甘肅寶積山盆地中侏羅世阿干鎮似銀杏(Ginkgoitesaganzhenensis Yang)的古環境意義

陳應權,馬利濤,彭琳,劉軍,張立,范俊杰,閆德飛

1.蘭州大學地質科學與礦產資源學院,蘭州 730000 2.甘肅省西部礦產資源重點實驗室,蘭州 730000 3.武警黃金地質研究所,河北廊坊 065000

甘肅寶積山盆地中侏羅世阿干鎮似銀杏(GinkgoitesaganzhenensisYang)的古環境意義

陳應權1,2,馬利濤1,彭琳1,2,劉軍1,2,張立1,2,范俊杰3,閆德飛1,2

1.蘭州大學地質科學與礦產資源學院,蘭州 730000 2.甘肅省西部礦產資源重點實驗室,蘭州 730000 3.武警黃金地質研究所,河北廊坊 065000

在甘肅寶積山盆地中侏羅統窯街組發現了保存較為完整的銀杏類葉片化石。對當前化石宏觀特征與鏡下微觀構造進行研究，并將其鑒定為阿干鎮似銀杏(Ginkgoitesaganzhenensis)。在此基礎上，統計了該種下表皮的氣孔參數，并利用氣孔指數法和氣孔比率法恢復研究區中侏羅世早期的古大氣CO2濃度，探討這兩種方法的準確性。分析結果表明，氣孔指數法獲得的古大氣CO2濃度為974×10-6，落在了GEOCARB Ⅲ的可信誤差范圍之外；氣孔比率法重建的古大氣CO2濃度為1 823×10-6，處于GEOCARB Ⅲ可信誤差范圍之內。這說明對于當前化石而言，利用氣孔比率法恢復古大氣CO2濃度更加合適，數據十分接近GEOCARB Ⅲ的最佳擬合線，表明似銀杏也是恢復古大氣CO2濃度的一種理想植物。通過計算得出當時的溫度比現在高7.2℃，反映了寶積山盆地中侏羅世阿林期到巴柔期為溫暖潮濕的溫帶氣候環境。

阿干鎮似銀杏;寶積山盆地;中侏羅統;古環境

0 引言

20世紀以來，溫室效應所帶來的全球變暖已成為全人類最關注的環境問題之一，而CO2作為一種主要的溫室氣體，影響著全球氣候的變化[1]。因此，探索地史時期的CO2濃度與氣候的關系，對于認識今天大氣CO2濃度的變化、更有效的預測氣候的未來發展方式具有重要的意義。

植物是指示氣候與生存環境之間的良好指標[2-3]，氣孔作為陸生植物與大氣交換水分和CO2的通道，它的分布、數目和密度等特征與當時的大氣CO2等環境信息密切相關，通過對載有氣孔的植物角質層的各項特征研究可推測當時外界環境的變化。探索不同地史時期植物與環境之間的內在聯系，利用植物化石獲取古大氣CO2濃度的變化信息，已成為當今古植物學研究的一個重要內容[4-5]。自Woodward[3]于1987年首次發現了植物葉片氣孔參數與CO2濃度的負相關關系后，科學家們基于這種關系對新生代、中生代，甚至古生代的古大氣CO2濃度變化情況進行了分析[6-10]。銀杏類(Ginkgoalean)植物由于其形態學上的“遲滯性”[11-12]，已成為科學家們定量重建古氣候、古環境的重要手段，選用此類化石進行不同地史時期古大氣CO2濃度的重建也得到了廣泛的應用[13-22]。

本文報道了產于甘肅寶積山盆地中侏羅統的阿干鎮似銀杏(Ginkgoitesaganzhenensis)，研究了其角質層微細構造，統計其氣孔參數，并使用氣孔指數法和氣孔比率法對研究區中侏羅世早期的大氣CO2濃度進行了重建，對兩種方法進行比較。將其與其他同期的相關資料進行對比，分析不同種類植物化石在重建古大氣CO2濃度時的差異性,進而通過其氣孔參數重建古溫度，分析化石生長時期的古環境。

1 區域地理地質概況

寶積山盆地位于甘肅省白銀市平川區，其分布范圍大致為103°20'～105°00' E，36°00'～36°50' N。由于晚三疊世印支運動引起的海退以及北半球潮濕氣候帶的北移，我國早、中侏羅世聚煤盆地以內陸湖盆為主并主要發育于西北和華北地區[23]。寶積山盆地就是形成于該時期的具代表性的坳陷型聚煤盆地之一，其位于祁連山東端，在地史時期受秦祁褶皺強烈影響，盆地內斷層等構造較發育[24-25]。盆地內從寒武系到第四系都有出露，以顯生宇發育較為完整[24,26]。盆地內中生界發育，產出較豐富的植物化石，化石采集位置如圖1。

圖1 甘肅寶積山盆地化石采集點位置圖Fig.1 Geographical location of the Baojishan Basin, Gansu province

化石產出層位為中侏羅統窯街組(J2y)，其主要出露于寶積山向斜兩翼，為區內主要含煤地層。該組上覆中侏羅統新河組(J2x)，下伏下侏羅統大西溝組(J1d)，且均為平行不整合關系(圖2)。巖性主要以深灰色頁巖，灰色、灰白色砂巖，灰白色石英砂巖、石英礫巖為主，局部夾煤層。Ginkgoitesaganzhenensis采于該組含煤巖段的灰黑色炭質泥巖中。窯街組在寶積山盆地的總厚度為77～279 m(圖2)。該組含較豐富的植物化石，其組合為典型的奇麗錐葉蕨—似銀杏組合(Coniopterisspectabilis-Ginkgoites)，與蘭州窯街煤田中侏羅世早期的膜蕨型錐葉蕨—似銀杏組合(Coniopterishymenophylloides-Ginkgoites)接近，其地質年代為中侏羅世早期，相當于阿林期(Aalenian)—巴柔期(Bajocian)[27-28]。

圖2 寶積山盆地窯街組柱狀圖Fig.2 The stratigraphic column of the Yaojie Formation in the Baojishan Basin

2 材料與方法

2.1 實驗方法

化石角質層處理方法：首先選取角質層保存較完整的植物化石標本進行拍照，局部處理后，取角質層樣。樣品經蒸餾水浸潤并洗滌后，先后用10%的HCl溶液與50%的HF溶液處理以除去碳酸鹽類物質以及硅酸鹽類物質，后用蒸餾水沖洗至中性并將其放于舒氏液中，角質層顏色變為淡黃色或近透明狀時用蒸餾水沖洗至中性。再經氨水，后用蒸餾水處理至中性，在體視顯微鏡下觀察并分離出上、下表皮，將一部分處理好的角質層用番紅溶液進行染色后制成光學薄片，在Leica DM4000顯微鏡下觀察和照相。另一部分樣品用酒精溶液梯度脫水，用導電雙面膠粘在銅座上噴金，使用JEOL-JSM-5600LV掃描電子顯微鏡對其進行觀察、照相。

2.2 兩種基于氣孔的古大氣CO2濃度重建方法

氣孔指數SI(stomatal index)是指1 mm2葉片上氣孔數除以氣孔數與普通表皮細胞數之和，用百分比表示(%)，計算公式如下：

SI(%)=SD/(SD+ED)×100

(1)

其中，SD為氣孔數，ED為普通表皮細胞數。

2.2.1 氣孔指數法

這是一種定量的方法，通過“溫室實驗”結合臘葉標本與冰芯記錄，歸納出現生種氣孔指數與大氣CO2濃度之間的函數關系(Regression Function, RF)，將該函數應用于相應的化石種對當時的古大氣CO2濃度進行重建[7,16]。特別是Royeretal.[7]歸納出了現生銀杏氣孔參數與大氣CO2環境之間的回歸函數關系，并利用化石材料對新生代的古大氣CO2變化進行了重建。本文選用Royeretal.[7]所建立的經驗公式：

(2)

其中paleo-CO2為古大氣CO2濃度，單位為×10-6。

2.2.2 氣孔比率法

氣孔比率SR(stomatal ratio)是指化石植物的“最近現生對應種”(the Nearest living equivalent species, NLE)或“最近現生親緣種”(the Nearest living relative species, NLR)的氣孔指數與化石氣孔指數的比值[29]。然后將氣孔比率按照一定的標準轉化為全球碳平衡模型中的RCO2，計算古大氣CO2濃度值。利用氣孔比率法恢復古大氣CO2濃度有兩種標準[8,30-31]：一種是石炭紀標準，主要用于古近紀以前不同地史時期古大氣CO2濃度的重建，1個SR單位相當于2個RCO2單位；一種是最近評估標準，主要用于新生代以來的古大氣CO2濃度的重建，1個SR單位相當于1個RCO2單位。RCO2與古大氣CO2濃度之間的轉換關系為：

paleo-CO2=RCO2×300×10-6

(3)

當前化石采于中侏羅統，故采用石炭紀標準。

3 植物化石鑒定特征

銀杏目 Ginkgoales

銀杏科 Ginkgoaceae

似銀杏屬GinkgoitesSeward 1919, emend. Florin 1936

阿干鎮似銀杏GinkgoitesaganzhenensisYang 1988

1988.Ginkgoitesaganzhenensis，Yang，p.73,pl.1, figs.1～4。

宏觀特征：標本共三塊，為葉片壓型化石。葉大，具柄，柄長至少2.5 cm，寬約2 mm。葉片高約10.8 cm，寬14 cm，先深裂為左右兩半，每一半再深裂1～3次，形成4～8個裂片。裂片為梭形，頂端尖圓，基部急劇狹縮，彼此分離。裂片最長可達10.8 cm，最寬處1.8 cm。裂片長度有從中間向兩側減短的趨勢。葉脈每厘米約10條，在基部作二歧式分叉，中上部不分叉，裂片中部平行，于頂部略聚斂(圖3)。

表皮構造特征：上表皮外表面較粗糙，多不平坦，密布不規則凹坑，未見乳突和毛狀物(圖4d)；上表皮內表面較平滑，脈絡由約20行長條形細胞組成，細胞大小為(63.0～95.0) μm×(16.5～21.0) μm；脈間區細胞由多角行及四邊形細胞組成，細胞大小為(32.5～37.6) μm×(25.0～32.5) μm(圖4d，f)；垂周壁較直或稍彎，具不均勻加厚(圖4d)；下表皮外表面多不平坦(圖4b)，內表面較光滑，細胞形態同上表皮，脈絡與脈間區的區別明顯(圖4a)。葉片氣孔式為雙生型(圖4c，f)，少量分布于上表皮，呈不規則排列(圖4f)，下表皮氣孔較多，條帶狀分布于脈間區，密度約為每平方毫米20個(圖4a，b，c)。氣孔器為多邊形、橢圓形，單環式，大小為(23.6～33.8) μm×(31.8～44.2) μm，保衛細胞腎形，略下陷；氣孔孔縫長30～42 μm(圖4h，i)，無定向排列；副衛細胞5～6個，近孔縫處角質增厚為乳頭狀突起，部分遮擋孔縫(圖4g)。

產地與層位：寶積山盆地中侏羅統窯街組。

4 討論與比較

Ginkgoites是由Seward于1919年創立的形態屬，自Florin[32]于1936年對本屬進行了更進一步的補充研究后，似銀杏這一屬名才為大多數的古植物學家所接受。Ginkgoites和Baiera均為形態屬，二者在宏觀形態、微細構造特征上的區別較小。通常，分裂較淺、較少的葉片一般歸于Ginkgoites；分裂較深、較多的葉片歸于Baiera，且Ginkgoites葉脈更加明顯[33]。

楊恕等[34]于1988年首次報道了甘肅阿干鎮煤田下侏羅統大西溝組的Ginkgoites一新種，根據其葉高10.5 cm，寬12 cm；4～8個裂片，梭形，長10.5 cm，寬2 cm，基部狹縮且彼此分離；表皮細胞為長條形或多邊形；氣孔式為雙生型，保衛細胞下陷，副衛細胞6個，近孔縫處角質增厚為乳突等特征將其定名為GinkgoitesaganzhenensisYang。與之相比，當前化石除了長度與裂片寬度有少許變化外，其他特征都非常接近，如葉片形狀、葉片分裂形態和分裂次數等特征，故歸入Ginkgoites確定為Ginkgoitesaganzhenensis是適宜的。當前標本個體很大，裂片長達10余厘米，從這一點看，GinkgoitesmagnifoliusDu Toit可與之相比[35]，但后者裂片數目較少，僅有4個左右，且其裂片頂端鈍圓，裂片基部無當前標本這樣狹縮且彼此分離的特征。Genkina[36]所描述的伊塞克—庫爾盆地GinkgoitesferganensisBrick葉片也較大，形態與本種可做比較，但這個種的裂片基部與當前標本相比無基部狹縮且彼此分離的情況，且裂片數目也較當前標本少；上述兩個種均無微細構造特征描述，無法作進一步的對比。何德長等[37]于陜西北部發現的GinkgoitesgiganteanHe個體也較大，不同的是這個種裂片較窄，數目為6；其上表皮細胞兩端尖縮，氣孔孔縫也較當前標本短。厲寶賢[38]采自遼西上侏羅統的GinkgoitestruncatesLi的裂片數與當前標本接近，但其裂片長度與當前標本具有明顯的差別，僅有4～4.5 cm，其葉脈密度也較當前標本大。同樣具有相當裂片數的還有產于英國的Ginkgolongifolius(Phillips) Harris[39]，但其裂片長度與裂片寬度都較當前標本小；其葉片形態為棒狀，也與當前標本具有明顯差別。當前標本裂片基部狹縮且彼此分離，與Ginkgoiteslepidus(Heer) Florin相似[40]，但該種裂片呈線型，明顯地較當前化石的窄，且擁有更多的裂片數。Harris所定東格陵蘭的Ginkgoiteshermelini(Hartz) Harris與當前的標本可以比較[41]，但該種裂片形狀以線形者為主，其裂片基部又不似當前標本那樣狹縮；其上表皮氣孔器數目變化很大，從極少到與下表皮近相等，氣孔器側副衛細胞角質突起多為中空，這些特征都區別于當前標本。雖然部分似銀杏屬和銀杏屬化石與當前化石在宏觀形態以及微細構造上有相似性，但仍有區別(表1)。通過對比，將當前化石定為Ginkgoitesaganzhenensis是合理的。

圖3 寶積山盆地Ginkgoites aganzhenensis植物化石a. Ginkgoites aganzhenensis標本(標本號：GSPC-LDGSW-2014-001)；b.圖a的素描圖；c. Ginkgoites aganzhenensis標本(標本號：GSPC-LDGSW-2014-002)，示葉柄；d. Ginkgoites aganzhenensis標本(標本號：GSPC-LDGSW-2014-003)；e.示葉脈特征。Fig.3 Fossil specimens of Ginkgoites aganzhenensis from the Baojishan Basin

圖4 Ginkgoites aganzhenensis表皮特征a.下表皮內表面(SEM)，箭頭所指為氣孔；b.下表皮外表面(SEM)，箭頭所指為氣孔；c.下表皮內表面(LM)，箭頭所指為氣孔；d.上表皮內表面(SEM)；e.上表皮外表面(SEM)；f.上表皮內表面(LM)，箭頭所指為氣孔；g.下表皮外表面(SEM)，示氣孔器；h.下表皮內表面(SEM)，示氣孔器；i.上表皮內表面(SEM)，示氣孔器。Fig.4 Epidermal characteristics of Ginkgoites aganzhenensis

表1 當前標本與似銀杏屬及銀杏屬各種的葉片特征對比表

5 古環境意義

5.1 古大氣CO2濃度的重建

對采自甘肅寶積山盆地中侏羅統的Ginkgoitesaganzhenensis標本具氣孔器的下表皮樣品進行氣孔參數統計，結果見表2。通過對角質層數目與氣孔參數穩定性之間的關系的研究，解三平等[42]認為，對植物化石進行氣孔參數統計時，獲得穩定可信的值至少需要分析4～5個角質層樣本。本次研究所統計的角質層達到了8個，滿足了角質層數目的可信度要求。

Ginkgoites的最近現生親緣種(NLR)是現生銀杏GinkgobilobaL.，其氣孔指數平均值為11.33%[17]。氣孔參數統計結果表明寶積山盆地中侏羅統的標本SI平均值為3.77%(表2)。在此基礎上，通過氣孔指數法和氣孔比率法重建Ginkgoitesaganzhenensis所記錄的寶積山盆地中侏羅世早期的古大氣CO2濃度(表2)。

表2 甘肅寶積山盆地中侏羅統窯街組的Ginkgoites aganzhenensis氣孔參數及古大氣CO2濃度表

結果表明，通過氣孔比率法，利用石炭紀標準得到的大氣CO2濃度為1 823×10-6，而通過氣孔指數法得到的大氣CO2濃度為974×10-6，后者僅為前者的二分之一，且其波動也更大(表2)。為了驗證我們所獲得的大氣CO2濃度值的可靠性，將其投到Berner等[43]的碳平衡模型GEOCARB Ⅲ中進行對比(圖5)。

從圖5中可以看到，基于氣孔指數法所得到的古大氣CO2濃度值在GEOCARB Ⅲ模型可信誤差范圍外，氣孔比率法得到的數據則在可信誤差范圍內，說明當使用阿干鎮似銀杏重建古大氣CO2濃度時，氣孔比率法比氣孔指數法更加合適。

氣孔指數法所使用的線性回歸函數(RF)是在與現在的大氣環境接近的CO2濃度情況下建立的，氣孔指數與大氣CO2濃度之間保持著良好的線性關系，但是隨著大氣CO2濃度的升高，存在著一個“上限”(350×10-6)[17]，超過這個“上限”，則是非線性的，氣孔參數對于大氣CO2濃度的變化也不再靈敏[44]。因此，當大氣CO2濃度低于此“上限”值時，氣孔指數法所獲得的結果準確度較高。侏羅紀時期古大氣CO2濃度高于此界限值，因此用氣孔比率法推算當前化石生長時期的古大氣CO2濃度則更加準確。此外，當前化石氣孔式為雙生型，而使用氣孔雙生型的植物化石通過線性回歸重建古大氣CO2濃度是受到限制的[45]。利用氣孔比率法可以很好地解決線性回歸的缺陷[8]，并能對中生代大氣CO2濃度變化進行重建。

在此之前已有學者利用茨康類植物對我國部分地區中侏羅世古大氣CO2濃度進行定量重建[46-47]，結果證明所選用的甘肅窯街盆地中侏羅世的似管狀葉屬和甘肅華亭地區中侏羅世的擬刺葵屬化石對大氣CO2變化比較敏感。因此，茨康類植物也可以作為恢復侏羅紀大氣CO2濃度的良好材料。但圖5顯示，雖然利用茨康類植物與利用銀杏類植物所獲得的古大氣CO2濃度都處于GEOCARB Ⅲ值的誤差范圍以內，但相較于利用同一時期銀杏類植物所重建的古大氣CO2濃度距GEOCARB Ⅲ最佳擬合線較遠。茨康類植物現已全部滅絕，故現生GinkgobilobaL.通常被指定為茨康類植物的現存對應種，其親緣關系較遠；而似銀杏屬植物與現生銀杏親緣關系較近。因此，當使用GinkgobilobaL.作為現存對應種重建古大氣CO2濃度時，似銀杏屬植物化石獲得的結果更加準確。

5.2 古氣候的重建

大氣中的CO2是一種非常重要的溫室氣體，其濃度的升高被普遍認為是溫室效應的主要原因[5,14]。

圖5 利用植物化石重建的中侏羅世的大氣CO2濃度的比較及GEOCARB Ⅲ模型Fig.5 Comparison between paleo-CO2 level of the Middle Jurassic according to fossil plants and GEOCARB Ⅲ model

甘肅寶積山盆地中侏羅世的古大氣CO2濃度為1 823×10-6，可與前人在甘肅窯街盆地[48]及新疆吐哈盆地[49]利用植物化石所獲得的數據相比較(圖5)。通過假設全球CO2與溫度之間存在一定的函數關系，McElwainetal.[14]得到了一個關于CO2與溫度的經驗公式：

ΔT=4.0 ln(RCO2)

(4)

其中ΔT表示地球表面平均溫度的差值。

通過公式(4)，我們可以計算出當時與當今的溫度差；計算結果表明溫度增量為7.2℃，白銀市平川區現在的溫度背景值為8.9℃，則寶積山盆地在中侏羅世早期的平均溫度為16.1℃，處于一種高CO2濃度、氣候溫暖濕潤的環境中。

前文已經提到，寶積山盆地中侏羅統窯街組含大量植物化石，其植物組合為典型的奇麗錐葉蕨—似銀杏組合(Coniopterisspectabilis-Ginkgoites)[27]；其中：銀杏類占優勢，真蕨類次之，松柏類和有節類不多，蘇鐵類也較少。銀杏類主要為似銀杏屬和楔拜拉屬，多與茨康類伴生，基本上都是葉片化石。中生代銀杏類植物十分繁盛，在世界范圍內其主要分布于溫帶的西伯利亞—加拿大區，在中國則主要見于北方地區，南方地區極其少見，表明其主要生活在較潮濕且四季分明的氣候環境中。中生代真蕨類植物種類繁多，不同的類別分別對應著不同的氣候環境，但主要為喜熱而潮濕的環境[50]。茨康類的茨康葉屬和擬刺葵屬也是中生代溫帶或暖溫帶落葉植被中的重要組成分子。這些都反映了寶積山盆地在中侏羅世早期處于溫暖潮濕的溫帶氣候環境，且植被發育良好，該結果與前人通過孢粉組合推斷出的鄰區窯街盆地中侏羅世早期的古氣候[51-52]相互印證，這與目前寶積山盆地相對寒冷干燥、缺少植被覆蓋的自然環境有很大差距。

6 結論

(1) 報道了采自甘肅寶積山盆地中侏羅世窯街組的Ginkgoites植物化石，通過宏觀和微觀特征的對比將其鑒定為GinkgoitesaganzhenensisYang，并使用氣孔指數法和氣孔比率法分別定量重建了寶積山盆地中侏羅世早期的大氣CO2濃度。通過與Berner等的碳平衡模型GEOCARB Ⅲ進行對比，發現通過氣孔指數法得到數值處于該模型可信誤差范圍之外，而通過氣孔比率法獲得的結果則落在了可信誤差范圍內。表明使用Ginkgoitesaganzhenensis重建古大氣CO2濃度時，氣孔比率法更為準確。

(2) 與前人利用茨康類植物化石所獲得的古大氣CO2濃度值進行比較，發現通過似銀杏屬植物化石所獲得的數據更接近GEOCARB Ⅲ最佳擬合線，表明利用當前化石獲得的CO2濃度值更加準確。

(3) 計算表明寶積山盆地中侏羅世早期的溫度比現今高了約7.2℃，結合伴生化石組合，反映了研究區當時溫暖潮濕的溫帶氣候環境，與前人在鄰區窯街盆地通過孢粉組合獲得的結果可相互印證。

致謝 感謝中國科學院蘭州化學物理研究所趙家政研究員在電鏡觀察過程中給予的幫助。感謝蘭州大學王雪蓮碩士在實驗過程中給予的幫助。感謝蘭州大學何雨栗博士與楊國林博士在圖版制作過程中給予的幫助。

References)

[1] Royer D L, Berner R A, Park J. Climate sensitivity constrained by CO2concentrations over the past 420 million years[J]. Nature, 2007, 446(7135): 530-532.

[2] Berner R A. The rise of plants and their effect on weathering and atmospheric CO2[J]. Science, 1997, 276(5312): 544-546.

[3] Woodward F I. Stomatal numbers are sensitive to increases in CO2from pre-industrial levels[J]. Nature, 1987, 327(6123): 617-618.

[4] Beerling D J, Royer D L. Fossil plants as indicators of the Phanerozoic global carbon cycle[J]. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 2002, 30(1): 527-556.

[5] Royer D L. Linkages between CO2, climate, and evolution in deep time[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2008, 105(2): 407-408.

[6] Van Der Burgh J, Visscher H, Dilcher D L, et al. Paleoatmospheric signatures in Neogene fossil leaves[J]. Science, 1993, 260(5115): 1788-1790.

[7] Royer D L, Wing S L, Beerling D J, et al. Paleobotanical evidence for near present-day levels of atmospheric CO2during part of the Tertiary[J]. Science, 2001, 292(5525): 2310-2313.

[8] McElwain J C, Chaloner W G. Stomatal density and index of fossil plants track atmospheric carbon dioxide in the Palaeozoic[J]. Annals of Botany, 1995, 76(4): 389-395.

[9] Haworth M, Hesselbo S P, McElwain J C, et al. Mid-cretaceous pCO2based on stomata of the extinct coniferPseudofrenelopsis(Cheirolepidiaceae)[J]. Geology, 2005, 33(9): 749-752.

[10] Quan Cheng, Sun Chunlin, Sun Yuewu, et al. High resolution estimates of paleo-CO2levels through the Campanian (Late Cretaceous) based onGinkgocuticles[J]. Cretaceous Research, 2009, 30(2): 424-428.

[11] Zhou Zhiyan, Zheng Shaolin. Palaeobiology: the missing link inGinkgoevolution[J]. Nature, 2003, 423(6942): 821-822.

[12] Sun Bainian, Dilcher D L, Beerling D J, et al. Variation inGinkgobilobaL. leaf characters across a climatic gradient in China[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2003, 100(12): 7141-7146.

[13] McElwain J C, Chaloner W G. The fossil cuticle as a skeletal record of environmental change[J]. Palaios, 1996, 11(4): 376-388.

[14] McElwain J C, Beerling D J, Woodward F I. Fossil plants and global warming at the Triassic-Jurassic boundary[J]. Science, 1999, 285(5432): 1386-1390.

[15] Chen Liqun, Li Chengsen, Chaloner W G, et al. Assessing the potential for the stomatal characters of extant and fossilGinkgoleaves to signal atmospheric CO2change[J]. American Journal of Botany, 2001, 88(7): 1309-1315.

[16] Retallack G J. A 300-million-year record of atmospheric carbon dioxide from fossil plant cuticles[J]. Nature, 2001, 411(6835): 287-290.

[17] Beerling D J, Royer D L. Reading a CO2signal from fossil stomata[J]. New Phytologist, 2002, 153(3): 387-397.

[18] Sun Bainian, Xiao Liang, Xie Sanping, et al. Quantitative analysis of paleoatmospheric CO2level based on stomatal characters of fossilGinkgofrom Jurassic to Cretaceous in China[J]. Acta Geologica Sinica: English Edition, 2007, 81(6): 931-939.

[19] Xie Sanping, Sun Bainian, Yan Defei, et al. Leaf cuticular characters ofGinkgoand implications for paleoatmospheric CO2in the Jurassic[J]. Progress in Natural Science, 2006, 16(S1): 258-263.

[20] 王秋軍，徐小慧，金培紅，等. 基于銀杏類化石Baierafurcata氣孔參數定量重建中生代古大氣CO2濃度變化[J]. 地質論評，2013，59(6)：1035-1045. [Wang Qiujun, Xu Xiaohui, Jin Peihong, et al. Quantitative reconstruction of Mesozoic paleoatmospheric CO2based on stomatal parameters of fossilBaierafurcataof Ginkgophytes[J]. Geological Review, 2013, 59(6): 1035-1045.]

[21] Wang Yongdong, Huang Chengmin, Sun Bainian, et al. Paleo-CO2variation trends and the Cretaceous greenhouse climate[J]. Earth Science Reviews, 2014, 129: 136-147.

[22] 王永棟，孫柏年，黃成敏，等. 地史時期古大氣二氧化碳變化趨勢與溫室氣候——以中生代白堊紀為例[J]. 自然雜志，2015，37(2)：108-114. [Wang Yongdong, Sun Bainian, Huang Chengmin, et al. Variation of paleo-CO2and greenhouse climate in the geological history: A case study from the Cretaceous of the Mesozoic[J]. Chinese Journal of Nature, 2015, 37(2): 108-114.]

[23] 王佟. 中國西北賦煤區構造發育規律及構造控煤研究[D]. 北京：中國礦業大學(北京)，2012. [Wang Tong. Tectonic development law and tectonic coal-controlling of northwest China coal hosting area[D]. Beijing: China University of Mining & Technology, Beijing, 2012.]

[24] 張泓，何宗蓮，晉香蘭，等. 祁連山東段寶積山—紅會煤盆地沉積環境與聚煤規律[J]. 沉積學報，2009，27(4)：622-631. [Zhang Hong, He Zonglian, Jin Xianglan, et al. Sedimentary environments and coal accumulation of the Baojishan-Honghui Basin, eastern Qilian Mountains[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2009, 27(4): 622-631.]

[25] 徐亞軍，杜遠生，楊江海，等. 甘肅靖遠上泥盆統沙流水組沉積地球化學特征及其物源分析[J]. 沉積學報，2011，29(1)：41-54. [Xu Yajun, Du Yuansheng, Yang Jianghai, et al. Geochemistry and provenance of the Upper Devonian Shaliushui Formation in Jingyuan county, Gansu province[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2011, 29(1): 41-54.]

[26] 李菊花，譚志偉，關保國. 靖遠煤田寶積山—紅會礦區外圍賦煤特征及勘查方向研究[J]. 中國煤炭地質，2012，24(7)：7-10. [Li Juhua, Tan Zhiwei, Guan Baoguo. A study on coal hosting features and prospecting orientation in peripheral Baojishan and Honghui Mine areas, Jingyuan coalfield[J]. Coal Geology of China, 2012, 24(7): 7-10.]

[27] 孫柏年. 甘肅靖遠煤田早中生代植物化石組合序列[J]. 蘭州大學學報：自然科學版，1992，28(3)：163-167. [Sun Bainian. The assemblage succession of the early Mesozoic fossil plants from Jingyuan coal field in Gansu[J]. Journal of Lanzhou University: Natural Sciences, 1992, 28(3): 163-167.]

[28] 劉子進. 甘肅東部早侏羅世地層及植物群的初步研究[J]. 中國地質科學院西安地質礦產研究所所刊，1982(5)：88-100，116-117. [Liu Zijin. A preliminary study of early Jurassic beds and the flora in eastern Gansu[J]. Bulletin of Xi'an Institute of Geology and Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, 1982(5): 88-100, 116-117.]

[29] 倪慶，王永棟，田寧，等. 從植物化石葉片中獲取古大氣CO2濃度的信息[J]. 自然雜志，2008，30(2)：102-105. [Ni Qing, Wang Yongdong, Tian Ning, et al. Tracking palaeo-CO2information from fossil plant leaves[J]. Chinese Journal of Nature, 2008, 30(2): 102-105.]

[30] McElwain J C, Mayle F E, Beerling D J. Stomatal evidence for a decline in atmospheric CO2concentration during the Younger Dryas stadial: a comparison with Antarctic ice core records[J]. Journal of Quaternary Science, 2002, 17(1): 21-29.

[31] McElwain J C. Climate-independent paleoaltimetry using stomatal density in fossil leaves as a proxy for CO2partial pressure[J]. Geology, 2004, 32(12): 1017-1020.

[32] Florin R. Die fossilen Ginkgophyten von Franz-Joseph-Land nebst Er?rterungen über vermeintliche Cordaitales mesozoischen alters. I. Spezieller teil[J]. Palaeontographica Abteilung B, 1936, 81: 71-173.

[33] 斯行健，李星學. 中國植物化石(二)：中國中生代植物[M]. 北京：科學出版社，1963：1-429. [Si Xingjian, Li Xingxue. Mesozoic Plants from China: Fossil Plants of China II[M]. Beijing: Science Press, 1963: 1-429.]

[34] 楊恕，孫柏年，沈光隆. 蘭州地區侏羅紀似銀杏屬的新材料[J]. 蘭州大學學報：自然科學版，1988，24(S1)：70-77. [Yang Shu, Sun Bainian, Shen Guanglong. New materials ofGinkgoitesfrom Jurassic in vicinity of Lanzhou, Gansu[J]. Journal of Lanzhou University: Natural Sciences, 1988, 24(S1): 70-77.]

[35] Du Toit A L. The Fossil Flora of the Upper Karroo Beds[M]. London: Trustees of the South African Museum, and the Geological Survey of South Africa, 1927: 289-420.

[36] Genkina R Z. Fossil Flora and Stratigraphy from Older Mesozoic Strata of Issyk-kul Basin[M]. Moscow: Nauka, 1966: 1-148.

[37] 錢麗君，白清昭，熊存衛，等. 陜西北部侏羅紀含煤地層及聚煤特征[M]. 西安：西北大學出版社，1987：81-82. [Qian Lijun, Bai Qingzhao, Xiong Cunwei, et al. Jurassic Coal-Bearing Strata and the Characteristics of Coal Accumulation from Northern Shannxi[M]. Xi’an: Northwest University Press, 1987: 81-82.]

[38] 厲寶賢. 遼西阜新海州組的四種似銀杏化石的表皮構造[J]. 古生物學報，1981，20(3)：208-215. [Li Baoxian. On the cuticular structures ofGinkgoitesfrom the Haizhou Formation (Upper Jurassic) in Fuxin (Fushin), western Liaoning[J]. Acta Palaeontologica Sinica, 1981, 20(3): 208-215.]

[39] Harris T M, Millington W, Miller J. The Yorkshire Jurassic Flora, IV[M]. London: British Museum (Natural History), 1974: 21-26.

[40] Von Heer O. Beitr?ge zur Jura-flora Ostsibiriens und des Amurlandes[J]. Mémoires de l’Académie Impériale des Sciences de Saint Pétersbourg, 1876, 22(12): 1-122.

[41] Harris T M. The fossil flora of Scoresby Sound, East Greenland, Part 4: Ginkgoales, Coniferales, Lycopodiales and isolated fructifications[J]. Meddelelser om Gr?nland, 1935, 112(1): 1-176.

[42] 解三平，閻德飛，韋利杰，等. 精確重建古大氣CO2濃度的氣孔方法[J]. 古生物學報，2005，44(3)：464-471. [Xie Sanping, Yan Defei, Wei Lijie, et al. A stomatal approach for accurate reconstruction of palaeoatmospheric CO2concentration[J]. Acta Palaeontologica Sinica, 2005, 44(3): 464-471.]

[43] Berner R A, Kothavala Z. GEOCARB III: a revised model of atmospheric CO2over Phanerozoic time[J]. American Journal of Science, 2001, 301(2): 182-204.

[44] Royer D L, Hickey L J, Wing S L. Ecological conservatism in the “living fossil”Ginkgo[J]. Paleobiology, 2003, 29(1): 84-104.

[45] Royer D L. Estimating latest Cretaceous and Tertiary atmospheric CO2from stomatal indices[J]. Geological Society of America Special Papers, 2003, 369: 79-93.

[46] 閆德飛，孫柏年.SolenitesmurrayanaL. et H.在甘肅窯街煤田的發現及其地質意義[J]. 蘭州大學學報：自然科學版，2004，40(3)：84-88. [Yan Defei, Sun Bainian. The discovery ofSolenitesmurrayanaL. et H. in Yaojie coal field, Gansu and its geological significance[J]. Journal of Lanzhou University: Natural Sciences, 2004, 40(3): 84-88.]

[47] 丁素婷，孫柏年，吳靖宇，等. 甘肅華亭侏羅系Phoenicopsis(Phoenicopsis)angustifoliaHeer的表皮構造與碳同位素特征[J]. 蘭州大學學報：自然科學版，2010，46(1)：14-21.[Ding Suting, Sun Bainian, Wu Jingyu, et al. Cuticular composition and carbon isotope characteristics of JurassicPhoenicopsis(Phoenicopsis)angustifoliaHeer from Huating in Gansu province, China[J]. Journal of Lanzhou University: Natural Sciences, 2010, 46(1): 14-21.]

[48] Yan Defei, Sun Bainian, Xie Sanping, et al. Response to paleoatmospheric CO2concentration ofSolenitesvimineus(Phillips) Harris (Ginkgophyta) from the Middle Jurassic of the Yaojie Basin, Gansu Province, China[J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 2009, 52(12): 2029-2039.

[49] 肖良，李勇，周建仁，等. 新疆吐哈盆地中侏羅世古大氣CO2重建[J]. 蘭州大學學報：自然科學版，2014，50(2)：154-160. [Xiao Liang, Li Yong, Zhou Jianren, et al. Paleoatmospheric CO2level of the Middle Jurassic in Turpan-Hami Basin, Xinjiang[J]. Journal of Lanzhou University: Natural Sciences, 2014, 50(2): 154-160.]

[50] 鄧勝徽. 中生代主要植物化石的古氣候指示意義[J]. 古地理學報，2007，9(6)：559-574. [Deng Shenghui. Palaeoclimatic implications of main fossil plants of the Mesozoic[J]. Journal of Palaeogeography, 2007, 9(6): 559-574.]

[51] 辛存林，孫柏年，韋利杰，等. 甘肅窯街中侏羅世孢粉組合及其古環境意義[J]. 蘭州大學學報：自然科學版，2006，42(3)：8-13. [Xin Cunlin, Sun Bainian, Wei Lijie, et al. Sporo-pollen assemblage of the Middle Jurassic period from Yaojie, Gansu and its paleoenvironmental significance[J]. Journal of Lanzhou University: Natural Sciences, 2006, 42(3): 8-13.]

[52] 辛存林，陳世偉，都衛東，等. 甘肅窯街中侏羅世Coniopterismargaretae的原位孢子與分散孢子的關系[J]. 地質科技情報，2011，30(5)：36-40. [Xin Cunlin, Chen Shiwei, Du Weidong, et al. Relationship between spore in situ and dispersed spore ofConiopterismargaretaeof the Middle Jurassic from Yaojie, Gansu province[J]. Geological Science and Technology Information, 2011, 30(5): 36-40.]

The Paleoenvironmental Significance ofGinkgoitesaganzhenensisYang from the Middle Jurassic in the Baojishan Basin, Gansu Province

CHEN YingQuan1,2,MA LiTao1,PENG Lin1,2,LIU Jun1,2,ZHANG Li1,2,FAN JunJie3,YAN DeFei1,2

1. School of Earth Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China 2. Key Laboratory of Mineral Resources in Western China (Gansu Province), Lanzhou University, Lanzhou 730000, China 3. Gold Geological Institute of CAPF, Langfang, Hebei 065000, China

Well-preserved fossil specimens of ginkgoalean leaves were collected from the Middle Jurassic Yaojie Formation of the Baojishan Basin, Gansu Province. They were identified asGinkgoitesaganzhenensisYang according to the macro-shape and micro-characteristics. The epidermal characteristics and stomatal parameters of these fossil specimens were obtained through a cuticular analysis. The paleo-CO2of the early Middle Jurassic was quantitatively reconstructed using two methods, 974×10-6by the stomatal index method which was out of the error range of CO2confidence from GEOCARB Ⅲ, 1 823×10-6by the stomatal ratio method which was plotted within the error range of CO2confidence from GEOCARB Ⅲ based on theSIvalue ofGinkgoitesaganzhenensis. It implied that the stomatal ratio method is more reliable in reconstructing paleo-CO2concentration based onGinkgoitesaganzhenensis. Compared with the paleo-CO2level reconstructed fromPhoenicopsisandSolenites, we found that fromGinkgoitesis more near to the optimum line of GEOCARB Ⅲ, suggesting that the paleo-CO2reconstructed fromGinkgoitesis more advisable. And such high CO2concentration would have caused an increase in temperature of about 7.2℃, indicating that the paleoclimate in Baojishan Basin was warm and humid temperate climate in Aalenina-Bajocian of the Middle Jurassic.

GinkgoitesaganzhenensisYang; Baojishan Basin; Middle Jurassic; paleoenvironment

1000-0550(2017)01-0057-10

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.01.006

2016-01-08；收修改稿日期： 2016-05-20

國家自然科學基金項目(41272026)；蘭州大學中央高校基本科研業務費專項資金(lzujbky-2013-112)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No. 41272026; Fundamental Research Funds for the Central Universities of Lanzhou Universities, No. lzujbky-2013-112]

陳應權,男,1992年出生,碩士,古生物學與地層學,E-mail: yqchen2014@lzu.edu.cn

閆德飛,男,教授,E-mail: yandf@lzu.edu.cn

Q914

A