譜寫“孢粉”音樂，演奏“自然”奧秘

龐貝

苔花如米小，也學牡丹開。孢粉（孢子和花粉），這些生于“苔花”、在自然界中司空見慣的微小顆粒，卻如一個個神奇的鋼琴鍵子，在“似錦繁花”中幻化出美妙的音符，演奏著生命與自然的奧秘。

中國科學院西北生態環境資源研究院的苗運法研究員及其團隊，長期“撥弄”這些琴鍵，經過近20年的不懈堅持，已經在孢粉的方法學創新、新指標獲取、過去氣候環境變化和高原海拔定量重建等方面取得了較為系統性的成果，演奏出專屬孢粉的最美華章。

注重瓶頸問題解決，提升孢粉“琴鍵”音準

作為植物的生殖體，孢粉具有產量大、易保存等優點，能夠較長久地保存在沉積物中，常作為解讀過去氣候環境變化的“鑰匙”。然而在孢粉學研究中，獲取達到統計量的孢粉顆粒是研究的前提。傳統研究中，常采用加大沉積物樣品量的方法提升孢粉統計數量，但這會顯著增加時間成本和孢粉損耗率，如多次人工換水會增加孢粉丟失的風險等。針對該問題，苗運法研究團隊先后研制了自動換水和攪拌裝置，有效縮短提取時間并提高了成功率，為盡可能獲取地層孢粉提供了技術保障，并有利于對地層孢粉沉積與保存問題的理解。

同時，針對學界關于雙氣囊花粉長距離搬運影響局地孢粉組合的疑問，研究團隊專門研發了空氣孢粉收集裝置，于2019年開始陸續布設于西北內陸地區，并開展每月一次、多方位、大空間（單次行程長達5000千米）的連續收集觀測研究，為有效回應質疑提供了大量的一手數據資料。

此外，團隊研發了針對在孢粉提取方法中獲取的微炭屑的自動識別技術，解決了以往研究中存在的目視鑒定耗時長且參數簡單，僅統計總量、大小和基本形狀等的弊端，為快速、全面地描述微炭屑參數進而較好理解野火特征提供了技術支撐。

上述工作，攻克了孢粉提取效率低、遠源孢粉影響評估難以及微炭屑統計慢和指標體系單薄的瓶頸問題，借助這些新的方法為有效提升孢粉“鍵子”的音準夯實了基礎，讓研究團隊能夠更好地“演奏”自然奧秘之音。

圍繞上述工作，苗運法研究團隊獲得了孢粉學相關的授權發明專利和實用新型專利各3項，在全球孢粉相關專利授權量位居前列。目前，全部專利已免費推廣到多家科研單位。同時，該成果也為國家重點研發計劃項目“荒漠化對氣候變化的響應與反饋及其生態效應”和自然資源部科學技術獎二等獎獲獎成果“中國東部典型平原區第四紀地質調查與研究工作示范”提供了支撐。

揭示亞洲內陸變干趨勢，闡釋孢粉“音樂經典”

孢粉提取和收集及識別能力的提高，使其演奏“孢粉重建植被和環境變化研究”的音樂在苗運法團隊的研究中日益明晰起來。在隨后的“作曲”中，團隊以植被—生態—氣候為主線，獲得了多條大空間野火、植被演化記錄，利用晚新生代18 Ma（百萬年）以來青藏高原東北部、東南亞和東北亞的微體炭屑-野火持續增加的記錄，揭示了亞洲存在氣候持續變干的基本趨勢；輔以孢粉百分含量、孢粉濃度和特征孢粉等多種孢粉-植被記錄以及更大空間的綜合集成揭示干旱化趨勢，進一步從水汽“源—匯”角度深化晚新生代以來亞洲內陸干旱化主要受到全球冰量驅動的動力學機制。

圍繞該部分工作，苗運法以第一作者或通訊作者發表論文12篇，其中，微體炭屑發文量和H指數均屬于全球領先，以第一作者發表的兩篇論文位列INCITES學科領域前10%，起到了開創和引領作用。在孢粉學—古氣候環境領域全球發文量和H指數均位居前十。

原創孢粉古高度計，演奏“青藏高原隆升”天籟之音

新生代青藏高原隆升過程對理解其氣候環境效應，如亞洲內陸干旱環境演化和生物多樣性形成等具有重要意義。作為構造隆升最直觀的體現——海拔的定量重建，常因代用指標機理的復雜性及所選用研究材料形成環境的嚴苛性，而導致結果差異較大且不連續，至今仍未形成對高原隆升古高度演化歷史的統一認識。因此，如何獲取可以相互校驗的、連續的海拔定量重建序列成為解決上述科學問題的核心難點。

植物生長與分布主要受環境水熱組合調控，對氣候和海拔變化的響應極其敏感。孢粉常被用作解讀過去氣候環境變化的“鑰匙”，但其在古海拔重建方面的潛力尚未被深度挖掘。基于此，苗運法研究員及其合作團隊借助3088個現代表層孢粉樣本，創新性地選取了與海拔密切相關的四類山地針葉類型（鐵杉屬、羅漢松屬、冷杉屬和云杉屬），建立了（鐵杉屬%+羅漢松屬%）/（上述四類針葉樹總和%）比值（簡稱TP/TPAP）與中值海拔（即盆地到山頂的中間海拔）的定量轉換方法，同時依據地層中提取的上述四類孢粉的比值，定量重建了青藏高原東北部16 Ma以來東、西兩組平行的海拔演化序列，量化了高原局部隆升對區域氣候變干和高原生物多樣性形成的作用。

進一步研究中，團隊定量評估了高原東北部隆升對青藏高原及其周邊地區氣候影響，發現如果青藏高原東北部降低到現在海拔的1/3，該區域年降水量則減少50%以上，而高原南部喜馬拉雅山和東南部的橫斷山區，降水量則分別增加50%和150%。這一認識與柴達木盆地西部耐旱植物孢粉含量增加以及粗骨魚出現指示的氣候變干相吻合。而在喜馬拉雅山和橫斷山區，由于降水量的顯著增加和高地形的存在，支撐了該區域豐富的生物多樣性。該項研究表明，青藏高原東北部隆升產生的氣候效應顯著影響了青藏高原地區的氣候和生物演化。

研究成果于2022年12月發表在國際頂級期刊Science上，隨后得到了美國科學促進會、《科技日報》、中國科技網等十多家國內外主流媒體報道，并得到了國家領導人批示，是繼多種西方主導的古海拔重建方法之后由我國主導的新的原創性工作，奠定了孢粉學在海拔定量重建研究中的地位，引領了孢粉學的研究方向。該研究已被專攻高原隆升的研究團隊引用，為構建高原東北部地殼縮短和增厚模型提供了有效證據。

這些成果充分展示了孢粉學的優勢，為“構造—氣候相互作用”提供了典型實例。

孢粉學在發展，苗運法研究員所帶領的團隊也在逐步地成長，他本人在2023年獲得了國家自然科學基金委“杰青”項目資助，團隊成員也陸續獲得了國家自然科學基金委“青年”和“面上”項目及“中國科學院青年創新促進會”的資助。科學探索的腳步永不停歇，希望苗運法及其團隊更上一層樓，譜寫出屬于孢粉學特有的華彩樂章。

責編/馬銘陽