植硅體應(yīng)用

植硅體研究在國(guó)外開展較早，在我國(guó)是近幾十年才開展起來(lái)的一門研究古環(huán)境古氣候的新興的邊緣學(xué)科，盡管如此，現(xiàn)已在考古學(xué)及古環(huán)境古氣候解釋及植物起源中取得可喜的成果。利用植硅體分析可以提取沖積物中賦存的古植被信息，利用植硅體進(jìn)行古植被重建、古氣候?qū)W研究是當(dāng)前國(guó)際上生物地層、氣候地層研究的一個(gè)新興方向。

考古學(xué)是植硅體應(yīng)用相對(duì)廣泛的領(lǐng)域之一，最早可追溯到上個(gè)世紀(jì)90年代初期。植物硅酸體在三個(gè)方面為考古學(xué)提供證據(jù)：野生植物的可利用性，栽培作物的起源和擴(kuò)散，古人類遺址的環(huán)境變遷。

考古土壤中的植硅體組合代表了原地腐爛的植物殘留。因此，植硅體組合在某種程度上能反映微觀的環(huán)境變化及相關(guān)的文化活動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，由于人類使用植物的活動(dòng)，考古遺址各層在堆積過(guò)程中，可能存在大量植物的莖和葉。莖和葉腐爛后，植硅體——這種硅化細(xì)胞和組織能夠長(zhǎng)期保存，而且數(shù)量較多。姜?dú)J華等通過(guò)對(duì)石家河文化時(shí)期的堆積物進(jìn)行植硅石分析，統(tǒng)計(jì)有重要意義的植硅體形態(tài)類型，發(fā)現(xiàn)水稻扇形植硅石，稻啞鈴型，水稻穎殼三種對(duì)鑒定稻作農(nóng)業(yè)最為重要的三種植硅體類型?。鄭云飛和俞為潔等對(duì)河姆渡遺址和羅家角遺址進(jìn)行植硅體分析發(fā)現(xiàn)了起源于水稻葉片運(yùn)動(dòng)細(xì)胞植硅體，并把兩遺址的植硅體形狀特征進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)此兩遺址的稻分別為粳稻和秈稻。Pearsall等利用十字型植硅體、塊狀植硅體鑒定出玉米。

沉積物中植硅體的組合特征記錄著一個(gè)地方不同時(shí)期的植被面貌，植被面貌的變化主要受控于氣候和環(huán)境的變化，所以根據(jù)植硅體組合特征可以了解該區(qū)域的植被變遷，從而推斷該區(qū)域的氣候和環(huán)境變化。植硅體分析廣泛地應(yīng)用于重建古氣候、古環(huán)境、古植被。

在我國(guó)，經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，植硅體定量分析也逐步成熟，通過(guò)對(duì)黃土、泥炭、海洋沉積物、湖泊沉積物以及考古土壤等沉積物中富含的植硅體進(jìn)行分析，成功地重建了古環(huán)境、古氣候，發(fā)現(xiàn)氣候冷暖波動(dòng)規(guī)律及一些特殊環(huán)境事件。

呂厚遠(yuǎn)和劉東生等通過(guò)對(duì)渭南、寶雞和蘭州剖面進(jìn)行植硅體分析表明，末次間冰期以來(lái)，在黃土高原南部，主要發(fā)育森林草原和發(fā)育草原，只有在降水量超過(guò)800mm以上，在其后最適宜期，才能有短期的森林植被發(fā)育。范斌和許世遠(yuǎn)等對(duì)巢湖南靈鉆孔的植硅體化石進(jìn)行系統(tǒng)研究，劃分出六個(gè)植硅體組合帶，并根據(jù)各組合帶反映的古生態(tài)、古環(huán)境特征，發(fā)現(xiàn)自5600aBP以來(lái)氣候分為3個(gè)相對(duì)寒冷期和3個(gè)相對(duì)溫暖時(shí)期，并泰倫了個(gè)時(shí)期巢湖流域的環(huán)境變遷。顧延生等對(duì)浙江長(zhǎng)興中-晚更新世紅土進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)含有豐富的植硅體形態(tài)類型，主要來(lái)自草本植物、闊葉和裸子植物等。運(yùn)用植硅體和分子化石的相關(guān)指標(biāo)揭示了紅土沉積時(shí)期的植被與氣候信息。

（1）植硅體產(chǎn)量大，分布范圍廣。從高山到平原，從湖泊到海洋，從森林到草原，凡有植被的地方，即有植硅體的存在?。植硅體的這一優(yōu)點(diǎn)為其研究和應(yīng)用提供了方便。

（2）植硅體理化性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐腐蝕性。當(dāng)植物死亡或凋謝之后，植硅體不會(huì)分解，而完整地長(zhǎng)期保存于土層中。

（3）植硅體具有極佳的耐高溫特性。在溫度低于700℃時(shí)，其物理、化學(xué)性質(zhì)不會(huì)發(fā)生變化?。一般說(shuō)來(lái)，經(jīng)過(guò)高溫處理的考古樣品，往往不再含有化石?，因而這種抗高溫性能可使植硅體理想地應(yīng)用于經(jīng)高溫處理的依存分析之中。

（4）植硅體形成于植物器官，隨腐爛了的植物，沉積于原地土壤中，而非空氣中，所以，多數(shù)植硅體記錄具有原地沉積的特點(diǎn)，特別對(duì)考古遺址植物歷史的記錄，更為精細(xì)和穩(wěn)定，優(yōu)勢(shì)十分顯著。

（5）植硅體形態(tài)的重復(fù)性、規(guī)律性和獨(dú)特性。植硅體在形成過(guò)程中“復(fù)制”了細(xì)胞體的原本形態(tài)，植物科和亞科之中總是同樣類型的細(xì)胞或組織被硅化。不同植物可以產(chǎn)生不同的植硅體形態(tài)組合和獨(dú)特的個(gè)體形態(tài)?。

植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，吸收到身體里的硅會(huì)沉淀在細(xì)胞或者細(xì)胞之間，形成植硅體。當(dāng)植物死亡、腐爛以后，像小石頭一樣的植 硅體便埋藏在土壤中保存起來(lái)。科學(xué)家可以把這些保存在土壤里的植硅體通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)流程提取出來(lái)。由于不同的植物具有不同的細(xì)胞形態(tài)，所以其產(chǎn)生的植硅體形態(tài)也不相同?？茖W(xué)家通過(guò)植硅體的形態(tài)，鑒定它們來(lái)自哪種植物，以此進(jìn)行古氣候重建或者植物考古方面的工作。當(dāng)然，當(dāng)這個(gè)方法應(yīng)用在考古學(xué)中的時(shí)候，就不止是從土壤里提取植硅體，石器、陶器、牙齒等接觸過(guò)植物的遺存都是研究的對(duì)象。

按照王永吉的分類系統(tǒng)，主要類型有：方型、長(zhǎng)方型、扇型、十字型、啞鈴型、多鈴型、短鞍型、長(zhǎng)鞍型、抬高中鞍、齒型、帽型、短尖型、長(zhǎng)尖型、平滑棒型、刺邊棒型、突起棒型、波狀棒型、穴狀棒型、三棱柱型、多面體型、靴狀、薄板型、不透明孔板、石化細(xì)胞、網(wǎng)脊塊狀、紡錘型、導(dǎo)管型、Y型、球型等。此外還有大量的炭屑、硅藻和燃燒植硅體，反映人類的活動(dòng)。其形態(tài)特征、分類、來(lái)源說(shuō)明如下：

方型、長(zhǎng)方型（Parallelepipedal bulliform cell）、扇型（Cuneifor bulliform cell）：從植物細(xì)胞學(xué)的角度，扇型、方型、長(zhǎng)方型植硅體都來(lái)源于植物體內(nèi)的機(jī)動(dòng)細(xì)胞，也就是說(shuō)他們具有一定的同源性，并且，有少量的方型和扇型形態(tài)本來(lái)就是同一植硅體個(gè)體的不同側(cè)面，因此，方型、長(zhǎng)方型、和扇型的分布呈現(xiàn)非常相似的側(cè)面。扇型呈扇狀或楔形，大小在70μm左右，多產(chǎn)于植物葉片機(jī)動(dòng)細(xì)胞，多種植物產(chǎn)此形態(tài)，其中禾本科中多產(chǎn)于畫眉草亞科和黍亞科，竹亞科也產(chǎn)扇形，主要分布在我國(guó)的亞熱帶到熱帶地區(qū)。

啞鈴型（bilobate）：形狀如啞鈴，有雙葉片，大小在25μm左右，主要形成于表皮短細(xì)胞，主要產(chǎn)于黍亞科，蘆竹亞科植物。其兩鈴?fù)舛溯喞容^薄弱，柄較短；十字型，其兩鈴分叉。多產(chǎn)生于C4植物，主要分布于熱帶、亞熱帶濕潤(rùn)地區(qū)。

多鈴型（Cylindrical Polylobate）：有二個(gè)或兩個(gè)以上的葉片串狀排列，葉片對(duì)稱分布，大小小于35μm，其分類學(xué)意義不明確，有可能產(chǎn)生于黍亞科、畫眉草科亞科、早熟禾亞科。

十字型（Cross）：有四個(gè)葉片，大小為15μm左右，主要形成于表皮短細(xì)胞，多產(chǎn)生于黍亞科，分布于熱帶、亞熱帶暖濕地區(qū)。

短鞍型（Square saddle）：形似馬鞍，其面寬大于高，小于15μm，形成于表皮短細(xì)胞，多產(chǎn)生于畫眉草亞科，主要分布在熱帶、亞熱帶干旱、半干旱地區(qū)，短鞍型也產(chǎn)生于蘆竹亞科，其平面形態(tài)如帶柄的水杯。

長(zhǎng)鞍型（Oblong concave saddle）：長(zhǎng)鞍型和竹節(jié)型是同一形態(tài)不同側(cè)面的描述名稱，是相對(duì)畫眉草亞科的短鞍型和蘆竹亞科的中鞍型而言的。大小小于20μm，主要形成于表皮短細(xì)胞，長(zhǎng)鞍型和竹節(jié)型是竹亞科的標(biāo)志形態(tài)，主要分布于溫暖的半干旱到濕潤(rùn)地區(qū)，要求有較高的溫度和降水量，多為C3植物。

齒型（Trapeziform sinuate or crenate）、帽型（rondel）：齒型分為短齒型和長(zhǎng)齒型，短齒型形如平底船或不規(guī)則四邊形狀，長(zhǎng)齒型兩邊齒狀平行，齒狀或尖、圓或呈直角形，大小在35μm左右；帽型有各種形狀，最基本的形狀象展開的裙子，有的有紋飾突起，大小在15μm左右，主要形成于表皮短細(xì)胞；這兩種形態(tài)主要形成于早熟禾亞科、畫眉草亞科、蘆竹亞科，早熟禾亞科屬C3植物，主要分布在溫涼、濕潤(rùn)的高緯度、高海拔地區(qū)。

平滑棒型（Elongate smooth）、突起棒型（Elongate echinate）：呈棒狀，大小在100μm左右，無(wú)明顯的分類學(xué)意義，主要形成于表皮細(xì)胞的長(zhǎng)細(xì)胞，主要分布在溫帶到亞熱帶地區(qū)。

長(zhǎng)尖型、短尖型（Unciform hair cell）：形狀呈針狀或鉤狀，大小多小于50μm，主要形成于毛狀細(xì)胞，主要分布于溫帶到亞熱帶的地區(qū)土壤中。

多面體型（Polyhedron aggregate）、導(dǎo)管型（Vascular tissue）、靴型（Clavate contorted）、薄板型（Platelet polygon）、球型（Globular granulate）等多來(lái)自于木本植物。

多邊帽型（Polyhedron with conical projection）：鏡下多為空心錐形，其形態(tài)表現(xiàn)為一個(gè)大圓里面有個(gè)小圓，或是在五邊形或六邊形底盤上中心發(fā)育一個(gè)圓椎體，大小為40μm，在莎草科植物中居多，多生長(zhǎng)于較濕環(huán)境。