孢粉学

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  孢粉学汉语拼音:Baofenxue;英语:Palynology),研究植物孢子花粉(孢粉)的形态、分类及其在各个领域中应用的科学。可分为现代孢粉学及古孢粉学两个领域。英国加的夫大学H.A.海德D.A.威廉斯于1945年最先创用孢粉学一词。palynology源于希腊文动词paluno,有扩散或撒向四周之意。过去曾对其应用部分称为孢子花粉分析,也有花粉分析花粉科学等名称。

  孢粉学的发展是与显微镜的发明密切相关的。17世纪就有格鲁马尔皮基对花粉进行过观察。此后直到19世纪末,学者们主要致力于对孢粉进行形态及结构方面的观察和描述,直到19世纪30年代人们才开始注意化石孢粉的研究。德国埃伦贝格最早涉及孢粉化石,而有关孢粉化石的第一篇论文是瑞士地质学家弗吕赫提出的。拉格尔海姆在1905~1908年的著作中首先对孢粉化石属种的百分含进行统计。1916年瑞典学者波斯特在学术会议上宣读了题为“瑞典南部泥炭沼泽沉积的森林花粉”的论文。除了计算孢粉百分含量之外,他创制了孢粉谱和不同植物花粉的代表符号。1923年格拉西莫夫发表了有关孢粉化石的文章,同年狄森斯塔乌德描述了上石炭期的孢子。1935年美国学者沃德豪斯在研究一种因花粉过敏而引起的鼻腔炎症(枯草热病)而找出许多致病的花粉,出版了专著。1937年马尔科夫首先用孢粉学方法解决列宁格勒地区第四纪地层问题。同年格里丘克发明了重液浮选孢粉的方法,解决了从岩石中提取孢粉的难题。

  在孢粉分类方面有易卜拉汉娜乌莫娃肖夫威尔逊本扦尔等先后对化石孢粉的人为分类进行研究,并提出不同方案。同一时期埃尔特曼于1943年首先出版了《花粉分析入门》一书,同时他对孢粉形态学作了大量工作。苏联学者波克罗夫斯卡娅等集体合著的《花粉分析》和美国楚迪等合着的《孢粉学概论》,总结前人工作,全面介绍了孢粉学的理论、方法和在各个领域的应用,至今仍是较好的入门参考书。

简史

  孢粉学的发展是与显微镜的发明相关的。17世纪就有N.格鲁(1682)和M.马尔皮基(1687)对花粉进行过观察。此后直到19世纪末,诸多学者主要致力于对现代孢粉进行形态及结构方面的观察和描述,主要有J.E.普尔基涅(又译浦肯野)、R.布朗、H.von莫尔、C.J.弗里切、H.菲舍尔等。在19世纪30年代人们才开始注意化石孢粉的研究。德国C.G.埃伦贝格(1838)最早涉及孢粉化石,而有关孢粉化石的第一篇论文是瑞士地质学家弗吕赫提出的。

  20世纪前半叶,对孢粉形态学的研究深入。G.拉格尔海姆在1905~1908年的著作中首先对孢粉化石属种的百分含量进行统计。1916年瑞典学者L.von波斯特在学术会议上宣读了题为《瑞典南部泥炭沼泽沉积的森林花粉》的论文。除了计算孢粉百分含量之外,他创制了孢粉谱和不同植物花粉的代表符号。1923年格拉西莫夫发表了有关孢粉化石的文章,同年狄森和斯塔乌德描述了上石炭统的孢子。1935年美国学者R.P.沃德豪斯在研究一种因花粉过敏而引起的鼻腔炎症(枯草热病)而找出许多致病的花粉,出版了专著。1937年K.K.马尔科夫首先用孢粉学方法解决列宁格勒地区第四纪地层问题。同年V.P.格里丘克发明了重液浮选孢粉的方法,解决了从岩石中提取孢粉的难题。在孢粉分类方面有A.易卜拉汉(1933)、S.N.娜乌莫娃(1937)、J.M.肖夫、L.R.威尔逊和R.本托尔(1944)以及R.波托尼和G.O.W.克伦普(1954,1955~1956)等先后对化石孢粉的人为分类进行研究,并提出不同方案。同一时期G.埃尔特曼于1943年首先出版了《花粉分析入门》一书,同时他对孢粉形态学做了大量工作。苏联学者M.P.波克罗夫斯卡娅等集体合著的《花粉分析》(科学出版社,1956年中译本)和美国R.H.楚迪等合著的《孢粉学概论》(1969)总结前人工作,全面介绍了孢粉学的理论、方法和在各个领域的应用,至今仍是较好的入门参考书。

研究内容

  孢粉学研究的基础部分为植物学的一部分,主要为孢粉的形态、分类及生理、生化等方面,其应用部分则各有侧重。古孢粉学或称地质孢粉学主要为地层对比、寻找有关矿产,尤其是煤和石油以及其他陆相沉积矿产,还应用于古生态、古环境、古地理、古气候学的研究。有时更详细的划分可以从中分出地层孢粉学、石油孢粉学、海洋孢粉学等。考古孢粉学可以为古遗址的研究提供气候、植被等方面的情况。农业孢粉学用于土壤、蜜蜂、动物粪便等方面的分析,以解决土壤形成环境,蜜源植物的来源及寻找食草动物、食虫动物间食物链的组成及其相互关系以及虫媒花的媒介等。医学孢粉学用来寻找某些致病孢粉及其治疗和在法医学中作为寻找罪犯、判定犯罪现场等的线索,以至作为判罪的重要证据。食物孢粉学是近来才兴起的,可以通过对孢粉成分的研究或研究对其有机质壁的破碎方法等,为人类食品提供重要的微量元素及有机化合物的补充等。

孢粉的统计

  孢粉鉴定完成后,还需要统计各类孢粉的数量并计算它们相互间的数量关系。每个样品所需统计的孢粉数量与研究目的有关,一般从150粒至上千粒不等。波斯特以后普遍采用百分比的统计方法,即计算出每个样品中各类花粉中所占的百分比,称为花粉谱,这是所谓相对含量的统计方法,相对含量中的每一个变量不是独立的,它们相互制约,为了克服这一缺陷,20世纪60年代初开始用外加花粉法来计算花粉的浓度(即单位体积或单位重量所含的花粉数量),之后又根据沉积速率计算出花粉的沉积率(即单位时间内在单位面积上所降落的花粉数量),这就是所谓的绝对含量统计。与百分比不同,绝对花粉含量的值有相对的独立性,它的变化不影响,也不受制于同一样品中其他孢粉类型的值的变化,能够较真实地反映植被与环境的演化。

  孢粉统计的结果通常是绘成花粉图式来加以表达,即把各类花粉类型的百分比或浓度沉积率在一个地层序列或时间序列中表示出来。近年来计算及绘图工作都可以用电子计算机完成。

  为了便于花粉资料的解释,一般将花粉谱划分为若干个花粉带,划带的主要原则是一个带内的花粉谱应有一定的相似性,带内花粉谱之间的差别应小于带之间的差别。花粉带的划分可以凭直观,也可以用多元分析的方法,常用的有聚类分析、主成分分析等。

应用

  花粉分析的结果可以用于:

  1.确定沉积年代,进行地层对比。由于植物界由低级到高级的不可逆转的变化,每一个地质时代都有着这一进化线上特定的植物群。其基本方法是与一个由绝对年龄和其他化石特征所确定的标准剖面上下的花粉组合进行对比研究,这种方法对时代跨度较大的地层较适用,如果对时代跨度小的地层,如第四纪所能适用的范围就要减小,而且要考虑到化石花粉沉积的环境,化石植物的迁移速度及局部绝灭等因素。

  2.推断沉积时期的古气候、古地理及应用于古生态、古群落的研究等。这是采用“将今论古”的思想,使用这个方法的前提是假定同类植物在地质历史时期的生态要求大体与现代一致,因而不能用于太老的地层,一般用于新生代,特别是第四纪。为此必须了解现代不同气候及不同自然地理条件下的植被类型及它们所产生的花粉雨的特征,并将化石花粉组合与之对比,再根据与化石花粉组合相同的现代花粉雨所处地点的自然环境来推断沉积时期的古气候古地理条件,对比可以用直观的方法,用数理统计的方法进行对比更客观和确切。

  3.在石油勘探中的应用。由于在石油钻探中大型化石不仅难以找到,而且易被粉碎,体小、量多的孢粉就成为地层对比的重要手段。从20世纪50年代开始在委内瑞拉使用孢粉资料进行地层对比,以后就广泛应用于全世界范围。除此以外,还能为寻找生油层及储油层提供古生态及古地理的重要信息,从原油分离出来的孢粉,可以指示石油生成的地层年代及其迁移的过程;分析岩心中的孢粉及海相化石,并计算其此值的变化,可以指示石油形成的地点及层位。当前根据孢粉的颜色来推断石油的成熟度以指导石油勘探的方法也广泛应用于世界各国石油公司。

  孢粉学研究的基础部分为植物学的一部分,主要为孢粉的形态、分类及生理、生化等方面。其应用部分则各有侧重,古孢粉学或称地质孢粉学主要为地层对比、寻找有关矿产,尤其是石油以及其他陆相沉积矿产服务。还应用于古生态、古环境、古地理、古气候学的研究。