哈萨克斯坦Tramplin剖面孢粉记录的MIS3a环境变化

黄昌庆，Liu Kambiu，冯兆东，冉 敏，杨奇丽，张晓森

1.兰州大学西部环境教育部重点实验室，兰州 730000

2.美国路易丝安娜州立大学海洋系，美国 巴吞鲁区 70803

3.铜仁学院法政系，贵州 铜仁 554300

4.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，乌鲁木齐 830046

深海氧同位素（marine isotope stage，MIS）3a阶段的地质年代相当于40～30ka B.P.，深海氧同位素曲线表明，MIS3a阶段全球气温稍高于末次冰期早冰阶（四阶段）和晚冰阶（二阶段），但是远低于末次间冰期（MIS5）和全新世（MIS1），也低于MIS3c阶段［1］。但是这一时期亚洲干旱区东部（中国西北地区）气候和环境状况达到间冰期的程度，气温和降水甚至高于现代［2］。由于铁化肥效应，中纬度亚洲干旱区大气粉尘变化可能是全球变化的重要因素［3］，同时全球性荒漠化的发展具有其复杂性［4］，因此中亚干旱区的环境变化备受关注。中亚干旱区东北部MIS3阶段气候温暖且在MIS3期间的气候波动了4次［5］。黄土具有沉积体系相对稳定、沉积速率相对均匀且沉积记录相对完整等特点，是其他陆相沉积所不能同时具备的，在重建中亚干旱区气候环境变化中进行黄土研究就显得非常重要［6］。笔者对中亚干旱区中部Tramplin黄土－古土壤沉积剖面进行孢粉分析，并结合可靠的AMS14C年代序列重建MIS3a阶段中亚植被和气候变化历史，为了解中亚干旱区气候变化机制提供可靠的地质证据。

1 研究区概况

Tramplin（简称TR）剖面自然出露于Talgar河的三级阶地，位于西天山与Moyynkuml沙漠之间的草原带（图1）。研究区盛行西风，属大陆性温带气候，年平均气温7°～10°，年降水量约为200～400 mm，降水季节分配比较均匀，以春季比例略高。地带性土壤为灰钙土，自然植被类型为短命植物蒿属半荒漠草原。研究区植被带谱（图2）自南向北依次为高山植被，针叶林，针阔混交林，温带落叶阔叶林，灌木草原，荒漠草原。

2 地层与年代序列

利用AMS14C测年，根据Feng等［7］所描述的详细地层与年代，地层及年代模式见图3。

3 分析方法

TR剖面1 050cm，孢粉样品以～26cm间距采集，共获40个样品，平均分辨率约为350a/样品。孢粉提取采用酸碱法结合筛滤法，每个样品视岩性差异称取150～250g，依次加入HCl（5%～10%）和HF（40%）除去碳酸盐和硅质成分，再以超声波清洗过筛，小指管净化，最后保存于甘油中制活动片鉴定。鉴定时参考正式出版的孢粉图版［8］和现代孢粉标准片对比进行，每个样品统计的孢粉总数为80～150粒。孢粉颗粒分数的计算以陆生植物花粉总和为基数，质量颗粒浓度用外加石松孢子法计算。

图1 TR剖面位置图Fig.1 Location of TR section

图2 植被地带谱示意图Fig.2 Vegetation zone map

图3 TR剖面地层及深度-14C年代模式（据文献［7］）Fig.3 Lithology and 14C-depth mode（from reference［7］）

4 结果与讨论

4.1 孢粉记录

TR剖面沉积物孢粉记录了42～28ka B.P.期间的植被和气候变化历史，在该剖面中总共鉴定出45个科属的孢粉，主要分为3类：乔木植物花粉、草原成分草本植物花粉和荒漠成分植物花粉。乔木植物（Trees）花粉主要包括松属（Pinus）、云杉属（Picea）、冷杉属（Abies）、雪松属（Cedrus）、柏科（Cupressaceae）、桦属（Betula）、榆属（Ulmus）、栎属（Quercus）、胡桃属（Juglans）和杨属（Populus）等；草原成分植物花粉主要包括菊科（Compositae）、蒿属（Artemisia）、紫菀型 （Astertype）、蒲 公 英 型（Taraxacumtype）、春黄菊型（Anthemistype）、禾本科 （Gramineae）、唇 形 科 （Labiatae）、百 合 科（Liliaceae）、狼毒属（Stellera）、蓼科（Polygonum）、豆科（Leguminasae）、毛茛科（Ranunculaceae）、伞形科（Umbelliferae）、荨麻科（Urticaceae）、十字花科（Cruciferae）、胡 颓 子 属 （Elaeagnus）、蔷 薇 科（Rosaceae）、苋 科 （Amaranthaceae）和 旋 花 属（Convolvulus）等；荒漠成分植物花粉主要包括藜科（Chenopodiaceae）、白 刺 属 （Nitraria）、柽 柳 属（Tamarix）、麻 黄 属 （Ephedra）和 蒺 藜 科（Zygophyllaceae）等。依据乔木、草原成分草本植物花粉和荒漠成分植物花粉之间的相对含量关系，并结合地层、孢粉浓度和CONSIS结果，将TR剖面孢粉记录从下至上划分为6个孢粉组合带（T1T6，见图4和图5）。根据各科属花粉代表性及气候指示意义，结合岩性变化，重建研究区MIS3a时期植被与气候演变序列。

带T1（1 050～1 000cm；41.4ka B.P.以前），岩性为黄土。颗粒分数：乔木花粉小于10%；草原成分植物花粉约80%，其中蒿属花粉为60%；荒漠成分植物花粉约15%，其中藜科花粉约10%。A/C值（A为蒿属花粉颗粒分数，C为藜科花粉颗粒分数）较低，为5～10。＞10μm的碳屑质量颗粒浓度约为1 000粒/g。总孢粉质量颗粒浓度平均为6.5粒/g：乔木花粉较低，平均为0.305粒/g，草原成分植物花粉平均为5粒/g，蒿属花粉平均为3.85粒/g；荒漠成分植物花粉平均为1.2粒/g，藜科花粉平均为0.57粒/g。

带T2（1 000～800cm；42～40ka B.P.），岩性为加积型古土壤。颗粒分数：乔木花粉小于10%；草原成分植物花粉为70%～80%，蒿属花粉为50%～70%；荒漠成分植物花粉为10%～20%，藜科花粉在10%左右波动。A/C值较低，为5～10。＞10μm的碳屑质量颗粒浓度为800～4 000粒/g。总孢粉质量颗粒浓度有所增加，为6～44粒/g，平均15.6粒/g。乔木花粉有所增加，为0.1～1.3粒/g，平均0.43粒/g。草原成分植物花粉为4～36粒/g，平均12.3粒/g；蒿属花粉为3～32粒/g，平均10.35粒/g。荒漠成分植物花粉为1～6.3 粒/g，平均2.83粒/g；藜科花粉为0.5～5 粒/g，平均1.8粒/g。

带T3（800～500cm；40～36ka B.P.），岩性为黄土。颗粒分数：乔木花粉小于10%；草原成分植物花粉在80%左右波动，蒿属花粉基本上为60%～70%；荒漠成分植物花粉为5%～30%，藜科花粉为4%～20%。A/C值为2～35。＞10μm的碳屑质量颗粒浓度为800～2 000粒/g。总孢粉质量颗粒浓度有所下降，为6～26粒/g，平均10.5粒/g。乔木花粉下降，平均0.12粒/g。草原成分植物花粉为5～22粒/g，平均8.7粒/g；蒿属花粉为4～16粒/g，平均6.8粒/g。荒漠成分植物花粉为0.5～3.3粒/g，平均1.72 粒/g；藜科花粉为0.2～2.6粒/g，平均1.1粒/g。

图4 TR剖面孢粉颗粒分数图谱Fig.4 Pollen percentage diagram of TR section

带T4（500～250cm；36～33ka B.P.），岩性为加积型古土壤。颗粒分数：乔木花粉小于10%；草原成分植物花粉为70%～90%，蒿属花粉达到最大值，为60%～80%；荒漠成分植物花粉为5%～20%，藜科花粉颗粒分数低，但是变化较大，为2%～20%。A/C值较高，且波动剧烈，为5～38。＞10 μm的碳屑质量颗粒浓度达到最高值，为1 700～7 000粒/g。总孢粉质量颗粒浓度有所增加，为6～20粒/g，平均14.88粒/g。乔木花粉有所增加，平均为0.32粒/g。草原成分植物花粉为5～18粒/g，平均12.5粒/g；蒿属花粉为4～16粒/g，平均10.5粒/g。荒漠成分植物花粉为1.2～4.6粒/g，平均为2.1粒/g；藜科花粉为0.5～3.6粒/g，平均1.23粒/g。

带T5（250～50cm；33～30ka B.P.），岩性为黄土。颗粒分数：乔木花粉小于10%；草原成分植物花粉在80%左右波动，蒿属花粉为50%～70%；荒漠成分植物花粉为15%～25%，藜科花粉比较稳定，为10%～15%。A/C值较低，为5～10。＞10 μm的碳屑质量颗粒浓度为500～3 000粒/g。总孢粉质量颗粒浓度总体较高，在9～50粒/g范围内剧烈波动，平均为20.7粒/g。乔木花粉平均为0.46粒/g。草原成分植物花粉为7～40粒/g，平均16.8粒/g；蒿属花粉为6～25粒/g，平均12.24粒/g。荒漠成分植物花粉为1.3～8.6粒/g，平均3.52粒/g；藜科花粉为1～5粒/g，平均2.15粒/g。

带T6（50～0cm；30ka B.P.以后），岩性为表层土壤。颗粒分数：乔木花粉小于10%；草原成分植物花粉为80%左右，蒿属花粉为60%～70%；荒漠成分植物花粉为15%～20%，藜科花粉为3%～10%。A/C值为5～30。＞10μm的碳屑质量颗粒浓度约1 000粒/g。总孢粉质量颗粒浓度平均为15.5粒/g，与全剖面的平均水平相当。乔木花粉平均为0.355粒/g；草原成分植物花粉平均为13粒/g，蒿属花粉平均为10.23粒/g；荒漠成分植物花粉平均为2.15粒/g，藜科花粉平均为1.18粒/g。

图5 TR剖面孢粉质量颗粒浓度图Fig.5 Pollen concentration diagram of TR section

4.2 古植被古气候演化历史

41.4ka B.P.以前（1 050～1 000cm；带T1）浓度低的乔木花粉指示没有成片的树林发育，孢粉组合中蒿属花粉占据主导地位，其他的草本花粉较少，高的蒿属花粉指示蒿属植物占优势。岩性为黄土，＞10μm碳屑浓度较低，说明气候湿润程度有限。蒿属花粉孢粉绝对浓度比其他带段都要低，其他类型花粉的孢粉绝对浓度也低，反映气候干旱。植被为蒿属植物占优势的荒漠草原。

41.400～40ka B.P.（1 000～800cm；带T2）

相应岩性为加积型古土壤，指示较好的气候状况（气候比较湿润），浓度低的乔木花粉意味着没有成片的树林发育，但是乔木花粉绝对孢粉浓度增加，指示邻近地区的森林植被可能相对茂盛。孢粉组合中蒿属花粉仍然占据主导地位，其他的草本花粉较少，指示蒿草草原景观。蒿属、菊科、蔷薇科、白刺属、藜科、唇形科、柽柳科花粉绝对浓度比上一带明显上升，指示气候变得相对湿润，＞10μm碳屑浓度也略有增加。总体上气候相对湿润。

40～36ka B.P.（800～500cm；带T3） 乔木花粉浓度低意味着没有树林发育，孢粉组合中蒿属花粉仍然占据主导地位，其他的草本花粉较少，说明蒿属植物仍然占优势。蒿属花粉和藜科花粉绝对浓度比上一带下降，指示气候湿润程度有所下降，碳屑浓度略有减少，相应岩性为黄土，也说明气候趋于干旱。植被为蒿属植物占优势的荒漠草原。

36～33ka B.P.（500～250cm；带T4） 相应岩性为加积型古土壤，说明气候相对湿润，乔木花粉浓度低，意味着没有成片的树林，蒿属花粉颗粒分数达到最大值，藜科花粉颗粒分数低，A/C值较高，指示蒿草草原景观。蒿属花粉绝对浓度上升，白刺属、十字花科和柽柳科花粉绝对浓度也有所上升，总孢粉浓度高，说明气候湿润程度有所上升。＞10μm碳屑浓度达到最高值，也反映气候相对湿润。

33～30ka B.P.（250～50cm；带T5） 相应岩性为黄土，乔木花粉浓度低意味着没有树林，蒿属花粉略有下降，但蒿属植物仍然占优势。A/C值下降，孢粉浓度总体比较高，但是波动剧烈，＞10μm碳屑浓度也有所下降，总体而言，气候比上一带干旱一些。植被为蒿属植物占优势的荒漠草原。

30～28ka B.P.（50～0cm；带T6） 乔木花粉浓度低意味着没有树林，孢粉总浓度和碳屑浓度略有减少，但是蒿属花粉含量略有增加，仍然占据主导，指示蒿属植物仍然占优势，A/C值增加，指示气候湿润程度增加，沉积了一层薄的土壤而不是黄土，也说明环境有所好转。总体而言，气候比上一带轻微湿润，植被为蒿草草原。

5 结论

哈萨克斯坦南部Tramplin黄土－古土壤沉积剖面的孢粉分析揭示了中亚干旱区MIS3a阶段植被和气候演化历史：在整个MIS3a阶段，由于孢粉质量颗粒浓度很低（最大的孢粉质量颗粒浓度才50粒/g），说明研究区植被覆盖度一直很低，指示比较寒冷干旱的气候环境。具体分为6个阶段：41.4ka B.P.以前，植被为蒿属植物占优势的荒漠草原，气候干旱；41.4～40ka B.P.，植被为蒿草草原，气候湿润程度增加；40～36ka B.P.，植被为蒿属植物占优势的荒漠草原，气候湿润程度轻微下降；36～33 ka B.P.，植被为蒿草草原，气候湿润程度增加；33～30ka B.P.，植被为蒿属植物占优势的荒漠草原，湿润程度轻微下降；30～28ka B.P.，植被为蒿草草原，气候湿润程度轻微上升。

B.Aubekerov博士和Nigmatova Saida博士参与野外工作，在此表示感谢。

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