作者：陈贺、刘子方、郭通 编著
出版社：化学工业出版社
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淡水沉积物孢粉图谱试读：
1 绪论
1.1 孢粉学的研究对象、内容
孢粉学（Palynology）是在1944年由英国人赫顿（Hyde）和威廉姆斯（Williams）等人提出的，研究现代植物孢子花粉和地层中有机壁微体化石。研究对象主要包括苔藓类、蕨类孢子和种子植物的花粉；在某些特定情况下，人们把一些个体很小的植物体如藻类和菌类也作为孢粉学的研究对象。从20世纪90年代开始，国内的一些孢粉工作者开始涉足植硅体，由于其归属未作定论，也暂且归在孢粉学的研究范畴内。
整个植物界，根据繁殖器官的性质可以分为两大类：一类是孢子植物，另一类是种子植物。所谓孢子植物，是指凡是用孢子作为繁殖的植物，如菌、藻和蕨类植物。孢子是孢子植物的繁殖细胞，按照孢子的大小可分为两类：大孢子，磁性，体积大；小孢子，雄性，体积小。种子植物包括裸子植物和被子植物，而划分依据是种子植物的繁殖器官。当孢子和花粉在孢子囊和花药中成熟之后，经过风、水或动物等动力飞离植物母体，大部分落在土壤中，经过漫长的地质年代土壤变成岩石，而这些保存在岩石中的孢子和花粉，即成为化石孢子和化石花粉，孢粉学的研究对象除了现有的和化石中存有的孢子花粉外，广义的孢粉学还包括地质时代中，在显微镜下看到的菌类、单细胞藻类及部分群体，如菌类孢子、藻类、疑源类化石等。
孢粉学研究内容广泛，产生了许多分支科学，不同学者根据不同的角度和需要分类有所不同。王开发、王宪曾将孢粉学研究概括为基础研究和应用研究两个方面，这两部分都离不开孢粉分析技术。基础研究包括孢粉形态学、孢粉生理学和孢粉化学；其中孢粉形态学可细分为现代孢粉形态学和化石孢粉形态学。应用研究包括地层孢粉学、石油孢粉学、海洋孢粉学、考古孢粉学、农业孢粉学、医学孢粉学等，其中地层孢粉学再细分为前寒武纪孢粉学、古生代孢粉学、中生代孢粉学、第三纪孢粉学和第四纪孢粉学。刘炳仑将孢粉学概括为两大分支：孢粉形态学和孢粉分析。孢粉形态学包括农林孢粉学、蜂蜜孢粉学、医学孢粉学、司法孢粉学。孢粉分析包括蜂蜜孢粉学、医学孢粉学、司法孢粉学、大气孢粉学、粪便孢粉学、海洋孢粉学、第四纪孢粉学以及原油孢粉学。这些分支学科之间的研究内容可能会有重叠却各有侧重。地层孢粉学是基于孢粉和其他有机壁孢型的鉴定、分布和丰度对任何时代的地层序列进行对比或提供年代控制，主要应用在第四纪之前沉积，属古孢粉学范畴。第四纪孢粉学主要根据孢粉研究第四纪以来的植被演变史、气候变化及其发展趋势，兼顾年代地层学和环境考古学，广泛应用于水文地质、工程地质等领域的学科。而应用孢粉学则指孢粉学在地层、油气和煤炭形成的原始物质及其勘探、开发，用于环境科学，农业与养蜂业，医药保健，司法破案等方面，及植物分类上。笔者认为尽管各个分支学科各有侧重，但孢粉形态学和孢粉分析技术是孢粉学研究的基础。
1.2 孢粉分析技术及其应用
孢粉分析技术是指孢粉学中最重要的研究应用部分，它包括化石孢粉形态学、地层孢粉学、石油孢粉学等研究，孢粉分析的具体内容有以下几方面。
① 野外地质和植被的观察及样品采集。
② 实验室孢粉样品的分析处理。
③ 鉴定、统计孢粉数量，对主要孢粉进行照相或绘图，计算孢粉的浓度和百分含量。
④ 根据孢粉各属种的百分含量、乔木、灌木、草本和蕨类的百分含量，以及孢粉总浓度，在刨面图上绘制其变化的曲线，及孢粉图式（主要应用于第四纪研究）。
⑤ 根据孢粉统计表和孢粉图式，分析得出当时的植物群类型。
⑥ 根据植物群的成分、性质和变化规律来对比地层、确定地质时代，推断当时的古地理、古气候。
⑦ 通过对现代代表孢粉数据的研究，建立孢粉—古植被—气候序列，进而推测该地区环境变化的动态过程和影响环境演化的动力因子以及各因子之间的动力学机制，建立合理且日趋完善的全球变化模型，为预测未来环境演化取值提供可靠而有力的工具和手段。
1.2.1 在地层划分和对比中的应用
由于生物演变具有不可逆性和阶段性，由简单到复杂，由低级到高级。且对于植物界的演变而言，其动力来自于因天体和地球的变化而引起的地球运动，如海陆变迁，环境变化，气候变化等。以致植物群落的组成可以很好地反映出地球气候环境的变化，孢粉为植物体最重要的组成部分，又极其容易被保留下来，因此孢粉的组成可以作为地层划分的重要依据。
1.2.2 在恢复古气候中的应用
通过孢粉组合和植物群以及自然地理条件的关系，可以推断出当时当地的气候以及变化过程。一定的植物要求有一定的生态环境，而自然环境对植物起作用的因素中，温度和湿度起了主导作用，因此植物可以很好地反映不同地质时代的湿度和温度，为恢复古气候提供依据。
1.2.3 在环境考古中的应用
运用孢粉分析资料可以确定考古遗址的时代，推断古人类的活动环境，阐述古代社会的文化发展。古代人类活动很大程度上依赖于自然环境，但人类活动也不断地影响和改变着自然环境，尤其是植被受到人类的影响更大。对农作物起源的研究，可以直接证实古代社会文化发展水平。
1.2.4 在农业中的应用
孢粉分析在农业上最早用于养蜂学，因为蜂蜜主要源于蜜源植物的花粉，而蜜源植物的属种直接决定着蜂蜜的品种和质量。在农作物区收集的空气花粉甲乙分类统计，对预报水果和农作物的收成可以提供非常有价值的资料。
1.3 孢粉形态学研究进展
国际上关于孢粉学的第一篇论著是1885年瑞士地质学家Fruih J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量进行统计。随后各国学者均在不同的领域中运用到了孢粉分析方法。但对于孢粉形态学和孢粉分析技术来说，对其进行着重介绍的专著是埃尔特曼于1943年出版的《花粉分析入门》一书。随之，苏联学者波克罗夫斯卡娅等集体合著了《花粉分析》以及1986年埃尔特曼 G所著的“Pollen Morphology and Plant Taxonomy：Angiosperms”均是世界孢粉学者的教科书。在此之后，各国学者均在孢粉形态学方面发表了诸多影响极高的论著。
中国孢粉形态学的研究工作开展较晚，最初是在中国科学院植物研究所形态室王伏雄教授的领导下开展的，取得了一系列的研究成果，如《中国植物花粉形态》（1960年第一版，1995年第二版，王伏雄等，1995）、《孢粉学概论》（王开发等，1983）和《中国热带亚热带被子植物花粉形态》（中国科学院植物研究所，1982）等现代孢粉形态学研究，为化石孢粉学的开展奠定了基础。此外，“Pollen Flora of Taiwan”（Huang，1972），“Spore Flora of Taiwan”（Huang，1981）、《壳斗科植物花粉形态及生物生理》（王萍丽、溥发鼎，2004）、《中国伞形科植物花粉图志》（舒璞等，2001）和《种子植物花粉电镜图志》（韦仲新，2003）也具有重要的参考价值。
尽管随着植物研究所老一辈孢粉工作者的相继退休，中国有关花粉形态方面的研究力量曾一度削弱。孢粉学会曾呼吁学术界注重孢粉形态方面的工作，以满足不断更新的相关应用方面研究的需要，并保持研究的连续性。现在从事孢粉形态研究的人员中，许多人本身就是地层孢粉工作者，有的则是植物学家。部分工作针对疑难化石花粉，用LM、SEM和TEM的综合观察手段，结合现代相关植物花粉形态的对比研究，取得了很好的效果，也有诸多论著面世，如《中国常见现代淀粉粒数据库》（万智巍等，2012）和《长白山区植硅体—气候因子模型的研究》（郭梅娥，2013）等也具有很高的参考价值。
本书在第四章中，用大量篇幅向读者呈现了近年来在白洋淀地区采集的孢粉镜照，并对其形态特征给出介绍，希望能为孢粉形态学方面的研究添砖加瓦，不负前辈之望。参考文献
郭梅娥. 2013. 长白山区植硅体——气候因子模型的研究. 长春：东北师范大学.
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杨士雄, 郑卓, 黄康有, 陈碧珊, 李杰. 2011. 中国热带亚热带植物孢粉形态研究. 中国古生物学会第 26 届学术年会论文集.
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2 孢粉分析技术
孢粉学主要包括孢粉分析和孢粉形态学两部分。其中孢粉分析就是通过对地层中的孢粉进行离析、鉴定、分类并统计所含类别的百分含量、孢粉谱等途径来研究它们的组合特征、演化规律等，以应用于地层的划分、对比及古气候学和古地理学等许多方面。不同的地质时期，不同地理、气候环境下生长着不同的植物群，因而产生不同的孢粉组合反映不同的植物群落；不同的植物群落对应着不同的气候环境。孢粉形态学是研究孢粉形态结构的学科，是鉴定孢粉的前提。
孢粉分析中最主要的两部分就是：样本采集和预处理。这两步的成功与否决定着后期数据的可用性、精确性以及可信度。本章将介绍第四纪沉积物的采样和孢粉处理技术。
2.1 第四纪沉积物采样
2.1.1 表土采样
2在森林中选定的10m样方内采集5块样品（5块样品取样位置在样方四角及中央），每块样品重50～100g，然后将5块样品混合，取其50～100g即可。在草原和沼泽地带采集表土样时，基本与森林区2采集方法相同，只是其样方范围缩小至1m之内，割去草后，取厚为0.5cm以上的表土样品一块即可。
2.1.2 泥炭、湖沼泥采集
湖泊松散沉积物上部（深50～200cm）样品采用重力取样器、冰冻取样器或邮寄玻璃活塞取样器获得。本书采用Beerer柱状采样器，柱长80cm，分样间隔2cm，共40个样，在采样过程中将最底部的薄层样品去除以降低人为扰动，层与层之间采用坚硬渔网线分段切割防止沉积物相互污染。
2.1.3 露头泡面采样
选择好具有区域地层或时代意义的代表性剖面之后，在剖面上首先挖出一个或几个垂直于层厚的直槽。挖槽时一定由上向下逐层开挖清理，以免上下层物质混淆。直槽一定要垂直于地层层面，以便准确计算其各层的厚度。直槽挖好后，再沿直槽正壁丈量实现拟定的采样间距，并按拟定的间距，在直槽正壁上刻好标记，随后一次用小刀在刻痕处挖取样品。挖取样品时，必须自下而上逐一进行，不能同时由几个人在基层上挖取，这样会使得上层土屑等杂物混入下层样品中，影响样品的纯洁性。为了保证样品的纯洁性和准确性，除在开挖直槽时必须清除风化物质、挖出新鲜的地层外，在取样时，每挖一块样品后，必须把取样小刀（或工具）擦洗干净，再挖取第二块样品。每挖好一块样品后，应立即严格包好，以免现代花粉飞入。
2.2 孢粉提取
湖泊沉积物中的有机矿物碎屑含大量孢子、花粉及炭屑。有机矿物质通常分为三大类，即易溶于碱的有机物、纤维有机物及难溶有机物。易溶于碱的有机物及矿物质主要由腐殖酸及其他有机酸组成；纤维有机物，即一长分子链的葡萄糖聚合体，是绿藻及其他植物细胞壁的组成成分，也是湖泊沉积物的主要有机成分之一；难溶物质除参与强氧化反应外，难于参与其他反应，包括孢子及花粉中额孢粉素、碳元素（如炭屑）、木质素及几丁质。
湖泊沉积物中的孢粉及炭屑的实验室提取包括筛选、分解及化学作用等一系列过程，以及可能的分解矿物质，从而富集孢粉。典型湖泊沉积物中富集有机物样品的孢粉常规分析方法如下：①分散；②淘洗（沉降法）；③盐酸处理；④氢氟酸处理；⑤碱处理；⑥醋解液处理；⑦重液浮选；⑧筛分处理；⑨离心。
2.2.1 分散
分解样品以扩大反应面积。将编过号的样品，视其为湿样还是干样，分别处理。如为湿样，可取一块削去外表皮，直接放入800～1000mL大小的烧杯内加入清水浸泡，使其自然分散形成稀泥状。如为干样，先取一块削去外表皮后再放在研钵中捣碎过筛，取其中50～100g（根据岩状特征，取量可多可少），放入800～1000mL大小的烧杯内加入清水，使之浸泡即可。如果样品还未干透，可以在碎样之前放进电烘箱内烘干，在烘烤时，将不太干的样品盛放在瓷坩埚或表面皿内，不能直接放在箱内隔板上，烘干后的处理方法与干样相似。通常含有有机质较多的深色样品，只需50g以下的重量即可，而含有有机质较少的浅色样品及含有较多的沙砾或其他杂物的样品，取量应适当增多，以保证在除去沙砾或者其他杂物之后，样品重仍有50g以上。
2.2.2 淘洗（沉降法）
当杂质的重量与化石相似，但是大小、形状、密度与化石不同时可用此法。为防止淘洗过程中颗粒集结，可在样品中加一滴抗絮凝剂（一般为1%～5%焦磷酸钠水溶液），也可用5%冰乙酸水淘洗。
2.2.3 盐酸处理
将清水浸泡的样品中滴入浓度10%～15%的盐酸溶液，边加边搅拌，使盐酸溶液充分与样品中的碳酸盐、铁和铝等不同状态的、大量的三氧化物和二氧化物溶解，并可使样品中那些与钙、镁等离子结合的腐殖酸盐转化为游离的腐殖酸，以便于稀释处理时溶解，如果含钙较多，还应滴入浓盐酸，但在加浓盐酸时，必须缓缓多次加入，以免作用过猛而起泡外溢。在强烈起泡时，可加入少量（1～3mL）酒精或丙酮，以减少表面张力，缓和起泡，加后不断搅拌，使作用均匀，直到加入不再起泡为止，然后在70℃水浴锅上加热30min。此法也用于对氢氟酸处理过的样品，加入浓盐酸（浓度为36%）并水浴加热30min，以清除所剩的氟化物。
2.2.4 氢氟酸处理
氢氟酸（HF）处理的主要目的是除去样品中的二氧化硅和硅化物。二氧化硅和硅化物是石英石地壳中分布最广泛的矿物之一，在碎屑岩和沉积物中普遍存在，用氢氟酸处理的效果优于其他方法，故被广泛采用。氢氟酸处理方法分冷处理和热处理两种。其中冷处理没有热处理应用广泛，其主要用于古孢子和变质岩，在此不做详细介绍。热处理方法是将用盐酸处理过并经换水接近中性的样品，倒入250mL的塑料烧杯中，然后徐徐倒入适量的氢氟酸溶液，并不断用塑料棒搅拌，以防止作用过猛而溢出，等到不起反应时，再加入一点氢氟酸，同时继续搅拌，直到液体量为样品容积的2～3倍为止，依样品岩性不同适当增减。再把塑料烧杯放到有支架隔离的水浴锅上加热（温度为70℃），大约要煮半天或更长时间，每半小时要用塑料棒搅拌一次，并检查是否有沙感，若有，则加入适量氢氟酸进行处理，直到无沙感且加热足够时间后，停止加热取出冷却后加入适量的清水，并使胶状体（氟化物沉淀）得以稀释，以便进行下一步处理。因为氢氟酸处理属于剧毒分析法，所以一定要在通风橱内进行，以免发生中毒事故。
2.2.5 碱处理
一般采用浓度为5%的稀碱溶液加入经盐酸预先处理过的样品中，使碱溶液与样品中的游离腐殖酸或者其他胶体物质进行作用，以便除去。碱溶液多采用苛性碱（KOH、NaOH），这类碱的碱性太强，他除了能溶解大量的腐殖酸和其他胶体物质外，对孢粉的漂白作用也相当强，并容易破坏孢粉，处理时间和浓度应合理控制。加碱溶液量，一般为样品体积量的2～3倍，用玻璃棒不断搅拌，使孢粉充分与碱作用，以除去有机酸和其他胶体物质。
2.2.6 醋解液处理
醋解液是按浓硫酸（HSO）∶醋酸酐（CHCO）=1∶9配制24322而成的溶液，一般现用现配，配制时会产生大量的热量，须先将醋酸酐倒入量杯中，再将浓硫酸用吸管顺着杯壁缓慢滴入，并不断地搅拌。该溶液用于现代孢粉及一些世代较新的样品，可去纤维素，净化孢粉，去原生质，使孢粉增加透明度，使孢粉壁纹饰清晰。
2.2.7 重液浮选
根据孢粉与矿物密度不同的原理，配制一种密度在孢粉密度33（1.81～1.96g/cm）和矿物密度（矿物一般都在2.5g/cm以上）之间的重液，能够把孢粉和矿物质分开。根据多年试验，重液密度以2.13～2.25g/cm为宜。因为样品经离心脱水后尚含有40%～60%的水3分，加入2.2～2.25g/cm的重液量为样品量的2～3倍时，混合液的密度不低于2，所以完全可以使孢粉与矿物分开。浮选应该进行二次，3第二次的样品中基本缺水，可用2.1～2.15g/cm密度的重液即可，而且浮选出的孢粉比第一次选出的多。重液浮选，最好在加过重液后放在盛水的超声波水浴中振荡10～15min，或者用玻璃棒多次搅拌，促使孢粉与矿物充分分离，然后离心10～15min（转速2000r/min），再用吸管吸取离心管壁上部包含孢粉的重液放入另一编号的试管或杯中即可。
2.2.8 筛分处理
为了除去样品中的沙、砾、植物残体和其他杂物，通常对表土或经碎样后的样品用0.25～0.5mm孔径的筛子（大筛）过滤。为去除碱或氢氟酸处理后的微小有机碎屑和无机物溶液，进一步净化和浓缩样品，通常对其用5μm（小筛，北方样品可以用10μm）的尼龙筛网在超声波震荡清洗机中进行过滤清洗。
2.2.9 离心
当孢粉样品经过酸碱处理后，混合溶液中仍显酸性或碱性，在化学处理后生成可溶于水的化合物，为了将其取出，放入离心机利用其高速离心的原理，将浓缩的孢粉样品快速沉降到试管底部，经多次加水稀释达到中性。参考文献
李光瑜. 1995. 孢粉分析技术手册. 北京：地质出版社.
琼斯等. 2005. 植物化石和孢粉的现代分析技术. 北京：中国科学技术大学出版社.
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]