下遼河平原晚更新世泥炭的發(fā)現(xiàn)及其古氣候意義

張淑芹，劉玉英

1.東北亞生物演化與環(huán)境教育部重點實驗室，長春 130026

2.吉林大學古生物學與地層學研究中心，長春 130026

3.吉林大學應用技術(shù)學院，長春 130022

0 引言

泥炭主要是冷濕、溫濕和熱濕氣候條件下的產(chǎn)物。泥炭沼澤的發(fā)展和消亡，受全球性氣候波動的控制，因而具有同時性。但從不同區(qū)域等級和更短的時間尺度來看，由冷暖氣候波動引起的氣候帶遷移，導致泥炭沼澤沿經(jīng)線方向異時性發(fā)展，因而泥炭發(fā)育的時間分布又具有異時性特點。從局部來看，地貌直接控制泥炭的形成和分布規(guī)模，水文因素也非常重要。

在40～23ka B.P.的玉木亞間冰期，隨著氣候轉(zhuǎn)暖和海面上升，在現(xiàn)今的大陸架淺海水下和沿岸平原地下深處均發(fā)現(xiàn)有這個時期發(fā)育的泥炭，一般稱為玉木亞間冰期海侵基底泥炭［1］。例如，在成山角東的黃海、北黃海、華北平原的黃驊李家堡、大連市的棗房身、錦縣后山角村、復縣雙塔鎮(zhèn)等均發(fā)育有這一時期的泥炭。我國東部晚更新世晚期以來泥炭發(fā)育的時間，自南向北具有明顯的異時性分布特點，有“南老北新”的說法。

下遼河平原第四紀孢粉、植物的研究資料較少［2］。埋藏在沈陽城地下晚更新世的泥炭首次發(fā)現(xiàn)，甚為珍貴，它能揭示沈陽城地下距今約20ka B.P.的古氣候、古環(huán)境、古地理及人類活動等情況。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧省沈陽市（圖1），沈陽市東部邊緣屬遼東山地，西部則屬于下遼河平原，遼東山地是長白山系哈達嶺和千山山脈的西延部分［3］。沈陽市位于暖溫帶落葉闊葉林區(qū)域的北部，地理坐標為N41°46′、E123°26′，海拔高程41.6m，年平均溫度7.8℃，年平均降水量為675.2mm。該地區(qū)夏熱多雨，冬寒晴燥，濕潤而無明顯干旱期；雨熱同期，有利于植物生長，木本植物以落葉適應冬寒，是我國最遼闊的落葉闊葉林分布區(qū)。

下遼河平原是一個三面被低山丘陵環(huán)抱、西南向遼東灣敞開的北東－南西向的狹長平原，面積達3.2萬km2，屬于一個中新生代沉降盆地。遼河、渾河、太子河、大凌河等河流從山區(qū)進入下遼河斷陷盆地后，共同塑造了寬闊的下遼河平原，并在平原的周邊地區(qū)形成了一系列掩埋的第四紀沖積扇。渾河沖積扇是其中最大的一個。

圖1 鉆孔位置圖Fig.1 Map showing coring sites

遼寧省沈陽市位于渾河沖積扇的扇頂至扇中部位。渾河沖積扇巖性由下而上（空間上），沉積物顆粒由細而粗。下部為黏性土層，向上依次變?yōu)轲ば酝梁[石（泥礫）層、圓礫礫砂層。沖積扇沉積厚度東部小，向西逐漸增大。沖積扇上部的圓礫礫砂層由東向西，粒徑由以圓礫為主，漸變?yōu)橐陨盀橹?，且黏性土夾層增多，含水層由單層漸變?yōu)殡p層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)。

2 材料和方法

2.1 孢粉樣品采集深度及巖性特征

筆者研究的樣品采自遼寧省沈陽市2個鉆孔剖面，其中，SHYE孔在沈陽市東部（位于渾河沖積扇扇頂），SHYW孔在沈陽市西部（位于渾河沖積扇扇中）。兩孔相距17.3km，都發(fā)育一薄層泥炭。

SHYE孔孔深43m，取10個孢粉樣，采樣深度分別為：

①14.0～15.0m，土黃色泥礫；

②23.0～24.0m，土黃色泥礫；

③27.0～27.5m，土黃色泥礫；

④28.0～29.0m，土黃色泥礫；

⑤31.0～31.1m，黃褐色粉質(zhì)黏土；

⑥33.0～34.0m，淺灰色黏土；

⑦36.2～36.5m，黃色黏土；

⑧37.6～38.0m，黑色泥炭；

⑨38.0～38.05m，黃褐色含炭黏土；

⑩39.2～39.3m，淺灰色黏土。

在37.6～38.0m處發(fā)育一層黑色泥炭，層厚0.4m，主要由泥質(zhì)成分組成，表面看不到植物碎屑。

SHYW孔孔深60m，取3個孢粉樣，采樣深度分別為：

①11.8～12.1m，綠色粉質(zhì)黏土；

②19.0～20.0m，土黃色粉質(zhì)黏土；

③35.1～35.2m，深灰褐色泥炭。

在35.1～35.2m處發(fā)育一層深灰褐色泥炭，層厚0.1m，主要由植物碎屑組成，90%左右的植物碎屑與10%左右的泥砂填充而成。植物碎屑包括莖、葉、微細的小枝、果皮和種子等，最大碎片僅有5mm2，一般都小于2mm2，小枝直徑最大為1～1.5mm，多數(shù)小于1mm。結(jié)構(gòu)松散，未經(jīng)壓實。

在SHYE和SHYW 2個孔附近還有很多鉆孔剖面，但均未發(fā)現(xiàn)泥炭層，說明這2個泥炭層呈透鏡狀夾層分布，分布范圍很小，指示牛軛湖沉積特征。

2.2年代測定

2個泥炭樣品14C測年結(jié)果（經(jīng)樹輪校正后的）：

SHYE孔37.6～38.0m 處泥炭14C年齡為（23 153±332）a B.P.；

SHYW 孔35.1～35.2m 處泥炭14C年齡為（20 105±289）a B.P.。

SHYE孔泥炭為玉木亞間冰期晚期形成的泥炭，SHYW孔泥炭為玉木亞間冰期結(jié)束之后形成的泥炭（14C年代由中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所測試）。2個孔的年代序列采用線性內(nèi)插法獲得。

2.3 孢粉樣品分析處理

樣品自然陰干，每個泥炭樣品取干樣5g，其他樣品每個取干樣50g，分別加入約15 120粒石松孢子（用于計算絕對花粉濃度）。采用常規(guī)處理方法，用碘重液浮選集中孢粉，在德國產(chǎn)ORTHOPLAN生物顯微鏡下進行鑒定。

3 孢粉分析結(jié)果

SHYE孔10個孢粉樣品，從下至上統(tǒng)計花粉總數(shù)分別是528、509、633、546、278、284、273、387、287、485粒。SHYW孔3個孢粉樣品，從下至上統(tǒng)計花粉總數(shù)分別是310、229、287粒，均具有統(tǒng)計意義。所有樣品花粉總數(shù)不包括蕨類植物孢子。

3.1 SHYE孔花粉組合特征

根據(jù)花粉濃度及主要花粉顆粒分數(shù)綜合分析結(jié)果，將SHYE孔從下至上劃分3個組合，其中E－I組合劃分成2個亞組合（圖2）。詳細特征敘述如下。

E－I－1組合（37.60～39.30m，23 030～24 071a B.P.）以Alnus－Quercus為主的組合。該組合花粉濃度很大，為26 308～638 064粒／g。以喬、灌木植物花粉（顆粒分數(shù)為81.83%～92.14%）為主，草本植物花粉（7.86%～18.17%）較少。

喬灌木植物中，落葉闊葉植物花粉（Broadleaf trees，81.52%～91.75%）占優(yōu)勢，針葉植物花粉（Coniferae trees，0.32%～0.39%）零星出現(xiàn)。落葉闊葉植物以榿木屬（Alnus，31.62%～49.12%）花粉高顆粒分數(shù)為特征，少量伴生的有櫟屬（Quercus，9.79%～12.38%）、樺屬（Betula，1.96% ～7.58%）、椴屬（Tilia，4.73% ～5.89%）、栗屬（Castanea，0.19%～5.89%）、胡桃屬（Juglans，2.75%～5.49%）、柳屬（Salix，4.32%～5.37%）、鵝耳櫪屬（Carpinus，1.38% ～4.74%）、榆屬（Ulmus，0.19%～2.16%）、榛屬（Corylus，0.16%～0.95%）等花粉；針葉植物只有少量的松屬（Pinus，0.16%～0.20%）花粉。

草本植物中，莎草科（Cyperaceae，0.98% ～3.32%）、禾本科（Gramineae，0.19%～2.05%）、藜科（Chenopodiaceae，0～0.32%）等花粉少量出現(xiàn)。

E－I－2組合（36.50m，22 356aB.P.）以Alnus－Quercus為主的組合。該組合花粉濃度很小，為80粒／g。以喬、灌木植物花粉（71.79%）為主，草本植物花粉（28.01%）較少。

喬灌木植物中，落葉闊葉植物花粉（71.43%）占優(yōu)勢，針葉植物花粉（0.92%）零星出現(xiàn)。落葉闊葉植物以榿木屬（17.18%）、櫟屬（17.18%）花粉為主，少量出現(xiàn)的有榆屬（6.51%）、胡桃屬（5.79%）、椴屬（5.24%）、鵝耳櫪屬（4.70%）、樺屬（3.80%）、柳屬（3.07%）、榛屬（1.08%）、栗屬（0.18%）等花粉；針葉植物只有少量的松屬（0.90%）花粉。

草本植物中，蒿屬（Artemisia，8.32%）、菊科（Compositae，3.25%）、禾本科（3.25%）、莎草科（2.17%）、藜科（2.89%）等花粉少量出現(xiàn)。

E－II組合（23.0～34.0m，14 087～20 825aB.P.）以Artemisia－Compositae－Chenopodiaceae－Gramineae為主的組合。該組合花粉濃度很小，為26～163粒／g。以草本植物花粉（88.89% ～95.12%）為主，喬、灌木植物花粉（4.88% ～11.11%）很少。

圖2 SHYE孔古氣候代用指標Fig.2 SHYE hole palaeo－climate proxies

草本植物中，主要有蒿屬（24.55%～37.98%）、菊科（5.23%～16.55%）、藜科（7.75%～15.33%）、禾本科（3.60%～13.94%）等花粉；莎草科（0～0.78%）花粉較少。

喬灌木植物中，落葉闊葉植物花粉（4.18%～9.82%）稍多，針葉植物花粉（0.70%～2.52%）少量出現(xiàn)。落葉闊葉植物有少量的柳屬（0～6.20%）、櫟屬（0.26%～1.47%）、樺屬（0.70%～1.29%）、榿木屬（0～1.47%）、榛屬（0～0.35%）、鵝耳櫪屬（0～1.06%）、椴屬（0～1.06%）、榆屬（0.52% ～0.72%）、胡桃屬（0～0.70%）等花粉出現(xiàn)；針葉植物只有少量的松屬（0.70%～2.52%）花粉。

E－III組合（14.0m，8 515aB.P.）以Artemisia－Chenopodiaceae－Alnus為主的組合。該組合花粉濃度很小，為95粒／g。草本植物花粉（54.64%）稍多，喬、灌木植物花粉（45.34%）稍少。

草本植物中，主要有蒿屬（13.6%）、藜科（8.04%）、禾本科（6.39%）、菊科（6.19%）等花粉，莎草科（1.44%）花粉少量出現(xiàn)。

喬灌木植物中，落葉闊葉植物花粉（44.72%）為主，針葉植物花粉（0.62%）零星出現(xiàn)。落葉闊葉植物有少量的榿木屬（8.45%）、櫟屬（7.63%）、胡桃屬（5.16%）、椴屬（4.53%）、樺屬（4.53%）、榆屬（4.33%）、榛屬（2.16%）、鵝耳櫪屬（1.03%）等花粉出現(xiàn)；針葉植物只有少量的松屬（0.62%）花粉。

3.2 SHYW孔花粉組合特征

根據(jù)花粉濃度及主要花粉顆粒分數(shù)綜合分析結(jié)果，將SHYW孔從下至上劃分2個組合（圖3）。

W－I組合（35.10～35.20m，20 076～20 133a B.P.）以Alnus－Quercus為主的組合。該組合花粉濃度較大，為2 893粒／g。以草本植物花粉（77.42%）為主，喬、灌木植物花粉（22.58%）較少。

草本植物中，以莎草科（16.13%）、禾本科（11.61%）、藜科（10.65%）、蒿屬（10.32%）、菊科（2.58%）等花粉為主。

喬灌木植物中，針葉植物花粉（11.94%）稍多于落葉闊葉植物花粉（10.64%）。針葉植物主要有云杉屬（7.74%）、松屬（4.19%）花粉；落葉闊葉植物有少量的柳屬（6.45%）、繡線菊屬（Spiraea，1.61%）、櫟屬（0.97%）、樺屬（0.65%）、榆屬（0.32%）、漆木屬（Rhus，0.32%）、忍冬屬（Lonicera，0.32%）等花粉。

W－II組合（12.10～20.0m，6 920～11 439a B.P.）以Alnus－Quercus為主的組合。該組合花粉濃度很小，為86～132粒／g。以草本植物花粉（91.70%～92.33%）為主，喬、灌木植物花粉（7.67%～8.30%）很少。

草本植物以蒿屬（29.62%～34.93%）、藜科（6.92%～10.92%）、菊科（6.97%～9.61%）、禾本科（3.49%～5.57%）、莎草科（1.75%～2.79%）等花粉為主。

喬灌木植物中，落葉闊葉植物花粉（6.55%～7.32%）與針葉植物花粉（0.35%～1.75%）均很少。落葉闊葉植物有少量的樺屬（2.18%～3.14%）、柳屬（0.44%～1.39%）、榿木屬（0.70%～1.31%）、櫟屬（0.35%～0.87%）、榛屬（0.70%～0.87%）、榆屬（0～0.35%）等花粉；針葉植物有少量的松屬（0.35%～1.75%）花粉。

3.3 古植被古氣候定量重建及沉積環(huán)境分析

利用13種具有氣候指示意義的花粉［4］分別計算出每個樣品的年均溫和年降水量等古氣候指標（圖2和圖3）。

3.3.1 SHYE 孔

23 030 ～24 071aB.P.年均溫5.5～6.1℃，年降水量約為699.0～734.7mm。其年均溫比現(xiàn)在稍低，年降水量比現(xiàn)在稍大，花粉濃度很大，為26 308～638 064粒／g，指示當時植被覆蓋度很大，其濃度值可以和三江平原沼澤地泥炭［5］及二龍灣瑪珥湖湖泥［6］的花粉濃度值相比較。花粉組成以落葉闊葉植物花粉占絕對優(yōu)勢，其中以榿木屬花粉居多，草本植物和針葉植物很少，說明這一時期山地落葉闊葉林非常茂盛，氣候為暖溫帶氣候，與現(xiàn)今遼東地區(qū)氣候相當，溫暖濕潤，指示玉木亞間冰期晚期下遼河平原的氣候大致與現(xiàn)今氣候相當。

22 356 aB.P.年均溫約6.5℃，年降水量約766.1mm。其年均溫比現(xiàn)在稍低，年降水量比現(xiàn)在稍大，花粉濃度降至很低，僅80粒／g，指示植被覆蓋度很小。雖然落葉闊葉植物花粉仍占組合的主要位置，但花粉濃度已經(jīng)降至很低，說明山地落葉闊葉林范圍縮小，旱生草本植物花粉（蒿屬＋藜科）有一定含量，同時說明玉木亞間冰期結(jié)束之后，氣候開始轉(zhuǎn)向冷干。

14 087 ～20 825aB.P.年均溫5.4～6.4℃，年降水量344.5～586.4mm。其年均溫和年降水量都比現(xiàn)在低，花粉濃度也很低，為26～163粒／g，指示當時植被覆蓋度很小。以草本植物花粉為主，落葉闊葉植物花粉顆粒分數(shù)很低。旱生草本植物花粉（蒿屬＋藜科）顆粒分數(shù)比E－I－2組合顯著增加。研究［7］表明，人類活動越強或氣候越干旱，蒿屬和藜科花粉顆粒分數(shù)越高，說明玉木亞間冰期結(jié)束之后，下遼河平原人類活動加強，氣候更加冷干。

8 515 aB.P.年均溫約5.9℃，年降水量約599.7mm。其年均溫和年降水量都比現(xiàn)在低，花粉濃度也很低，為95粒／g，指示當時植被覆蓋度很小。花粉組成以草本植物花粉為主，落葉闊葉植物花粉顆粒分數(shù)比E－II組合有所增加，旱生草本植物花粉（蒿屬＋藜科）顆粒分數(shù)仍然很高，氣候稍微轉(zhuǎn)暖濕。

3.3.2 SHYW 孔

20 076 ～20 133aB.P.年均溫約4.2℃，年降水量約436.8mm。其年均溫和年降水量都比現(xiàn)在低，花粉濃度較大，為2 893粒／g?；ǚ劢M成以草本植物花粉為主，落葉闊葉植物花粉顆粒分數(shù)很低，喜冷耐陰的針葉植物云杉屬花粉有一定含量，指示當時草本植被覆蓋度較大。濕生草本植物莎草科花粉較多，旱生草本植物花粉（蒿屬＋藜科）有一定含量，說明玉木亞間冰期結(jié)束之后，下遼河平原的氣候冷濕偏干，比現(xiàn)今氣候冷一些。

圖3 SHYW孔古氣候代用指標Fig.3 SHYW hole palaeo－proxies

6 920 ～11 439aB.P.年均溫4.9～5.6℃，年降水量483.6～505.2mm。其年均溫和年降水量都比現(xiàn)在低，花粉濃度也很低，為86～132粒／g，指示當時植被覆蓋度很小?；ǚ劢M成以草本植物花粉為主，落葉闊葉植物花粉顆粒分數(shù)很低。旱生草本植物（蒿屬＋藜科）顆粒分數(shù)較多，與E－II組合特征相似，說明玉木亞間冰期結(jié)束之后，下遼河平原人類活動加強，氣候非常干冷，比現(xiàn)今氣候稍冷。

3.3.3 泥炭的形成

SHYE孔泥炭樣品質(zhì)地非常細，表面看不見植物碎屑?；ǚ劢M成以落葉闊葉植物花粉占絕對優(yōu)勢，其中以榿木屬花粉居多。泥炭中的花粉濃度為剖面最大值，達638 064粒／g。這說明當時氣候溫暖濕潤，降水量大，上游山地發(fā)育以赤楊為主的落葉闊葉林，大量的花粉連同細小的黑色泥質(zhì)被山上細流沖到山腳下低洼地沉積下來，形成黑色泥炭。

SHYW孔泥炭樣品表面看上去基本都是未分解的植物碎屑?；ǚ蹪舛容^大，為2 893粒／g。由于上游大量沖積物快速堆積下來，將原地草本被子植物掩埋，形成基本未分解的泥炭。

4 結(jié)論

沈陽東部和西部2個鉆孔泥炭形成時間略有不同，其花粉組成及泥炭成分也完全不同。其中：

1）沈陽東部SHYE鉆孔剖面中的泥炭形成于玉木亞間冰期晚期，由黑色微細泥質(zhì)組成，泥炭中的花粉組成以暖溫帶落葉闊葉植物花粉為主，針葉植物花粉及草本被子植物花粉均很少；指示在玉木亞間冰期晚期，沈陽地區(qū)與現(xiàn)今氣候相當，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，落葉闊葉植物發(fā)育繁盛，細流將山上微細泥質(zhì)帶到山角下溝谷地沉積下來形成泥炭。

2）沈陽西部SHYW鉆孔剖面中的泥炭形成于玉木亞間冰期結(jié)束后，由大量未分解的植物碎屑組成，泥炭中的花粉組成以平原草本被子植物花粉為主，針葉植物及落葉闊葉植物花粉較少；指示在玉木亞間冰期結(jié)束之后，沈陽地區(qū)人類活動加強，氣候比現(xiàn)在稍冷，山上大量沖積物快速堆積下來，將平原上草本被子植物快速掩埋，形成基本未分解的泥炭。

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