興凱湖沉積物有機碳和氮及其穩(wěn)定同位素反映的28kaBP以來區(qū)域古氣候環(huán)境變化①

吳 健 沈 吉

(1.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國家重點實驗室 南京 210008;2.中國科學(xué)院研究生院 北京 100049)

興凱湖地處我國黑龍江省的東部邊緣,橫跨中俄邊界,為東北亞最大的淡水湖。興凱湖流域位于中高緯度溫帶典型東亞季風(fēng)區(qū)內(nèi),該區(qū)域冬季受蒙古冷高壓的控制,氣候嚴(yán)寒干燥,夏季受濕熱的海洋性氣團的影響,炎熱多雨。該地區(qū)自末次盛冰期以來氣候的冷暖、干濕變化較為突出,同我國其它高緯度地帶一樣,溫暖期起始的時間普遍比低緯度地帶要早,而且持續(xù)的時間也長[1,2],使該地區(qū)成為全球氣候變化研究的敏感地區(qū)。因此,興凱湖也是 PAGES-PEP (PAGES po le-equato r-po le)極地-赤道-極地樣帶計劃中全球湖泊鉆探工作的重點湖泊之一[3]。自20世紀(jì) 80年代以來,國內(nèi)多位學(xué)者對湖泊北面的三江平原及穆棱-興凱平原沼澤做過一些孢粉和泥炭的研究,但由于其所代表的范圍小而具有區(qū)域局限性,不能很好地顯示廣域性特征的氣候變化。興凱湖中國一側(cè)湖泊沉積物多種環(huán)境代用指標(biāo)記錄的古氣候環(huán)境變化研究至今尚未見報道。湖泊沉積物中有機碳和氮及其穩(wěn)定同位素比值的測定,可以指示沉積物有機質(zhì)來源和初級生產(chǎn)力變化,因能夠有效地指示湖泊流域古氣候環(huán)境演化而獲得廣泛的應(yīng)用[4,5]。本研究通過對興凱湖巖心沉積物δ13Corg、δ15Norg、C/N比值、TOC和 TN含量的測定,探討約 28 kaBP以來興凱湖區(qū)域的古氣候環(huán)境變化。

1 區(qū)域地理概況

興凱湖由大小兩湖組成,以一條東西向的天然沙堤湖崗將兩湖隔開,中間有新開流古水道相通并流入大興凱湖。南面的大興凱湖位于 N 44°32′～N 45° 21′,E131°58′～E 132°51′,水位平均海拔約 69 m,南北長 91.3 km,東西最大寬 62.5 km,平均寬 48 km,湖面積約 4 380 km2。湖面上以松阿察河口與白棱河口連線為界,我國境內(nèi)湖面積約 1 080 km2。最大水深約10m,平均水深4～5m。興凱湖1942年前全湖流域面積為 22 400 km2,1942年興修穆興分洪道,河水一路沿穆興水路 (分洪河道)注入小興凱湖,一路沿穆棱河原河道繼續(xù)東流;現(xiàn)興凱湖全湖流域面積為36 400 km2,以湖東北角松阿察河為唯一出水口[6](圖1)。我國興凱湖平原位于三江平原的南部,又稱穆棱-興凱平原,平原地勢呈西北高、東南低,面積約10 000 km2,由小湖及其洼地、湖成沙堤和兩級湖成階地組成。一級湖積階地,相對高度 3～5m;二級湖成階地,相對高度 10～15 m[6]。湖岸東南部地勢平坦,濕地連片。平原北面為完達山,東面為錫尼山,西面為太平嶺、那丹哈達嶺,南部和東部瀕臨日本海。

圖1 興凱湖流域圖及北部地形圖和采樣點位置Fig.1 M ap of the Lake X ingkaiBasin,reliefm ap of the no rth of the Lake X ingkaiand the position of d rilling

興凱湖水系中我國境內(nèi)直接流入大興凱湖的河流主要是白棱河;俄羅斯境內(nèi)主要有大烏薩奇河、科米薩羅夫卡河(新土河)、梅爾古諾夫卡河 (莫河)、伊利斯塔亞河(勒富河)、斯帕索夫卡河(三道河子),它們是興凱湖的主要水源。興凱湖的水質(zhì)特征為:pH=8.1,電導(dǎo) 167.2μS/cm;TN、TP、K+、Na+、M g2+、Ca2+、F-、C l-和 SO的濃度分別為 0.68、0.122、3.615、11.085、5.215、16.3、0.345、5.2和 12.15(單位:m g.L-1,以上水樣數(shù)據(jù)為 2007年在采樣點及附近,前后 2天各采一次水樣計算的平均值,數(shù)據(jù)均在南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國家重點實驗室采用D ionex-100型離子色譜進行實驗測出),其水質(zhì)特征為低礦化度且渾濁度高的湖水。

中國興凱湖平原植被屬溫帶針闊葉混交林、草甸和沼澤地區(qū),本區(qū)地帶性植被是紅松 (Pinus koraiensis)混交林,在落葉闊葉林中以蒙古櫟 (Quercusmongo lica)為主;湖濱帶為砂石底質(zhì),幾乎沒有沉水和挺水植物。湖區(qū)年平均溫度 2.9～3.1℃[7],一年之內(nèi) 1月份最冷,月均-18℃,最低達-39℃,7月份最熱,月均 21℃,最高達 36℃。湖面多年平均降水量為567.5mm,多年平均蒸發(fā)量 587.2mm[8]。興凱湖地區(qū)春夏季盛行西南風(fēng),秋冬季多西北風(fēng)。

興凱湖為晚第三紀(jì)敦化-密山斷裂帶沉降凹陷而形成的構(gòu)造湖,多期火山噴發(fā)引起玄武巖覆蓋面積最大,第四紀(jì)洪積沖積物厚度可達約 300m[9]。湖區(qū)隨地形高低變化,土壤分布由暗棕壤直到白漿土,耕地黑土層厚達 20～50 cm。更新世晚期以來,由于古氣候的波動,使興凱湖發(fā)生了幾次湖退,在北岸遺留了四道古沙堤,自岸邊向外 (北)依次為:大湖崗、太陽崗、二道崗、荒崗-南崗。其中荒崗-南崗,據(jù)測定形成于約 63 900±610 cal.aBP,而大、小興凱湖之間的湖堤是在約 12 190±610 cal.aBP前后形成的,最后一次湖退后形成小興凱湖[6]。

2 樣品采集與分析方法

2007年 7月,我們利用奧地利生產(chǎn)的 UW ITEC水上平臺和活塞取芯設(shè)備,在興凱湖中距離湖北岸約18km,位置 45°12′21.7“N,132°30′33.3”E(圖1),水深 6.6m處采得兩根平行巖心,把其中一根長 269 cm的完整巖心 XK1作為研究對象.K1巖心基本為青灰色細(xì)粉砂質(zhì)泥,頂部 31 cm段為青灰色略顯黃綠,其中22～25 cm顯示較重黃褐色。在深度 78～ 90 cm和深度 214～235 cm處有兩個特征砂層 (圖2)。巖心帶回實驗室按 1 cm間隔進行切割分樣,共得到樣品 269個,于 4℃下塑料帶中密封保存。每個樣品中取出合適的量,進行真空冷凍干燥,研磨至100目,然后加入 5%的鹽酸浸泡 12 h以上去除碳酸鹽。接著蒸餾水水洗三次,每次水洗后都用離心機離心,分離沉積物和孔隙水。分離出的沉積物樣品再進行真空冷凍干燥,研磨至 150目置于 45℃的烘箱中烘干。取 20～30 m g用錫紙筒包緊壓實,最后在Finnigan Deltaplus型質(zhì)譜儀上用于測量有機碳含量、總氮含量、有機碳同位素組成以及氮同位素組成 (δ13C以 PDB標(biāo)準(zhǔn)表示,δ15Norg以空氣標(biāo)準(zhǔn)表示,標(biāo)準(zhǔn)誤差均≤±0.1‰)。

樣品的紅度是在南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院表生地球化學(xué)實驗室完成,用漫反射光譜 Perk in-Elm er Lam bda 900分光光度計測量,樣品的前處理及測試分析按文獻[23]的步驟進行。

3 結(jié)果與討論

3.1 年代序列的建立

取 XK1巖心中 3個全有機質(zhì)樣品送日本東京大學(xué)進行14C的AM S測年,分別為巖心深度 10 cm處、223 cm和 258 cm處,結(jié)果測得其三個14C年齡 4 410 ±40 aBP、25 080±110 aBP和 26 700±130 aBP(見表1)。10 cm處日歷年齡采用 calib5.0.2校正程序完成,223 cm和 258 cm處兩個日歷年齡根據(jù) Hughen K的校正曲線[10],采用 CalPal-on line網(wǎng)上在線校正,校正日歷年齡分別為 4 965 cal.aBP、30 030 cal.aBP和 31 510 cal.aBP。另外,巖心深 78～90 cm段有較集中的砂粒標(biāo)志層,與我們采樣點附近俄羅斯境內(nèi)湖泊水深 6m處采得的巖心砂層位可以較好地對比,確定此砂層形成于新仙女木期 (YoungerD ryas)[11]。據(jù)國際第四紀(jì)聯(lián)合會(INQUA)古氣候委員會的整合冰芯、海洋和陸地古氣候記錄 (INTIMATE)文獻中關(guān)于新仙女木期劃定的日歷年齡段 12 650～11 500 cal。 aBP[12],通過平均沉積速率推算出深度 10 cm處的日歷年齡約為 1 470 cal.aBP,也就是說表層 10 cm處由于“碳庫效應(yīng)”產(chǎn)生的年齡偏老約為 3 490 cal.aBP。由于興凱湖有機碳的百分含量極低,平均只有 0.5%左右,造成湖泊流域老地層的侵蝕,帶來的“老碳”或“死碳”而使年齡偏老[13]。假定巖心表層和底部的“碳庫效應(yīng)”年齡大約相等,底部兩個日歷年齡減去 3 490 aBP,得到兩個二次校正日歷年齡分別為 26 540 cal.aBP和 28 020 cal.aBP(見表1)。由于興凱湖巖心沉積物基本為粉砂質(zhì)泥,整個巖心中值粒徑平均為4μm,可以認(rèn)為沉積速率變化不大,然后再用內(nèi)插和外推法按照平均沉積速率推算出巖心各處沉積物的日歷年齡(見表1)。

表1 興凱湖 XK1巖心14 C年齡和校正年齡Tab le 1 The determ ined and ca libra ted 14 C ages of XK1 core from Lake X ingka i

3.2 興凱湖沉積物有機碳和氮含量及其穩(wěn)定同位素變化特征和意義

湖泊沉積物有機質(zhì)主要來源于陸生植物及湖泊水生植物,其中總有機碳 (TOC)和總氮 (TN)含量反映了湖區(qū)初級生產(chǎn)力的變化。δ13Corg、δ15Norg和 C/N比值經(jīng)常用于指示有機物質(zhì)的來源和影響來源的因素,例如溫度、濕度、營養(yǎng)鹽水平等,所以δ13Corg、δ15Norg和 C/N比值的綜合分析可以比較準(zhǔn)確地判別沉積物有機質(zhì)水生或者陸生來源及其區(qū)域環(huán)境演變[14]。一般規(guī)律是:C/N值在蛋白質(zhì)含量高的藻類等水生植物中的測量值在 4～10之間,在纖維素含量高的維管植物中卻大于 20;湖水中硝酸鹽的δ15Norg值為 7‰～10‰,浮游植物吸收湖水硝酸鹽而使其中δ15Norg升高到約為 8‰;大氣中的氮氣δ15Norg值約為0‰,陸生 C3植物主要利用大氣中的氮氣而使其中δ15Norg值平均約為 1‰[4,5]。一般的情況是:在暖濕期,湖泊沉積物中陸源有機質(zhì)輸入相對增加引起δ15Norg降低,冷干期沉積物中來源于浮游植物的成分相對增加造成δ15Norg升高;沉積物中δ15Norg也受地表徑流帶來的硝酸鹽濃度增減的影響,濕潤的氣候環(huán)境所帶來流域土壤中更多的硝酸鹽也會使δ15Norg偏高[4,5]。根據(jù)光合作用途徑的不同,植物主要可分為兩類:C3植物和 C4植物;C3植物分布最廣,陸生 C3植物δ13Corg值較低,約-21‰～-35‰,平均-28‰;C4植物δ13Corg為-9‰～-20‰,平均約-14‰[15]。挺水植物一般直接利用大氣中的 CO2進行光合作用,具有與陸生 C3植物相近的δ13Corg值;沉水植物主要吸收水中重碳酸鹽溶解釋放出的 CO2而非大氣 CO2,而正常情況下,HCO離子中δ13C值要比溶解在水中大氣 CO2的δ13C值高 7‰～11‰;而浮游生物如果吸收大氣 CO2,則具有同 C3植物類似的δ13Corg值,如果吸收水中重碳酸鹽溶解釋放出的 CO2則具有較高的δ13Corg;C3植物一般生長在涼爽濕潤的環(huán)境,而 C4植物一般生長在干燥溫暖的環(huán)境,氣候環(huán)境的明顯變化往往會引起 C3植物和 C4植物相對比例的變化[4,5]。

興凱湖是個大型淺水湖,風(fēng)浪擾動較大,造成水體富氧環(huán)境,因此 TOC和 TN含量都比較低,平均分別只有 0.455%和 0.0475%.4類植物在年均溫度低于 10℃的溫帶地區(qū)所占比例很少[4]。據(jù)吳乃琴等人的研究,我國東北地區(qū) C3植物所占比例在 80%以上,且越往北其比例越高[16]。興凱湖沉積物δ13Corg組成變化幅度不大 (-24.56‰～-27.67‰,平均-26.34‰),全部都在 C3植物δ13Corg分布范圍內(nèi)。所以興凱湖沉積物δ13Corg組成變化不是代表 C3植物和 C4植物的更替,而主要是受氣候環(huán)境因素的變化影響。王國安等人研究表明,C3植物的δ13Corg表現(xiàn)出隨年均溫度降低而有變重的趨勢[17],而且 C3植物的δ13Corg也隨著年降雨量的減少而變重[18～20,30]。因此興凱湖沉積物δ13Corg值的變化主要是受流域溫度和降水控制。另據(jù)國外有關(guān)人員研究結(jié)果,冷期時藍(lán)藻對13C富集也造成δ13Corg值升高[21,22]。興凱湖 XK1巖心總氮 δ15Norg值為 1.61‰～5.96‰,平均值為3.79‰,所以有約 40%沉積物有機質(zhì)來源于浮游植物;C/N比值為 5.72～25.03,平均值為 11.4,顯示沉積物有機質(zhì)大部分來自于水生植物。興凱湖沉積物δ13Corg和 TOC顯示較好的負(fù)相關(guān)性 (相關(guān)系數(shù)-0.457,顯著水平 0.01);C/N比值和 TOC的顯示較好的正相關(guān)性(相關(guān)系數(shù) 0.508,顯著水平 0.01)。這些相關(guān)性也證實:δ13Corg值較低時,氣候溫暖或濕潤,流域初級生產(chǎn)力增加,此時顯示陸源有機質(zhì)的貢獻增加;氣候冷干時δ13Corg值處于高值,湖泊內(nèi)源藻類的貢獻占主導(dǎo)地位;這幾個環(huán)境代用指標(biāo)的表現(xiàn)特征也與其在貝加爾湖所顯示的古環(huán)境氣候意義是一致的[4]。

3.3 TOC、TN、δ13 Corg、δ15 Norg和 C/N比值記錄的興凱湖區(qū)域古氣候環(huán)境變化

考慮到沉積物中有機質(zhì)來源復(fù)雜,其碳和氮同位素組成的影響因素眾多,在研究沉積物的有機質(zhì)碳和氮同位素組成時,必須綜合考慮多種控制因素,并結(jié)合其他的記錄,才可能獲得比較明確的氣候環(huán)境變化的解釋。本文通過其與紅度和部分孢粉數(shù)據(jù)的對比(見圖2),來探討階段性區(qū)域古氣候環(huán)境演變。紅度值大小主要受控于磁鐵礦和針鐵礦含量,通常其高值反映暖濕的氣候狀況,低值反映冷干氣候[23]?，F(xiàn)分為7個階段,具體分述如下。

圖2 興凱湖巖心 TOC、TN、δ13 Corg、δ15N和 C/N比值的變化及其與紅度的對比Fig.2 Vertical distributionsof concentrationsof TOC,TN,δ13 Corg,δ15Norg and C/N ratio, compared to redness in the core from Lake X ingkai

(1)269～214 cm(約 28 480～26 160 cal.aBP)階段,TOC含量、C/N比值和紅度平均值都很低,頂部和底部的δ13Corg值比較偏正,235 cm處以下δ15Norg為整個巖心平均最高值,說明沉積物中有機質(zhì)主要是來源于內(nèi)源的藻類[21,22],并且初級生產(chǎn)力很低,反映了湖區(qū)總體上處于冷干的氣候環(huán)境;其頂部大幅度降低的δ15Norg值,可能來自于夏季含氮營養(yǎng)鹽濃度很低的冰雪融水的稀釋。孢粉分析顯示,此時期湖區(qū)植被為疏林草原景觀,造成土壤侵蝕加強,引起入湖營養(yǎng)鹽增加,也是 235 cm處以下δ15Norg值增加的一個原因。但此段中部δ13Corg值降低,顯示中間溫度和濕度有波動升高。其中 235～214 cm(約 27050～26160 cal.aBP)段含有較多的粉砂,且其頂部 2cm厚度和底部 4cm厚度的巖心內(nèi)都含有較多的細(xì)礫石,顯示湖泊水位很低,降水量少,流域營養(yǎng)鹽輸入也很少,造成此段δ15Norg相對較低,δ13Corg值也就相對較高。另外根據(jù)本巖心孢粉分析數(shù)據(jù),269～214 cm也是云杉百分含量最高的層位,對應(yīng)于東北地區(qū)高云杉含量的中顧?quán)l(xiāng)屯組中哈爾濱北郊的阿什河冰階[24,25],與俄羅斯興凱湖莫河河口此階段較高百分比含量的云杉孢粉剖面也是對應(yīng)的[11]。在28 000 cal.a BP前后,普遍為一寒冷期:同樣受東亞夏季風(fēng)影響的陜西渭南陽郭鎮(zhèn)剖面主要由旱生植物蒿屬組成;中國東北和東部則廣布著以云杉、冷杉、松和落葉松為主的暗針葉林[25～27]。

(2)214～184 cm(約 26 160～22 880 cal.aBP)階段,TOC和紅度明顯增加,δ13Corg值逐漸減少, δ15Norg有所增加,C/N比值先升高后降低,反映了氣候狀況得以改善,水生植物初級生產(chǎn)力增加,說明此階段流域處于溫濕氣候控制之下。本巖心孢粉分析顯示仍然有一定量的云杉存在,對應(yīng)于東北地區(qū)中顧?quán)l(xiāng)屯組的哈爾濱荒山腳下山根屯間冰階[24,25],與俄羅斯興凱湖莫河河口此階段樺、柳屬和云杉組合的孢粉剖面也是相對應(yīng)的,其河口剖面淺水沉積相也證明了湖面升高的沉積環(huán)境[11],代表北半球普遍存在的末次盛冰期來臨之前的暖波動[27]。

(3)184～143 cm(約 22 880～18 185 cal.aBP)階段,此時期孢粉濃度也是本巖心中最低的,主要是樺 (可能是耐寒的岳樺型[24,28])、蒿和黎等草本植物,組成疏樺林草原,與前述俄羅斯河口剖面同期蒿和黎孢粉組合也是對應(yīng)的[11],相應(yīng)于末次盛冰期。其中開始的 184～174 cm段,TOC、δ15Norg值和紅度明顯降低,δ13Corg值有所升高,反映水生和陸生植物的初級生產(chǎn)力均很低的冷干氣候,持續(xù)約幾百年,可能對應(yīng)于北大西洋的 HE2冷事件 (Heinrich2事件)。上部的174～143 cm段,開始階段 TOC、紅度值和 C/N比值迅速升高,顯示了短時間的迅速升溫。其后δ15Norg由低到高,C/N比值又由高值迅速降低,反映了末次盛冰期有機質(zhì)中浮游植物來源的成分逐漸增加。但是由于末次盛冰期多年凍土的存在,使流域土壤表層處于經(jīng)常過濕狀態(tài)[29,30],紅度值仍然比最底部 269～ 214 cm段的高,δ13Corg值仍然較低;同時由于盛冰期湖泊冰封時間很長,也使得有機質(zhì)易于保存,所以TOC仍然較高。

(4)143～90 cm(約 18 185～12 650 cal.aBP)階段.OC、C/N比值和紅度由高到低波動性減少; δ15Norg先升高后大幅度降低,反映了后期隨著降水減少,湖水營養(yǎng)鹽也減少;δ13Corg值略有增加;總體上反映了氣候由暖濕到冷干的波動性變化,對應(yīng)于北歐Bφlling/O lderD ryas/A llerφd暖期。

(5)90～78 cm段,巖性為泥夾細(xì)砂,前文已經(jīng)敘述俄羅斯該湖中巖心同層位對應(yīng)于 YoungerD ryas事件[11],年代約為 12 900～11 500 cal.aBP[10]。此段中間δ13Corg值和 C/N比值明顯減少,而 TOC、δ15Norg和紅度明顯升高,顯示前后冷干,中間出現(xiàn)冷濕的階段,與我國黃土高原東亞季風(fēng)的研究結(jié)果是一致的,這是由于在新仙女木期北半球夏季太陽幅射強度比較大,造成夏季海陸間的氣壓梯度增大、東亞夏季風(fēng)增強和降水增加[31,32]。

(6)78～31 cm(約 11 500～4 570 cal.aBP)階段.N含量和紅度逐漸增加到本剖面的較高值, δ13Corg值處于低值,TOC含量較高,反映了溫度和降水逐漸增加,陸源和水生有機質(zhì)輸入均增加較多;本段巖心樺屬花粉含量也是全部剖面中最高的,反映了流域植被茂盛,弱的地表侵蝕帶來的營養(yǎng)鹽減少, δ15Norg值較低且逐漸減少。這些都說明了此時期逐漸進入降水充沛的全新世暖期,其中約 8 000～5 000 cal.aBP期間,紅度值和 TN含量處于高值段,本區(qū)氣候處于全新世暖濕期(氣候適宜期)。11 500～4 570 cal.aBP段早期,δ15Norg值較高,紅度較低,顯示溫偏干氣候;此階段晚期,C/N升高較多,TN含量迅速降低,說明了湖區(qū)變?yōu)闇貪駳夂?興凱湖流域 11 500～ 4 570 cal.aBP階段氣候變化與湖北面的三江平原孢粉記錄的全新世氣候變化也是一致的[33]。據(jù)文獻資料,在 10 000～5 500 cal.aBP時間段,海面快速上升,沿海各地發(fā)生海侵,黑潮北進,對馬暖流逐漸增加為最強時期,日本海海水表面溫度比現(xiàn)在平均高約1℃[34,35],興凱湖地區(qū)變?yōu)檠睾夂颦h(huán)境。冰后期北半球夏季受歲差引起的日射強度不斷增加,夏季太陽輻射增強引起海陸熱力對比度加大,東亞夏季風(fēng)強大,帶來豐富的低緯海洋和西太平洋暖濕氣流產(chǎn)生的降水。

(7)31cm～0(約 4 570 cal.aBP以來)階段,各環(huán)境代用指標(biāo)波動較頻繁。其中 31～10 cm段(約4 570～1 470 cal.aBP),表現(xiàn)為紅度值、TOC和 C/N比值明顯降低趨勢,δ13Corg值顯著升高趨勢;顯示流域初級生產(chǎn)力降低,地表徑流減少,沉積有機質(zhì)仍以藻類為主要來源,反映了氣候變化為冷干趨勢。本段孢粉組合中松屬花粉開始大量增加并成為優(yōu)勢屬群,地表侵蝕逐漸減弱,帶來的營養(yǎng)鹽也減少,造成δ15Norg繼續(xù)波動性降低[5]。此段孢粉組合與俄羅斯莫河河口孢粉剖面[28]、興凱湖北邊密山楊木、三江平原和長白山區(qū)孤山屯沼澤地泥炭孢粉剖面中[34～37]松屬大量增加的大約起始時間是對應(yīng)的;另據(jù)俄國興凱湖附近的濱海邊疆區(qū)環(huán)境考古證實,自約 4 cal.kaBP以來,人類開始了大規(guī)模地栽培耐干旱的粟類農(nóng)作物[40,41],進一部印證了這個時期冷干的氣候環(huán)境。 10 cm～0(約 1 470 cal.aBP以來)階段,紅度值顯著增加,TOC、TN和 C/N比值也有所增加,δ15Norg和δ13Corg值有所降低;此段巖心孢粉分析中喜暖濕的櫟屬大量增加,表明流域降水增加,湖泊陸源輸入增加,湖區(qū)處于暖濕氣候環(huán)境。

4 結(jié)論

通過對興凱湖沉積巖心中δ13Corg、δ15Norg、總有機碳(TOC)和總氮(TN)含量及其比值 (C/N)的測定,探討了 28 480 cal.aBP以來,湖區(qū)生產(chǎn)力變化以及氣候環(huán)境演化過程,結(jié)果如下:

(1)C/N比值和 TOC之間顯示較好的正相關(guān)性,C/N比值平均為 11.4,顯示興凱湖沉積物有機質(zhì)以內(nèi)源浮游植物生產(chǎn)為主,當(dāng)氣候溫暖濕潤時,陸源有機碎屑輸入增加,流域初級生產(chǎn)力增加。δ13Corg和TOC之間顯示較好的負(fù)相關(guān)性,說明δ13Corg低值時期,氣候溫暖或濕潤,流域初級生產(chǎn)力增加;δ13Corg值處于高值時期,氣候冷干,流域初級生產(chǎn)力降低。 δ15Norg高值一般對應(yīng)于氣候冷干期,此時沉積物有機質(zhì)更多的來源于浮游植物,但不同的冷干氣候特點引起營養(yǎng)鹽輸入的減少也會造成δ15Norg值降低;δ15Norg低值一般對應(yīng)于暖濕期,此時陸源有機碎屑對沉積物中有機質(zhì)的貢獻增加。

(2)28 480～26 160 cal.aBP,流域氣候冷干; 26 160～22 880 cal.aBP,氣候溫濕;22 880～18 185 cal.aBP,湖區(qū)處于末次盛冰期多年凍土環(huán)境;18 185 ～12 650 cal.aBP,對應(yīng)于 Bφlling/O lder D ryas/ A llerφd氣候波動暖期。90～78 cm段,對應(yīng)于 YoungerD ryas冷事件;11 500～4 570 cal.aBP,進入全新世暖期,其中早期氣候溫干,晚期氣候溫濕,約 8000 ～5000cal.aBP期間,本區(qū)氣候處于全新世暖濕期(氣候適宜期);4 570～1 470 cal.aBP,氣候冷干; 1 470 cal.aBP以來,又轉(zhuǎn)為暖濕氣候。

致謝感謝張恩樓、劉恩峰、姚書春副研究員和薛濱研究員共同參加了野外水上平臺采樣,張恩樓和劉恩峰副研究員給予的實驗指導(dǎo)和幫助。

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