孢粉指標(biāo)在我國海岸帶古氣候、古海面變化中的應(yīng)用現(xiàn)狀

蔡慶芳，劉冬雁，賈培蒙，邵長高

(1.國土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510075;2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州510075;3.中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266100;4.中海油深圳分公司研究院，廣東廣州510240)

0 引言

孢粉是孢子和花粉的簡稱，是植物的繁殖器官(周山富等，2007)。被子植物和裸子植物被稱為種子植物，蕨類植物和苔蘚植物被稱為孢子植物。在自然界中，植物對(duì)生存環(huán)境的反應(yīng)極為敏感，反之，孢粉組合可以反映其植被群落和氣候環(huán)境。

隨著對(duì)全球變化研究的深入，采用不同手段獲取高分辨率古環(huán)境信息，其中孢粉由于其個(gè)體小、傳播廣、易于保存而成為比較容易獲取的信息分析載體，作為古植被直接代用指標(biāo)和古氣候間接代用指標(biāo)日益受到重視。但由于孢粉的產(chǎn)量、傳播、散布、搬運(yùn)、沉積、保存等一系列問題的復(fù)雜性與多變性，孢粉、植被和氣候的關(guān)系至今仍是孢粉學(xué)理論和應(yīng)用中最基本也最困難的研究內(nèi)容之一(楊振京等，2002)。

海洋中不生長有花植物，風(fēng)和海流可以將遠(yuǎn)處陸緣的植物孢粉大量地搬運(yùn)到海水中，所以從海洋沉積樣品中分析出的孢子和花粉，能反映當(dāng)時(shí)較大區(qū)域的環(huán)境變化。由于海洋沉積速度慢且連續(xù)性好，海洋沉積物中的孢粉分析資料能夠很好地反映陸緣的植被歷史(淺野，1976;徐家聲，1994)。近些年來，隨著孢粉分析、鑒定和14C測年技術(shù)的改進(jìn)以及數(shù)值分析方法的發(fā)展，第四紀(jì)孢粉學(xué)取得了長足進(jìn)步(楊振京等，2002)。氣候波動(dòng)影響著海平面波動(dòng)、河湖消長等沉積環(huán)境演變，通過對(duì)海岸帶沉積孢粉記錄的研究，可以深入了解古氣候變遷和海進(jìn)、海退歷程等。

海岸帶一詞至今尚無統(tǒng)一的嚴(yán)格定義。一類相對(duì)“嚴(yán)格”的定義將海岸帶基本限定在平均大潮高潮線和浪基面之間的狹窄條帶(林觀得等，1987;楊子庚，2000)。但相對(duì)“寬泛”的定義則認(rèn)為：向海一側(cè)甚至包含被淺海覆蓋的整個(gè)陸架區(qū);向陸一側(cè)，還應(yīng)包括平均大潮高潮線后的海岸沙丘、潟湖洼地或首先遇到的地形發(fā)生明顯變化處(王宏，2003)。IGBP(國際地圈生物圈計(jì)劃)于1995年提出海岸帶的范圍為：上限向陸到200 m等高線，向海到大陸架邊緣，大致與200 m等深線相一致。大致相當(dāng)于第四紀(jì)末期以來海面起伏波動(dòng)交替性地被淹沒或被暴露的地帶(張永戰(zhàn)等，1997)。本次研究所說的海岸帶主要是指“寬泛”的后者。

近些年來，我國在渤海、黃海、東海、南海以及太平洋海區(qū)都開展了沉積物孢粉研究。筆者就海岸帶沉積記錄孢粉指標(biāo)在古氣候、古海平面變化研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行簡述。

1 中國海岸帶沉積孢粉替代指標(biāo)對(duì)古環(huán)境的指示意義

1.1 紅樹孢粉

紅樹林是具有重要的生態(tài)、科學(xué)研究價(jià)值和防風(fēng)消浪等功能的生長于熱帶－亞熱帶海岸的一種特有植被類型(夏鵬，2011)。構(gòu)成紅樹群落的植物，雖然以紅樹科為主，但其他科屬在形態(tài)和生態(tài)上具有此群落特點(diǎn)的亦統(tǒng)屬之(張玉蘭等，2002)。紅樹林受陸－海－氣相互作用，以及氣候、地質(zhì)、水文和生態(tài)的影響，其母體對(duì)水流、鹽度、土質(zhì)、溫度均有特定的要求(林鵬，1981;林鵬等，1987)，反映生態(tài)環(huán)境非常靈敏。我國陸架表層及柱狀沉積物中含有相當(dāng)數(shù)量的紅樹林植物花粉(張玉蘭等，1994)。通過對(duì)紅樹林植物的花粉化石進(jìn)行研究，有助于推測出海平面升降、海岸線變遷以及海濱的紅樹林演化。同時(shí)，對(duì)于沉積物來源和古海流的研究也極有幫助。因此，紅樹孢粉的研究對(duì)于進(jìn)一步探討海洋地質(zhì)中的海陸相互作用、全球氣候變化和古環(huán)境演變等都具有非常重要的意義(張玉蘭等，1994，2001，2002;王開發(fā)等，1997)。

全球紅樹林的分布除個(gè)別情況外都位于南北回歸線之間，在我國主要分布于廣西、海南島、臺(tái)灣、福建閩江口以北的福鼎等廣闊地區(qū)，種類豐富。由于紅樹植物的自然分布最北界線在福建閩江口(林鵬等，1984)，所以推斷在東海和南黃海等地發(fā)現(xiàn)的孢粉可能是由北上的黑潮暖流攜帶而來，說明海洋沉積物中紅樹花粉的分布與古海流存在著密切關(guān)系，這對(duì)于分析沉積物來源有很大幫助。此外，基于紅樹林生長環(huán)境的差異，沿岸鉆孔紅樹花粉的種類、數(shù)量、盛衰變化可以用來推測海平面升降、海岸線的變遷以及古海岸線的位置。因此，紅樹林在海岸帶花粉研究中具有很重要的地位，得到了國內(nèi)外研究者的青睞，經(jīng)常用來指示海岸線變遷、海平面升降、沉積物來源、古海流、古海岸、古氣候和古環(huán)境演變等。

由于紅樹種類的不同，其生存和適應(yīng)環(huán)境也不同，因此在潮灘的不同部位，紅樹植物種類以及含量都不相同，故可根據(jù)孢粉組合來推斷潮灘的分帶，恢復(fù)古環(huán)境。通過對(duì)沉積物中的紅樹孢粉進(jìn)行分析，可以判斷古海岸帶的大體位置，對(duì)海平面變化有重要指示意義。對(duì)海灘孢粉組合成分的來源進(jìn)行分析，有助于植物孢粉產(chǎn)量、地質(zhì)保存和搬運(yùn)一系列基礎(chǔ)理論的研究。張衛(wèi)東等(1999)通過對(duì)廣西、廣東兩省部分紅樹林海灘孢粉組合的分析，發(fā)現(xiàn)其沉積物含有豐富的紅樹植物花粉，其組合能夠很好地反映孢粉組合與紅樹林植被的關(guān)系。張玉蘭等(1994)對(duì)黃海、東海、南海海底沉積物孢粉、藻類研究結(jié)果表明，黃海和東海的表層沉積物紅樹花粉主要來源于北上黑潮暖流的攜帶，同時(shí)發(fā)現(xiàn)南海北部和南部鉆孔的紅樹花粉均源自海流搬運(yùn)，前者主要來源于我國沿岸，后者主要來源于馬來西亞和菲律賓沿岸。

1.2 松屬與草本花粉含量相對(duì)變化對(duì)海平面的指示意義

孢粉分布規(guī)律對(duì)于更好地解釋孢粉對(duì)古植被、古環(huán)境的指示具有重要作用。其規(guī)律與離岸距離的關(guān)系不容忽視，草本植物花粉因呈球形沉降速度較快，而松屬花粉因有氣囊沉降速度相對(duì)較慢，因此蒿屬、藜科、禾本科等草本花粉在大陸架等離岸近的沉積物中含量高，越往深海含量越低，而松屬花粉則表現(xiàn)出離岸越近含量越少的規(guī)律。海岸帶距離和海水深度等所導(dǎo)致的海洋沉積分異作用對(duì)松屬與草本花粉的分布規(guī)律具有重要影響，而陸地上氣候影響下的地帶性植被變化對(duì)其影響不大(鄧韞等，2005)。前人(Sun et al，2003)對(duì)南海的研究證實(shí)了松屬和草本植物兩大類花粉在海區(qū)沉積物中含量的相對(duì)變化可以反映鉆孔離岸遠(yuǎn)近的變化，即相對(duì)海平面升降。

據(jù)此，孫湘君等(2001)利用草本植物花粉與松屬花粉的比值(Herbs/Pinus，H/P)來反映研究點(diǎn)離岸距離：H/P值高，離岸近;反之，則遠(yuǎn)。因此，H/P值升降幅度可以反應(yīng)海岸線的遷移幅度(即陸架寬度)。此外，羅運(yùn)利等(2005)對(duì)末次冰期以來南海北部孢粉記錄的植被演化及千年尺度氣候事件研究、孫湘君等(2003)對(duì)中國第四紀(jì)深海孢粉研究以及鄧韞等(2005)對(duì)沖繩海槽末次盛冰期孢粉組合的古環(huán)境指示意義的研究也都得到了類似結(jié)論：草本花粉與松屬花粉的相對(duì)含量(H/P)變化反映了鉆孔離岸距離遠(yuǎn)近的變化。

1.3 蒿屬與禾本科的含量變化對(duì)古植被緯度帶遷移的指示意義

我國國土南北跨度大、溫度帶較多，因此植被類型多樣，且植被分布具有一定的緯度地帶性分布規(guī)律。其中東部地區(qū)的蒿屬(Artemisia)和禾本科(Gramineae)優(yōu)勢(shì)草本植物表現(xiàn)出蒿屬由北溫帶向熱帶逐漸遞減、禾本科遞增的規(guī)律。

鄭卓等(2007)研究認(rèn)為蒿屬與禾本科的比值(A/G)在大陸尺度上由南向北急劇上升，與緯度呈指數(shù)關(guān)系：

式(1)中，L代表緯度，R為 A/G比值。

因此，A/G比值可以反映研究區(qū)孢粉沉積時(shí)緯度帶的高低，從而反映當(dāng)時(shí)的氣候狀況。鄧韞等(2005)認(rèn)為沖繩海槽在末次盛冰期的A/G比值較高說明末次盛冰期植被帶南移，這與氣候變化所引起的南移幅度相一致。

2 中國海岸帶及陸架區(qū)孢粉學(xué)研究概況

20世紀(jì)70年代以前，我國對(duì)海洋孢粉學(xué)的研究僅局限于江蘇、上海等地的第四紀(jì)海相沉積研究，以及長江三角洲等地的少量海灘樣品研究。20世紀(jì)70年代至今，中國科學(xué)院海洋研究所、國家海洋局第一、二海洋研究所、同濟(jì)大學(xué)孢粉室等海洋地質(zhì)研究單位都專門設(shè)立了孢粉研究實(shí)驗(yàn)室，并對(duì)南海、黃海、東海、渤海的部分柱狀樣及海底表層沉積物樣進(jìn)行了孢粉分析研究(王開發(fā)等，1987a，1987b，1990，1996;張玉蘭，2009);同時(shí)，他們還挑選部分有指示意義的海濱鹽生植物和紅樹林植物，對(duì)其花粉形態(tài)進(jìn)行了研究并取得了一定的研究成果(石豐登，2008)。直到20世紀(jì)90年代，對(duì)深海孢粉學(xué)的研究才取得一定成果(黃翡，2002;羅運(yùn)利等，2003;孫湘君，2003)。到目前為止，我國海岸帶孢粉學(xué)在渤海、黃海、東海和南海均獲得大量研究成果。

2.1 渤海

渤海為半封閉的陸架邊緣海，三面環(huán)陸，整體水深較淺，且有多條河流注入，對(duì)氣候環(huán)境變化、海平面升降反應(yīng)靈敏，是古環(huán)境研究的理想?yún)^(qū)域。

前人利用孢粉作為替代指標(biāo)，對(duì)渤海周邊及黃河三角洲地區(qū)第四紀(jì)古氣候演化做了大量研究工作，主要根據(jù)孢粉屬種、組合及數(shù)量含量等指標(biāo)，結(jié)合微體古生物化石、硅藻、沉積學(xué)及14C測年等資料進(jìn)行研究，其中代表鉆孔有渤海中部BC－1孔、河口三角洲頂端S3孔及渤海灣西岸平原上辛集孔、黃河口外泥質(zhì)區(qū) BH－264孔以及古黃河口釣口流路CB20A孔等，重建了渤海古植被、第四紀(jì)海平面升降、海陸變遷及古氣候演化歷史(莊振業(yè)等，1999;王艷，2000;劉恩峰等，2004;徐家聲等，2006;陳金霞等，2012)，古氣候研究成果與全球性的氣候事件相吻合(劉恩峰等，2004)。另外，李雪銘等(1995)通過遼南地區(qū)濱海黃土的孢粉分析發(fā)現(xiàn)，末次冰期低海面時(shí)期渤海裸露的海底沉積物是黃土的重要來源。

2.2 東海

東海孢粉研究主要集中在長江三角洲地區(qū)，該區(qū)域是海陸交互作用的敏感復(fù)雜地帶，前人對(duì)長江三角洲自晚第四紀(jì)至今的古環(huán)境、地質(zhì)歷史等開展了孢粉、礦物、巖石地層、古地磁、14C測年、微體古生物等許多方面的研究工作，目前，第四紀(jì)沉積、古環(huán)境等研究程度較高。

孢粉分析方法已被廣泛應(yīng)用于長江三角洲地區(qū)氣候波動(dòng)、海平面波動(dòng)以及河湖消長等沉積環(huán)境演變的研究(王開發(fā)等，1983，1984;陳中原等，1991;張玉蘭等，2001，2008)，所研究鉆孔主要集中在長江三角洲陸上部分，特別是太湖盆地及其周邊地區(qū)?？偟膩碚f，其全新世古氣候的相關(guān)研究已較深入(王開發(fā)等，1984，1996;許雪珉等，1996;劉金陵等，1996;蔡永立等，2001;張敏斌等，2002)，而晚更新世因涉及到鉆孔樣品以及測年分辨率精度的限制，相關(guān)研究較為薄弱，陳靜等(2009)根據(jù)上海市區(qū)火車站附近的MFC孔及青浦鎮(zhèn)北的FX孔孢粉組合，恢復(fù)和重建了長江三角洲地區(qū)晚更新世以來的古植被、古氣候及海平面變化。

此外，在東海陸架油氣勘探中，孢粉組合特征被應(yīng)用于古氣候研究和地層單元?jiǎng)澐?陳忠云等，2013;金艷等，2013;吳正韓，2014)，對(duì)油氣勘探具有重要意義。

2.3 黃海

末次盛冰期黃海的大部分地區(qū)都已經(jīng)出露成陸(謝福緣等，1979)，其中冰后期時(shí)，南黃海的氣候變化頻繁，因此在近岸的海積平原以及淺海的陸架區(qū)都記錄了較為豐富的氣候演變信息(韓有松等，1981)。通過在黃海上空收集孢粉發(fā)現(xiàn)，空氣中孢粉成分與表層沉積物中孢粉組合，具有良好的對(duì)應(yīng)性，這對(duì)恢復(fù)黃海陸緣植被以及氣候有很大的幫助(徐家聲，1994)。從20世紀(jì)70年代開始，國家海洋局、中國科學(xué)院、同濟(jì)大學(xué)和地質(zhì)礦產(chǎn)部等多家研究機(jī)構(gòu)分析了南黃海鉆孔沉積物以及表層柱狀樣中的孢粉化石資料，對(duì)南黃海沉積物中的孢粉組合與陸地來緣植被的關(guān)系進(jìn)行了探討，從而為海相氣候地層的劃分、對(duì)比提供了依據(jù)(王開發(fā)等，1987a;鄭光膺，1989;楊子賡等，1996;李珍等，2001;程振波等，2001;石豐登等，2009)。

黃海孢粉研究資料主要來自 B10、CJ08－185、QC2、DLC70－3等孔，前人探討和重建了黃海陸架區(qū)氣候環(huán)境演化過程(童國榜等，2000;李珍等，2001;程振波等，2001;石豐登等，2009;李杰等，2014)，并對(duì)孢粉植物群顫動(dòng)事件及升降溫事件進(jìn)行了研究和識(shí)別(孟廣蘭等，1998;童國榜等，2000)。此外，李杰等(2014)研究發(fā)現(xiàn)草本含量的相對(duì)變化可指示濱岸局域植被的演替，且一定程度上可以反映海平面的升降。

2.4 南海

南海為西太平洋邊緣海，北側(cè)接中國大陸，西靠青藏高原，東、南為西太平洋，地理位置特殊，受東亞冬、夏季風(fēng)交替控制，是古氣候環(huán)境演化研究的理想?yún)^(qū)域。同時(shí)，南海是我國海上油氣勘探開發(fā)的重要區(qū)域，孢粉在區(qū)域古氣候、古環(huán)境研究中應(yīng)用廣泛。

南海海洋表層沉積物研究孢粉研究，揭示了該海洋孢粉來源、傳播搬運(yùn)規(guī)律及分布特征，為探討孢粉與區(qū)域氣候的關(guān)系提供了可靠依據(jù)(戴璐等，2012;羅傳秀等，2012)。大洋鉆探計(jì)劃ODP1144、ODP1145、ODP1148等站點(diǎn)鉆探，為南海孢粉研究提供了豐富的樣品，結(jié)合地球化學(xué)、黏土礦物等指標(biāo)，深入探討了東亞冬夏季風(fēng)強(qiáng)弱變化、植被演化、氣候事件及天然火等(黃翡等，2002;羅運(yùn)利等，2005，2012;唐松等，2009)。其他鉆孔，如B106孔(張玉蘭等，2007)等，為南海古氣候、環(huán)境演化提供了更多科學(xué)依據(jù)。

在油氣勘探開發(fā)過程中，孢粉研究主要用于地層劃分(李振雄，1998)。

3 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，孢粉研究工作取得了很大的進(jìn)步，近年來通過結(jié)合高密度采樣和精確AMS14C測年等技術(shù)來恢復(fù)古環(huán)境演變過程的研究越來越多。我國海岸帶孢粉學(xué)在渤海、黃海、東海和南海均獲得了大量研究成果。但是，早期的一些資料由于取樣密度稀疏，測年資料缺乏或測試精度不高，以及前處理化石殘留等問題而導(dǎo)致氣候地層劃分過程中容易出現(xiàn)偏差。在今后的研究中，應(yīng)該加強(qiáng)孢粉定量化研究以及與其他替代指標(biāo)的對(duì)比分析研究，從而增強(qiáng)所測數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性。

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