李晨晨， 吳 立,2， 朱 誠(chéng)， 張文卿， 孫小玲， 路曙光，李肖雪， 張潤(rùn)澤， 王斌斌， 李如冰

(1.安徽師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院 江淮流域地表過(guò)程與區(qū)域響應(yīng)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241002；2.中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710061；3.南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023；4.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051)

引言

晚更新世末至全新世最適宜期期間，尤其是末次冰盛期以來(lái)，存在數(shù)個(gè)氣候波動(dòng)事件，環(huán)境變化極為頻繁，環(huán)境的變遷包含多個(gè)冷暖旋回,為研究地球氣候環(huán)境的周期性變化規(guī)律和預(yù)測(cè)未來(lái)氣候演變的趨勢(shì)提供了很有意義的參考[1]。積累更多年代控制可靠和代用指標(biāo)意義明確的古氣候記錄是研究區(qū)域氣候和環(huán)境變化的有效途徑，而孢粉具有產(chǎn)量高、易于保存、對(duì)植被和氣候反應(yīng)直接等特點(diǎn)，是恢復(fù)古植被、古氣候的重要手段之一[2-5]。

中國(guó)東部濱海平原地區(qū)是受東亞季風(fēng)影響顯著的區(qū)域，眾多學(xué)者在此進(jìn)行了大量研究，但許多研究都集中在該區(qū)域的海侵海退[6-15]方面。江淮東部平原作為蘇北盆地的一部分，自古近紀(jì)以來(lái)接受連續(xù)沉積，蘊(yùn)含著豐富的古氣候變化信息，有助于重建區(qū)域古氣候環(huán)境[16-18]。同時(shí)，江淮東部平原位于中國(guó)東部的南北過(guò)渡帶，受東亞季風(fēng)影響顯著，第四紀(jì)以來(lái)對(duì)氣候變化的響應(yīng)非常敏感[19]，對(duì)于探索東亞古季風(fēng)的歷史和亞洲季風(fēng)區(qū)氣候變化具有重要意義。近年來(lái)，舒強(qiáng)、陳曄、李吉均、趙志軍等學(xué)者在這一區(qū)域和相鄰區(qū)進(jìn)行了大量相關(guān)研究工作，并取得豐碩成果[1,17-32]。這些研究多是通過(guò)磁化率、粒度特征以及地球化學(xué)元素特征等手段反演晚冰期以來(lái)長(zhǎng)時(shí)間尺度的氣候變化和環(huán)境演變[17-30]，通過(guò)古生物記錄如孢粉指標(biāo)[1,31-32]重建晚更新世末期古氣候環(huán)境的研究相對(duì)缺乏，支撐區(qū)域古氣候環(huán)境變化的孢粉學(xué)證據(jù)尚需完善。

江淮東部平原的江蘇省興化市蔣家舍剖面位于蘇北盆地中心區(qū)域、泰東河的西岸，前期野外調(diào)研及年代測(cè)試表明其是恢復(fù)晚更新世末古氣候的良好材料。因此，我們以該剖面作為研究對(duì)象，在AMS14C測(cè)年的基礎(chǔ)上，結(jié)合孢粉分析，初步探討了該區(qū)域晚更新世末的植被演替及其所反映的氣候環(huán)境變化，以期為解讀江淮東部平原植被演變和氣候變化補(bǔ)充孢粉學(xué)證據(jù)，同時(shí)為全面認(rèn)識(shí)亞洲季風(fēng)區(qū)環(huán)境變化、預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化趨勢(shì)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和區(qū)域?qū)Ρ葦?shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

江淮平原指中國(guó)江蘇省、安徽省淮河以南、長(zhǎng)江以北的地域(圖1)，位于中國(guó)重要的自然氣候帶分界線(秦嶺-淮河線)附近，處于中國(guó)的季風(fēng)三角區(qū)[10]，其主要由長(zhǎng)江、淮河沖積而成，整體地勢(shì)低平，東西部海拔高差小。江淮平原氣候?qū)儆诒眮啛釒睾蜐駶?rùn)季風(fēng)氣候，北部為亞熱帶和暖溫帶的過(guò)渡地帶，受季風(fēng)環(huán)流影響，冬季寒冷干燥，夏季炎熱濕潤(rùn)，年均溫為15.5-16.5℃，年降水量在1000-1100mm之間[20,33]，東多西少，南多北少，相對(duì)濕度較大，無(wú)霜期多在230-240天之間。其中，本研究涉及的江淮東部平原臨近南黃海大陸架，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以沉降為主，低洼地較多，加之流經(jīng)的水系主要是江淮之間的淮河水系下游，河流、湖泊眾多，水網(wǎng)密布。

圖1 江淮平原及其周邊地形與采樣點(diǎn)位置示意圖Fig.1 The Plain of the Yangtze-Huai Rivers,its surrounding terrain and the position illustration of sampling site

2 材料與方法

蔣家舍自然沉積剖面(命名為JJS剖面)位于江蘇省興化市張郭鎮(zhèn)、泰東河西岸，附近有蔣家舍新石器時(shí)代文化遺址，地理坐標(biāo)為120°12′00″E，32°45′40″N。剖面開(kāi)挖深325cm，按照常規(guī)的垂直地層采樣方法，根據(jù)研究需要和地層劃分，自下而上非等間距采集土層樣品，共計(jì)取樣26塊，用于孢粉分析。同時(shí)，在剖面5-8層自下而上非等間距采集土層樣品，共計(jì)取樣5塊，用于AMS14C精確定年。所有樣品當(dāng)場(chǎng)分樣并裝入樣品袋中密封，期間詳細(xì)記錄樣品所在剖面深度、層位及各層土質(zhì)性質(zhì)等(表1)，地層自上而下標(biāo)序。由于第1層是耕作表土層，且其上有河堤覆土，人類擾動(dòng)明顯，故從第2層開(kāi)始連續(xù)采樣。

表1 興化JJS剖面地層描述Table 1 The stratigraphic description of the section in the Jiangjiashe,Xinghua

在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室中將采集的樣品每塊稱重30g，采用傳統(tǒng)的酸堿法和重液浮選法，進(jìn)行一系列的酸堿處理，經(jīng)重液浮選、稀釋、集中，最后制作活動(dòng)薄片在顯微鏡下進(jìn)行觀察、鑒定、統(tǒng)計(jì)。另外，從剖面中選取五個(gè)樣品進(jìn)行AMS14C精確定年，由中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所AMS14C制樣實(shí)驗(yàn)室和北京大學(xué)核物理與核技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合完成，測(cè)年材料主要為含炭屑沉積物及木炭。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 年代序列建立

以碳14的5730年半衰期為基礎(chǔ)，采用AMS14C年齡測(cè)定方法，使用國(guó)際通用的CALIB 8.1.0程序IntCal20進(jìn)行樹(shù)輪校正計(jì)算，并選取置信度最高的Two Sigma Ranges年代結(jié)果(表2)，同時(shí)采用線性插值方法計(jì)算出了地層年代以及沉積速率(圖2)。

表2 興化JJS剖面AMS14C年代及樹(shù)輪校正結(jié)果Table 2 The AMS14C data and chronological calibration results of the section in the Jiangjiashe,Xinghua

圖2 興化JJS剖面巖性及深度-年齡模式Fig.2 The lithology and the depth-age pattern of the section in the Jiangjiashe,Xinghua

其中，253-255cm和255-257cm兩處相鄰樣品AMS14C年代及樹(shù)輪校正結(jié)果差別明顯，從巖性變化及年代隨深度的關(guān)系來(lái)看，推斷應(yīng)當(dāng)存在沉積間斷。這可能是由于26.7-14.5ka BP恰處于末次冰期晚期向全新世暖期到來(lái)之前的一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)期的冷干期，中間雖然亦存在溫暖階段，但整體上氣候偏冷干[19-20,34-35]，降水減少，植被覆蓋較差，古地貌面裸露遭受剝蝕，形成沉積間斷。

3.2 孢粉分析結(jié)果

對(duì)剖面采集的樣品在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心進(jìn)行孢粉鑒定和統(tǒng)計(jì)后，得出各科屬孢粉含量(表3)，并進(jìn)行孢粉百分比和孢粉濃度計(jì)算，得到孢粉百分比圖和孢粉濃度圖(圖3和圖4)。結(jié)果表明，興化JJS剖面中發(fā)現(xiàn)有37科屬植物的孢粉，其中喬木花粉中常綠針葉類有鐵杉屬(Tsuga)、云杉屬(Picea)、松屬(Pinus)，常綠闊葉類有栲屬(Castanopsis)、常綠櫟屬[Quercus(E)]、楊梅屬(Myrica)、桃金娘科(Myrtaceae)，落葉闊葉類有樺屬(Betula)、栗屬(Castanea)、胡桃屬(Juglans)、落葉櫟屬[Quercus(D)]、椴屬(Tilia)、楓香屬(Liuidanber)、槭樹(shù)科(Aceraceae)、漆樹(shù)屬(Rhus)，灌木植物花粉有榛屬(Corylus/Ostryopsis)、麻黃屬(Ephedra)、木犀科(Oleaceae)、薔薇科(Rosaceae)。草本植物花粉有蒿屬(Artemisia)、石竹科(Caryophyllaceae)、藜科(Chenopodiaceae)、菊科(Compositae)、旋花科(Convolvulaceae)、十字花科(Cruciferae)、禾本科(Gramineae)、茜草科(Rubiaceae)、茄科(Solanaceae)、傘形科(Umbelliferae)、蕁麻科蕁麻屬(Urtica)及水生植物莎草科(Cyperaceae)、莕菜屬(Nymphoides)、香蒲屬(Typha)。蕨類植物孢子有水蕨科(Parkeriaceae)、水龍骨科多足蕨屬(Polypodium)、蕨屬(Pteridium)、單縫孢子(Monolites)、三縫孢子(Trilites)等。

圖3 興化JJS剖面孢粉百分比圖譜Fig.3 The palynological percentage atlas of the section in the Jiangjaishe,Xinghua

圖4 興化JJS剖面孢粉濃度圖譜Fig.4 The palynological concentration atlas of the section in the Jiangjiashe,Xinghua

表3 興化JJS剖面孢粉數(shù)量及類別統(tǒng)計(jì)Table 3 The pollen statistics of quantity and category of the section in the Jiangjiashe,Xinghua

3.3 植被演替與氣候變化

JJS剖面第1層由于人類擾動(dòng)明顯，未進(jìn)行采樣，所以只對(duì)下部7個(gè)地層中所發(fā)現(xiàn)的孢粉組合按照年代進(jìn)行分析。根據(jù)各孢粉帶中孢粉組合特征的變化，可以推斷晚更新世末以來(lái)江淮東部平原的植被演替和氣候變化經(jīng)歷了如下過(guò)程。

孢粉帶Ⅰ(第8層，深度325-255cm，年代27.9-26.7cal.ka BP)取樣3塊。本段孢粉含量較低，尤其是283-285cm處僅發(fā)現(xiàn)17粒孢粉，313-315cm處鑒定、統(tǒng)計(jì)到108粒孢粉，259-261cm處統(tǒng)計(jì)到125粒孢粉。整層木本植物花粉含量較高，為孢粉總數(shù)的53.6%，以針葉喬木松屬為主，另有鐵杉屬、云杉屬等，闊葉樹(shù)含量較少，有常綠的栲屬、常綠櫟屬、楊梅屬，落葉闊葉樹(shù)有櫟屬，未發(fā)現(xiàn)灌木植物花粉；草本植物花粉占14.4%，有蒿屬、藜科、十字花科，水生植物花粉只有荇菜屬；蕨類植物孢子占32.0%，有水蕨科、水龍骨科、鳳尾蕨科、單縫孢子、三縫孢子等。本段植物以松屬、水蕨科為主，植被為針葉樹(shù)為主的針闊葉混交林，反映氣候溫暖、稍濕潤(rùn)。

孢粉帶Ⅱ(第7層，深度255-235cm，年代14.5-14.2cal.ka BP)取樣4塊。本段孢粉含量較高，每塊樣品統(tǒng)計(jì)到的花粉都超過(guò)100粒，在253-255cm處樣品中發(fā)現(xiàn)孢粉達(dá)318粒，而且植物科屬豐富，喬木及灌木植物花粉含量低于蕨類植物孢子含量。木本植物花粉占35.4%，有針葉松屬、鐵杉屬、云杉屬，常綠闊葉樹(shù)栲屬、常綠櫟屬，落闊葉樹(shù)有板栗屬、櫟屬、椴屬、漆樹(shù)屬、楓香屬，灌木植物花粉有木犀科、薔薇科、麻黃屬；草本植物花粉占22.1%，有蒿屬、藜科、十字花科、禾本科、茜草科、傘形科；水生植物花粉香蒲屬含量較高，還有莎草科、荇菜屬。蕨類植物孢子所占含量較前帶有所升高，為孢粉總數(shù)的42.5%，水蕨科占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)、還有水龍骨科、鳳尾蕨科、單縫孢子、三縫孢子。本段植物以松屬和水蕨科為主，植被為有一定比例闊葉樹(shù)的針闊葉混交森林，反映氣候溫暖濕潤(rùn)。

孢粉帶Ⅲ(第6層，深度235-215cm，年代14.2-13.9cal.ka BP)取樣3塊。本段孢粉含量比前帶有所降低，共統(tǒng)計(jì)到了442粒孢粉。本帶草本植物花粉含量明顯上升，占孢粉總數(shù)的46.2%，主要有蒿屬、藜科、十字花科、禾本科、茄科、傘形科，水生草本植物含量大幅下降，僅有少量的香蒲屬、莎草科、荇菜屬。木本植物和蕨類植物含量比前帶下降。木本植物由前帶的35.4%降到21.9%，松屬為主，占孢粉總數(shù)的15.6%。另有少量的鐵杉屬、常綠櫟屬、栲屬、樺屬、落葉櫟屬、椴屬、楓香屬、楊梅屬等。蕨類植物孢子由前帶的42.5%降到31.9%，水蕨科含量較高，水龍骨科、鳳尾蕨科、單縫孢子、三縫孢子少量出現(xiàn)。本段植物以松屬、藜科和水蕨科為主，植被為針葉樹(shù)為主的針闊葉混交林草原，反映氣候稍涼干。

孢粉帶Ⅳ(第5層，深度215-145cm，年代13.9-13.1cal.ka BP)取樣8塊，整個(gè)孢粉帶孢粉種類出現(xiàn)相差不大。木本植物花粉含量比第6層有所上升，從前帶的21.9%上升到39.2%，松屬為主，占孢粉總數(shù)的35.0%，另有少量的鐵杉屬、云杉屬、落葉櫟屬、椴屬及少量的樺屬、胡桃屬、楓香屬、漆樹(shù)屬、薔薇科、麻黃屬、榛屬等；草本植物花粉含量下降，為孢粉總數(shù)的29.6%，有藜科、蒿屬、十字花科、傘形科和少量的水生香蒲屬；蕨類植物孢子占31.2%，水蕨科含量較高，水龍骨科、鳳尾蕨科、單縫孢子、三縫孢子少量出現(xiàn)。本孢粉帶從孢粉含量看可劃分為上下兩段。下段(215-185cm，13.9-13.5cal.ka BP)取樣4塊樣品，孢粉統(tǒng)計(jì)量均在100粒以上，孢粉含量較高，植被是以針葉樹(shù)為主的針闊葉混交森林草原，反映氣候稍涼濕。上段(185-145cm，13.5-13.1cal.ka BP)取樣4塊樣品，孢粉統(tǒng)計(jì)量均在100粒以下，孢粉含量較低，植被為覆蓋度較低的針闊葉混交林草原，氣候?yàn)闆鲚^干。

孢粉帶Ⅴ(第4層，深度145-133cm，年代13.1-13.0cal.ka BP)取樣2塊。本帶孢粉含量低，似延續(xù)了孢粉帶Ⅳ上段植被面貌。木本植物花粉含量持續(xù)下降，僅為孢粉總數(shù)的20.2%，有松屬、落葉櫟屬及少量的栗屬、楊梅屬、桃金娘科，灌木植物花粉極少發(fā)現(xiàn)；草本植物花粉占28.4%，有蒿屬、藜科、十字花科、蕁麻科，未發(fā)現(xiàn)水生草本植物花粉；蕨類植物孢子占51.4%，有水蕨科、單縫孢子、鳳尾蕨科、三縫孢子。植被以水蕨科、蒿屬和松屬為主。本段植被為覆蓋度較低的針闊葉混交林，應(yīng)為植被由于環(huán)境變化遭破壞后形成的植被景觀，反映氣候較干涼。

孢粉帶Ⅵ(第3層，深度133-102cm，年代13.0-12.8cal.ka BP)取樣3塊。本帶孢粉含量仍然較低，植物種屬也較貧乏，3塊樣品共統(tǒng)計(jì)到了83粒孢粉。其中木本植物占孢粉總數(shù)的33.7%，以松屬為主(占26.5%)，常綠櫟屬和薔薇科花粉極少出現(xiàn)；草本植物占30.1%，有藜科、蒿屬、菊科、十字花科、蕁麻科、香蒲屬等；蕨類植物孢子占36.2%，有水蕨科、單縫孢子、三縫孢子。本段植物以松屬、水蕨科、藜科和單縫孢子為主，植被為覆蓋度很低的針闊葉混交林，反映氣候干冷。

孢粉帶Ⅶ(第2層，深度102-82cm，年代12.8-12.6cal.ka BP)取樣3塊。本帶孢粉含量較低，植物種屬也較貧乏，三塊樣品共統(tǒng)計(jì)到了119粒孢粉。其中木本植物占孢粉總數(shù)的43.7%，針葉喬木松屬占孢粉總數(shù)的24.4%，還有常綠櫟屬、楓香屬、漆樹(shù)屬及灌木榛屬、薔薇科；草本植物花粉為28.6%，有蒿屬、藜科、十字花科、茜草科；蕨類植物孢子占27.7%，有水蕨科、鳳尾蕨科、單縫孢子、三縫孢子。本段植物以松屬、漆樹(shù)屬、蒿屬、藜科和水蕨科為主，植被為針闊葉混交林，反映氣候稍暖濕。

3.4 與鄰近區(qū)域相關(guān)鉆孔的對(duì)比

將各孢粉帶中孢粉組合特征表現(xiàn)出的晚更新世末以來(lái)江淮東部平原的氣候變化特征與興化市其他鉆孔樣品研究結(jié)果[19-21,24-25,34-35]進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)氣候主要特征表現(xiàn)一致。

27.9-26.7cal.ka BP的孢粉特征反映出氣候溫暖較濕潤(rùn)，與舒強(qiáng)等學(xué)者[19]關(guān)于30.3-26.0cal.ka BP為相對(duì)暖濕期的研究結(jié)論相符合。

結(jié)合舒強(qiáng)等學(xué)者[19-20,34-35]的相關(guān)研究成果可以發(fā)現(xiàn)，蘇北盆地里下河地區(qū)興化市沙溝鎮(zhèn)以南鉆孔樣品的地化元素和氧化物分析結(jié)果顯示26-17.8cal.ka BP為相對(duì)冷干期，氣候環(huán)境整體以冷干為主，17.8-15.0cal.ka BP期間氣候環(huán)境以暖為主，處于冷暖波動(dòng)劇烈時(shí)期，以17.2-16.9cal.ka BP和16.1-15.8cal.ka BP期間的冷干突變最為顯著[19]。而16.7-14.6ka BP為晚冰期初期較冷干的環(huán)境，反映了末次冰消期向冰期轉(zhuǎn)變過(guò)程中降水量減少，化學(xué)風(fēng)化較弱、溫度低的環(huán)境[20,34-35]。因此，26.7-14.5cal.ka BP期間雖然存在冷暖波動(dòng)劇烈時(shí)期，但氣候環(huán)境整體以冷干為主，降水量減少，溫度較低，植被覆蓋較差，古地貌面裸露遭受剝蝕，形成沉積間斷。

14.5-14.2cal.ka BP時(shí)段處于BA暖期，與14.6-13.1ka BP時(shí)段氣候溫暖濕潤(rùn)[35]的整體特征相符合。

舒強(qiáng)等學(xué)者對(duì)取自江淮平原中部的興化市以南的殷莊橋附近鉆孔樣品進(jìn)行磁化率與粒度組合特征的綜合分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)約14150-12950cal a BP指示的是一個(gè)整體相對(duì)暖濕，中部出現(xiàn)變干的氣候變化[20]，14.2-13.5cal.ka BP時(shí)段應(yīng)受較老仙女木氣候事件影響，氣候溫涼稍干。而舒強(qiáng)等學(xué)者在蘇北盆地里下河地區(qū)的興化市周莊鎮(zhèn)鉆孔樣品則表明13.2-11.2cal.ka BP時(shí)段為低溫冷干階段，氣候明顯的干旱化，降水稀少，為相對(duì)暖濕轉(zhuǎn)冷干的變化特征，正好對(duì)應(yīng)于末次冰期的YD氣候事件[21,25]，因此13.5-12.8cal.ka BP時(shí)段應(yīng)是受YD氣候事件的影響，氣候表現(xiàn)出向干冷發(fā)展的特征。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)江淮東部平原上的江蘇興化JJS剖面進(jìn)行AMS14C測(cè)年、孢粉鑒定和統(tǒng)計(jì)，分析地層中所包含的孢粉組合特征，重建了研究區(qū)晚更新世末的植被演替與氣候變化，獲得以下初步認(rèn)識(shí)：

(1)27.9-26.7cal.ka BP和14.5-14.2cal.ka BP，區(qū)域植物以松屬、水蕨科為主，植被為針葉樹(shù)為主的針闊葉混交林。14.2-13.5cal.ka BP，孢粉組合顯示木本植物含量逐漸增加，草本植物花粉含量和蕨類孢子含量持續(xù)下降，植物仍以松屬、水蕨科為主，植被逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)獒橀熑~混交林草原；13.5-12.6cal.ka BP，植物孢粉含量降低，科屬也較貧乏，區(qū)域植被總體為覆蓋度趨低的針闊葉混交林或草原植被，末期重新向針闊葉混交林演替。

(2)晚更新世末江淮東部平原地區(qū)氣候變化較頻繁，發(fā)生了多次冷暖氣候波動(dòng)變化。27.9-26.7cal.ka BP，氣候溫暖濕潤(rùn)；26.7-14.5cal.ka BP，氣候轉(zhuǎn)變?yōu)楹涓稍铮?4.5-14.2cal.ka BP，氣候溫暖濕潤(rùn)；14.2-13.5cal.ka BP氣候由稍涼干逐漸變?yōu)樯詻鰸瘢?3.5-12.8cal.ka BP氣候向冷干發(fā)展，12.8-12.6cal.ka BP氣候轉(zhuǎn)向稍暖濕。