宿遷市晚第四紀以來孢粉組合特征及其古植被與古氣候意義

路碩，陳建強，王浩

（1安徽省地震局，安徽合肥 230031；2中國地質(zhì)大學（北京），北京 100083；3安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327地質(zhì)隊，安徽合肥 230011）

0 引言

對地層中孢粉記錄進行研究，是恢復古植被、重建古氣候的重要方法，被廣泛的應(yīng)用于第四紀古氣候與古環(huán)境的分析[1～5]。晚更新世氣候環(huán)境包含了一個完整的間冰期-冰期旋回，這為研究氣候環(huán)境的周期變化規(guī)律和預測未來氣候演變的趨勢提供了極佳模式[6]。

宿遷地區(qū)毗鄰中國南北地理分界線淮河，植被對氣候變化較敏感。因此，研究該區(qū)孢粉序列以恢復晚更新世以來的古植被演化及其氣候特征，并為該區(qū)的地層劃分提供重要依據(jù)；同時，填補了該區(qū)孢粉的研究空白，為中國第四紀晚期孢粉數(shù)據(jù)庫提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[7～8]。

1 研究區(qū)概況和研究方法

宿遷市位于蘇北盆地北部，蘇魯造山帶與華北板塊拼接處，介于北緯33°8′～34°25′，東經(jīng)117°56′～119°10′之間，為半濕潤氣候區(qū)，溫潤系數(shù)是0.5～0.7，全年無霜期有7 個月，年均降水量為910mm，年均氣溫在14.2℃左右。根據(jù)氣候區(qū)劃分，它是由暖溫帶向亞熱帶過渡的氣候區(qū)，現(xiàn)代植被組成較為復雜，有針葉、溫帶闊葉、落葉林樹種，也有常綠樹種。

BK2鉆孔（33°55′2.33″N，118°16′11.96″E.26.60m）位于宿遷市梨園村（圖1），施工孔深200.60m，鉆孔以河、湖相沉積為主，巖芯以有顏色差異的粘土、粉砂質(zhì)粘土、粉砂等沉積物組成。

圖1 BK2鉆孔位置示意圖Figure 1.Schematic diagram of location of borehole BK2

本文是對該鉆孔上部50.60m層的孢粉進行研究，取樣間隔為50cm，采取不等間隔進行分析，共分析63個樣品，采用氫氟酸處理法[9]，統(tǒng)計的孢粉用百分含量表示，孢粉豐富的樣品孢粉統(tǒng)計量力求大于100粒，但有些孢粉含量較少，統(tǒng)計不足100粒。AMS14C測年是由美國BETA 實驗室完成；OSL 測試是由國土資源部青島海洋地質(zhì)實驗檢測中心完成。

BK2孔上段50.60m巖性自上而下的描述如下：

0～6.00m，褐色、褐灰色、灰黑色粉砂質(zhì)粘土，頂部有黃褐色人工填土及植物草根等。

6.10m～15.80m，灰黑色、灰色、黑色粉砂質(zhì)粘土與粉砂互層。

15.90m～20.80m，灰色、深灰色、灰黑色粉砂、粉砂質(zhì)粘土、泥質(zhì)粉砂互層。

20.90m～27.10m，藍灰色、褐色粘土及褐灰色、褐黃色粉砂質(zhì)粘土及細砂互層，夾有泥層，含大量的黑色炭質(zhì)斑點及粒徑在2～3cm的鈣質(zhì)結(jié)核和鈣質(zhì)團塊。

27.10m～37.50m，灰黃色、黃色、褐色等顏色相對較雜的粘土及粉砂質(zhì)粘土互層，偶有粉砂，夾有泥質(zhì)斑塊；含有大量的鐵錳結(jié)核斑點以及鈣質(zhì)結(jié)核斑點。

37.60m～50.60m，灰黃色、黃色、褐色顏色相對較雜的灰色粘土、粉砂質(zhì)粘土互層，偶有粉砂及細砂，夾有泥質(zhì)及炭質(zhì)條紋；并含大量鈣質(zhì)結(jié)核和鐵錳質(zhì)結(jié)核。

2 實驗結(jié)果

2.1 地層年代序列

BK2 研究孔獲得14C 和OSL 測年數(shù)據(jù)共8 個（表1），若以10kaBP和128kaBP作為全新世和晚更新世年代底界，認為4.30m 處的BKC1 較好地控制了全新統(tǒng)的上部，而深度13.20m的BKC2較好的控制了全新統(tǒng)的中部。在深度21.30m獲得14C年齡則較好地控制了更新統(tǒng)上部層位，另有21.30m、24.90m、29.70m、37.00m 及48.20m 等5 個層位的光釋光數(shù)據(jù)較好控制更新統(tǒng)上部。由測年數(shù)據(jù)建立BK2 孔晚更新世以來的年齡地層格架，并結(jié)合野外巖性特征認為全新統(tǒng)界限應(yīng)在20.80m，晚更新統(tǒng)界限應(yīng)在50.60m。

表1 BK2鉆孔測年樣品結(jié)果Table1 Date sample results of the BK2 drill

2.2 孢粉類型及其組合特征

孢粉組合中木本植物花粉與草本植物花粉平均含量相近，分別為49.9%、46.7%；蕨類植物孢子較少，平均含量為3.3%；并見少量水生植物花粉，盤星藻和環(huán)紋藻孢囊。木本植物花粉種類豐富，有33個類型，主要有松（Pinus）、櫟（Quercus）、桑（Moraceae）、鹽膚木（Rhus）、樺/鵝耳櫪（Betula/Carpinus）、胡桃（Juglans）及云杉（Picea）、胡禿子（Elaeagnus）等。草本植物花粉有30 個類型，主要有禾本科（Gramineae）、蒿（Artemisia）、藜科（Chenopodiaceae）等，其次有少量濕生草本莎草科（Cyperaceae）及水生草本植物香蒲（Typha）、狐尾藻（Myriophyllum）等分子。蕨類植物孢子有8 個類型，主要為中華卷柏（Selaginella Sinensis）、石松屬（Lycopodium）、水龍骨科（Polypodiaceae）以及單縫孢（Monolete spores）和三縫孢（Trilete spores）等。

對BK2鉆孔上段50.60m沉積物進行分析，根據(jù)其孢粉組合特征，自下而上可劃分為五個孢粉組合帶（圖2），其中孢粉帶Ⅰ又可以劃分為三個孢粉亞帶：

帶I（29.00m～47.00m）：本段孢粉濃度較低，平均濃度為22.52（粒/克）。木本、草本、蕨類平均含量分別在77.24%、23.34%、3.03%，孢粉組合為松-櫟-蒿，木本中榆含量達到剖面峰值，草本中蒿的含量相對較高，藜科相對較低。同時，蕨類中中華卷柏孢子、鐵線蕨等均有少量出現(xiàn)，下部喬木、蕨類較多，比上部稍溫濕，反映了暖濕氣候，綜合表明該段的氣候類型是溫暖濕潤。該段的植被和氣候并非穩(wěn)定不變，還可以細分為3個亞帶。

帶I1（43.00m～47.00m）：本段孢粉濃度較低，平均濃度為24.21（粒/克）。木本植含量為82.72%，主要含松、櫟、榆及山核桃/金縷梅等；其次為草本植物花粉，有蒿、藜科、禾本科、菊科及黑三棱等；蕨類植物孢子，有中華卷柏、石松等。

帶I2（37.00m～43.00m）：本段孢粉濃度較低，平均濃度為20.21（粒/克）。本段為松-櫟-屬組合，木本、草本植物花粉平均含量為75.15%、22.64%，蕨類較少，木本有松、櫟、山核桃、云杉以及冷杉等，草本有蒿、藜科、禾本科及菊科等。

帶I3（29.00m～37.00m）：本段孢粉濃度較低，平均濃度為25.21（粒/克）。本段為松-櫟-蒿組合，木本、草本植物花粉平均含量為73.65%、23.34%，蕨類較少。木本植物有松、櫟、樺/鵝耳櫪、山核桃、胡禿子、沙棘及麻黃等；草本植物有蒿、藜科、禾本科及菊科等。

圖2 BK2鉆孔孢粉百分含量圖Figure 2.Sporopollen percentage chart of borehole BK2

帶Ⅱ（20.50m～29.00m）：本段孢粉貧乏，平均濃度僅達24.83（粒/克）。本段為松-蒿-藜科組合，木本、草本植物花粉平均含量為64.73%、34.62%，蕨類僅有少量石松孢子，其中木本植物有云杉、冷杉、沙棘、山核桃、胡禿子及麻黃等；草本有禾本科、蒿、藜科、蓼、百合科及香蒲等。

帶Ⅲ（15.00m～20.50m）：本段孢粉豐富，平均濃度達1758.32（粒/克）。本段為蒿-藜科-松-櫟組合，草本、木本、蕨類花粉平均含量為79.79%、17.79%，2.42%，其中草本植物有蒿、藜科、禾本科、香蒲及黑三棱等；其木本植物有松、櫟、水青岡/山毛櫸、山核桃、胡桃、胡禿子及麻黃等；蕨類含中華卷柏，水龍骨科和石松孢子等；藻類含量較少，其中環(huán)紋藻的含量在1.93%。

帶Ⅳ（5.50m～15.00m）：本段孢粉豐富，平均濃度達2749.62（粒/克）。本段為蒿-藜科-櫟組合，草本、木本、蕨類花粉平均含量為77.42%、19.34%，2.63%，其中草本植物有禾本科、蒿、藜科、香蒲、莎草科、狐尾藻及黑三棱等；木本植物包括松、櫟、栗、胡桃、胡禿子、山核桃、水青岡/山毛櫸、金縷梅科及麻黃等；蕨類包括中華卷柏、水龍骨科、鐵線蕨/鱗蓋蕨及環(huán)紋藻等

帶Ⅴ（1.00m～5.50m）：本段孢粉豐富，平均濃度可達774.53（粒/克）。本段為鹽膚木屬-蒿-藜科-松-櫟組合，草本、木本、蕨類植物花粉平均含量為64.73%、34.62%、5.23%。草本包括禾本科、蒿、藜科、菊科及狐尾藻等；木本包括松、櫟、栗、?？?、云杉、鹽膚木、沙棘、山核桃、山茶科/金縷梅科、薔薇科、麻黃等。蕨類包括中華卷柏、水龍骨科、鐵線蕨/鱗蓋蕨及環(huán)紋藻。

3 討論

3.1 古植被與古環(huán)境的演變

對BK2鉆孔上部50.60m層段的孢粉-古植被-古環(huán)境之間的關(guān)系進行討論認為：

帶Ⅰ：植被組合以松-櫟-蒿為主，榆、蒿的、中華卷柏孢子等出現(xiàn)，反映針葉闊葉混交林的植被類型，且下段喬木、蕨類較多，比上部稍溫濕，反映了該段是偏暖偏濕的氣候。該段的孢粉變化還可以細分為3個亞帶。

帶I1：植被組合以松-櫟-蒿為主，喜暖山核桃、胡桃，喜暖濕的黑三棱以及中華卷柏反映溫暖濕潤的氣候特征。

帶I2：植被組合以松-樺-蒿為主，喜冷的冷杉、云杉少量出現(xiàn)，喜暖山核桃消失；較帶I1 增加，蒿、藜科占優(yōu)勢；蕨類植被減少，較I1氣候干冷，反映了寒冷干燥的氣候特征。

帶I3：植被組合以松屬-櫟-蒿為主，喜暖山核桃含量較高；草本較帶I2 減少，蒿、藜科減少，喜干的胡禿子、沙棘、麻黃等均有出現(xiàn)，較I2 氣候明顯回暖，反映了溫暖偏干的氣候特征。

帶Ⅱ：植被組合以松-蒿-藜科為主，有少量喜冷云杉、冷杉出現(xiàn)，喜濕的櫟、榆較高；蒿、禾本科減少，藜科升高，并出現(xiàn)香蒲，反映了針葉林闊葉混交林—草原的植被類型，氣候較帶I變冷，綜合表明該段的氣候類型是寒冷偏濕。

帶Ⅲ：植被組合以蒿-藜科-松-櫟為主，松、櫟含量較帶Ⅱ降低，蒿、藜科、菊科含量較帶Ⅱ升高，出現(xiàn)了少量的沙棘、麻黃等旱生植被，反映的是稀疏落葉闊葉林-草原的植被類型，氣候回暖變干，綜合表明該段的氣候類型是溫涼偏干。

帶Ⅳ：植被組合以蒿-藜科-櫟為主，蒿、禾本科含量較帶Ⅲ升高，喜暖的胡桃、山毛櫸、栗，喜濕的香蒲、黑三棱、莎草科及中華卷柏大量出現(xiàn)，較帶Ⅲ氣候更暖更濕，反映的是稀疏落葉闊葉林-草原的植被類型，綜合表明該段的氣候類型是溫暖濕潤。

帶Ⅴ：植被濃度較高，種類豐富，植被組合以鹽膚木屬-蒿-藜科-松-櫟為主，少量云杉冷杉出現(xiàn)，栗、胡桃、金縷梅等喜暖植物，較帶Ⅳ降低；蕨類中華卷柏達剖面峰值，水龍骨科含量較多；另外水生藻類環(huán)紋藻、盤興藻少量出現(xiàn)。孢粉帶總體反映的是稀疏落葉闊葉林-草原過渡性植被類型，表明該段是偏溫涼濕潤的氣候特征。

總體來說，孢粉帶Ⅰ、Ⅱ反映了晚更新世早期和晚期溫暖濕潤和寒冷偏濕氣候特征，早期植被類型為為針葉闊葉混交林，晚期為針葉闊葉混交林-草原；孢粉帶Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ反映了全新世早期、中期和晚期由溫涼偏干-溫暖濕潤-溫涼偏濕的氣候特征，植被類型均為稀疏落葉闊葉林-草原過渡型。

3.2 BK2孔多重地層劃分

由測年數(shù)據(jù)建立了BK2 鉆孔的年齡格架，同時，結(jié)合野外的沉積面貌、巖性沉積特征及色度指標[10]特性等綜合分析，認為全新統(tǒng)連云港組（Qhl）的底界應(yīng)在20.80m，更新統(tǒng)上戚咀組（Qp3q）界限應(yīng)在50.60m。

圖3 BK2鉆孔孢粉曲線與色度指標曲線對比圖Figure 3.Comparison of sporopollen curve and chromaticity index curve of borehole BK2

孢粉組合表現(xiàn)出的特征該鉆孔的地層劃分為：全新統(tǒng)連云港組（Qhl）（20.50m～0m）組合帶Ⅴ反映溫涼偏濕的暖期氣候，帶Ⅳ反映溫暖濕潤的暖期氣候，帶Ⅲ反映溫涼偏干的暖期氣候；更新統(tǒng)上部戚咀組（Qp3q）（50.60m～20.50m），組合帶Ⅱ反映的氣候為寒冷偏濕的冷期氣候，組合帶Ⅰ的反映的是溫暖濕潤-寒冷干燥-溫暖偏干的氣候特征。孢粉組合特征反映了該區(qū)晚更新世以來的階段氣候特征，這與鉆孔的年齡數(shù)據(jù)和色度指標有很好的對應(yīng)（圖3）。

3.3 與深海氧同位素對比

本鉆孔50.6m0 以上的沉積物是一套河湖相沉積物，根據(jù)孢粉分析及測年數(shù)據(jù)的結(jié)果，鉆孔記錄反應(yīng)的氣候變化與太湖地區(qū)SZ03[11]孔揭示的氣候特征有很好的對比，同時與深海氧同位素記錄的曲線亦有很好的對比（見圖4），顯示出宿遷地區(qū)受到冰期-間冰期影響顯著。

孢粉帶Ⅰ指示溫暖濕潤的氣候環(huán)境，代表的是間冰期 氣候條件，與太湖SZ03 孔揭示的晚更新統(tǒng)下暖濕氣候較為一致；同時，與深海氧同位素曲線的MIS5 對應(yīng)很好，其細分的3 個亞帶可與MIS5 的5e、5d及5c、5b、5a有很好的對比，其中Ⅰ1的氣候環(huán)境是末次間冰期中最暖濕的階段，可對應(yīng)于MIS5e，亞帶Ⅰ2的氣候比Ⅰ1偏干偏涼，對應(yīng)于MIS5d，亞帶Ⅰ3的氣候環(huán)境較帶Ⅰ2要相對溫暖，但是干燥氣候還在持續(xù)。

孢粉帶Ⅱ指示寒冷偏濕的特征，代表的是冰期的氣候條件，雖然本段沉積偏薄，層段孢粉總濃度較低，且木本、草本植物孢粉種類及含量都相對比較低，木本中喜冷針葉木本成分在該層段均勻出現(xiàn)，同時也有少量的落葉闊葉成分，該段整體表現(xiàn)出寒冷偏濕的氣候特征，整體與太湖SZ03 孔揭示的晚更新統(tǒng)上部冷干氣候較為一致。但是，該層段地層沉積厚度較薄，記錄到的氣候信息較少，未能與深海氧同位素MIS4、MIS3、MIS2 的階段性氣候信息有很好的對應(yīng)。從鉆孔測年數(shù)據(jù)顯示該層段可能出現(xiàn)了不整合接觸，由于該處地層的缺失可能是郯廬斷裂帶在晚更新世的活動導致[12]。

孢粉帶Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均反應(yīng)了溫暖的特征，代表的是冰后期的氣候特征，其中孢粉帶Ⅳ中值孢粉濃度及種類達到剖面最值，而孢粉帶Ⅴ和孢粉帶Ⅲ濃度及種類相對較少，這反映了全新世中期最暖，早期和晚期相對較溫涼，與太湖地區(qū)SZ03 孔中揭示的全新世的氣候回暖、降雨充沛的暖濕特征有很好的對比。同時，與深海氧同位素MIS1 的暖期氣候有很好對應(yīng)。3 個孢粉組合帶反映了古氣候的演變過程為溫晾偏干-溫暖濕潤-溫涼偏濕，這與我國東亞季風控制區(qū)全新世氣候格局較為一致。

4 結(jié)論

圖4 BK2孢粉記錄與太湖SZ03孔孢粉記錄及Emiliani深海氧同位素曲線對比圖Figure 4.Comparison of borehole BK2 palynological records with the Taihu Lake borehole SZ03 palynological records and Emiliani deep-sea oxygen isotope curves

通過對宿遷市BK2孔測年及孢粉分析，總結(jié)了宿遷市晚第四紀以來的植物演替和氣候變化，將其劃分為5個階段，并試圖與色差等指標進行對比，得到以下結(jié)論：

（1）根據(jù)孢粉組合變化特征分析了宿遷市晚第四紀以來的植被類型演化及其氣候變化。孢粉帶Ⅰ、Ⅱ反映了晚更新世早期和晚期溫暖濕潤寒冷偏濕氣候特征，早期植被類型為為針葉闊葉混交林，晚期為針葉闊葉混交林-草原；孢粉帶Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ反映了全新世早期、中期和晚期由溫涼偏干-溫暖濕潤-溫涼偏濕的氣候特征，植被類型均為稀疏落葉闊葉林-草原過渡型。

（2）孢粉帶Ⅰ反應(yīng)的是溫暖濕潤的氣候環(huán)境，代表的是間冰期的氣候條件，與太湖SZ03 孔揭示的晚更新統(tǒng)下部暖濕氣候較為一致；與Emiliani 深海氧同位素曲線的MIS5對應(yīng)很好，其細分的3個亞帶Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3可與MIS5的5e、5d及5c、5b、5a有很好的對比，指示了溫暖濕潤-寒冷干燥-溫暖偏干的氣候特征。孢粉帶Ⅱ反應(yīng)的是寒冷偏濕的特征，代表了冰期的氣候條件，整體表現(xiàn)出寒冷偏濕的氣候特征，與太湖SZ03孔揭示的晚更新統(tǒng)上部冷干氣候較為一致，但該層段地層可能缺失導致記錄到的氣候信息較少，未能與深海氧同位素MIS4、MIS3、MIS2的有很好的對應(yīng)。孢粉帶Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均反應(yīng)了溫暖的特征，代表的是冰后期的氣候特征，反映了全新世中期最暖，早期和晚期相對較溫涼，與太湖地區(qū)SZ03孔中孢粉揭示的全新世的氣候回暖、降雨充沛的暖濕特征有很好的對比；同時，與深海氧同位素MIS1的暖期氣候有很好對應(yīng)。對比結(jié)果顯示出宿遷地區(qū)古氣候古環(huán)境受到冰期-間冰期影響顯著。