哈薩克斯坦Tramplin剖面孢粉記錄的MIS3a環(huán)境變化

黃昌慶，Liu Kambiu，馮兆東，冉 敏，楊奇麗，張曉森

1.蘭州大學西部環(huán)境教育部重點實驗室，蘭州 730000

2.美國路易絲安娜州立大學海洋系，美國 巴吞魯區(qū) 70803

3.銅仁學院法政系，貴州 銅仁 554300

4.新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，烏魯木齊 830046

深海氧同位素（marine isotope stage，MIS）3a階段的地質年代相當于40～30ka B.P.，深海氧同位素曲線表明，MIS3a階段全球氣溫稍高于末次冰期早冰階（四階段）和晚冰階（二階段），但是遠低于末次間冰期（MIS5）和全新世（MIS1），也低于MIS3c階段［1］。但是這一時期亞洲干旱區(qū)東部（中國西北地區(qū)）氣候和環(huán)境狀況達到間冰期的程度，氣溫和降水甚至高于現(xiàn)代［2］。由于鐵化肥效應，中緯度亞洲干旱區(qū)大氣粉塵變化可能是全球變化的重要因素［3］，同時全球性荒漠化的發(fā)展具有其復雜性［4］，因此中亞干旱區(qū)的環(huán)境變化備受關注。中亞干旱區(qū)東北部MIS3階段氣候溫暖且在MIS3期間的氣候波動了4次［5］。黃土具有沉積體系相對穩(wěn)定、沉積速率相對均勻且沉積記錄相對完整等特點，是其他陸相沉積所不能同時具備的，在重建中亞干旱區(qū)氣候環(huán)境變化中進行黃土研究就顯得非常重要［6］。筆者對中亞干旱區(qū)中部Tramplin黃土－古土壤沉積剖面進行孢粉分析，并結合可靠的AMS14C年代序列重建MIS3a階段中亞植被和氣候變化歷史，為了解中亞干旱區(qū)氣候變化機制提供可靠的地質證據(jù)。

1 研究區(qū)概況

Tramplin（簡稱TR）剖面自然出露于Talgar河的三級階地，位于西天山與Moyynkuml沙漠之間的草原帶（圖1）。研究區(qū)盛行西風，屬大陸性溫帶氣候，年平均氣溫7°～10°，年降水量約為200～400 mm，降水季節(jié)分配比較均勻，以春季比例略高。地帶性土壤為灰鈣土，自然植被類型為短命植物蒿屬半荒漠草原。研究區(qū)植被帶譜（圖2）自南向北依次為高山植被，針葉林，針闊混交林，溫帶落葉闊葉林，灌木草原，荒漠草原。

2 地層與年代序列

利用AMS14C測年，根據(jù)Feng等［7］所描述的詳細地層與年代，地層及年代模式見圖3。

3 分析方法

TR剖面1 050cm，孢粉樣品以～26cm間距采集，共獲40個樣品，平均分辨率約為350a/樣品。孢粉提取采用酸堿法結合篩濾法，每個樣品視巖性差異稱取150～250g，依次加入HCl（5%～10%）和HF（40%）除去碳酸鹽和硅質成分，再以超聲波清洗過篩，小指管凈化，最后保存于甘油中制活動片鑒定。鑒定時參考正式出版的孢粉圖版［8］和現(xiàn)代孢粉標準片對比進行，每個樣品統(tǒng)計的孢粉總數(shù)為80～150粒。孢粉顆粒分數(shù)的計算以陸生植物花粉總和為基數(shù)，質量顆粒濃度用外加石松孢子法計算。

圖1 TR剖面位置圖Fig.1 Location of TR section

圖2 植被地帶譜示意圖Fig.2 Vegetation zone map

圖3 TR剖面地層及深度-14C年代模式（據(jù)文獻［7］）Fig.3 Lithology and 14C-depth mode（from reference［7］）

4 結果與討論

4.1 孢粉記錄

TR剖面沉積物孢粉記錄了42～28ka B.P.期間的植被和氣候變化歷史，在該剖面中總共鑒定出45個科屬的孢粉，主要分為3類：喬木植物花粉、草原成分草本植物花粉和荒漠成分植物花粉。喬木植物（Trees）花粉主要包括松屬（Pinus）、云杉屬（Picea）、冷杉屬（Abies）、雪松屬（Cedrus）、柏科（Cupressaceae）、樺屬（Betula）、榆屬（Ulmus）、櫟屬（Quercus）、胡桃屬（Juglans）和楊屬（Populus）等；草原成分植物花粉主要包括菊科（Compositae）、蒿屬（Artemisia）、紫菀型 （Astertype）、蒲 公 英 型（Taraxacumtype）、春黃菊型（Anthemistype）、禾本科 （Gramineae）、唇 形 科 （Labiatae）、百 合 科（Liliaceae）、狼毒屬（Stellera）、蓼科（Polygonum）、豆科（Leguminasae）、毛茛科（Ranunculaceae）、傘形科（Umbelliferae）、蕁麻科（Urticaceae）、十字花科（Cruciferae）、胡 頹 子 屬 （Elaeagnus）、薔 薇 科（Rosaceae）、莧 科 （Amaranthaceae）和 旋 花 屬（Convolvulus）等；荒漠成分植物花粉主要包括藜科（Chenopodiaceae）、白 刺 屬 （Nitraria）、檉 柳 屬（Tamarix）、麻 黃 屬 （Ephedra）和 蒺 藜 科（Zygophyllaceae）等。依據(jù)喬木、草原成分草本植物花粉和荒漠成分植物花粉之間的相對含量關系，并結合地層、孢粉濃度和CONSIS結果，將TR剖面孢粉記錄從下至上劃分為6個孢粉組合帶（T1T6，見圖4和圖5）。根據(jù)各科屬花粉代表性及氣候指示意義，結合巖性變化，重建研究區(qū)MIS3a時期植被與氣候演變序列。

帶T1（1 050～1 000cm；41.4ka B.P.以前），巖性為黃土。顆粒分數(shù)：喬木花粉小于10%；草原成分植物花粉約80%，其中蒿屬花粉為60%；荒漠成分植物花粉約15%，其中藜科花粉約10%。A/C值（A為蒿屬花粉顆粒分數(shù)，C為藜科花粉顆粒分數(shù)）較低，為5～10。＞10μm的碳屑質量顆粒濃度約為1 000粒/g?？傛叻圪|量顆粒濃度平均為6.5粒/g：喬木花粉較低，平均為0.305粒/g，草原成分植物花粉平均為5粒/g，蒿屬花粉平均為3.85粒/g；荒漠成分植物花粉平均為1.2粒/g，藜科花粉平均為0.57粒/g。

帶T2（1 000～800cm；42～40ka B.P.），巖性為加積型古土壤。顆粒分數(shù)：喬木花粉小于10%；草原成分植物花粉為70%～80%，蒿屬花粉為50%～70%；荒漠成分植物花粉為10%～20%，藜科花粉在10%左右波動。A/C值較低，為5～10。＞10μm的碳屑質量顆粒濃度為800～4 000粒/g。總孢粉質量顆粒濃度有所增加，為6～44粒/g，平均15.6粒/g。喬木花粉有所增加，為0.1～1.3粒/g，平均0.43粒/g。草原成分植物花粉為4～36粒/g，平均12.3粒/g；蒿屬花粉為3～32粒/g，平均10.35粒/g?；哪煞种参锘ǚ蹫?～6.3 粒/g，平均2.83粒/g；藜科花粉為0.5～5 粒/g，平均1.8粒/g。

帶T3（800～500cm；40～36ka B.P.），巖性為黃土。顆粒分數(shù)：喬木花粉小于10%；草原成分植物花粉在80%左右波動，蒿屬花粉基本上為60%～70%；荒漠成分植物花粉為5%～30%，藜科花粉為4%～20%。A/C值為2～35。＞10μm的碳屑質量顆粒濃度為800～2 000粒/g?？傛叻圪|量顆粒濃度有所下降，為6～26粒/g，平均10.5粒/g。喬木花粉下降，平均0.12粒/g。草原成分植物花粉為5～22粒/g，平均8.7粒/g；蒿屬花粉為4～16粒/g，平均6.8粒/g?；哪煞种参锘ǚ蹫?.5～3.3粒/g，平均1.72 粒/g；藜科花粉為0.2～2.6粒/g，平均1.1粒/g。

圖4 TR剖面孢粉顆粒分數(shù)圖譜Fig.4 Pollen percentage diagram of TR section

帶T4（500～250cm；36～33ka B.P.），巖性為加積型古土壤。顆粒分數(shù)：喬木花粉小于10%；草原成分植物花粉為70%～90%，蒿屬花粉達到最大值，為60%～80%；荒漠成分植物花粉為5%～20%，藜科花粉顆粒分數(shù)低，但是變化較大，為2%～20%。A/C值較高，且波動劇烈，為5～38。＞10 μm的碳屑質量顆粒濃度達到最高值，為1 700～7 000粒/g?？傛叻圪|量顆粒濃度有所增加，為6～20粒/g，平均14.88粒/g。喬木花粉有所增加，平均為0.32粒/g。草原成分植物花粉為5～18粒/g，平均12.5粒/g；蒿屬花粉為4～16粒/g，平均10.5粒/g?；哪煞种参锘ǚ蹫?.2～4.6粒/g，平均為2.1粒/g；藜科花粉為0.5～3.6粒/g，平均1.23粒/g。

帶T5（250～50cm；33～30ka B.P.），巖性為黃土。顆粒分數(shù)：喬木花粉小于10%；草原成分植物花粉在80%左右波動，蒿屬花粉為50%～70%；荒漠成分植物花粉為15%～25%，藜科花粉比較穩(wěn)定，為10%～15%。A/C值較低，為5～10。＞10 μm的碳屑質量顆粒濃度為500～3 000粒/g?？傛叻圪|量顆粒濃度總體較高，在9～50粒/g范圍內劇烈波動，平均為20.7粒/g。喬木花粉平均為0.46粒/g。草原成分植物花粉為7～40粒/g，平均16.8粒/g；蒿屬花粉為6～25粒/g，平均12.24粒/g。荒漠成分植物花粉為1.3～8.6粒/g，平均3.52粒/g；藜科花粉為1～5粒/g，平均2.15粒/g。

帶T6（50～0cm；30ka B.P.以后），巖性為表層土壤。顆粒分數(shù)：喬木花粉小于10%；草原成分植物花粉為80%左右，蒿屬花粉為60%～70%；荒漠成分植物花粉為15%～20%，藜科花粉為3%～10%。A/C值為5～30。＞10μm的碳屑質量顆粒濃度約1 000粒/g。總孢粉質量顆粒濃度平均為15.5粒/g，與全剖面的平均水平相當。喬木花粉平均為0.355粒/g；草原成分植物花粉平均為13粒/g，蒿屬花粉平均為10.23粒/g；荒漠成分植物花粉平均為2.15粒/g，藜科花粉平均為1.18粒/g。

圖5 TR剖面孢粉質量顆粒濃度圖Fig.5 Pollen concentration diagram of TR section

4.2 古植被古氣候演化歷史

41.4ka B.P.以前（1 050～1 000cm；帶T1）濃度低的喬木花粉指示沒有成片的樹林發(fā)育，孢粉組合中蒿屬花粉占據(jù)主導地位，其他的草本花粉較少，高的蒿屬花粉指示蒿屬植物占優(yōu)勢。巖性為黃土，＞10μm碳屑濃度較低，說明氣候濕潤程度有限。蒿屬花粉孢粉絕對濃度比其他帶段都要低，其他類型花粉的孢粉絕對濃度也低，反映氣候干旱。植被為蒿屬植物占優(yōu)勢的荒漠草原。

41.400～40ka B.P.（1 000～800cm；帶T2）

相應巖性為加積型古土壤，指示較好的氣候狀況（氣候比較濕潤），濃度低的喬木花粉意味著沒有成片的樹林發(fā)育，但是喬木花粉絕對孢粉濃度增加，指示鄰近地區(qū)的森林植被可能相對茂盛。孢粉組合中蒿屬花粉仍然占據(jù)主導地位，其他的草本花粉較少，指示蒿草草原景觀。蒿屬、菊科、薔薇科、白刺屬、藜科、唇形科、檉柳科花粉絕對濃度比上一帶明顯上升，指示氣候變得相對濕潤，＞10μm碳屑濃度也略有增加?？傮w上氣候相對濕潤。

40～36ka B.P.（800～500cm；帶T3） 喬木花粉濃度低意味著沒有樹林發(fā)育，孢粉組合中蒿屬花粉仍然占據(jù)主導地位，其他的草本花粉較少，說明蒿屬植物仍然占優(yōu)勢。蒿屬花粉和藜科花粉絕對濃度比上一帶下降，指示氣候濕潤程度有所下降，碳屑濃度略有減少，相應巖性為黃土，也說明氣候趨于干旱。植被為蒿屬植物占優(yōu)勢的荒漠草原。

36～33ka B.P.（500～250cm；帶T4） 相應巖性為加積型古土壤，說明氣候相對濕潤，喬木花粉濃度低，意味著沒有成片的樹林，蒿屬花粉顆粒分數(shù)達到最大值，藜科花粉顆粒分數(shù)低，A/C值較高，指示蒿草草原景觀。蒿屬花粉絕對濃度上升，白刺屬、十字花科和檉柳科花粉絕對濃度也有所上升，總孢粉濃度高，說明氣候濕潤程度有所上升。＞10μm碳屑濃度達到最高值，也反映氣候相對濕潤。

33～30ka B.P.（250～50cm；帶T5） 相應巖性為黃土，喬木花粉濃度低意味著沒有樹林，蒿屬花粉略有下降，但蒿屬植物仍然占優(yōu)勢。A/C值下降，孢粉濃度總體比較高，但是波動劇烈，＞10μm碳屑濃度也有所下降，總體而言，氣候比上一帶干旱一些。植被為蒿屬植物占優(yōu)勢的荒漠草原。

30～28ka B.P.（50～0cm；帶T6） 喬木花粉濃度低意味著沒有樹林，孢粉總濃度和碳屑濃度略有減少，但是蒿屬花粉含量略有增加，仍然占據(jù)主導，指示蒿屬植物仍然占優(yōu)勢，A/C值增加，指示氣候濕潤程度增加，沉積了一層薄的土壤而不是黃土，也說明環(huán)境有所好轉?？傮w而言，氣候比上一帶輕微濕潤，植被為蒿草草原。

5 結論

哈薩克斯坦南部Tramplin黃土－古土壤沉積剖面的孢粉分析揭示了中亞干旱區(qū)MIS3a階段植被和氣候演化歷史：在整個MIS3a階段，由于孢粉質量顆粒濃度很低（最大的孢粉質量顆粒濃度才50粒/g），說明研究區(qū)植被覆蓋度一直很低，指示比較寒冷干旱的氣候環(huán)境。具體分為6個階段：41.4ka B.P.以前，植被為蒿屬植物占優(yōu)勢的荒漠草原，氣候干旱；41.4～40ka B.P.，植被為蒿草草原，氣候濕潤程度增加；40～36ka B.P.，植被為蒿屬植物占優(yōu)勢的荒漠草原，氣候濕潤程度輕微下降；36～33 ka B.P.，植被為蒿草草原，氣候濕潤程度增加；33～30ka B.P.，植被為蒿屬植物占優(yōu)勢的荒漠草原，濕潤程度輕微下降；30～28ka B.P.，植被為蒿草草原，氣候濕潤程度輕微上升。

B.Aubekerov博士和Nigmatova Saida博士參與野外工作，在此表示感謝。

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