甘肃省自然地理志：独特演变、自然遗产、生物多样性

地球形成于距今约46亿年前，根据生物的演化阶段和地层同位素年龄值，把记录地质年代的全球地层年表，依次分为宙、代、纪、世、阶5个不同层次。例如以“代”为标尺，则可以把地球的历史划分为太古代、远古代、古生代、中生代和新生代5个阶段。古生物化石是记录生命演化、推断古地理环境及界定岩石年代的主要依据之一。甘肃是全国古生物化石资源较为丰富的省份之一，曾有过多次古生物化石的重大发现。例如，20世纪30年代发现了亚洲最大的蜥脚类恐龙—马门溪龙，70年代发现了世界上保存最完整的剑齿象化石—黄河古象，90年代末又发现了目前世界上最大的一组恐龙足印化石，等等。尤其位于省境西南部的临夏盆地，从晚渐新世至早更新世的各个层位中，发现了大量的哺乳动物化石，其中以距今约1500～1200万年的中中新世铲齿象动物群、距今约1000～700万年的晚中新世三趾马动物群和距今约200万年的早更新世真马动物群的材料和种类最为丰富。这些动物化石占据了6项世界之最：世界上独一无二的和政羊；世界上最大的三趾马动物群化石产地；世界上最丰富的铲齿象化石；世界上最早的披毛犀化石；世界上最大的真马—埃氏马；世界上最大的鬣狗—巨鬣狗。这是中国，也是整个欧亚大陆，晚新生代哺乳动物化石最丰富的地区之一。

现代地理环境是人类社会可持续发展的基础，要准确评估当前甘肃自然环境所处的特殊历史阶段及其未来发展趋势，有必要回顾一下甘肃第四纪的环境变化史实。省域现代自然环境的发展演化，主要是在中生代白垩纪末期以来的古地理基础上，经由强烈的构造运动和频繁的气候变化而发展形成的。换言之，某些从新生代承袭下来的因素，在现代自然环境中仍具有相当重要的作用。众所周知，青藏高原是中国新构造运动最强烈的地区，其大幅度整体断块抬升是中国第四纪环境演变中最突出的事件。早更新世初，高原面海拔约2000m，山地则可超过3000m。其时，中国西高东低的地势对照尚不如今，自然地带仍显示出水平分带特征。

第四纪开始之初，陇东和陇西黄土高原堆积的并非典型黄土，而是其它沉积，如湖相沉积、河流相砂砾石堆积等。所谓“午城黄土”，不仅分布范围狭小，而且具有洪积性质，呈红色、浅红色，应属准黄土之列。这些非黄土沉积或似黄土地层中，保存了较多的脊椎动物化石，其中不少化石属种是古近纪和新近纪残留下来的，如长鼻三趾马、三趾马、中华仓鼠等。到中、晚更新世黄土地层中，早期残留下来的种已很少或很难发现，所发现的一些化石大多是现生种。凡此均表明早更新世早、中期，冬季风强度仍比较弱，中国气候发生转折的关键时期在早更新世后期。例如西北地区，早更新世的植物化石普遍有阔叶树种类，塔里木盆地铁板河组孢粉以漆树属、水青冈等为主，中昆仑山北坡古石灰华内发现有紫枝柳、枫香等，柴达木盆地早更新世地层中含大量盘星藻、眼子菜等水生植物孢粉。古地磁年代2.26～0.69Ma BP的共和组下部孢粉组合中，除暖温带阔叶树种含量丰富外，还有亚热带的铁树、雪松、山核桃、枫香等。当时，不论在青藏高原、西北地区，还是华北、东北地区以及黄土高原都有面积巨大的古湖沼分布，即所谓“大成湖期”。例如，柴达木盆地在2.32～1.60Ma BP出现几乎占据整个盆地的统一淡水湖，相邻的共和盆地自2.26Ma BP以来也曾长期存在古共和湖，黄土高原厚层黄土堆积下部分布有三门古湖等。根据湖相地层和古湖岸阶地分析，塔里木盆地的罗布泊、乌兰布和的吉兰泰以及巴丹吉林、银川盆地等，在早更新世早、中期也都存在巨大的湖泊。湖泊如此广泛分布，并多系淡水湖，表明那时气候比现在湿润。早更新世后期，大范围的湖泊逐渐萎缩并趋于消亡，除构造运动影响外，反映气候环境开始出现重大转型。

季风气候影响强烈是甘肃自然环境的主要特征之一。季风环流格局定型之后，水热条件的分布与季节变化才出现现代面貌，从而决定现代自然地理环境的分异规律。但青藏高原隆起达到多少高度才能导致现代季风形成，以及青藏高原不同地质时代的抬升幅度各家推论结果不等，不同学者对该问题提出了不同的看法。根据研究，高原面为3000m时的年平均温度分布型式，已与现代年平均温度的分布型式比较接近，这意味着高原地气系统的热状况，在高原隆升达到3000m时接近现代，从而开始高原季风现象。数值模拟试验表明，当地形高度超过3000m时，高原动力效应以绕流作用为主、爬越作用退居其次，西风带的平均环流型接近现代的形势。事实上，不论是黄土（黄土分布具有超覆等现象、黄土颗粒越到第四纪晚期越粗）、泥石流的沉积，还是网纹红土的发育以及沙漠的不断发展，生物群的演化和分异，均证明现代东亚季风始于第四纪中期（王乃昂，1998）。(www.xing528.com)

在普遍降温的第四纪，存在周期性的气候冷暖、干湿变化，即冰期与间冰期交替。冰期时，高原地表反照率增大，热低压减弱，夏季风萎缩，高原东南边降水减少；间冰期与此情况相反，加之海面升高，夏季风深入内陆，高原东南侧降水增多。这种冷干、暖湿对应关系，是甘肃第四纪环境演变最主要的区域特点之一，明显区别于同纬度欧美地区的冷湿、暖干模式（西风型），可称之为季风型模式。由于第四纪冰川作用远没有欧洲、北美（劳伦泰冰盖向南扩展到37°N以南地区）同纬度地区那样广泛、强烈，生物演化受到的影响较少，因此陆地生态系统、生物种属特别繁多，地理成分复杂，分布亦比较混杂。同时，黄土是陇东和陇西等地区一个特殊的第四纪堆积，以它特有的岩性、岩相特征及巨大厚度、集中连续分布等特点，与其它第四纪堆积物有明显的区别。它形成于整个第四纪时期，同时它又记录了甘肃省第四纪地质历史的进程，因此黄土的广泛堆积及黄土高原的形成，是甘肃第四纪环境演变历史上又一个重要地质事件。黄土的厚度可由几米至400余米厚，连续堆积的厚层黄土是以风力为主的综合因素所形成，即就地起沙、近沙成土，一定地域的黄土在物源上隶属于一定地区的沙漠。黄土高原及祁连山北麓、西秦岭的黄土地层结构对比研究表明，典型风成黄土在不同地域和不同地貌单元上最早开始堆积的层位基本上是一致的，即均始于所有黄土剖面中的下粉砂层（L15）。该层以下第四纪沉积类型因地而异，多为非黄土沉积（湖相、冲洪积相等）。由黄土高原各代表性剖面的磁性地层可知黄土大规模堆积的时代大致为早更新世晚期。省内黄土—古土壤演化系列保存完整，其磁化率值的大小，可作为冬夏季风强度的代用指标。有意义的是S5以后的磁化率曲线变化幅度明显增大，反映中更新世以来冷干、暖湿波动幅度较前显著，冬、夏季风都相当强盛。

河西地区的干旱环境，早在古近纪即已存在，主要受控于当时的副热带高压系统。第四纪早期因西风带南移和夏季风北上，同时山盆之间地形反差不强烈，周围山地还不能成为湿润气流进入的障碍，故一度变得相当湿润。随着青藏高原加速隆起，早更新世末河西走廊三大内陆水系遂成为完全封闭的内陆环境，西伯利亚冷高压的出现与加强及其一年内控制时间的增大，促进了河西地区地区的干旱化程度。从1.2MaBP开始，在北纬40°左右形成了大面积的温带荒漠。尽管局地古风成沙可能出现较早，现代沙漠则是在早更新世末至中更新世才开始形成的，并于中更新世、晚更新世进入积极发展时期，从而为风成黄土的广泛堆积提供了物源条件。

植物成分进入第四纪后普遍更新，第三纪孑遗属种逐渐减少。在第四纪冰期时，甘肃省未直接受到北方大陆冰盖的破坏，生物演化只受到山地冰川和范围有限的冰缘气候的影响，所以特有种属异常丰富，分布也比较混杂。中更新世以前，省域还保留有不少孑遗植物。尤其是西秦岭山区基本保持了自第三纪以来的温暖气候条件，成为亚洲大陆著名的喜暖动植物的避难所之一，保存了一些古老的物种，有些还是活化石即孑遗成分。如植物中的银杏、杜仲、珙桐等，动物中有大熊猫、金丝猴等，它们均受到国际上的极大关注。植物地理区系是生物多样性的重要指标。由于复杂的自然条件加上悠久的自然历史演化，甘肃省植物组成表现出各种地理成分交汇、新老成分同时存在等特点，成为中国-日本森林植物亚区、中国-喜马拉雅森林植物亚区、青藏高原植物亚区和亚洲中部荒漠植物亚区的交汇带。从阿尔金山向东，沿祁连山至乌鞘岭为亚洲荒漠和青藏高原高寒荒漠的过渡带。乌鞘岭经永登、景泰、华池一线是植物分布的南北交汇带。自乌鞘岭南下，经永登、康乐、宕昌等地达徽县、两当南部一线是中国-日本植物亚区和中国-喜马拉雅植物亚区的过渡带。前者在省境主要以油松、华山松、白皮松、铁杉等为优势种组成混交林和次生林；后者则主要是以云杉和冷杉两属中的一些种为优势的大面积原始纯林或混交林，甘肃冷杉属的种类大都分布在这里。以植被类型为例，包括北亚热带常绿阔叶林、暖温带落叶阔叶林、温带针阔叶混交林、寒温带针叶林、温带草原和荒漠、亚高山灌丛、高山草甸等7大陆地生态系统。这种区域植被的差异性和生态系统的多样性，无疑决定了甘肃物种的多样性。显然，正是地理环境的多样性为不同生态习性和不同区系来源的生物种属提供了各种适宜的生存条件。