南海東部ZSQD225柱狀樣的孢粉記錄及其古環(huán)境意義

荊 夏，陳 芳，高紅芳，李 順

(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)

0 引言

研究海洋沉積物中較豐富的孢粉，在恢復(fù)周邊陸地古植被、古氣候，為海陸氣候演變的相互對比提供依據(jù)等方面具有重要意義。20世紀(jì)70年代末期，我國開展了深海大洋沉積和鉆孔巖芯中孢粉的調(diào)查和研究，王開發(fā)等(1987a;1987b;1990;1993)先后對東海、黃海、渤海、南海的柱狀剖面樣品和海底表層沉積物進(jìn)行了系統(tǒng)的孢粉研究。許多學(xué)者對南海第四紀(jì)孢粉做了大量的工作(雷作淇等，1990;孫湘君等，2001;羅運(yùn)利等，2005，2007;袁金紅等，2005;王曉梅等，2007;張玉蘭等，2007，2010，2012;張玉蘭，2008;羅傳秀等，2012)，對海南島地區(qū)、南海北部、東部、南部海域的柱狀樣品和表層樣品均有涉及，對其孢粉組合、古環(huán)境古氣候演變、高分辨率孢粉記錄、對全球氣候變化的響應(yīng)及千年尺度氣候事件等方面做了探討，為南海鉆孔的孢粉記錄提供了豐富詳實(shí)的資料。

研究區(qū)位于呂宋島以西，屬于南海中熱帶。中熱帶包括盧邦島以北，巴士海峽以南，年平均氣溫為25.5～27.2℃，年降水量為1 446～4 177 mm，每年有5～6個(gè)月為旱季。地帶性植被為熱帶季雨林(陳史堅(jiān)，1992)。

1 材料與方法

1.1 材料

ZSQD225柱狀樣位于南海東部(圖1)，水深3 950 m，孔深757 cm，巖性以土黃色、淺灰色硅質(zhì)軟泥、硅質(zhì)黏土、含鈣質(zhì)硅質(zhì)黏土為主，夾多層黑褐色細(xì)砂質(zhì)粉砂。共取樣149個(gè)，取樣間隔5 cm。經(jīng)孢粉分析處理，絕大部分樣品含豐富孢粉。

1.2 樣品分析方法

樣品的孢粉處理采用重液浮選法。取干樣20 g，加入適量鹽酸至反應(yīng)徹底結(jié)束，然后用純凈水洗至中性;加入適量氫氟酸(40%)至反應(yīng)徹底結(jié)束(24h以上)，水洗至中性;加入適量稀鹽酸(10% ～15%)，加熱至液體透明，水洗至中性;將樣品用相對體積質(zhì)量為2.1的重液進(jìn)行浮選，浮選液用10 μm的網(wǎng)篩在超聲波作用下過篩，使孢粉相對富集。將處理好的孢粉懸浮液用冷杉膠制成固定薄片，在Zeiss Axioskop 40生物顯微鏡下進(jìn)行鑒定和統(tǒng)計(jì)。將統(tǒng)計(jì)結(jié)果換算為豐度值(粒/g)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析對比。

圖1 南海東部ZSQD225柱狀樣位置圖Fig.1 Map showing location of the core ZSQD225 in the eastern South China Sea

取7個(gè)沉積物全碳樣品進(jìn)行AMS14C年代測定，結(jié)果見圖2。

2 孢粉組合特征

ZSQD225柱狀樣共鑒定出142個(gè)孢粉類型，其中木本植物花粉107個(gè)，草本植物花粉7個(gè)，蕨類植物孢子28個(gè)。孢粉豐度在0～310粒/g之間，僅405 cm 1處樣品未見化石。根據(jù)各類型孢粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)及豐度變化，將本柱狀樣自下而上劃分為5個(gè)孢粉組合帶(圖2)。

Ⅰ帶：Polypodiaceae－Pinus－Quercus－Pteris－Cyathea。位于615～757 cm，孢粉豐度1～42粒/g。以蕨類植物孢子占優(yōu)勢，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38% ～100%;其次為木本植物花粉，其中裸子植物花粉平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.0%，被子植物花粉平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.0%;草本植物花粉平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜3%。木本植物花粉中以松(Pinus)占優(yōu)勢(平均15.1%)，以及較多的櫟(Quercus)(7.0%)，此外還含有一定量的羅漢松(Podocarpus)、淚杉(Dracrydium)、栲(Castanopsis)，以及少量的鐵杉(Tsuga)、木蘭(Magnolia)、鵝耳櫪(Carpinus)、楓楊(Pterocarya)、夾竹桃科(Apocunaceae)、竹節(jié)樹(Carallia)、柳(Salix)等;草本植物花粉主要是禾本科(Gramineae)(1.0%)，還有少量的苦苣苔科(Gesneriaceae)、蒿(Artemisia)、蓼(Polygonium)等;蕨類植物孢子中以水龍骨科(Polypodiaceae)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(30.0%)，鱗蓋蕨(Microlepia)次之(20.0%)，鳳尾蕨(Pteris)、石松(Lycopodium)、桫欏(Cyathea)也有一定的含量。此外還有少量的膜蕨科(Hymenophyllaceae)、紫萁(Osmunda)等。

圖2 南海ZSQD225柱狀樣孢粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)示意圖Fig.2 Schematic diagrams showing sporo and pollen percentage of the core ZSQD225 from South China Sea

Ⅱ帶：Quercus－Polypodiaceae－Pinus－Lycopodium－Gramineae。位于415～615 cm，孢粉豐度13～246粒/g，波動較為頻繁。蕨類孢子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31%～77%;木本植物花粉中裸子植物花粉平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，被子植物花粉平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.0%;草本植物花粉仍較少，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。木本植物花粉中以松占優(yōu)勢(平均13.4%)，還有較多的櫟(8.6%)，此外還含有一定量的羅漢松、淚杉、栲、鐵杉，以及少量的木蘭、鵝耳櫪、楓楊、柳、胡桃、水青岡(Cyclobalanopsis)、夾竹桃科、油杉(Keteleeria)、杉科(Taxodiaceae)等;草本植物花粉主要是禾本科和苦苣苔科，此外還有少量的蒿、蓼、藜科(Chenopodiaceae)、莎草科(Cyperaceae)等;蕨類植物孢子中以水龍骨科質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(31.3%)，鱗蓋蕨次之(14.1%)，鳳尾蕨、石松、桫欏、里白(Hicriopteris)、膜蕨科也有一定的含量，此外還有少量的陰地蕨(Botrychium)、卷柏(Selaginella)等。

Ⅲ帶：Polypodiaceae－Microlepia－Castanopsis－Pteris－Pinus。位于255～415 cm，孢粉豐度1～55粒/g。以蕨類植物孢子占優(yōu)勢，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40% ～81%;木本植物花粉中裸子植物花粉平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.0%，被子植物花粉平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.0%;草本植物花粉含量極少。木本植物花粉中以松占優(yōu)勢(平均 12.7%)，還有較多的栲(4.7%)、櫟(4.3%)，此外還含有一定量的羅漢松、淚杉以及少量的木蘭、鵝耳櫪、楓楊、鐵杉、楊梅(Myrica)、蒲桃(Syzygium)、紅豆樹(Ormosia)、紫金牛(Ardisia)、米仔蘭(Aglaia)等;草本植物花粉零星出現(xiàn)了禾本科、蒿等，大部分層位未見;蕨類植物孢子中以水龍骨科質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(26.2%)，鱗蓋蕨次之(22.5%)，含量為各帶中最高，鳳尾蕨、石松、桫欏、里白也有一定的含量，此外還有少量的陰地蕨、膜蕨科、卷柏屬、骨碎補(bǔ)科(Davalliaceae)等。

Ⅳ帶：Podocarpus－Artemisia－Castanopsis－Polypodiaceae－Pinus。位于95～255 cm，孢粉豐度15～131粒/g。蕨類植物孢子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33% ～72%;木本植物花粉中裸子植物花粉平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.6%，被子植物花粉平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)24.9%;草本植物花粉數(shù)量略有增多，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%。木本植物花粉中以松占優(yōu)勢(平均15.1%)，以及較多的栲(6.0%)和櫟(6.0%)，此外還含有一定量的羅漢松、淚杉，以及少量的竹節(jié)樹、榛(Corylus)、紫金牛、楓楊、楊梅、酸藤子(Embelia)、水青岡、十齒花(Dipentodon)、杜莖山(Maesa)、桑寄生(Loranthus)等;草本植物花粉出現(xiàn)了較多的蒿(3.3%)及少量的藜科等;蕨類植物孢子中以水龍骨科質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(22.8%)，鱗蓋蕨次之(13.7%)，鳳尾蕨、石松也有一定含量。此外還有少量的桫欏、里白、蹄蓋蕨(Athyrium)、卷柏、膜蕨科、骨碎補(bǔ)科等。

Ⅴ帶：Artemisia－Castanopsis－Polypodiaceae－Pinus－Quercus。位于0～95 cm，孢粉豐度為1～310粒/g。蕨類植物孢子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30% ～64%;木本植物花粉中裸子植物花粉平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.1%，被子植物花粉平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.1%;草本植物花粉數(shù)量明顯增多，平均值6.0%。木本植物花粉中以松占優(yōu)勢(平均值20.2%)，還有較多的栲(6.0%)、櫟(5.2%)，此外還含有一定量的羅漢松、淚杉以及少量的楓楊、楊梅、鐵杉、杉科、?？?Moraceae)、柳、榿木(Alnus)、樺(Betula)、山龍眼(Helicia)、蒲桃等;草本植物花粉以蒿(4.5%)為主，還有少量的苦苣苔科、蓼、禾本科、藜科等;蕨類植物孢子中以水龍骨科質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(22.5%)，鱗蓋蕨次之(15.0%)，鳳尾蕨、石松、桫欏、里白屬也有一定的含量。此外還有少量的蹄蓋蕨、膜蕨科等。

3 古氣候、古環(huán)境演變

依據(jù)生態(tài)類型，將松屬以外的孢粉類型劃分為以下幾個(gè)組(羅運(yùn)利等，2005;袁金紅等，2005)：草本植物花粉、山地針葉喬木、熱帶山地針葉喬木、溫帶落葉喬木、紅樹林、低山雨林、熱帶低地雨林，此外還有豐富的蕨類孢子。根據(jù)各生態(tài)組花粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，可將ZSQD225柱狀樣自下而上劃分為4個(gè)古氣候古環(huán)境演變階段(圖3)。

(1)相當(dāng)于孢粉Ⅰ帶、Ⅱ帶。此階段植被中數(shù)量較多的是低山雨林、熱帶低地雨林、高山雨林、溫帶落葉喬木，山地針葉喬木也有一定的含量，還有較多喜濕熱的蕨類孢子。山上海拔最高處生長著鐵杉、冷杉(Abies)、云杉(Picea)等植物，向下有較多的針葉喬木松生長，羅漢松和淚杉也有一定的數(shù)量;海拔較低處依次生長著鵝耳櫪、楓楊、柳、胡桃(Juglans)等溫帶類型植被和喜暖的木蘭、夾竹桃、山核桃(Carya)、漆樹科(Anacardiaceae)、桃金娘科(Myrtaceae)、楝科(Meliaceae)植物，海濱有少量的紅樹林生長，喜干的蒿等草本植物較少，林下蕨類植物比較繁盛。反映了當(dāng)時(shí)的氣候條件溫暖潮濕，高山上因海拔較高而存在溫涼環(huán)境下生長的植物，海平面略有上升。

(2)相當(dāng)于孢粉Ⅲ帶。此階段植被中鵝耳櫪、楓楊、柳、胡桃等溫帶落葉喬木明顯減少，草本植物如蒿等也大幅減少，代表溫涼環(huán)境山地針葉喬木如鐵杉、云杉、冷杉等明顯減少，紅樹林略有減少，櫟、栲等低山雨林類型減少，代表熱帶亞熱帶植物類型的熱帶低地雨林略有增多，喜濕熱的蕨類孢子增多，說明氣候比上一階段變得更為炎熱潮濕。

圖3 南海ZSQD225柱狀樣古氣候古環(huán)境綜合圖Fig.3 Diagrams showing comprehensive paleoclimate and paleoenvironment of the core ZSQD225 in South China Sea

(3)相當(dāng)于孢粉Ⅳ帶。草本植物較上一階段明顯增多，特別是蒿屬，山地針葉喬木只見零星出現(xiàn)，代表涼濕環(huán)境的熱帶山地針葉喬木大幅增多，溫帶落葉喬木略有增多，紅樹林明顯增多，低山雨林明顯增加，蕨類孢子有所減少。說明海平面有所上升，高山上的針葉林范圍減小，草地范圍擴(kuò)大，氣候與上一階段比變得較為溫暖濕潤。

(4)相當(dāng)于孢粉Ⅴ帶。蒿屬等草本植物含量有所增加，山地針葉喬木略有增多，而熱帶山地針葉喬木大幅減少，紅樹林未見出現(xiàn)，溫帶落葉喬木略有增多。表明氣候有所變干，為溫暖稍干氣候。到孢粉Ⅴ帶的頂部，草本植物和溫帶落葉喬木大幅減少，蕨類植物增多，松的含量也明顯增多，而櫟、栲和熱帶亞熱帶植物也大幅減少，可能與人類活動影響有關(guān)，氣候出現(xiàn)向炎熱濕潤轉(zhuǎn)變的趨勢。

(5)地層時(shí)代討論。從7個(gè)沉積物全碳樣品的AMS14C年齡測試結(jié)果來看，年齡測試的精度不高，且在下部出現(xiàn)了倒置的情況，大于3萬a時(shí)AMS14C提供的年齡可能偏年輕，因此要準(zhǔn)確厘定該柱狀樣的地層時(shí)代，需參考其他測年資料綜合考慮。

張玉蘭等(2008)對南海東部184站鉆孔做了孢粉研究，該鉆孔與本次研究的柱狀樣位置較為接近，可以進(jìn)行對比(表1)。

表1 ZSQD225柱狀樣與184站孢粉帶、古氣候與氧同位素分期對比Table 1 Comparison of pollen zone，paleoclimate and oxygen isotope stages between the cores ZSQD225 and 184

根據(jù)2個(gè)鉆孔孢粉帶所反映的氣候變化，結(jié)合184站鉆孔的氧同位素測年資料及ZSQD225柱狀樣AMS14C年齡測試的部分結(jié)果，ZSQD225柱狀樣的地層時(shí)代可大致劃分如下：孢粉Ⅲ帶相當(dāng)于MIS5，孢粉Ⅳ帶相當(dāng)于MIS3—MIS4，孢粉Ⅴ帶中、下部相當(dāng)于MIS2，孢粉Ⅴ帶頂部相當(dāng)于MIS1。

4 結(jié)論

(1)南海東部ZSQD225柱狀樣的孢粉記錄自下而上可劃分為5個(gè)孢粉組合帶：Ⅰ帶：Polypodiaceae－Pinus－Quercus－Pteris－Cyathea;Ⅱ帶：Quercus－Polypodiaceae－Pinus－Lycopodium－Gramineae;Ⅲ帶：Polypodiaceae－Microlepia－Castanopsis－Pteris－Pinus;Ⅳ帶：Podocarpus－Artemisia－Castanopsis－Polypodiaceae－Pinus;Ⅴ帶：Artemisia－Castanopsis－Polypodiaceae－Pinus－Quercus。

(2)研究區(qū)古氣候古環(huán)境的變化可分為4個(gè)階段，經(jīng)歷了溫暖潮濕—炎熱潮濕—溫暖濕潤—溫暖稍干的變化過程，到孢粉Ⅴ帶頂部氣候出現(xiàn)向炎熱濕潤轉(zhuǎn)變的趨勢。

(3)通過與南海東部184站鉆孔的對比，可以將ZSQD225柱狀樣的地層時(shí)代大致劃分為：孢粉Ⅲ帶相當(dāng)于MIS5，孢粉Ⅳ帶相當(dāng)于MIS3—MIS4，孢粉Ⅴ帶中、下部相當(dāng)于MIS2，孢粉Ⅴ帶頂部相當(dāng)于MIS1。

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