9月12日，國際地學刊物Earth and Planetary Science Letters（簡稱EPSL，Top 5%）在線發表了中國科學院海洋研究所萬世明研究員（通訊作者）、沈興艷博士研究生（第一作者）及法國巴黎第十一大學、日本東京大學等合作的中亞植被長期演變歷史及驅動機制最新研究成果。團隊通過深海沉積記錄發現，中亞C4植被在距今530萬年前發生顯著擴張主要受到西風減弱和東亞夏季風增強導致的中亞干旱和季節性加劇的共同驅動，對提升新生代以來氣候和植被演化相互關系的理解與認識具有重要意義。
絕大多數陸生高等植物主要通過兩種光合作用途徑（即C3和C4）固定大氣CO2并合成自身有機質，其中所有的喬木、絕大多數灌木和草本植物采用C3光合作用途徑，而部分灌木和草本植物采用C4光合作用途徑?，F代C4植被在低緯度地區占統治地位，隨著緯度增加，C3植物含量逐漸增加。C4植被早在一億年前就已出現，而大規模的C3植被向C4植被轉變即C4植被擴張則主要發生在晚中新世，被認為是地球生物圈對大氣圈變化的一種響應，但解釋其擴張機制問題的各種假說（季風說、CO2濃度下降說、干旱化說等）迄今尚無定論。
研究站位圖
由于生理過程不同，C3和C4植物的碳同位素組成具有明顯差異。因此，利用碳同位素示蹤可追蹤地質歷史時期C3/C4植物的演替歷史。日本海位于亞洲風塵通過西風帶向北太平洋傳輸路徑上，是來自亞洲內陸風塵的主要沉降區。由于其周邊沒有大型河流入海，日本海是研究亞洲風塵沉積的理想海區?？蒲腥藛T以國際綜合大洋鉆探計劃（IODP）346航次在日本海郁陵海盆（Ulleung Basin）鉆取的U1430站位長達258米的巖芯為研究材料，前期通過粘土礦物和Sr-Nd-Pb同位素研究了陸源物質源區并重建了中新世以來亞洲風塵輸入到日本海南部的歷史（Shen et al., 2017, EPSL）。在此基礎上進一步提取了沉積物中黑炭并分析黑炭含量、通量和碳同位素（ 13CBC）組成，首次獲得了一千三百萬年以來連續、高分辨率的亞洲黑炭輸入日本海的歷史及其反映的黑炭源區--中亞干旱地區植被演化歷史的綜合信息。
沉積物黑炭的形貌和組成（A. 日本河流；B. 日本海U1430站；C. 黃土）
日本海黑炭記錄的中新世以來亞洲內陸植被演化歷史及海陸對比
研究結果顯示，在530萬年左右廣闊中亞區域C4植物發生顯著擴張，C3植被相對減少，滯后南亞地區C4植被擴張約二百萬年。在討論構造時間尺度中亞植物演化歷史時，研究人員首次將西風降雨變化作為中亞區域主要的降水來源之一納入考慮，并且提出冬季西風水汽和夏季東亞夏季風降雨之間的競爭關系是決定亞洲生態系統中C3-C4植物轉化的重要觀點。由于全球變冷和青藏高原西北部（天山和帕米爾高原）的隆起導致冬季西風降水減弱，而東亞夏季風降水在上新世初開始增強，共同引起了中亞和黃土高原地區的干旱度和季節性差異增強，進而導致了中亞C4植被在晚中新世-上新世之交的擴張。與先前普遍認為的大氣CO2濃度下降是驅動C4植物擴張的首要因素的觀點不同，本研究認為CO2濃度下降更可能是C4植物擴張的前提條件而不是驅動因素，而構造驅動下的區域水文氣候變化（尤其是季節性增強）才是影響C4植被擴張的最重要因素，這也是全球尺度C4植被擴張時間不完全同步的主要原因。該研究提升了我們對新生代以來氣候和植被演化相互關系的理解與認識。
本項研究得到了國家自然科學優秀青年基金（萬世明）、青島海洋科學與技術國家實驗室“鰲山人才”計劃項目、全球變化與海氣相互作用專項的經費支持。
論文出處及鏈接：
1. Shen, X., Wan, S.M.*, Colin, C., Tada, R., Shi, X., Pei, W., Tan, Y., Jiang, X., Li, A., Increased seasonality and aridity drove the C4 plant expansion in Central Asia since the Miocene-Pliocene boundary. Earth and Planetary Science Letters, 2018, 502, 74–83.
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X18305284
2. Shen, X., Wan, S.M.*, France-Lanord, C., Clift, P.D., Tada, R., R villon, S., Shi, X., Zhao, D., Liu, Y., Yin, X., Song, Z., Li, A. History of Asian eolian input to the Sea of Japan since 15Ma: Links to Tibetan uplift or global cooling? Earth and Planetary Science Letters, 2017, 474, 296–308.
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X17303771
