基于孢粉组合研究古气候变化特征<br/>——以秦皇岛市为例

基于孢粉组合研究古气候变化特征
——以秦皇岛市为例

2016-02-05裘琳陈建强李岩峰

地球 2016年12期

关键词：孢粉木本植物禾本科

■裘琳陈建强李岩峰

（1安徽省地质测绘技术院安徽合肥230022；2中国地质大学（北京）北京100083；3中国地震应急搜救中心北京100049）

基于孢粉组合研究古气候变化特征
——以秦皇岛市为例

■裘琳1陈建强2李岩峰3

（1安徽省地质测绘技术院安徽合肥230022；2中国地质大学（北京）北京100083；3中国地震应急搜救中心北京100049）

第四纪地史中，冰川的消长与气候的变化会对植物界产生深刻的影响，因此可以利用研究孢粉的手段来恢复此前的古气候。本文通过对秦皇岛市控制性标准孔的孢粉组合分析，划分出三个孢粉带，六个孢粉亚带孢粉组合，其中孢粉带Ⅰ、Ⅱ了反映了更新世晚期的寒冷干燥的气候特点，孢粉带III反映了全新世中晚期的气候特点。同时通过与深海氧同位素及南极冰芯的对比研究，秦皇岛市植被类型与古气候受冰期-间冰期的影响显著。

孢粉组合秦皇岛市古气候晚更新世

1 引言

对新生代以来的地层，运用孢粉学手段可以再造各种不同地貌单元上的植物景观，恢复当时的古气候，从而推演古气候的变化规律。

本文基于河北省秦皇岛市城市活断层探测及地震危险性评价，在秦皇岛市北戴河地区选择钻孔位置施工，命名ZK01，通过对ZK01剖面的孢粉数据进行对比分析，不仅可以划分和对比地层，确定地层年代，而且还可以研究和恢复当地的古植被、古气候和古地理。

2 孢粉分析原理

孢粉是植物的繁殖细胞。孢粉对于分解作用和物理破坏具有较强的抵抗能力，所以一定区域内的孢粉组合是这个区域植被的总体反映。第四纪古气候与其它地质历史时期相比，以其显著变冷为特征，不仅反映为全球变冷，而且又有多次冷暖干湿的波动。随着第四纪气候的不断变化，导致植物区系的形成和发展，现代植被只是第四纪植被发展和演化的继续。植物群落的变化是气候冷暖干湿波动最灵敏的反映标志。一定的孢粉组合反映一定的植物群，而一定的植物群要求有一定的气候条件和生态环境，所以孢粉组合能够很好地反映古地理环境。在正确地建立孢粉组合序列的基础上，推断其植被发展历史和植被发展阶段，进而恢复古气候与环境。

3 孢粉组合花粉类型

秦皇岛标准孔位于秦皇岛市北戴河森林公园里。该钻孔共取样分析30件，样品的采样深度范围为2.2－31.5m。30件样品共鉴定得到花粉3498粒，平均每件样品含约116.6粒。孢粉类型涉及56个。孢粉组合中占优势的为草本植物花粉（百分含量约80.6%），排名其次的为木本植物花粉（百分含量约18.0%），含量约1.4%的为蕨类孢子，零星可见极少量的水生草本植物花粉。

3.1 木本植物花粉

木本植物中占优势为松（Pinus），少量含有桦木（Betula）、栎(Quercus)、榆（Ulmus）、铁杉（Tsuga）、栗(Castanea)、云杉（Picea）、柏科（Cupressaceae）等。

3.2 草本植物花粉

样品检测中的草本植物花粉含量丰富，主要有藜科（Chenopodiaceae 葎

）、草（Humulus）、蒿（Artemisia）、禾本科（Gramineae)、毛茛科（Ranunculaceae）、蔷薇科（Rosaceae）、莎草科（Cyperaceae）等。

3.3 蕨类植物孢子

蕨类植物孢子含量较少，主要为铁线蕨(Adiantum)、真蕨纲(Filicale)及中华卷柏（Selaginella sinensis）等。

4 孢粉带

根据孢粉含量的变化特征，结合岩性特征、钻孔深度和光释光的年龄数据来综合分析，可将孢粉划分为三个带，6个亚带。

4.1 孢粉带Ⅰ

此带总体来说孢粉贫乏，浓度小于15粒/克。草本植物花粉含量较多，大于90%，木本植物花粉含量较少，小于15%。几乎不含有蕨类植物孢子。草本植物花粉的藜科、蒿及葎草、禾本科含量较多，木本植物花粉中含量较多的为桦、松，还含有少量的栎、榆、绣线菊。蕨类植物的孢子中只含有少量的中华卷柏。根据各种类孢子花粉含量的变化，可以细分为两个亚带：亚带Ⅰa；亚带Ⅰb。

亚带Ⅰa：

此孢粉组合中，草本花粉占优势，为76.8293%至96%，以蒿和藜为主要成分，禾本科次之，同时还含有少量的毛茛科及葎草；木本花粉含量为6.25%至23.1707%，以松为主要成分，同时含有极少量的栎；没有发现蕨类孢子花粉。

亚带Ⅰb：

此孢粉组合中，草本花粉含量为81.7073%至96%，以蒿和藜为主要成分，禾本科次之，最高含量达31.25%，同时还含有少量的毛茛科及葎草；木本花粉以松为主要成分，同时含有一定数量的桦、榆、栎；孢子含量最高为2.43902%，主要为卷柏与中华卷柏，含量极少。

4.2 孢粉带Ⅱ

此带孢粉也较贫乏，浓度最大48粒/克。草本植物花粉含量大于85%，藜科约35%，蒿约25%。木本植物花粉含量小于15%，以松为主要成分。蕨类植物含有极少量的铁线蕨。根据各种类孢子花粉含量的变化，又可以细分为两个亚带：亚带Ⅱa；亚带Ⅱb

亚带Ⅱa

此孢粉组合中，草本花粉以蒿和藜为主要成分，其次为禾本科，含量达到82.2917%至90.5172%；木本花粉以松为主要成分，含量达到9.48276%至17.7083%，含有少量的榆、栎；孢子含量主要为真蕨纲，含量约为3.66972%

亚带Ⅱb

此孢粉组合中，草本花粉以蒿和藜为主要成分，其次为禾本科，，含量达到84.8485%至86.1386%，草本植物花粉的含量与亚带Ⅱa相比有少许减少，而木本花粉含量与亚带Ⅱa相比有少许增加，为11.8812%-15.1515%，木本植物中以松为主，含有少量的栎、榆；孢子主要为真蕨纲，含量最高约为1.9802%。

4.3 孢粉带Ⅲ

此孢粉带孢粉含量丰富，最高约为1747.5粒/克。孢粉组合中依然以草本植物花粉占绝对优势；木本植物花粉含量次之。蕨类植物孢子含量很少。草本植物中主要是蒿，其次为禾本科、藜科。木本植物中主要为松（Pinus），其次为栎(Quercus)、柳(Salix)和桦(Betula)。蕨类植物孢子含量较少，主要有中华卷柏和真蕨纲。可以细分为两个亚带：亚带Ⅲa；亚带Ⅲb

亚带Ⅲa

草本植物花粉为主,以蒿为主要成分，其次为藜和禾本科，含有少量的毛茛科、蔷薇科、葎草及莎草科等；木本植物花粉以松为主要成分，含有少量的栎、榆、胡桃。蕨类孢子主要成分为真蕨纲。

亚带Ⅲb

此孢粉组合中，草本植物花粉为主,以蒿和藜为主要成分，其次为禾本科，含有少量的毛茛科、蔷薇科、葎草及莎草科等。木本植物花粉以松为主要成分，含有少量的栎、榆、胡桃。蕨类孢子花粉含量约1.98675%至3.16901%，孢子花粉主要为中华卷柏、真蕨纲及铁线蕨。中华卷柏的出现可以反映出气候较干旱温和，指示间冰期的温暖偏干气候环境。

下图分别为孢粉（总花粉）图式。

总花粉图式（红色为测年数据）

5 孢粉组合带对应的地层划分

亚带Ⅰa：蒿、藜科、禾本科、松、毛莨科、葎草、狐尾藻，反映一种草原植被类型，反映一种寒冷偏湿的气候环境，地层划分为更新统上部。

亚带Ⅰb：蒿、藜科、禾本科、松，反映一种草原植被类型，反映一种寒冷干燥的气候环境，地层划分为更新统上部。

亚带Ⅱa：蒿、藜科、禾本科、松、葎草、香蒲，反映一种草原植被类型，反映一种寒冷偏湿的气候环境，地层划分为更新统上部。

亚带Ⅱb：蒿、藜科、禾本科、松，反映一种草原植被类型，反映一种寒冷干燥的气候环境，地层划分为更新统上部。

亚带Ⅲa：松、榆、蒿、藜科、禾本科、胡桃、绣线菊，反映一种森林草原植被类型，反映一种温凉偏干的气候环境，地层划分为全新统下部。

亚带Ⅲb：松、桦、栎、榆、蒿、藜科、中华卷柏，反映一种针阔叶混交疏林草原植被植被类型，反映一种温暖湿润的气候环境，地层划分为全新统中上部。

总的来说，孢粉带Ⅰ、Ⅱ，反映了反映了更新世晚期的寒冷干燥的气候特点，孢粉带III反映了全新世中晚期的气候特点。孢粉组合带的划分反演了秦皇岛市晚更新世以来的植被类型，孢粉组合Ⅰ、II反映了当时的一种草原植被景观，孢粉组合Ⅲ反映了当时的森林草原植被景观。

6 秦皇岛市孢粉组合与深海氧同位素及极地冰芯的对比

在末次冰期内部，秦皇岛控制性标准孔孢粉组合也表现出次一级的气候变化旋回。自上而下分对应氧同位素阶段2、3、4，对应气候是寒冷干燥，反映了草原植被景观，以草本植物占80%-90%，以蒿、藜科及禾本科居多；其次为草本植物花粉，约10%-20%，以松较多，还有很少量的榆、栎、桦、柳。最少的为蕨类植物花粉，约0-5%，虽然含量较少，但是也存在一些标志性的蕨类植物花粉，如中华卷柏及狐尾藻。氧同位素4对应本文孢粉组合带的Ⅰa；氧同位素3对应本文孢粉组合带Ⅰb；氧同位素2对应了本文孢粉组合带Ⅱ，此带与孢粉组合带Ⅰb相比，木本植物变少，草本植物变多，同时含有极少量的蕨类植物孢子。

格陵兰冰芯记录中，全新世是第四纪最近的一次冰川消融期，也称冰后期，对应了深海氧同位素1段，本文孢粉组合带Ⅲ对应了氧同位素阶段1，对应了全新世温暖的气候特点，与此相对的是孢粉组合带Ⅲ，此带组合中反映温暖气候的木本植物花粉含量增多，反映干燥寒冷的草本花粉含量减少，具有指示性德蕨类植物孢子含量相对变多如中华卷柏等。如下图。

通过与南极冰芯及深海氧同位素对比分析，秦皇岛市气候特点受冰期-间冰期影响较显著。深海氧同位素阶段1反映全新世间冰期气候特征，与本文的孢粉组合带Ⅲ对应。深海氧同位素阶段2反映更新世晚期冰期的冰阶气候特征，与本文孢粉组合带Ⅱ对应。深海氧同位素阶段3反映更新世晚期冰期的间冰阶气候特征，与本文孢粉组合带Ⅰb对应。深海氧同位素阶段4反映更新世晚期冰期的冰阶气候特征，与本文孢粉组合带Ⅰa对应。如下图。