南海东部ZSQD225柱状样的孢粉记录及其古环境意义

2015-04-11高红芳

地质学刊 2015年1期

荆夏，陈芳，高红芳，李顺

(1.国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东广州 510075;2.广州海洋地质调查局，广东广州510075)

0 引言

研究海洋沉积物中较丰富的孢粉，在恢复周边陆地古植被、古气候，为海陆气候演变的相互对比提供依据等方面具有重要意义。20世纪70年代末期，我国开展了深海大洋沉积和钻孔岩芯中孢粉的调查和研究，王开发等(1987a;1987b;1990;1993)先后对东海、黄海、渤海、南海的柱状剖面样品和海底表层沉积物进行了系统的孢粉研究。许多学者对南海第四纪孢粉做了大量的工作(雷作淇等，1990;孙湘君等，2001;罗运利等，2005，2007;袁金红等，2005;王晓梅等，2007;张玉兰等，2007，2010，2012;张玉兰，2008;罗传秀等，2012)，对海南岛地区、南海北部、东部、南部海域的柱状样品和表层样品均有涉及，对其孢粉组合、古环境古气候演变、高分辨率孢粉记录、对全球气候变化的响应及千年尺度气候事件等方面做了探讨，为南海钻孔的孢粉记录提供了丰富详实的资料。

研究区位于吕宋岛以西，属于南海中热带。中热带包括卢邦岛以北，巴士海峡以南，年平均气温为25.5～27.2℃，年降水量为1 446～4 177 mm，每年有5～6个月为旱季。地带性植被为热带季雨林(陈史坚，1992)。

1 材料与方法

1.1 材料

ZSQD225柱状样位于南海东部(图1)，水深3 950 m，孔深757 cm，岩性以土黄色、浅灰色硅质软泥、硅质黏土、含钙质硅质黏土为主，夹多层黑褐色细砂质粉砂。共取样149个，取样间隔5 cm。经孢粉分析处理，绝大部分样品含丰富孢粉。

1.2 样品分析方法

样品的孢粉处理采用重液浮选法。取干样20 g，加入适量盐酸至反应彻底结束，然后用纯净水洗至中性;加入适量氢氟酸(40%)至反应彻底结束(24h以上)，水洗至中性;加入适量稀盐酸(10% ～15%)，加热至液体透明，水洗至中性;将样品用相对体积质量为2.1的重液进行浮选，浮选液用10 μm的网筛在超声波作用下过筛，使孢粉相对富集。将处理好的孢粉悬浮液用冷杉胶制成固定薄片，在Zeiss Axioskop 40生物显微镜下进行鉴定和统计。将统计结果换算为丰度值(粒/g)和质量分数进行数据分析对比。

图1 南海东部ZSQD225柱状样位置图Fig.1 Map showing location of the core ZSQD225 in the eastern South China Sea

取7个沉积物全碳样品进行AMS14C年代测定，结果见图2。

2 孢粉组合特征

ZSQD225柱状样共鉴定出142个孢粉类型，其中木本植物花粉107个，草本植物花粉7个，蕨类植物孢子28个。孢粉丰度在0～310粒/g之间，仅405 cm 1处样品未见化石。根据各类型孢粉质量分数及丰度变化，将本柱状样自下而上划分为5个孢粉组合带(图2)。

Ⅰ带：Polypodiaceae－Pinus－Quercus－Pteris－Cyathea。位于615～757 cm，孢粉丰度1～42粒/g。以蕨类植物孢子占优势，质量分数为38% ～100%;其次为木本植物花粉，其中裸子植物花粉平均质量分数为21.0%，被子植物花粉平均质量分数为17.0%;草本植物花粉平均质量分数＜3%。木本植物花粉中以松(Pinus)占优势(平均15.1%)，以及较多的栎(Quercus)(7.0%)，此外还含有一定量的罗汉松(Podocarpus)、泪杉(Dracrydium)、栲(Castanopsis)，以及少量的铁杉(Tsuga)、木兰(Magnolia)、鹅耳枥(Carpinus)、枫杨(Pterocarya)、夹竹桃科(Apocunaceae)、竹节树(Carallia)、柳(Salix)等;草本植物花粉主要是禾本科(Gramineae)(1.0%)，还有少量的苦苣苔科(Gesneriaceae)、蒿(Artemisia)、蓼(Polygonium)等;蕨类植物孢子中以水龙骨科(Polypodiaceae)质量分数最高(30.0%)，鳞盖蕨(Microlepia)次之(20.0%)，凤尾蕨(Pteris)、石松(Lycopodium)、桫椤(Cyathea)也有一定的含量。此外还有少量的膜蕨科(Hymenophyllaceae)、紫萁(Osmunda)等。

图2 南海ZSQD225柱状样孢粉质量分数示意图Fig.2 Schematic diagrams showing sporo and pollen percentage of the core ZSQD225 from South China Sea

Ⅱ带：Quercus－Polypodiaceae－Pinus－Lycopodium－Gramineae。位于415～615 cm，孢粉丰度13～246粒/g，波动较为频繁。蕨类孢子质量分数为31%～77%;木本植物花粉中裸子植物花粉平均质量分数为20%，被子植物花粉平均质量分数为25.0%;草本植物花粉仍较少，平均质量分数为2%。木本植物花粉中以松占优势(平均13.4%)，还有较多的栎(8.6%)，此外还含有一定量的罗汉松、泪杉、栲、铁杉，以及少量的木兰、鹅耳枥、枫杨、柳、胡桃、水青冈(Cyclobalanopsis)、夹竹桃科、油杉(Keteleeria)、杉科(Taxodiaceae)等;草本植物花粉主要是禾本科和苦苣苔科，此外还有少量的蒿、蓼、藜科(Chenopodiaceae)、莎草科(Cyperaceae)等;蕨类植物孢子中以水龙骨科质量分数最高(31.3%)，鳞盖蕨次之(14.1%)，凤尾蕨、石松、桫椤、里白(Hicriopteris)、膜蕨科也有一定的含量，此外还有少量的阴地蕨(Botrychium)、卷柏(Selaginella)等。

Ⅲ带：Polypodiaceae－Microlepia－Castanopsis－Pteris－Pinus。位于255～415 cm，孢粉丰度1～55粒/g。以蕨类植物孢子占优势，质量分数为40% ～81%;木本植物花粉中裸子植物花粉平均质量分数为19.0%，被子植物花粉平均质量分数为17.0%;草本植物花粉含量极少。木本植物花粉中以松占优势(平均 12.7%)，还有较多的栲(4.7%)、栎(4.3%)，此外还含有一定量的罗汉松、泪杉以及少量的木兰、鹅耳枥、枫杨、铁杉、杨梅(Myrica)、蒲桃(Syzygium)、红豆树(Ormosia)、紫金牛(Ardisia)、米仔兰(Aglaia)等;草本植物花粉零星出现了禾本科、蒿等，大部分层位未见;蕨类植物孢子中以水龙骨科质量分数最高(26.2%)，鳞盖蕨次之(22.5%)，含量为各带中最高，凤尾蕨、石松、桫椤、里白也有一定的含量，此外还有少量的阴地蕨、膜蕨科、卷柏属、骨碎补科(Davalliaceae)等。

Ⅳ带：Podocarpus－Artemisia－Castanopsis－Polypodiaceae－Pinus。位于95～255 cm，孢粉丰度15～131粒/g。蕨类植物孢子质量分数为33% ～72%;木本植物花粉中裸子植物花粉平均质量分数为23.6%，被子植物花粉平均质量分数24.9%;草本植物花粉数量略有增多，平均质量分数为4.0%。木本植物花粉中以松占优势(平均15.1%)，以及较多的栲(6.0%)和栎(6.0%)，此外还含有一定量的罗汉松、泪杉，以及少量的竹节树、榛(Corylus)、紫金牛、枫杨、杨梅、酸藤子(Embelia)、水青冈、十齿花(Dipentodon)、杜茎山(Maesa)、桑寄生(Loranthus)等;草本植物花粉出现了较多的蒿(3.3%)及少量的藜科等;蕨类植物孢子中以水龙骨科质量分数最高(22.8%)，鳞盖蕨次之(13.7%)，凤尾蕨、石松也有一定含量。此外还有少量的桫椤、里白、蹄盖蕨(Athyrium)、卷柏、膜蕨科、骨碎补科等。

Ⅴ带：Artemisia－Castanopsis－Polypodiaceae－Pinus－Quercus。位于0～95 cm，孢粉丰度为1～310粒/g。蕨类植物孢子质量分数为30% ～64%;木本植物花粉中裸子植物花粉平均质量分数为26.1%，被子植物花粉平均质量分数为25.1%;草本植物花粉数量明显增多，平均值6.0%。木本植物花粉中以松占优势(平均值20.2%)，还有较多的栲(6.0%)、栎(5.2%)，此外还含有一定量的罗汉松、泪杉以及少量的枫杨、杨梅、铁杉、杉科、桑科(Moraceae)、柳、桤木(Alnus)、桦(Betula)、山龙眼(Helicia)、蒲桃等;草本植物花粉以蒿(4.5%)为主，还有少量的苦苣苔科、蓼、禾本科、藜科等;蕨类植物孢子中以水龙骨科质量分数最高(22.5%)，鳞盖蕨次之(15.0%)，凤尾蕨、石松、桫椤、里白属也有一定的含量。此外还有少量的蹄盖蕨、膜蕨科等。

3 古气候、古环境演变

依据生态类型，将松属以外的孢粉类型划分为以下几个组(罗运利等，2005;袁金红等，2005)：草本植物花粉、山地针叶乔木、热带山地针叶乔木、温带落叶乔木、红树林、低山雨林、热带低地雨林，此外还有丰富的蕨类孢子。根据各生态组花粉质量分数的变化，可将ZSQD225柱状样自下而上划分为4个古气候古环境演变阶段(图3)。

(1)相当于孢粉Ⅰ带、Ⅱ带。此阶段植被中数量较多的是低山雨林、热带低地雨林、高山雨林、温带落叶乔木，山地针叶乔木也有一定的含量，还有较多喜湿热的蕨类孢子。山上海拔最高处生长着铁杉、冷杉(Abies)、云杉(Picea)等植物，向下有较多的针叶乔木松生长，罗汉松和泪杉也有一定的数量;海拔较低处依次生长着鹅耳枥、枫杨、柳、胡桃(Juglans)等温带类型植被和喜暖的木兰、夹竹桃、山核桃(Carya)、漆树科(Anacardiaceae)、桃金娘科(Myrtaceae)、楝科(Meliaceae)植物，海滨有少量的红树林生长，喜干的蒿等草本植物较少，林下蕨类植物比较繁盛。反映了当时的气候条件温暖潮湿，高山上因海拔较高而存在温凉环境下生长的植物，海平面略有上升。

(2)相当于孢粉Ⅲ带。此阶段植被中鹅耳枥、枫杨、柳、胡桃等温带落叶乔木明显减少，草本植物如蒿等也大幅减少，代表温凉环境山地针叶乔木如铁杉、云杉、冷杉等明显减少，红树林略有减少，栎、栲等低山雨林类型减少，代表热带亚热带植物类型的热带低地雨林略有增多，喜湿热的蕨类孢子增多，说明气候比上一阶段变得更为炎热潮湿。

图3 南海ZSQD225柱状样古气候古环境综合图Fig.3 Diagrams showing comprehensive paleoclimate and paleoenvironment of the core ZSQD225 in South China Sea

(3)相当于孢粉Ⅳ带。草本植物较上一阶段明显增多，特别是蒿属，山地针叶乔木只见零星出现，代表凉湿环境的热带山地针叶乔木大幅增多，温带落叶乔木略有增多，红树林明显增多，低山雨林明显增加，蕨类孢子有所减少。说明海平面有所上升，高山上的针叶林范围减小，草地范围扩大，气候与上一阶段比变得较为温暖湿润。

(4)相当于孢粉Ⅴ带。蒿属等草本植物含量有所增加，山地针叶乔木略有增多，而热带山地针叶乔木大幅减少，红树林未见出现，温带落叶乔木略有增多。表明气候有所变干，为温暖稍干气候。到孢粉Ⅴ带的顶部，草本植物和温带落叶乔木大幅减少，蕨类植物增多，松的含量也明显增多，而栎、栲和热带亚热带植物也大幅减少，可能与人类活动影响有关，气候出现向炎热湿润转变的趋势。

(5)地层时代讨论。从7个沉积物全碳样品的AMS14C年龄测试结果来看，年龄测试的精度不高，且在下部出现了倒置的情况，大于3万a时AMS14C提供的年龄可能偏年轻，因此要准确厘定该柱状样的地层时代，需参考其他测年资料综合考虑。

张玉兰等(2008)对南海东部184站钻孔做了孢粉研究，该钻孔与本次研究的柱状样位置较为接近，可以进行对比(表1)。

表1 ZSQD225柱状样与184站孢粉带、古气候与氧同位素分期对比Table 1 Comparison of pollen zone，paleoclimate and oxygen isotope stages between the cores ZSQD225 and 184

根据2个钻孔孢粉带所反映的气候变化，结合184站钻孔的氧同位素测年资料及ZSQD225柱状样AMS14C年龄测试的部分结果，ZSQD225柱状样的地层时代可大致划分如下：孢粉Ⅲ带相当于MIS5，孢粉Ⅳ带相当于MIS3—MIS4，孢粉Ⅴ带中、下部相当于MIS2，孢粉Ⅴ带顶部相当于MIS1。

4 结论

(1)南海东部ZSQD225柱状样的孢粉记录自下而上可划分为5个孢粉组合带：Ⅰ带：Polypodiaceae－Pinus－Quercus－Pteris－Cyathea;Ⅱ带：Quercus－Polypodiaceae－Pinus－Lycopodium－Gramineae;Ⅲ带：Polypodiaceae－Microlepia－Castanopsis－Pteris－Pinus;Ⅳ带：Podocarpus－Artemisia－Castanopsis－Polypodiaceae－Pinus;Ⅴ带：Artemisia－Castanopsis－Polypodiaceae－Pinus－Quercus。

(2)研究区古气候古环境的变化可分为4个阶段，经历了温暖潮湿—炎热潮湿—温暖湿润—温暖稍干的变化过程，到孢粉Ⅴ带顶部气候出现向炎热湿润转变的趋势。

(3)通过与南海东部184站钻孔的对比，可以将ZSQD225柱状样的地层时代大致划分为：孢粉Ⅲ带相当于MIS5，孢粉Ⅳ带相当于MIS3—MIS4，孢粉Ⅴ带中、下部相当于MIS2，孢粉Ⅴ带顶部相当于MIS1。

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罗运利，孙湘君.2005.末次冰期以来南海北部孢粉记录的植被演化及千年尺度气候事件［J］.科学通报，50(7)：691－697.

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王开发，孙煜华，张玉兰，等.1987a.东海沉积孢粉藻类组合［M］.北京：海洋出版社.

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王开发.1993.渤海沉积孢粉藻类组合与古环境［M］.北京：地质出版社.