張 輝,劉 蕊,司云云,劉滋君,李騰龍

(1.貴州師范學院 地理與資源學院，貴州 貴陽 550018；2.貴州大學 資源與環(huán)境工程學院，貴州 貴陽 550025；3.貴州師范學院 馬克思主義學院，貴州 貴陽 550018)

貴州龍里位于我國的云貴高原地區(qū)，因其獨特的地形使得這里成為亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)中的特殊地域；此外貴州省的高原泥炭沉積最主要的分布在貴州龍里大草原與威寧，這兩個區(qū)域是貴州境內(nèi)兩個泥炭沉積發(fā)育較好的地區(qū)。時下針對西北部威寧草海的泥炭研究較多，但缺少高山沼澤泥炭相關研究的數(shù)據(jù)[1]。本區(qū)域內(nèi)將泥炭沉積物用作氣候研究的地質(zhì)信息載體來研究貴州境內(nèi)全新世氣候演變的相關研究較為缺乏，同時龍里區(qū)域的泥炭沉積連續(xù)，是繼草海后在貴州又一重要的泥炭沉積地發(fā)現(xiàn)[2]，因而在這里我們選用泥炭沉積作為研究貴州境內(nèi)古氣候，將有助于填補龍里大草原在這一方面的空白。在1876年BIytt將泥炭作為一種地質(zhì)信息載體[3]，且將泥炭用于研究斯堪的納維亞半島古氣候信息，并在研究中使用泥炭氣候?qū)W分析后，越來越多的學者以泥炭作為信息載體來觀察地層的發(fā)育和沉積物中的生物沉積物，可以用來推斷古氣候條件。相較于其它的地質(zhì)信息載體，泥炭具有經(jīng)濟易得、沉積速率較快且沉積連續(xù)、沉積環(huán)境與過程穩(wěn)定、時間尺度長和適合的代用指標廣泛等優(yōu)勢，因此，它是研究古氣候環(huán)境變化的理想資料[4]。得到研究古氣候的學者們重視。根據(jù)翻閱資料文獻，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)腐殖化度指標的應用地區(qū)漸漸擴大，包含青藏高原東部紅原泥炭，青藏高原東部、雷州半島北部等地、湖北神農(nóng)架大九湖、新疆北部巴里坤湖，研究范圍從山地泥炭到平原泥炭，從陸地泥炭到湖沼泥炭[5-11]；國內(nèi)以洪業(yè)湯、周衛(wèi)建、鐘巍等學者為代表的在青藏高原東部、雷州半島北部、新疆巴里坤湖的研究認為腐殖化度高指示氣候溫暖濕潤，腐殖化度低指示干冷[6-10]；以浙江千畝田和朱誠、馬春梅為代表的在神農(nóng)架的研究結(jié)果則相反：腐殖化度高指示氣候干冷，腐殖化度低指示氣候濕熱[12-15]。

通過對前人相關研究進行比較分析，泥炭腐殖化度所指示的古氣候意義存在區(qū)域性的差異。目前國內(nèi)外學術(shù)界對泥炭腐殖化度的環(huán)境指示意義存在很大的分歧的原因是腐殖化度指標并不能定量地反映區(qū)域的地表環(huán)境濕度，而只能指示環(huán)境相對干濕條件變化[10]。不同的地質(zhì)地貌以及氣候變化可能會造成區(qū)域性的降水與泥炭地濕度不一致[11]。我國對泥炭沉積的研究主要集中在青藏高原東部地區(qū)、東北地區(qū)、華中地區(qū)和長江下游地區(qū)以及華南地區(qū)。但是對于我國西南地區(qū)高原山地泥炭特別是貴州地區(qū)高山泥炭腐殖化度研究尤為不足。因此，研究龍里高山泥炭腐殖化度變化用以分析研究區(qū)的古氣候環(huán)境變化是有很大的意義。

1 研究區(qū)概況

龍里作為云貴高原的第二平臺，海拔高度在1500～1700m之間，地處黔南中部，黔南布依族苗族自治州西北方向，距離省會貴陽約58～69km，總面積達到9萬多畝，由五里坪，亮山坪等十多個大小草坪組成，其中千畝以上草坪9個。本研究泥炭取自于貴州龍里高山大草原的主體部分的麻若坪臺，地處東經(jīng)106°45′18"-107°15′1"，北緯26°10′19"-26°49′33"之間(圖1)。貴州龍里高山草原的泥炭層面積大約為0.5km2，厚度在1m左右，基巖層為石炭系大塘階石英砂巖，沼澤中的植被以苔草為主，同時伴生得有大量的雜草，沼澤地上生長著一些高山杜鵑。研究區(qū)域?qū)儆诒眮啛釒Ъ撅L性濕潤氣候，年均氣溫13℃，年均降雨量1085毫米，多云而且日照時數(shù)較少，無霜期280天以上。貴州龍里按土壤劃分屬黃壤地帶，其泥炭地屬于山地泥炭沼澤土，其區(qū)域內(nèi)植被茂密，種類繁多。

圖1 貴州龍里泥炭剖面位置

2 材料與方法

2.1 采樣位置

本研究泥炭樣品2017年3月取自于貴州龍里高山大草原的主體部分的麻若坪臺，取樣的經(jīng)緯度如下：北緯26°15' 571''，東經(jīng)106°55' 259''，海拔高度1658m(GPS進行測量)。剖面總厚度為92cm，由于泥炭剖面上部10cm有較多現(xiàn)代植物根系生長，因此在野外采從剖面上部10cm處開始往下按每2cm的間距進行泥炭樣本的采集，本研究一共在該地采集了41個泥炭樣本。樣品在取出后立即裝入干凈的自封袋中進行封存并且在自封袋外部貼上標簽標明采集的深度，運回實驗室進行冷凍干燥，研磨過60目篩。

2.2 實驗方法

本文泥炭指標測試均采用DB 22/T 2243-2015泥炭與泥炭基質(zhì)水分、灰分和有機質(zhì)測試定標準。

泥炭含水量為干基含水量，測試流程為：取體積不大于3cm3，重量不超過50g的泥炭樣品放入鋁盒中；立即該上鋁盒盒蓋，稱重并記錄質(zhì)量；打開盒蓋，放入烘箱中，在2h內(nèi)緩慢升溫至105℃時計時，干燥8h后，取出稱重，再重新放入烘箱干燥1h，知道兩次稱重的樣品質(zhì)量沒有變化后，再干燥1h，取出鋁盒蓋上盒蓋，放置于干燥器中冷卻，然后稱量并記錄質(zhì)量，精度0.01g。計算公式：

式中：Md——干基含水量；

A——測試樣品質(zhì)量，g；

B——干燥樣品的質(zhì)量，g。

腐殖化度的測量方法采用傳統(tǒng)的堿提取溶液吸光度法進行，具體步驟為：使用分析天平稱取0.1000g樣品放入100mL燒杯中，加入100mL的0.1mol/L氫氧化鈉，在電爐上加熱到沸騰，微火煮沸1h，使泥炭中的腐殖酸充分浸出。冷卻后用定量濾紙過濾樣品，轉(zhuǎn)入100mL容量瓶稀釋至刻度，搖晃均勻，用菁華72型分光光度計對樣品在波長400nm處進行吸光度測定，用其吸光度值來表征泥炭的腐殖化度。

有機質(zhì)測定采用硫酸-重鉻酸鉀滴定法測定，實驗步驟為：精確稱取0.0200g樣品，放入試管中，加粉末狀硫酸銀0.1g，用移液管準確加入0.8mol/L重鉻酸鉀-硫酸溶液5mL，濃硫酸5mL，搖勻。預先將油浴鍋加熱至185～190℃，將盛試樣的試管插入鐵絲籠中，放入油浴鍋中加熱，并保持溶液沸騰5min，取出冷卻后將試管內(nèi)混合物洗入300～500mL三角瓶中，加鄰菲羅琳指示劑3～5滴，用0.2mol/L硫酸亞鐵銨標準溶液滴定，溶液顏色由黃色經(jīng)藍色至紅褐色即為終點。批式樣測定同時做2-3個空白標定，計算公式為：

式中：X——為土壤有機質(zhì)含量，g/kg；

V0——空白滴定時消耗硫酸亞鐵銨標準溶液的體積，mL;

V——測定試樣時消耗硫酸亞鐵銨標準溶液的體積，mL;

C——硫酸冶鐵標準溶液的濃度，mol/L;

0.003——為1/4碳原子的摩爾質(zhì)量數(shù)，g/mol;

1.724——為由有機碳換算為有機質(zhì)的系數(shù)；

1.1——氧化校正系數(shù)；

m——為烘干試樣質(zhì)量，g。

年代學數(shù)據(jù)測定將借鑒前人[16]在相同研究區(qū)域所獲得測年數(shù)據(jù)(詳見表1)，以作后續(xù)數(shù)據(jù)分析和研究。

表1 貴州龍里泥炭14C測年結(jié)果

3 結(jié)果與討論

3.1 泥炭腐殖化度的古氣候意義

泥炭沉積物的產(chǎn)生與累積是多種自然因素綜合影響而形成的。根據(jù)自然因素對其的影響強度做出簡單的介紹，進行分析：①在眾多影響因素中對其影響最大的是水熱條件，即只有在一定水分和熱量的配合條件下，或有利于植物生長，或利于抑制植物殘體分解，從而對泥炭的發(fā)育有著一定程度的影響，所以影響泥炭的直接因素是水分和熱量。②地質(zhì)地貌也是對其影響較大的一個自然因素。貴州龍里大草原整體較為平坦不利于排水，并且當?shù)睾恿鬏^小且少因而其水分補給推斷主要是降水補給。由于植物殘體的分解是在一定環(huán)境條件下進行的，影響分解的主要因素是溫度、濕度和酸度。在暖濕的氣候環(huán)境下，沉積物中微生物活動強盛導致進入沉積物中的有機質(zhì)被分解的數(shù)量增加，分解速度加快，從而不利于泥炭物質(zhì)的形成和積累，而在相對涼干的氣候環(huán)境下，微生物活動受到抑制，隨水流進入盆地中的有機質(zhì)由于分解緩慢而得以迅速積累，從而有利于泥炭的形成。

3.2 貴州龍里泥炭剖面記錄的氣候

本文在可靠14C測年技術(shù)的支持下，得出龍里全新世7 476～7 933a B.P.之間約500年的古氣候的變化情況，以泥炭作為代用指標，本次選取剖面中的泥炭積物腐殖化度在1.938～0.736之間，平均值為1.15%。對其分兩個階段對其展開討論與研究其沉積速率及其記錄的該區(qū)全新世早期的古氣候情況(圖2)：

圖2 龍里剖面泥炭含水量、TOC和腐殖化度的時間序列

階段A：剖面深度在36～90cm，時間大致在7 933-7 624 a B.P.，在此間剖面中的泥炭腐殖化度在1.18～0.61之間，平均值為0.79；泥炭有機質(zhì)含量7.41%～4.20%，平均值5.88%；含水量在106.28%～58.67%，平均含水量為89.03%。在此階段，該研究區(qū)域的腐殖化度最低，并且整體波動幅度較小，表示此時段該地區(qū)氣候變化較為穩(wěn)定，應該處于一個相對暖熱濕潤的環(huán)境，此時間段內(nèi)降水較多，且氣溫比較溫暖，導致了泥炭中的腐殖質(zhì)分解加快，腐殖化度含量較低。同一時期，孔凡翠等人[17]對貴州西部地區(qū)草海泥炭的研究表明，在8kaB.P.左右的時候，草海泥炭的δ13C的值為-26.6‰～-21.7‰，當時氣候為暖濕氣候。施雅風，孔昭宸等人對南方地區(qū)的氣溫研究，得出結(jié)論該時溫度比現(xiàn)在還要高1～2℃，沈吉等人[18]研究的云南洱海地區(qū)也由于西部季風的增強達到溫濕階段。這些研究區(qū)的實驗結(jié)果都與龍里區(qū)域研究結(jié)果相吻合。

階段B：剖面深度為10～36cm，時間為7 624-7476a B.P.，該階段腐殖化度值變化幅度為1.30%～1.94%，平均值為1.83%；泥炭有機質(zhì)含量23.58%～32.58%，平均值29.49%；含水量在153.80%～358.89%，平均含水量為211.99%。這個階段腐殖質(zhì)化度達到其剖面的最高值，并且變化幅度最大，說明泥炭記錄的該階段古氣候相較于上一階段變得較為干旱，氣候的不穩(wěn)定性變化較大，特別是氣候的干濕波動更為明顯，但此階段總體上反映的氣候是比較干冷的。并且在整個泥炭沉積層面來看，該階段發(fā)生了一次特別大的變化，大約在7600aB.P.的時候，泥炭腐殖化度含量突然上升，說明此時段發(fā)生了一次突發(fā)氣候事件，這與其它地區(qū)的研究結(jié)果進行對比不難看出，該地區(qū)氣候小幅度突變在貴州董哥洞石筍[19]有著明顯的記錄。經(jīng)過貴州龍里大草原年沉積物中的腐殖質(zhì)化度的變化與其它學者研究得到的結(jié)果進行比較分析，綜合分析得到全新世大暖期所的原因是在這個時間段內(nèi)亞洲季風在全新世早期較為強大，因而帶來了豐富的降水，隨后季風變?nèi)?，降水減少，氣候變干，導致氣候從溫暖濕潤向冷干的環(huán)境逐漸變化。

4 結(jié)論

本研究通過對貴州龍里高山泥炭剖面進行腐殖化度測定，并結(jié)合該剖面的含水量、TOC等理化指標數(shù)值變化曲線進行綜合分析，得出以下結(jié)果：

(1)通過對該地區(qū)高山泥炭剖面腐殖化度數(shù)值變化的古氣候意義研究表明：泥炭腐殖化度值較高，可能指示氣候較為干冷；而泥炭腐殖化度低，可能指示氣候較為溫暖濕潤。

(2)貴州龍里高山泥炭腐殖化度記錄了該研究區(qū)7 476-7 933a B.P.之間約500年的古氣候的變化過程：A：剖面深度在36～90cm，時間大致在7 933-7 624 a B.P.，泥炭腐殖化度較低，指示氣候溫暖濕潤；B：剖面深度為10～36cm，時間為7 624-7476a B.P.，泥炭腐殖化度含量較高，指示在此階段該區(qū)域上較前一階段為較寒冷干燥的氣候。通過對整個剖面腐殖化度含量變化分析，大約在7600a B.P.的時候，泥炭腐殖化度含量突然上升，說明此時段發(fā)生了一次突發(fā)氣候事件。