圖3 植物鈣質根管中正構烷烴的相對豐度a.采樣點坐標為(39°30′31.1″ N，105°38′40.4″ E)；b.采樣點坐標為( 38°47′14.5″ N，104°17′8.9″ E )Fig.3 Abundance of n-alkanes in the calcareous root tubesa.sample point coordinates is ( 39°30′31.1″ N，105°38′40.4″ E ) ；b.sample point coordinates is ( 38°47′14.5″ N，104°17′8.9″ E )

表1 阿拉善沙漠植物鈣質根管的形態特征

注：*年代結果引自文獻[11]。

圖4 阿拉善沙漠植物鈣質根管形態特征a.鈣質根套，內部無碳酸鹽膠結，外附白色碳酸鹽薄層；b.內部殘留根毛的鈣質根套；c.外表呈黑褐色的鈣質根套；d.雙層結構的繞根結核，管體內部存在較厚的碳酸鹽膠結；e.由沙礫膠結而成的實心繞根結核，外表呈黑褐色；f.完全由碳酸鹽膠結而成的實心繞根結核。Fig.4 Morphological characteristics of calcareous root tubes from the Alashan Deserta. calcareous sheath without carbonate cementation in it but with the carbonate thin layer attached outside; b. calcareous sheath with remnant root hair; c. calcareous sheath with brown-black appearance; d. rhizocretion with double-layer structure and thick carbonate cementation within it; e. brown-black and solid rhizocretion cemented by sand gravel; f. solid rhizocretion cemented by carbonate completely, arrow points to the circular holes.

4 阿拉善沙漠植物鈣質根管的時間分布特征及其環境指示意義

4.1 阿拉善沙漠植物鈣質根管的時間分布特征

本文選取的26組植物鈣質根管樣品主要分布于全新世中期(7～5 cal kyr B.P.)和晚期(4～0 cal kyr B.P.)，少量分布于MIS 3a階段(3組樣品)。巴丹吉林沙漠7組樣品中，2組分布于全新世中期，2組分布于全新世晚期，3組分布于MIS 3a階段；騰格里沙漠9組樣品中，4組分布于全新世中期，5組分布于全新世晚期；烏蘭布和沙漠10組樣品中，4組分布于全新世中期，6組分布于全新世晚期(表1)。由于MIS 3a階段的植物鈣質根管樣品量較少且主要集中分布于巴丹吉林沙漠，因此，本文將主要討論阿拉善沙漠全新世植物鈣質根管的時間分布特征。就各個沙漠來看(圖5)，騰格里沙漠的5組全新世中期的植物鈣質根管樣品中繞根結核數量百分比明顯高于鈣質根套，而4組全新世晚期的植物鈣質根管樣品中兩種類型的數量分布則與全新世中期恰好相反(圖5a)；烏蘭布和沙漠的4組全新世中期的植物鈣質根管樣品中兩種類型的數量百分比與騰格里沙漠同時期的植物鈣質根管的數量分布特征相同，而6組全新世晚期的植物鈣質根管樣品中有4組樣品鈣質根套的數量百分比明顯高于繞根結核，另外2組樣品全部為繞根結核(圖5b)，有兩個因素可能導致上述結果：一是采樣點的總樣品量過少，無法給出鈣質根套和繞根結核數量百分比的準確數據；二是相對濕潤的局地環境使得繞根結核廣泛發育，從而影響了全新世晚期的鈣質根套和繞根結核的數量分布特征的判斷[24]；盡管巴丹吉林沙漠采集到的全新世的植物鈣質根管的樣品量較少，但在全新世晚期鈣質根套的數量百分比同樣明顯高于繞根結核，而在全新世中期的個別樣品鈣質根套的數量百分比較高可能是由于樣品量較少或者受到局地環境的影響(圖5c)。綜上，在阿拉善沙漠分布于全新世中期的植物鈣質根管樣品中繞根結核的數量百分比明顯高于鈣質根套；而分布于全新世晚期的植物鈣質根管樣品中鈣質根套的數量百分比明顯高于繞根結核。

圖5 阿拉善沙漠植物鈣質根管繞根結核數量百分比a.騰格里沙漠；b.烏蘭布和沙漠；c.巴丹吉林沙漠Fig.5 The percentage of rhizocretion of calcareous root tubes in the Alashan Deserta.Tengger Desert; b.Ulan Buh Desert ; c.Badain Jaran Desert

4.2 阿拉善沙漠植物鈣質根管的環境指示意義

阿拉善沙漠植物鈣質根管包括鈣質根套和繞根結核兩種類型。本研究結果顯示，在阿拉善沙漠，鈣質根套和繞根結核往往存在伴生現象(圖5)，即同一采樣點既存在鈣質根套又存在繞根結核。Alonso-Zarzaetal.[2]研究指出，鈣質根套進一步形成繞根結核需受到如下兩個條件的共同控制：一是有含鈣水溶液沿著鈣質根套內部產生淋濾；二是根系腐爛分解釋放CO2并產生蛋白質和糖類導致根圍的pH值增加變為堿性。換言之，單純的含鈣水溶液的淋濾但根系已完全腐爛無法分解釋放CO2，亦或是根系腐爛釋放大量CO2而沒有含鈣水溶液的淋濾作用，繞根結核均無法形成。因此，繞根結核的存在表明其必然受到含鈣水溶液的淋濾作用。此外，繞根結核是伴隨著植物根系的腐爛分解形成的，說明其形成所需的時間遠遠小于一般次生碳酸鹽[10]，表明在千年尺度上，同一采樣點鈣質根套與繞根結核可以認為是同一時期形成的。

前人的研究表明[14-15,18]，阿拉善沙漠植物鈣質根管的形成受到了有效濕度的控制，形成于相對濕潤的氣候條件。在全新世中期(7～5 cal kyr B.P.)，已有的研究結果顯示，阿拉善沙漠地區氣候較為濕潤，是全新世氣候最適宜期，鈣質根管大量分布[24]。其中，巴丹吉林沙漠湖泊水位明顯高于全新世晚期[31]、騰格里沙漠也顯示了濕潤的氣候[32]、沙漠西北部湖泊水位在全新世中期達到最高值[33]，烏蘭布和沙漠也顯示了較為濕潤的氣候特征[24]，上述研究均表明，在阿拉善沙漠地區，全新世中期氣候明顯濕潤。而全新世晚期(4～0 cal kyr B.P.)，巴丹吉林沙漠湖泊水位相較于全新世中期明顯下降[22,31]，騰格里沙漠植物鈣質根管中低Sr/Ca比值揭示了氣候相對干旱的特征[32]、紅水河剖面總孢粉濃度顯著降低也反映了氣候由濕向干轉變[34]；烏蘭布和沙漠亦呈現干旱特征[35]，上述研究均反映出該區域氣候由濕潤向干旱轉變的特點。本研究表明，繞根結核需要含鈣水溶液的淋濾作用方能形成[2]。從阿拉善沙漠全新世不同類型的植物鈣質根管的時間分布來看(圖5)，分布于較為濕潤的全新世中期(7～5 cal kyr B.P.)的植物鈣質根管顏色以灰白色為主，顯示了較高的碳酸鹽含量，繞根結核的數量百分比明顯高于鈣質根套；而分布于較為干旱的全新世晚期(4～0 cal kyr B.P.) 的植物鈣質根管顏色則以棕黃色和灰白色為主，且鈣質根套數量百分比明顯高于繞根結核。因此，有效濕度較高時，鈣質根套內部含鈣水溶液淋濾作用較強，更易與根系腐爛產生CO2及根圍變為堿性的條件相結合，產生大量碳酸鹽沉淀而形成繞根結核；有效濕度較低時，鈣質根套內部含鈣水溶液淋濾作用相對較弱，與根系腐爛產生CO2及根圍變為堿性的條件相結合較為困難，從而形成較少的繞根結核。可見，繞根結核的數量百分比較高指示了植物鈣質根管形成時期較高的有效濕度，而鈣質根套的數量百分比較高則指示了植物鈣質根管形成時期較低的有效濕度。

5 結論

通過形態學對阿拉善沙漠的植物鈣質根管進行了分類。植物鈣質根管是陸生植物形成的次生碳酸鹽結殼，在阿拉善沙漠主要存在鈣質根套和繞根結核兩個子類，是在植物生長和微生物活動的影響下形成的。鈣質根套是由碳酸鹽膠結粗質沙礫或沉積物構成的簡單硬質外殼，繞根結核則是硬質外殼內部膠結有白色碳酸鹽形成的雙層結構或者由沙礫、沉積物填充形成的實心根狀結構。

由于繞根結核的形成同時受控于含鈣水溶液的淋濾和根系腐爛產生CO2及根圍變為堿性的控制，使得鈣質根套和繞根結核在阿拉善沙漠普遍存在伴生現象，但二者的數量百分比的高低則指示了有效濕度的高低，繞根結核的數量百分比較高指示了植物鈣質根管形成時期有效濕度較高，而鈣質根套的數量百分比較高則指示了植物鈣質根管形成時期有效濕度較低。

致謝 感謝審稿專家對本文提出了寶貴的修改意見，謹致謝忱!

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Calcareous Root Tubes in the Alashan Deserts: morphological characteristics, classification and environmental significance

GAO YouHong,LI ZhuoLun,HAN Lang,LI RuoLan

College of Earth and Environmental Sciences, Center for Desert and Climatic Change in Arid Region, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China

The definition and classification of calcareous root tubes which have been used in different studies are still unified. However, it remains uncertain that whether different definitions of calcareous root tubes indicated the same morphology or not. At the same time, there were disagreements over the formation mechanism and paleoenvironment significance of calcareous root tubes. Some research results suggested that the formation of calcareous root tubes in this area indicated relatively humid climate conditions, while others argued that they were formed by recrystallization of calcium carbonate required the presence of underground water. In this study, 26 calcareous root tubes samples collected from the Alashan Desert are classified using morphological method, which was based on previous studies about the definition and formation mechanism of calcareous root tubes. Then the paleoenvironment significance for different types of calcareous root tubes was discussed. The results showed that calcareous root tubes were products of terricolous plants and were formed by encrustation of plant roots by secondary carbonates, including five subclasses, namely calcareous sheath, rhizocretion, root mould, root tubule, and root cast. Calcareous sheath and root tubule have hollow tubes in morphology, and then rhizocretion and root cast have structure of double layer cemented by calcium carbonate or solid construction filled with coarse gravel or sediment. Root mould is simply tubular voids left after roots decayed. According to whether the formation process is under the influence of plant growth and rhizosphere microorganism activity or not, the formation process can be divided into two patterns. Calcareous sheath and rhizocretion were formed by the influence of plant growth and rhizosphere microorganism activity, while the formation of root mould, root tubule, and root cast were not influenced by them. Thus, the classification of the above five subclasses can be distinguished by morphology character clearly. Results from n-alkanes indicated that abundant short chain alkanes which indicate the influence of plant growth and rhizosphere microorganism activity occurred in calcareous root tubes. Therefore, calcareous root tubes can be divided into calcareous sheath and rhizocretion in the Alashan Desert. Both of them occurred at the same sampling point. However, the quantity percentage of rhizocretion was variates in the Holocene. During the middle-Holocene, the quantity percentage of rhizocretion is significantly higher than that in the late Holocene. The formation of rhizocretion were jointly controlled by calcium solution leaching, CO2produced by the rot of root, and rhizosphere becoming alkaline. Calcium solution leaching could be resulted in higher effective humidity. Therefore, changes in the quantity percentage of rhizocretion could indicate levels of effective humidity, higher quantity percentage of rhizocretion could be interpreted as a humid environment, and vice versa.

Alashan Plateau; calcareous root tubes; calcareous sheath; rhizocretion; secondary carbonate; desert

1000-0550(2017)01-0075-10

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.01.008

2016-02-02；收修改稿日期： 2016-05-09

國家自然科學基金項目(41301217)； 美國國家地理項目(GEFC34-15)[Foundation: National Science Foundation of China, No. 41301217; National Geographic Foundation, No.GEFC34-15]

高有紅,女,1992年出生,碩士研究生,地球系統科學,E-mail: 1060481974@qq.com

李卓侖,男,副教授,E-mail: lizhuolunlzl@163.com

Q945

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