بازسازی پالینولوژیک (گرده شناختی) تاریخچه پوشش گیاهی، تغییرات آب و هوایی و فعالیت‌های انسان در اواخر هولوسن در منطقه کلاردشت

چکیده

این پژوهش پالینولوژیک، با بررسی تورب‌زار تپه­کلار، تاریخچه 850 ساله پوشش گیاهی را در منطقه کلاردشت در استان مازندران بازسازی و نقش آب و هوا و انسان را بررسی می­کند. نمودار گرده تپه­کلار نشان می­دهد که پوشش گیاهی منطقه در اثر دخاالت­های انسان و تغییرات آب و هوا، در طول زمان تغییرات قابل توجهی یافته است. راش، ممرز و بلوط همواره فراوانترین درختان در توده­های جنگلی مجاور دشت کلار بوده­اند؛ هرچند، بلوط به‌دلیل افزایش فعالیت­های انسان در یک تا دو قرن اخیر، کاهش چشمگیری نشان می‌دهد. گونه‌هایی همانند افرا، زبان­گنجشک و ملج نیز در توده­های جنگلی دامنه­های مشرف به دشت، حضور داشته­اند. به‌طوری‌که در دشت­های همجوار تپه­کلار، توسکا و لرگ گاهی به‌فراوانی می­روییدند، ولی انسان با تغییر ویژگیهای هیدرولوژیک منطقه، به­ویژه زهکشی اراضی مرطوب، موجب کاهش قابل­توجه توسکا و حذف لرگ شده است. البته کاهش اصلی لرگ در حدود 700 تا 800 سال پیش، در پژوهش‌های گرده‌شناسی مشابه در بخش مرکزی جنگلهای هیرکانی و نیز منطقه کولشیس در غرب گرجستان نیز ثبت شده که با توجه به همزمانی این دوره با پدیده آب و هوایی موسوم به بی­نظمی اقلیمی سده­های میانی، احتمالا منشأ اقلیمی نیز داشته است. وجود گرده­های نشان­دهنده حضور انسان در منطقه، همانند گردو و گندم، در طول دوره مورد بررسی، گویای سکونت انسان در منطقه از حداقل 850 سال پیش است. باوجوداین، در 300 تا 400 سال اخیر نقش انسان در تغییر پوشش گیاهی و کاربری زمین شدت یافته که این امر از افزایش قابل توجه گرده­های گیاهان معرف اراضی باز، همانند آقطی، علف هفت­بند و بارهنگ برگ­نیزه­ای دارد.

واژه­های کلیدی: تورب‌زار، گرده‌شناسی، پوشش گیاهی، تغییرات هیدرولوژیک، بی‌نظمی اقلیمی، لرگ

مقدمه

پوشش گیاهی در هر منطقه تحت تأثیر آب و هوا و فعالیت‌های انسان است؛ بنابراین، بررسی تغییرات پوشش گیاهی در طول زمان اطلاعات سودمندی در مورد تغییرات آب و هوایی گذشته و نیز نقش و دخالت انسان در تغییر و تحول درازمدت پوشش گیاهی فراهم می­کند. علم گرده­شناسی (پالینولوژی) مهمترین ابزار برای بازسازی پوشش گیاهی و محیط‌زیست گذشته است که افزون بر این، کاربرد گسترده­ای در پژوهش­های تاکسونومی، ژنتیک و تکامل، تغییرات اقلیمی، باستان­شناسی، زمین­شناسی، آلرژی­شناسی و علوم قضایی دارد (Fægri & Iversen, 1989; Moore et al., 1991).

پژوهش­های پالئواکولوژیک کواترنری در ایران بیشتر در منطقه زاگرس و بر روی رسوبات دریاچه­های زریبار در کردستان (Van Zeist & Wright, 1963; Van Zeist & Bottema, 1977; Wasylikowa, 2005 & 2008)، ارومیه در آذربایجان‌غربی (Bottema, 1986; Djamali et al., 2008) و میرآباد در جنوب­غربی خرم­آباد (Griffiths et al., 2001; Stevens et al., 2006) متمرکز بوده است. بر پایه­ی این پژوهش­ها، در دوره­های به­نسبت گرم و مرطوب بین یخبندان، پوشش­های درختی و درختچه­ای (همانند بلوط، افرا، پسته و ارس) و در دوره­های یخبندان، پوشش­های استپی، به­ویژه درمنه و اسفناجیان (نشانگر آب و هوای خشک و سرد) گسترش داشته­اند. بررسی تاریخچه پوشش گیاهی منطقه غرب کشور در آخرین دوره بین یخبندان یعنی هولوسن (از حدود 11-10 هزار سال پیش تاکنون)، نشان می­دهد که در ابتدا گندمیان جایگزین درمنه و اسفناجیان شده و تک‌درختان پسته، افرا، و بلوط به‌تدریج به منطقه مهاجرت کرده‌اند. رژیم آب و هوایی فعلی از میانه­های هولوسن (6000-5500 سال پیش) حاکم شده و جنگل­های کنونی زاگرس از آن زمان مستقر شده­اند (El-Moslimany, 1986; Stevens et al., 2001; Wright et al., 2003; Djamali et al., 2008).

پژوهش­های گرده­شناسی دیگری هم در منطقه زاگرس انجام شده که اطلاعات باارزشی از فعالیت­های انسان و تحولات فرهنگی و تاریخی گذشته­ی این پهنه در اختیار می­گذارد. در یک نمودار گرده­ای از دریاچه­ی مهارلو در استان فارس، آغاز کاشت گردو در حدود ٢۵۰٠ سال پیش از میلاد و چنار در حدود ١٩٠۰ سال پیش از میلاد ثبت شده است (Djamali et al., 2009). در نمودار گرده­ای سایت آلمالو (بر روی دامنه­های شرقی کوه­های سهند)، آغاز کاشت درخت گردو به اندکی دیرتر و در حدود ٢٠٠٠ سال پیش به دوره­ی پارتی باز می­گردد. نکته­ جالب در این دو بررسی، همزمانی تغییرات چشمگیر در فراوانی گرده­های درختان کاشته شده با برخی از وقایع تاریخی مانند پیدایش، شکوفایی و یا پایان امپراطوریهای بزرگ است (Djamali et al., 2011).

در چند سال اخیر، تاریخچه پوشش گیاهی جنگلهای هیرکانی در اواخر هولوسن با بررسی پالینولوژیک چند تورب‌زار در مناطق جلگه­ای و کوهستانی در بخش­های مرکزی البرز، بازسازی و نشانه­هایی از تأثیر آب و هوا و نقش انسان در این تغییرات مشاهده شده است (Ramezani, 2009; Ramezani et al., 2008;).

افزون بر این، پژوهش­هایی هم بر روی رسوبات دریایی و یا تالابی در شمال کشور با هدف بررسی نوسانهای سطح آب دریای خزر انجام شده است. به­عنوان مثال، Kazanci et al. (2004) با بررسی لایه­های رسوبی تالاب انزلی در استان گیلان، پیشرویهای درازمدت دریای خزر طی چند هزار سال اخیر را بازسازی کرده­اند. آنها از روی رسوبات غیر دریایی (خشکی)، به­ویژه یک کمپلکس لس- خاک، به این نتیجه رسیدند که یک اقلیم خشک و بادی در 10000-8000 سال پیش در منطقه حکمفرما بوده است.

پژوهش­های گرده­شناسی بی­شماری در خارج از کشور، به­ویژه در آمریکای شمالی و اروپا، انجام شده و تاریخچه پوشش گیاهی و آب و هوای گذشته زمین در دوره کواترنری بازسازی شده است. Leroy & Arpe (2007) پناهگاه‌های بالقوه درختان سبز تابستانه را در اروپا و جنوب­غربی آسیا طی آخرین دوره یخچالی موسوم به Last Glacial Maximum (LGM) بررسی کرده­اند. این پژوهش، مناطق کوچکی از جنوب اروپا همچون اسپانیا، ایتالیا و یونان و نیز بخش­هایی از شمال ترکیه، سواحل شرقی دریای سیاه و مناطق جنوبی دریای خزر (جنگلهای هیرکانی) را پناهگاه­های درختان سبز تابستانه معرفی می­کند.

انجام شده و تاریخچه پوشش گیاهی و آب و هوای گذشته زمین در دوره کواترنری بازسازی شده است. Leroy & Arpe (2007) پناهگاه‌های بالقوه درختان سبز تابستانه را در اروپا و جنوب­غربی آسیا طی آخرین دوره یخچالی موسوم به Last Glacial Maximum (LGM) بررسی کرده­اند. این پژوهش، مناطق کوچکی از جنوب اروپا همانند اسپانیا، ایتالیا و یونان و نیز بخش­هایی از شمال ترکیه، سواحل شرقی دریای سیاه و مناطق جنوبی دریای خزر (جنگلهای هیرکانی) را پناهگاه­های درختان سبز تابستانه معرفی می­کند.

   نمونه دیگر از پژوهش­های گرده­شناسی در جنوب گرجستان و در امتداد یک ترانسکت ارتفاعی انجام شده که در آن به اهمیت گرده­های شاخص به­عنوان راهنمای تغییرات مرز درختی و جنگل­تراشی­ها در هولوسن اشاره شده است (Connor et al., 2004).

Feurdean & Willis (2008) با هدف بررسی قدمت جوامع جنگلی کنونی نراد اروپایی (Abies alba) در جنگلهای شمال­غربی رومانی و عوامل تأثیرگذار بر تغییرات این جنگلها طی 6000 سال گذشته به این نتیجه رسیدند که این توده­های جنگلی حداقل از حدود 5700 سال قبل در منطقه می­روییده­اند و تا 4200 سال پیش فراوانی کمی داشتند. پس از آن، طی دوره زمانی 4200 تا 1200 سال پیش، این گونه توسعه یافته و در توده­های جنگلی آمیخته به همراه راش، نوئل، ممرز، نمدار، بلوط و ملج ظاهر شده است. کاهش نهایی در فراوانی و انتشار نراد از حدود 1200 سال قبل آغاز شده و  طی 300 سال گذشته کاهش بی­سابقه­ای یافته که به­طور عمده به‌دلیل افزایش دخالت­های انسان در منطقه، چرای دام و آتش­سوزی در جنگل و جنگلداری صنعتی بوده است.

هدف از این پژوهش، بازسازی تاریخچه پوشش گیاهی کلاردشت در حدود هزار سال گذشته و بررسی مهمترین عوامل تأثیرگذار بر آن است.

مواد و روش‌ها

منطقه مورد بررسی

تورب‌زار تپه­کلار (′′57 ′11 ˚51 طول شرقی و ′′17 ′31 ˚36 عرض شمالی) در مجاورت تپه باستانی کلار و در نزدیکی روستای کردیچال (کلاردشت، مازندران) واقع شده و در منطقه به «چمن‌کلار» معروف است (شکل1). مساحت تورب‌زار مورد بررسی 7 تا 8 هکتار و ارتفاع آن 1080 متر از سطح دریاست. تپه­کلار یکی از سایت­های مهم باستان­شناسی در شمال کشور است که کاوش­های باستان­شناسی نشانه­هایی از سکونت انسان را از دوره نوسنگی (Neolithic) در این منطقه نشان داده است (Anonymous, 2008). تپه و تورب‌زار کلار در دشتی وسیع واقع شده که به­وسیله زمین­های کشاورزی (گندم و جو)، باغها و مناطق مسکونی احاطه شده است. در پیرامون این دشت وسیع چندین هزار هکتاری، کوه­های بلند سربرافراشته­اند. اغلب این کوه­ها در دامنه­های شمالی، شمال­شرقی، و شمال­غربی دارای پوشش جنگلی انبوه بوده، ولی دامنه­های جنوبی بدون پوشش جنگلی و یا دارای پوشش­های تنک و کوتاه‌قامت­ هستند. امروزه انواع غلات همانند گندم و جو، بر روی تپه باستانی فوق کاشته می­شود (Personal observation, 2011). فهرست گیاهانی که در سطح، حاشیه، و یا خاک معدنی اطراف تورب‌زار می­رویند در جدول1 آورده شده است.

به دلیل نبود ایستگاه سینوپتیک در منطقه مورد بررسی از داده­های ایستگاه هواشناسی نوشهر برای تخمین وضعیت آب و هوایی منطقه مورد بررسی استفاده شد. بر این اساس، میانگین بارش سالیانه 1310 میلی­متر، میانگین دمای سالانه 1/16 درجه سانتی‌گراد و میانگین سردترین (بهمن) و گرم­ترین (مرداد) ماه سال به­ترتیب 3/2 و 2/29 درجه سانتی­گراد است.

شکل1- موقعیت تورب‌زار تپه­کلار در البرز مرکزی در شمال کشور

جدول1- گیاهان مشاهده شده در سطح، حاشیه، و خاک معدنی اطراف تورب‌زار تپه­کلار (ده گونه اول در ستون سمت چپ از بیشترین فراوانی برخوردارند).

                   *: فراوانترین گونه گیاهی سطح تورب‌زار

مغزه­برداری و آماده­سازی نمونه­های پالینولوژیک

برای مغزه­برداری از دستگاه مغزه­­بردار روسی استفاده شد. پس از انتقال مغزه­های برداشت شده به آزمایشگاه، از هر مغزه نمونه­های پالینولوژیک حجمی (به­مقدار 5/0 سانتی­مترمکعب در هر عمق) با فاصله 10 سانتی­متر از هم ­برداشت شد.

برای آماده­سازی نمونه­ها از روش استاندارد پیشنهادی به­وسیله Fægri & Iversen (1989) استفاده شد که شامل تیمار اسید کلریدریک (HCL)، و هیدروکسید پتاسیم (KOH)، الک (با مش 125 میکرومتر)، تیمار با اسید هیدروفلوریک (HF)، استولیز و قراردادن نمونه­ها در روغن سیلیکون (با ویسکوزیته 2000 سنتی­استوک) می‌باشد (Moore et al., 1991).

شمارش گرده و ترسیم نمودار گرده

برای آنالیز گرده، برای هر عمق اسلایدهای میکروسکوپی تهیه و با کمک میکروسکوپ نوری اولمپیوس (Olympus) مدل CX31 با بزرگنمایی 400 برابر محتوای گرده و هاگ آنها شمارش ­شد.

به­منظور متمایز کردن گرده­ها از تاکسون­های گیاهی، تیپ­های مورفولوژیک گرده در متن با Small capital  نشان داده شده­اند (Joosten & de Klerk, 2002). گرده­ها و هاگ­های متداول با کمک منابع زیر شناسایی شد: جلدهای 8-1 فلور گرده­ای شمال­غربی اروپا (NEPF) (Punt, 1976; Punt & Clarke, 1980, 1981, 1984; Punt et al., 1988, 1995, 2003; Punt & Blackmore, 1991)؛ Moore et al. (1991)؛ Beug (2004) و اسلایدهای میکروسکوپی مرجع (Reference slides) نگارنده.

برای محاسبه و نمایش داده­های گرده­شناسی، از نرم‌افزار Tilia version 1.7.16 (Grimm, 1994-2011) استفاده شد. در نمودار گرده، تیپ­ها به­صورت چینه­بندی مرتب و زون­های (اجتماعات گرده­ای) همگون با کمک چشم تفکیک شدند تا تشریح و تفسیر زون­ها آسانتر شود.

تعیین سن (روش رادیوکربن)

برای تعیین سن مغزه مورد بررسی، از روش کربن رادیواکتیو (AMS: Accelerator mass spectrometry) استفاده شد. برای این کار ماکروفسیل­های گیاهی (جدول3) از پایین­ترین قسمت مغزه جمع­آوری و به روش زیر آماده‌سازی شد: تیمار هیدروکسید پتاسیم 5 درصد (جوشاندن به‌مدت پنج دقیقه: روش Grosse-Brauckmann (1986)) و خشک­ کردن به‌مدت یک شب در دمای 40 درجه سانتی­گراد. سپس برای تعیین سن، نمونه­ها به آزمایشگاه رادیوکربن پوزنان (Poznań) در لهستان ارسال شد.

نتایج

چینه­شناسی مغزه مورد بررسی

مغزه­ای به طول حدود یک متر از بخش مرکزی تورب‌زار تپه­کلار برداشت شد؛ ویژگیهای چینه‌شناختی این مغزه در جدول2 نشان داده شده است. لازم به ذکر است که در حدود 12 تا 13 سانتی­متر بالایی مغزه، بسیار آبکی و فاقد مواد قابل برداشت برای انجام پژوهش پالینولوژیک بود.

جدول2- چینه­شناسی (لیتولوژی) مغزه تپه­کلار

تعیین سن

نتیجه تعیین سن تورب‌زار تپه­کلار به روش AMS در جدول3 نشان داده شده است.

جدول3- نتیجه حاصل از تعیین سن به روش AMS برای تورب‌زار تپه­کلار

*: مخفف پیش از زمان حال (که البته منظور پیش از 1950 میلادی است).

نمودار گرده و توصیف آن

به­طور میانگین در هر عمق از مغزه تپه­کلار تعداد 55 دانه گرده درختی (AP) و غیردرختی (NAP) شمارش شد. میانگین کل گرده­ها و هاگ­های شمارش شده (مجموع گرده­های درختی و غیردرختی و نیز گرده­ها و هاگ­های تولید شده به­وسیله گیاهان سطح تورب‌زار) در هر عمق 338 عدد بوده است.

نمودارهای گرده تپه­کلار (شکلهای2 و 3) به­طور عمده از گرده­های توسکا، ممرز، بلوط، راش، درمنه و اسفناجیان تشکیل شده است. مجموع گرده­های مورد استفاده برای محاسبات درصد فراوانی گرده­ها (pollen sum) براساس تیپ­های گرده­ای درختی و غیر درختی (گیاهانی که بر روی خاک معدنی روییده و یا نشانگر باز بودن عرصه هستند) محاسبه شده است. چهار زون اجتماع گرده­ای به‌شرح زیر قابل تفکیک است.

اجتماع گرده­ای TKR2-A (113-5/92 سانتی‌متر)

ویژگی اصلی این اجتماع گرده­ای، فراوانی گرده­های ممرز (Carpinus)، راش (Fagus)، بلوط (Quercus) و اسفناجیان (Chenopodiaceae/ Amaranthaceae) است (دو تیره گیاهی اسفناجیان (Chenopodiaceae) و تاج­خروس (Amaranthaceae) تیپ گرده­ای مشابهی را تولید می­کنند که معمولا در بررسی­های پالینولوژیک  آنها را تیپ Chenopodiaceae and Amaranthaceae در نظر می­گیرند. در این مقاله این تیپ گرده­ای را به­اختصار اسفناجیان می­نامیم) گرده­های توسکا (Alnus)، درمنه (Artemisia)، و هاگ سرخس عقابی (Pteridium aquilinum) با مقادیر کم مشاهده می­شود. در پایین­ترین عمق، گرده بید (Salix) و در نیمه بالایی زون، گرده­های لرگ (Pterocarya fraxinifolia) و سرخدار (Taxus) از فراوانی نسبی برخوردارند. تعداد کمی گرده­های زبان‌گنجشک (Fraxinus) و گردو (Juglans regia) نیز مشاهده شد (شکل2).

خون­فام (Lythrum salicaria)، فراوانترین تیپ­ گرده­ای را در بین گرده­های تولید شده به­وسیله گیاهان سطح تورب‌زار (Wetland types) به خود اختصاص داده و نی­توپی (Sparganium erectum) و سرخس باتلاقی (Thelypteris palustris) با مقادیر کمتر مشاهده شد (شکل3).

از بین گرده­هایی که اکولوژی گیاهان تولیدکننده آنها به‌دلیل تنوع زیاد گیاهان این گروه، نامشخص است (در اصطلاح Types of uncertain habitats)، بیشترین فراوانی مربوط به گرده­های گروهی از گندمیان (Wild grass group)، خانواده جگن­ (Cyperaceae)، خردل (Sinapis)، خردل/ فراسیون (Sinapis/ Marrubium) و برگ­سدابی (Thalictrum) است. گرده­های خانواده میخک (Caryophylaceae)، گروهی از گیاهان خانواده کاسنی (Lactuceae)، ترشک (Rumex acetosa)، خانواده گل سرخ (Rosaceae)، و شیرپنیر (Galium) با مقادیر کم مشاهده شد (شکل3).

اجتماع گرده­ای TKR2-B (5/92-5/62 سانتی‌متر)

مهمترین ویژگی این زون، افزایش قابل توجه گرده­های ممرز است. گرده­های توسکا و درمنه روند افزایشی را به طرف مرز بالایی زون نشان می­دهند. راش و بلوط کم و بیش شرایطی مشابه با زون پیشین دارند، درحالی‌که لرگ و اسفناجیان کاهش می­یابند. البته تک گرده­های گردو، افرا (Acer)، انگور (Vitis)، ارس (Juniperus) و شمشاد (Buxus) مشاهده شد. از بین گرده­های گیاهان غیردرختی مختص خاک­های معدنی (در اصطلاح NAP)، بارهنگ (Plantago major)، آقطی (Sambucus ebulus)، و گندم- یولاف (Avena-Triticum) مشاهده شد (شکل2).

در نیمه بالایی زون، بر فراوانی هاگ دم‌اسب (Equisetum) و گرده خون­فام افزوده می­شود. از بین گرده‌های گیاهان با اکولوژی نامشخص، Sinapis، Wild grass group و برگ سدابی کاهش چشمگیری داشته و در عوض، Cyperaceae و Sinapis/ Marrubium به بیشینه فراوانی خود در کل رکورد گرده­ای می­رسند. از همین گروه می­توان به گرده­های بابونه (Anthemis)، ستاره­ای (Aster)، خانواده چتریان (Umbelliferae)، آلاله (Ranunculus)، شیر پنیر، و خانواده گل سرخ اشاره کرد (شکل3).

اجتماع گرده­ای TKR2-C (5/62 تا 40 سانتی‌متر)

توسکا به بیشترین مقدار خود در کل رکورد گرده­ای می­رسد ولی ممرز کاهش می­یابد. راش و بلوط کماکان از فراوانی قابل توجهی برخوردارند. گرده­های ملج (Ulmus glabra) و فندق (Corylus) در این زون پدیدار می‌شوند. شمشاد و لرگ با همان مقادیر کم قبلی در این زون هم مشاهده می­شوند. مهمترین گرده­های گروه NAP عبارتنداز: درمنه، اسفناجیان، آقطی، علف هفت‌بند (Polygonum aviculare)، و بارهنگ برگ‌نیزه­ای (Plantago lanceolata) (شکل2).

اجتماع گرده­ای TKR2-D (40-13 سانتی‌متر)

توسکا و ممرز کماکان فراوانترین تیپ­های گرده­ای در این اجتماع گرده­ای هستند. راش در حد بالایی زون افزایش یافته و بلوط روند کاهشی را نشان می­دهد. در این زون، بر فراوانی گرده­های گردو، انگور، و شمشاد افزوده می­شود. گرده کاج در بالاترین نمونه مشاهده شد. این زون، از بیشترین تنوع گرده­­های گروه NAP در کل رکورد گرده­ای برخوردار است. به­طوری‌که افزون بر درمنه و اسفناجیان، گرده­های بارهنگ (Plantago lanceolata و P. major)، گندم- یولاف، علف هفت­بند، و هاگ سرخس بسفایج (Polypodium vulgare) در این زون مشاهده می­شوند (شکل2).

شکل2- نمودار گرده­های چوبی (Arboreal pollen) و غیرچوبی (Non-arboreal pollen) تورب‌زار تپه­کلار (سن کالیبره شده رادیوکربن و ستون عمق مغزه در سمت چپ، منحنی­های درصد فراوانی گرده­ها در متن نمودار، و نام اجتماعات گرده­ای در ستون سمت راست نشان داده شده است).

شکل3- نمودار گرده­های تولید شده به­وسیله گیاهان سطح تورب‌زار (Wetland types) و گرده­های گیاهان با اکولوژی نامشخص (Types of uncertain habitats) برای تورب‌زار تپه­کلار