李 澤, 劉 韜1，，3, 李亭亭1，，3, 汪正祥1，，3*, 雷 耘, 彭宗林

(1.湖北大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院， 武漢 430062； 2.區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應(yīng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢 430062；3.湖北省生物資源綠色轉(zhuǎn)化協(xié)同創(chuàng)新中心， 武漢 430062； 4.華中師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 武漢 430079；5.湖北七姊妹山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)， 湖北 宣恩 445500)

鄂西七姊妹山泥炭蘚濕地沉積物粒度特征及其環(huán)境意義探討

李 澤2, 劉 韜1，2，3, 李亭亭1，2，3, 汪正祥1，2，3*, 雷 耘4, 彭宗林5

(1.湖北大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院， 武漢 430062； 2.區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應(yīng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢 430062；3.湖北省生物資源綠色轉(zhuǎn)化協(xié)同創(chuàng)新中心， 武漢 430062； 4.華中師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 武漢 430079；5.湖北七姊妹山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)， 湖北 宣恩 445500)

以鄂西七姊妹山泥炭蘚濕地QZMS鉆孔沉積物為研究對(duì)象，通過AMS14C測年、巖性特征與沉積物粒度綜合分析，探討了鄂西南山地13 000 cal. a BP以來的沉積環(huán)境變遷.研究結(jié)果顯示：QZMS鉆孔沉積物粒度組成主要以細(xì)粉砂和中粉砂為主，頻率分布曲線均為單峰分布，由下至上，峰度由寬到窄，偏度從近于對(duì)稱到正偏，揭示了搬運(yùn)動(dòng)力和沉積環(huán)境的演變過程；綜合分析結(jié)果表明研究區(qū)沉積環(huán)境演化可分為4個(gè)階段：1) 12.9～11.6 cal. ka BP，氣候波動(dòng)頻率高，但幅度較小，水動(dòng)力條件相對(duì)較弱；2) 11.6～10.2 cal. ka BP為晚更新世向全新世的過渡階段，水動(dòng)力條件持續(xù)較弱，環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定；3) 10.2～7.7 cal. ka BP早全新世，氣候變得暖濕，水動(dòng)力條件較前一階段有所增強(qiáng)，泥炭蘚濕地開始形成；4) 7.7～2.0 cal. ka BP氣候暖濕，水動(dòng)力條件達(dá)到最強(qiáng)，峰度和偏度波動(dòng)頻率低，但幅度增大，為沼澤濕地環(huán)境.研究表明七姊妹山泥炭蘚濕地沉積物的粒度粗細(xì)與區(qū)域內(nèi)水文條件和物源的變化密切相關(guān)，借助粒度組成和參數(shù)特征，可反演該區(qū)域的沉積環(huán)境演變，揭示泥炭蘚濕地發(fā)育形成的過程，為該地區(qū)泥炭蘚濕地的保護(hù)和氣候環(huán)境變化研究提供科學(xué)參考.

鄂西； 泥炭蘚濕地； 粒度； 沉積環(huán)境； 古環(huán)境意義

泥炭蘚濕地作為全球碳儲(chǔ)量最豐富的濕地類型，已成為全球碳循環(huán)研究的重點(diǎn)研究對(duì)象，其底層泥炭是由泥炭蘚等植被腐爛后經(jīng)過漫長的物理化學(xué)生物作用形成[1].在眾多古氣候變化信息記錄載體中，泥炭地層堆積具有連續(xù)性好，時(shí)間分辨率較高，氣候環(huán)境信息豐富，易于測年等優(yōu)點(diǎn)，而備受古氣候研究學(xué)者的青睞[2].我國對(duì)泥炭的古氣候記錄研究成果已經(jīng)頗為豐富，但絕大多數(shù)集中于東北地區(qū)[3-5]、青藏高原若爾蓋地區(qū)[6-7]、華南定南大湖[8-9]以及鄂西北大巴山東緣的神農(nóng)架大九湖[10-11]，鄂西南地區(qū)的古氣候記錄研究還較為欠缺.

目前，沉積物粒度作為重建古環(huán)境的一個(gè)重要指標(biāo)，已被廣泛應(yīng)用于各類沉積環(huán)境研究[12-14]，尤其是對(duì)于湖沼相沉積的古環(huán)境研究，在近年來成果頗豐.不同學(xué)者對(duì)不同區(qū)域的沉積剖面，利用沉積物的粒度特征揭示了其環(huán)境指示意義：沈吉[15]等人對(duì)東北地區(qū)黑龍江興凱湖沉積巖芯的粒度研究表明，粒度分布特征可以較好地反映區(qū)域氣候變化，粒度的大小可以指示區(qū)域降水量的變化；吳敬祿[16]、汪敬忠[17]等人分別對(duì)西北地區(qū)河套平原的烏梁素海和陳普海子的沉積物粒度進(jìn)行系統(tǒng)分析，利用粒徑—標(biāo)準(zhǔn)偏差方法，提取沉積物中不同時(shí)期的環(huán)境敏感粒度組分，表明其粒度特征的變化與湖泊的水量變化、圍湖建堤及水電站的修建等人類活動(dòng)密切相關(guān)；陳英玉[18]、雷國良[19]等人分別以青藏高原區(qū)共和盆地達(dá)連海和柴達(dá)木盆地察爾汗古湖的沉積物為研究對(duì)象，對(duì)沉積物的粒度特征進(jìn)行綜合分析，討論了研究剖面形成過程中的物質(zhì)搬運(yùn)和沉積過程，揭示了區(qū)域沉積環(huán)境和氣候干濕的變化，表明粒度特征可指示水動(dòng)力強(qiáng)弱和湖泊水位的相對(duì)變化；賈鐵飛[20]、何華春[21]等人分別以東部季風(fēng)區(qū)江淮一帶的湖泊沉積物為研究對(duì)象，通過對(duì)粒度參數(shù)聚類分析、粒度平面分形等研究，得出粒度組成及特點(diǎn)可以反映沉積時(shí)的水動(dòng)力狀況、降水強(qiáng)度以及湖泊水位高低變化等信息.

本文從鄂西七姊妹山泥炭蘚濕地的沉積物粒度特征研究出發(fā)，結(jié)合AMS14C年代測定，對(duì)鄂西南山地13 000 cal. a BP以來的氣候環(huán)境變遷進(jìn)行初步探討.

1 研究區(qū)概況

七姊妹山泥炭蘚濕地位于七姊妹山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)，地處恩施宣恩縣的東部，屬于云貴高原的東北延伸部分，處在武陵山脈余脈之中.該區(qū)域氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤型氣候，呈明顯的垂直差異，海拔800 m以下的低山帶年均氣溫15.8℃，年降雨量1 491.3 mm，年日照時(shí)數(shù)1 136.2 h；海拔800～1 200 m的亞高山地帶年均氣溫13.7℃，年降水量1 635.3 mm，年日照時(shí)數(shù)1 212.4 h；海拔1 200 m以上的高山地帶年均氣溫8.9℃，年降水量1 876 mm，年日照時(shí)數(shù)1 519.9 h[22].2005年6月，汪正祥等人對(duì)七姊妹山自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)進(jìn)行綜合考察時(shí)，首次在椿木營的曬坪發(fā)現(xiàn)了大面積的亞高山泥炭蘚濕地.該濕地位于酉水的源頭，海拔1 800 ～1 950 m，呈大斑塊狀分布，總面積約300 hm2[23].泥炭蘚層厚度為15～30 cm，沉積物剖面厚度為70～100 cm，且直接發(fā)育在基巖上[24].

2 研究方法

2.1 樣品采集

2014年8月，利用荷蘭Wardennar泥炭采樣器在七姊妹山泥炭蘚濕地鉆取沉積物柱樣，采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)為29°57′53.1″N，109°45′10.5″E，海拔1 810 m(圖1).鉆孔深度93 cm，編號(hào)QZMS，裝入配套的透明聚乙烯管中，密封運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室于-4℃低溫保存.

根據(jù)鉆孔沉積物的特點(diǎn)，分別于5個(gè)不同深度采集泥炭或碳化植物作為測年樣品；粒度分析樣品采用2 cm間隔連續(xù)采樣，表層0～5 cm植物根系較多，未采樣，6～93 cm，共采集44個(gè)樣品.

圖1 泥炭蘚濕地采樣位置分布圖Fig.1 The location of sampling in sphagnum wetlands

根據(jù)野外采集記錄，QZMS鉆孔的巖性特征隨深度變化如下：

0～42 cm為棕黑色粘土質(zhì)粉砂，見大量植物根系，上部0～26 cm顏色偏黑，26～42 cm偏棕色，42 cm處見炭化植物；

42～66 cm為棕灰色粘土質(zhì)粉砂，上部見少量植物根系；

66～93 cm為灰色粉砂質(zhì)粘土，66～77 cm見大量植物碎屑，下部見灰色膠結(jié)質(zhì)團(tuán)塊.

2.2 沉積物年代測定

于5個(gè)不同深度選取泥炭或植物碎屑作為測年樣品，經(jīng)過顯微鏡下剔除現(xiàn)代植物根系及低溫烘干后，送至西安中科院地球環(huán)境科學(xué)研究所進(jìn)行AMS14C年代測定，對(duì)所獲年齡數(shù)據(jù)采用 Calib Rev 6.0.1 程序[25]進(jìn)行2σ校正[26].

2.3 粒度測定

樣品粒度分析在Rise-2028型干濕兩用激光粒度分析儀上完成，據(jù)野外采樣時(shí)對(duì)巖性進(jìn)行的初步判斷，鉆孔沉積物顆粒較細(xì)，因此本次實(shí)驗(yàn)主要采取濕法進(jìn)行測量.粒徑測量范圍為0.02～2 000 μm.

樣品在烘箱內(nèi)以低于40℃溫度烘干至恒重，每個(gè)樣品取0.5g左右進(jìn)行預(yù)處理[27].具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1) 將稱取好的樣品放入100 ml燒杯中，加入20 ml濃度為10%的H2O2，加熱至充分反應(yīng)，以去除樣品中的有機(jī)質(zhì)；

2) 在樣品中加入10 ml濃度10%的HCl，加熱至充分反應(yīng)，以去除樣品中的碳酸鹽；

3) 用蒸餾水對(duì)樣品進(jìn)行清洗，直至其pH呈中性；

4) 樣品上機(jī)測試前，加入0.05 mol/L六偏磷酸鈉10 ml，并使用超聲波震蕩5 min，使顆粒得以充分分散.

本研究采用的粒徑組分劃分方案是根據(jù)Udden-Wentworth標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合前人研究成果所得出[28]：粘土(<4 μm)、細(xì)粉砂(4～16 μm)、中粉砂(16～32 μm)、粗粉砂(32～63 μm)、砂(>63 μm).粒度參數(shù)根據(jù)Folk和Ward提出的公式計(jì)算得出[29]，包括中值粒徑(Md) 、平均粒徑(Mz)、峰度(Kg)、偏度(Sk)等.中值粒徑和平均粒徑指示了沉積物粒徑頻率分布的中心趨向，大體反映了沉積物的平均動(dòng)能狀況.峰度表示相對(duì)于正態(tài)分布曲線的寬窄尖銳程度，可指示沉積環(huán)境.偏度表示沉積物頻率曲線的不對(duì)稱性，反映沉積過程中的能量變異，與物源密切相關(guān)[30].

不同的沉積物類型，由于搬運(yùn)方式、搬運(yùn)距離和物源的差別，會(huì)產(chǎn)生多成因組分，直觀表現(xiàn)在粒度頻率分布曲線及粒度概率累積曲線的差異上[31]，二者能夠準(zhǔn)確、定量地顯示沉積物粒度組成及各個(gè)特征組分的分選性，包含較為豐富的沉積環(huán)境信息[32].

粒度C-M圖是表示沉積物的最粗粒徑與中值的關(guān)系圖，可用以說明沉積物的粗粒部分的粒度結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與搬運(yùn)方式的關(guān)系，進(jìn)而判別沉積環(huán)境.

3 研究結(jié)果與分析

3.1 年代結(jié)果

鉆孔年代序列如表1所示，結(jié)果顯示鉆孔上部0～42 cm，沉積速率較小，為0.026 5～0.029 2 mm·a-1，下部42～93 cm，沉積速率較大，為0.063 3～0.207 7 mm·a-1.由于鉆孔0～6 cm含有大量植物根系，故未選取測年樣品.各測年結(jié)果間的數(shù)據(jù)采用線性插值法內(nèi)插和外推獲得(圖2).

表1 QZMS鉆孔AMS14C年代Tab.1 The result of AMS14C dating of QZMS core

圖2 QZMS鉆孔年代-沉積速率圖Fig.2 The age-deposition rate of QZMS core

3.2 粒度組成及粒度參數(shù)分布特征

粒度分析結(jié)果表明，七姊妹山泥炭蘚濕地的沉積物粒度組成總體上以粘土和粉砂為主，粒徑在0～110 μm之間，其中，粘土組分占2.26% ～ 23.09%，平均為13.39%，細(xì)粉砂組分占15.78% ～ 64.3%，平均為48.27%，中粉砂組分占14.12 ～ 57.84%，平均為31.05%，粗粉砂組分占0.95% ～ 25.93%，平均為7.18%，砂土組分含量最低，最高僅占0.61%(圖3).鉆孔沉積物由下到上，粒度由細(xì)變粗.

圖3 泥炭蘚濕地沉積物粒度組分與粒度參數(shù)分布特征Fig.3 Grain-size composition and parameters distribution characteristics of sediments in sphagnum wetland

隨深度的變化各粒度組分及參數(shù)特征存在明顯的差異，根據(jù)其變化特征可分為4段(圖3).

階段I，66～93 cm.粒度最細(xì)，各粒度組分相對(duì)穩(wěn)定，略有波動(dòng)，以細(xì)粉砂為主.其中，粘土組分占12.6% ～ 21.11%，細(xì)粉砂組分占55.59% ～ 64.3%，中粉砂組分占15.33 ～ 26.79%，粗粉砂組分占1.41% ～ 4.96%，砂組分含量最低，最高僅占0.06%.中值粒徑變化區(qū)間為7.752～10.891 μm，平均粒徑為9.717～13.324 μm；峰度維持在0.9左右，波動(dòng)?。黄茸兓?.025～0.118之間，多數(shù)集中在0.08左右，在鉆孔深度70～80 cm處波動(dòng)較大.

階段II，42～66 cm.平均粒徑和中值粒徑與上階段接近，各粒度組分較為穩(wěn)定，波動(dòng)小，以細(xì)粉砂為主.其中，粘土組分占15.43% ～ 23.09%，細(xì)粉砂組分占58.38% ～ 62.41%，中粉砂組分占14.12 ～ 22.27%，粗粉砂組分占0.95% ～ 3.88%，砂組分含量最低，最高僅占0.04%.中值粒徑變化區(qū)間為7.589～9.569 μm，平均粒徑為9.333～12.058 μm；峰度維持在0.9左右，波動(dòng)很小，近正態(tài)分布；偏度集中于0.08左右，在45 cm上下有明顯增大的趨勢.

階段III，26～42 cm.粘土組分減少，粉砂增加，以細(xì)粉砂和中粉砂為主.其中，粘土組分占4.18% ～ 20.61%，細(xì)粉砂組分占35.16% ～ 57.14%，中粉砂組分占20.46 ～ 47.31%，粗粉砂組分占1.79% ～ 13.09%，砂組分含量最低，最高僅占0.26%.中值粒徑為9.481～18.484 μm，平均粒徑為10.92～20.031 μm；峰度變化于0.9～1.5之間，隨剖面深度的增加逐漸減小，表現(xiàn)為中等尖銳到尖銳；偏度集中分布在0.2～0.4之間，均為正偏，變化趨勢同峰度基本同步.

階段IV，6～26 cm.粒度逐漸變粗，各粒度組分波動(dòng)較上一階段頻繁，但幅度較小，以中粉砂為主.其中，粘土組分占2.26% ～ 7.98%，細(xì)粉砂組分占15.78% ～ 49.99%，中粉砂組分占35.6 ～ 57.84%，粗粉砂組分占6.36% ～ 25.93%，砂組分占0.07～0.61%.中值粒徑為14.194～24.442 μm，平均粒徑為15.739～25.272 μm；峰度變化于1～1.9之間，集中分布在1～1.5之間，表現(xiàn)為尖銳，波動(dòng)較大；偏度集中分布在0.1～0.3之間，均為正偏，波動(dòng)相對(duì)較大.

3.3 粒度頻率分布曲線及概率累積曲線特征

QZMS鉆孔不同層位的沉積物粒度分布曲線存在明顯的差異，圖4所示的12條粒度頻率分布曲線為各個(gè)階段的典型代表.階段I曲線，均呈近對(duì)稱分布，但重合率較低，個(gè)別曲線呈現(xiàn)“馬鞍”狀，表明此時(shí)的沉積環(huán)境不太穩(wěn)定，物源較復(fù)雜；階段II曲線以單峰近似正態(tài)分布為主，峰值集中于10 μm左右，曲線平坦，階段內(nèi)的曲線變化小，重合率高，表明此時(shí)沉積環(huán)境較為穩(wěn)定；階段III曲線均為單峰，偏度由近于對(duì)稱轉(zhuǎn)為正偏，峰度較上一階段有所增加，峰值出現(xiàn)在10～20 μm之間，階段內(nèi)的曲線變化較?。浑A段IV曲線均為單峰正偏，峰型尖銳，峰值出現(xiàn)在20～30 μm之間，此階段平均水動(dòng)力達(dá)到最大，曲線細(xì)端有“拖長尾”現(xiàn)象，表明早先沉積環(huán)境分選很好，后期搬運(yùn)介質(zhì)存在微弱的改造[33].

QZMS鉆孔的粒度概率累積曲線也隨深度的變化有較為明顯的改變，主要包括3種類型：一段式、二段式和三段式(圖5).階段I和階段II內(nèi)的曲線均為一段式，且曲線較陡，表明沉積物顆粒較細(xì)，均為懸浮組分，階段I與階段II相比，階段II內(nèi)的曲線斜率變化更小，表明此階段粒度變化小，沉積環(huán)境更為穩(wěn)定；階段III內(nèi)的曲線均為二段式，各段斜率差異增大，表明粒度增大，且隨深度的變化有一定波動(dòng)，分選較差；階段IV內(nèi)的曲線均為典型的三段式，各段斜率差異達(dá)到最大，表明分選差，粒度在該階段達(dá)到最粗.

圖4 典型粒度頻率分布曲線Fig.4 Typical grain-size frequency distribution curves注：各階段典型曲線分別取自以下樣品：階段IV.11～13 cm，15～17 cm，17～19 cm；階段III.29～31 cm，31～33 cm，35～37 cm；階段II.51～53 cm，55～57 cm，59～61 cm；階段I.73～75 cm，81～83 cm，85～87 cm

圖5 典型粒度概率累積曲線Fig.5 Typical grain-size probability cumulative curves注：各階段典型曲線分別取自以下樣品：階段IV.11～13 cm，15～17 cm，17～19 cm；階段III.29～31 cm，31～33 cm，35～37 cm；階段II.51～53 cm，55～57 cm，59～61 cm；階段I.73～75 cm，81～83 cm，85～87 cm

3.4 粒度C-M圖特征

粒度C-M圖表示沉積物的最粗粒徑與中值的關(guān)系，其中C值為累積曲線上的1%處的粒徑，相當(dāng)于樣品中最粗顆粒的粒徑；M值為中值粒徑，即含量為50%的粒徑.圖6為QZMS鉆孔沉積物粒度組成C-M圖解，C值分布在31.052～58.675 μm之間，平均為42.391 μm，M值分布在7.589～24.442 μm之間，平均為13.015 μm.由圖可知，所有樣品均集中于懸浮沉積區(qū)，但搬運(yùn)方式分為均勻懸浮和遞變懸浮[29].鉆孔下部(42～93 cm)屬于均勻懸浮，M值遞減，C值變化甚微，這段數(shù)據(jù)分布大致平行于M軸；鉆孔上部(6～42 cm)屬于遞變懸浮，C值與M值呈正相關(guān)，這段數(shù)據(jù)分布大致與C=M線平行.

4 討論

七姊妹山泥炭蘚濕地位于酉水源頭，該區(qū)域山地與峽谷、寬谷盆地相間，海拔較高，全新世氣候轉(zhuǎn)暖，受東亞季風(fēng)的影響，降水較多，氣候濕潤，有利于濕地的形成.結(jié)合QZMS鉆孔的巖性特征，鉆孔深度42～93 cm，土壤顏色較淺，多為粉砂質(zhì)粘土，粒度測定結(jié)果顯示該階段沉積物粒度較細(xì)，峰度值接近0.9、偏度值接近0.1，且兩者波動(dòng)幅度較??；上部6～42 cm之間，沉積物呈棕黑色的泥炭沉積，且該階段沉積物粒度較前一階段大，峰度尖銳、偏度偏正，且兩者波動(dòng)幅度增大，頻率降低.年代測試結(jié)果表明42 cm處校正年齡為10 153～10 258 cal. a BP，綜合巖性和粒度變化特征可以推斷七姊妹山泥炭蘚濕地的形成年代在10.2 cal. ka BP前后，即晚更新世向全新世過渡階段開始形成.

石筍氧同位素，是反映溫度、降水量、季風(fēng)強(qiáng)弱等環(huán)境因素的理想指標(biāo)[34-36].所以為了更全面地分析QZMS鉆孔粒度特征的環(huán)境意義，將七姊妹山泥炭蘚濕地沉積物的粒度曲線與神農(nóng)架三寶洞、清江和尚洞的石筍氧同位素記錄[37-39]及中國西南部地區(qū)全新世降雨量[38]曲線進(jìn)行綜合比較如圖7所示.

圖6 QZMS鉆孔粒度組成C-M圖Fig.6 C-M plots of QZMS core

圖7 QZMS鉆孔粒度參數(shù)曲線與三寶洞、和尚洞石筍氧同位素記錄和全新世降雨量對(duì)比Fig.7 Comparison of grain-size parameters curves from QZMS core with δ18O records from Cave Shanbao stalagmite， Cave Heshang stalagmite and rainfall in the Holocene注：(a) QZMS鉆孔粒度特征 (b) 三寶洞氧同位素 (c) 和尚洞氧同位素 (d) 全新世降雨量

階段I，12.9～11.6 cal. ka BP (93～66 cm).該階段處于晚更新世末期，中值粒徑和平均粒徑均在10 μm左右，為鉆孔最小值，粒徑和峰度在這一階段波動(dòng)頻率較高，但幅度很小，偏度近于對(duì)稱，波動(dòng)幅度略大，但整體波動(dòng)范圍在0.1之間，表明此時(shí)沉積物物源相對(duì)比較單一，分選較好；概率累積曲線在本階段呈一段式，粒度C-M圖顯示此時(shí)沉積物顆粒很細(xì)，樣品數(shù)據(jù)分布大致與M軸平行，表明階段內(nèi)的沉積物粒度搬運(yùn)方式為均勻懸浮.而本階段研究區(qū)降水量較小[37-39]，綜合本階段的粒度參數(shù)和降水量特征，推測該時(shí)期研究區(qū)內(nèi)有小型河沼發(fā)育，水動(dòng)力條件維持在較弱水平.其間12.3～11.8 cal. ka BP階段，各粒度組分和粒度參數(shù)均出現(xiàn)明顯波動(dòng)，粒徑有所增大，分選變差，中值粒徑、平均粒徑與偏度的波動(dòng)特征基本與三寶洞δ18O記錄的波動(dòng)特征一致[38]，表現(xiàn)出三次明顯的波動(dòng).Liu等[40]對(duì)神農(nóng)架青天洞的高分辨率石筍δ18O記錄表明，在新仙女木事件(Younger Dryas)中期(12.29～11.54 cal. ka BP)，其δ18O含量呈現(xiàn)逐漸偏負(fù)趨勢，其間疊加三次持續(xù)約200 a的次級(jí)振蕩，時(shí)間大致在12.15 cal. ka BP，11.93 cal. ka BP和11.71 cal. ka BP前后，振幅均超過0.8‰，其研究中的氣候波動(dòng)記錄也與QZMS鉆孔粒度參數(shù)的波動(dòng)變化呈現(xiàn)出較好的一致性，這可能與神農(nóng)架青天洞與本研究區(qū)域同處華中鄂西亞高山地區(qū)，因此在氣候變化響應(yīng)上存在一定的相似性有關(guān).因此，可以推斷QZMS鉆孔的粒度在此階段的變化特征對(duì)應(yīng)了新仙女木事件中期波動(dòng)劇烈的氣候特點(diǎn).具體說來，在YD事件開始時(shí)(約12.6 cal. ka BP)，鉆孔粒度逐漸由細(xì)變粗，峰度值和偏度值逐漸增大，表明物源開始發(fā)生改變，此時(shí)研究區(qū)的氣候趨于冷干；YD事件持續(xù)過程中，各粒度組分和參數(shù)值存在明顯的波動(dòng)，表明此時(shí)的氣候環(huán)境不太穩(wěn)定，波動(dòng)頻繁；YD事件結(jié)束時(shí)(約11.5 cal. ka BP)，粒度變化相對(duì)較小，峰度和偏度的變化幅度也較小，表明此時(shí)的沉積環(huán)境趨于穩(wěn)定，氣候逐漸轉(zhuǎn)為暖濕.

階段II，11.6～10.2cal. ka BP (66～42 cm).該階段處于晚更新世向全新世的過渡時(shí)期，各粒度組分特征與上一階段相似，峰度值較為穩(wěn)定，偏度在前半段較為穩(wěn)定，末期明顯增大，表明搬運(yùn)物質(zhì)后期發(fā)生過一定的改造作用；概率累積曲線在本階段仍呈現(xiàn)為一段式，但相比上一階段，變化更小，粒度C-M圖中所顯示的樣品數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)與上一階段也較為相似，表明階段內(nèi)的沉積物粒度搬運(yùn)方式仍為均勻懸浮.結(jié)合三寶洞與和尚洞的石筍氧同位素記錄，顯示這一階段的氣候整體上比上一階段暖濕，沉積環(huán)境穩(wěn)定，沉積物分選較好，末期降水量明顯增加，水動(dòng)力增強(qiáng)，粒徑增大.全新世泥炭蘚濕地形成后，沼澤濕地的淋滲作用，導(dǎo)致細(xì)顆粒下滲，對(duì)沉積物組分造成微弱改變，偏度逐漸由近對(duì)稱變?yōu)槠?

階段III，10.2～7.7 cal. ka BP (42～26 cm).該階段處于全新世初期，中值粒徑和平均粒徑的平均值分別為15.210 μm和16.468 μm，較前一階段有所增大；峰度增大，偏度偏正；粒徑和峰度、偏度等參數(shù)在9.2 cal. ka BP前后有一個(gè)較大波動(dòng)，但粒徑為一次波動(dòng)，峰度和偏度均有兩次波動(dòng)；概率累積曲線在本階段呈二段式，各段斜率差異有所增大，粒度C-M圖顯示沉積物粒度變粗，并且樣品數(shù)據(jù)分布與C=M線大致平行，表明此時(shí)的搬運(yùn)方式由均勻懸浮轉(zhuǎn)變?yōu)檫f變懸浮.10.2～9.2 cal. ka BP之間，粒徑逐漸增大，反映了這一時(shí)期水動(dòng)力條件在逐漸增強(qiáng)，本階段氣候變得暖濕，降水增多[38]，因而地表徑流增強(qiáng)；峰度和偏度變化趨勢一致，先增大后減小，但總體上是增大趨勢，表明沉積環(huán)境和物源均有所改變.9.2～7.7 cal. ka BP之間，粒徑逐漸減小，表明水動(dòng)力減弱；峰度和偏度的變化仍然是先增大后減小，總體上比前半段有所增大，很可能是由于這一階段降水量出現(xiàn)明顯的波動(dòng)[38]，降水量的變化引起地表徑流和沉積環(huán)境的變化，導(dǎo)致物源發(fā)生改變，沉積物粒度增大，分選變差.本階段相對(duì)適宜的氣候條件和沉積環(huán)境，促進(jìn)了泥炭蘚濕地的發(fā)育，而泥炭蘚濕地的形成，又對(duì)水流起到緩沖作用，所以后期粒度逐漸減小.

階段IV，7.7～2.0 cal. ka BP (26～6 cm).該階段處于中全新世到晚全新世時(shí)期，粒徑達(dá)到鉆孔最大值，中值粒徑和平均粒徑的平均值分別為21.304 μm和22.347 μm，屬于粉砂組分，整體變化較小；本階段峰度尖銳，偏度為正偏，峰度和偏度波動(dòng)最為劇烈，兩者變化趨勢一致，幅度大，頻率低；降水量的變化[38]表現(xiàn)出與QZMS鉆孔峰度和偏度相似的變化周期.粒度頻率曲線細(xì)端的“拖長尾”現(xiàn)象，應(yīng)與區(qū)域降水量大幅波動(dòng)以及泥炭蘚濕地的淋滲作用對(duì)沉積組分的改變有關(guān).概率累積曲線在本階段呈明顯的三段式，各段斜率差異最大，表明沉積物分選最差，C-M圖顯示沉積物粒度較前一階段有所增大，但樣品數(shù)據(jù)分布仍然大致平行于C=M線，表明搬運(yùn)方式仍為遞變懸浮.綜上所述，這一階段水動(dòng)力條件達(dá)到最強(qiáng)，平均粒徑也為鉆孔最大，泥炭蘚濕地經(jīng)過長期發(fā)育，已具備一定水文調(diào)節(jié)能力，因此沉積環(huán)境較上一階段穩(wěn)定；但由于區(qū)域降水量波動(dòng)較大，水動(dòng)力條件發(fā)生相應(yīng)改變，導(dǎo)致物源輸入變化復(fù)雜，沉積物分選變化大；此外，泥炭蘚濕地的水深和面積的變化也是粒度變化的重要影響因素.

郭超[41]等人對(duì)中國內(nèi)陸湖泊沉積所反映的全新世干濕變化研究表明，中國內(nèi)陸區(qū)中不同區(qū)域全新世可能經(jīng)歷了不同的氣候變化過程，就東亞季風(fēng)邊緣區(qū)而言，早全新世相對(duì)濕潤，中全新世濕潤程度達(dá)到最大，然后逐漸干旱，晚全新世可能為最干旱時(shí)期，主要是受到東亞季風(fēng)的控制.本文所研究的七姊妹山泥炭蘚濕地，其氣候分期與沉積環(huán)境演化階段存在相似性，即晚更新世末期氣候趨于冷干，對(duì)應(yīng)新仙女木時(shí)期；晚更新世向全新世過渡階段，氣候逐漸轉(zhuǎn)暖；早全新世氣候相對(duì)濕潤；中全新世到晚全新世階段，氣候最為暖濕.研究區(qū)的氣候變化在全新世階段，與郭超等人的研究具有相近的變化過程，但在具體的氣候分期年代劃分上存在一定的差別，原因可能是二者同受東亞季風(fēng)的影響，但具體的經(jīng)緯度位置、地貌條件、海拔高度等方面有所差異.

整體看來，七姊妹山泥炭蘚濕地位于東亞季風(fēng)區(qū)，降水強(qiáng)度的變化直接影響區(qū)域內(nèi)水文條件的演變，而沉積物的粒度特征與沉積環(huán)境演變和物源的變化密切相關(guān).泥炭蘚濕地的形成既是氣候環(huán)境的產(chǎn)物，又對(duì)區(qū)域內(nèi)水文條件起到了一定的調(diào)節(jié)作用.

5 結(jié)論

對(duì)鄂西七姊妹山泥炭蘚濕地沉積物粒度特征、巖性及測年結(jié)果的綜合分析，表明鄂西七姊妹山地區(qū)13 000 cal. a BP以來的沉積環(huán)境演變具有以下特征．

1) QZMS鉆孔粒度組成主要以細(xì)粉砂和中粉砂為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為48.27%、31.05%，頻率分布曲線均為單峰分布，峰度由寬到窄，偏度從近于對(duì)稱轉(zhuǎn)為正偏，整體看來，鉆孔粒度較細(xì)，沉積環(huán)境較為穩(wěn)定.鉆孔下部(93～42 cm)各粒度組分和粒度參數(shù)變化小，物源單一，呈均勻懸浮，應(yīng)為小型河沼發(fā)育環(huán)境，末期泥炭蘚濕地開始發(fā)育；中部(42～26 cm)峰度和偏度的波動(dòng)較上一階段明顯，峰度變尖銳，偏度正偏，物源由單一變得較為復(fù)雜，分選變差，反映了氣候轉(zhuǎn)為暖濕環(huán)境，水量增大，泥炭蘚濕地逐漸形成；上部(26～6 cm)峰度和偏度整體上波動(dòng)幅度大，但變化頻率較低，粒度組分較穩(wěn)定，表明這個(gè)階段雖然氣候波動(dòng)頻繁，但泥炭蘚濕地的形成，對(duì)水文環(huán)境起到了一定的調(diào)節(jié)作用，因此沉積環(huán)境較為穩(wěn)定.

2) 鄂西七姊妹山泥炭蘚濕地沉積環(huán)境演化可以劃分為4個(gè)階段：12.9～11.6 cal. ka BP處于晚更新世末期，除新仙女木事件(約12.3～11.8 cal. ka BP)外，本區(qū)氣候波動(dòng)頻繁，但幅度小，水動(dòng)力條件相對(duì)穩(wěn)定；11.6～10.2 cal. ka BP為晚更新世向全新世的過渡階段，沉積物粒度組分與各參數(shù)波動(dòng)減小，水動(dòng)力條件處于持續(xù)較弱水平；10.2～7.7 cal. ka BP為早全新世逐步升溫的階段，降水明顯增加，較前一階段水動(dòng)力有所增強(qiáng)，適宜的氣候環(huán)境促進(jìn)了泥炭蘚濕地的形成發(fā)育；7.7～2.0 cal. ka BP期間，沉積物粒度最大，水動(dòng)力條件達(dá)到最強(qiáng)，較前期峰度和偏度整體上波動(dòng)頻率低，幅度大，表明這一階段降水充沛，氣候波動(dòng)增強(qiáng)，但泥炭蘚濕地經(jīng)過長期的發(fā)育已具備一定的水文調(diào)節(jié)能力，因此沉積環(huán)境較上一階段穩(wěn)定.

七姊妹山泥炭蘚濕地沉積物的粒度粗細(xì)與區(qū)域內(nèi)水動(dòng)力的強(qiáng)弱和物源的變化密切相關(guān)，借助粒度組成和參數(shù)特征，可反演該區(qū)域的沉積環(huán)境演變，揭示泥炭蘚濕地發(fā)育形成的過程，為該地區(qū)泥炭蘚濕地的保護(hù)和氣候變化研究提供科學(xué)參考.

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Grain-sizecharacteristicsandenvironmentalsignificanceofSphagnumMireatQizimeiMountainsinWesternHubeiProvince

LI Ze1，2， LIU Tao1，2，3， LI Tingting1，2，3， WANG Zhengxiang1，2，3， LEI Yun4， PENG Zonglin5

(1.Faculty of Resources and Environmental Sciences， Hubei University， Wuhan 430062;2.Hubei Key Laboratory of Regional Development and Environmental Response， Wuhan 430062;3.Hubei Collaborative Innovation Center for Green Transformation of Bio-Resources， Wuhan 430062;4.School of Life Sciences， Central China Normal University， Wuhan 430079;5.Hubei Qizimeishan National Nature Reserve， Xuanen， Hubei 445500 )

Taking the QZMS core sediments of Sphagnum wetlands at Qizimei Mountains in Western Hubei Province as the research object， the climate change of southwest mountainous region of Hubei since 13 000 cal. a BP is discussed through the comprehensive analysis of AMS14C dating， lithologic characteristics and grain-size of the sediments. The research has shown that the grain composition of QZMS core sediments are mainly composed of fine silt and silt. The frequency distribution curves are unimodal， and from bottom to top， the kurtosis is from wide to narrow with the skewness from nearly symmetric to positive-skewed， which reflected the evolution of handing dynamics and sedimentary environment. The synthetical analysis results indicate that the evolution of sedimentary environment in the study area can be divided into four stages: 1) 12.9～11.6 cal. ka BP， the climate had a high frequency of wave but low amplitude， and the hydrodynamic condition was relatively weak. 2) 11.6～10.2 cal. ka BP， the transition stage of late Pleistocene to Holocene， the hydrodynamic condition stayed weak and the environment was stable. 3) 10.2～7.7 cal. ka BP， compared with the previous stage， the temperature was gradually increased， and the hydrodynamic condition became stronger， the climate was becoming warm and wet. 4) 7.7～2.0 cal. ka BP， the climate was warm and wet as well as relatively stable. The hydrodynamic condition became the strongest with low fluctuation frequency while high amplitude of the kurtosis and skewness. The result means that the grain-size of Sphagnum wetlands at Qizimei Mountains was closely related to the hydrodynamic condition and the change of the source. By virtue of the grain-size composition and parameters distribution characteristics， the evolution of sedimentary environment is able to be rebuilt， revealing the developmental process of the Sphagnum wetlands and providing scientific reference for study on the protection of wetlands and climate change in this region．

western Hubei Province; sphagnum wetlands; grain-size; sedimentary environment; paleo-environment significance

P512.2

A

2017-01-12.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41471041)；湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015CFB704)；區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應(yīng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(2015(C)004).

*通訊聯(lián)系人. E-mail: wangzx66@hubu.edu.cn.

10.19603/j.cnki.1000-1190.2017.05.020

1000-1190(2017)05-0680-10