浙江北湖桥岩芯记录的早—中全新世环境演变

叶　玮　程龙娟　朱丽东　李凤全　王天阳　金莉丹

(浙江师范大学地理与环境科学学院　浙江金华　321004)



浙江北湖桥岩芯记录的早
—中全新世环境演变

叶玮程龙娟朱丽东李凤全王天阳金莉丹

(浙江师范大学地理与环境科学学院浙江金华321004)

摘要通过对浙江余杭北湖桥钻孔(简称BHQ孔)沉积物中总有机碳(TOC)和碳同位素(δ13Corg)的分析，结合碳氮比(C/N)、粒度参数、年代和孢粉资料，探讨了研究区域早中全新世期间气候演变规律。结果表明，BHQ孔所在区域早中全新世期间，环境变化可以划分为3段：①11.4～8.7 ka B.P.，δ13Corg在-27.24‰～-23.4‰范围内波动升高，TOC含量(0.19%～0.69%)呈显著增加趋势，指示气候由冷干逐渐转向温湿。②8.7～8.0 ka B.P.，TOC含量偏低，δ13Corg(-24.91‰～-22.93‰)较为偏正，指示气候呈冷干—温湿—温干。③8.0～4.2 ka B.P.，TOC含量(0.18%～2.18%)和δ13Corg(-26.33‰～-19.09‰)变化频繁且幅度较大，但整体上TOC含量偏高，δ13Corg偏负，指示该段时期内气候总体呈暖湿特征，且存在不同尺度的冷暖波动。其中在8.0～5.7 ka B.P.期间，TOC含量(0.43%～2.18%)明显偏高，δ13Corg(-25.79‰～-23.15‰)明显偏负，指示气候温暖湿润，对应于区域全新世大暖期；此外本段时期内还记录到5.5 ka B.P.和4.2 ka B.P.两次冷事件。由此表明湖沼相沉积物TOC及δ13Corg可以记录降水量和温度的变化状况，能有效指示古气候的变化规律，同时研究结果初步揭示了浙北地区早中全新世期间气候演变特点。

关键词BHQ钻孔总有机碳有机碳同位素早中全新世全新世大暖期

全新世是与人类关系最为密切的一段时期，它记录了人类文明的进程，不同地区利用不同代用指标对全新世环境气候的研究成果丰富。研究区域位于北半球中纬度亚热带东部季风区，地形多样，河网密布，古文化遗址分布广泛，易受海平面波动影响，是对全球气候变化响应较为敏感的地带。目前对全新世气候环境变迁的研究成果丰富[1-5]，但对浙江境内全新世气候环境的系统研究却显不足。学者们通过孢粉组合[6-7]、全新世地层分析[8-9]、有孔虫分析[10]、粒度和地球化学指标及古人类遗址[11-13]等对浙江部分地区进行了全新世环境演变的研究，但在全新世分期、特殊环境事件辨识方面研究较为薄弱，这给区域古环境对比带来困难，进而影响人们对古文化发展演化环境背景的认识。湖泊或湖沼沉积物中总有机碳(TOC)及有机碳同位素(δ13Corg)是反映沉积物有机质来源的重要参数[14-15]，已有不少研究表明总有机碳及其同位素作为环境的代用指标，虽然具有气候指示的多解性和复杂性，但在古气候重建领域依然得到广泛的应用[16-21]。因此，本文基于对浙江北湖桥岩芯(BHQ孔)总有机碳含量及碳同位素记录的分析，结合粒度、AMS14C年代数据、碳氮比和孢粉研究成果，综合分析BHQ孔所在地区早中全新世期间的气候变化特征，探讨区域环境变化对全球气候变化的响应模式，勾画出该时段考古文化形成的环境背景。

1区域概况

杭嘉湖平原位于太湖以南，天目山以东，杭州湾和钱塘江以北，东边大致以江苏吴江至上海市金山一线与东太湖平原和长江三角洲平原相连接，区域内地势低平，平均海拔在2～4 m，河网密布[8]。气候属于北亚热带南部向中亚热带北缘过渡类型，年平均降水量可达1 000～1 400 mm，降水主要集中在夏秋季，年均温15℃～16℃，≥10℃积温4 700℃～4 800℃，无霜期长达210～230天[11]。

研究区域位于杭嘉湖平原西南部，地表水系较为发达，但流域面积较小，多数河流发源于浙西北的天目山和莫干山，并向东或向北注入东海和太湖[22]。北湖桥钻孔位于东苕溪流域上游低山丘陵与平原过渡带(图1)，沉积类型以湖沼沉积为主，厚度在15～30 m之间[11]。

图1　BHQ孔的地理位置Fig.1　Location of BHQ Core site

2分析方法

综合研究区地形、沉积特征和古人类遗址分布等因素，选择在浙北杭嘉湖平原与浙西中山丘陵交界处的北湖草荡进行钻孔取样，钻孔孔号为ZK4，钻孔型号为100型，孔径10 cm，地理位置为30°22.443′ N，119°56.237′ E，海拔6 m，孔深19.0 m，编号为BHQ[11]。岩性为灰色、灰黄色黏土和粉砂，其间夹杂有植物碎屑、铁锰结核和钙结核等，其中，距地表0～1.625 m、2.35～4.775 m之间存在缺失(未能获取完整的柱样)。本文取样范围为距地表4.775～19 m，取样间隔10 cm，根据沉积特征在有些深度加密取样，共获得136个碳同位素分析样品。粒度样品按2.5 cm间隔取样，样品数量为535个。

样品总有机碳及其同位素分析由国家海洋局第三海洋研究所稳定同位素质谱实验室协助完成，分析仪器为稳定同位素质谱仪(Delta V Advantage )，分析误差<0.2‰。粒度和全氮的测定工作在浙江师范大学地理过程实验室完成，粒度数据由英国Malvern仪器有限公司生产的Mastersizer2000型激光粒度仪测定；全氮由ANT—300全自动定氮仪测定。

BHQ样柱共有8个测年数据，由北京大学核物理与核技术国家重点实验室加速器质谱仪实验室-第四纪年代测定实验室和美国迈阿密贝塔分析实验室(Beta Analytic Inc)共同完成，其中共4个有效的AMS14C年代数据为7 095±35 a B.P.、7 170±70 a B.P.、7 520±40 a B.P.和9 570±90 a B.P.，分别位于样柱深度8.75～8.80 m、8.95～8.90 m、12.675～12.725 m和18.30～18.35 m，由Calib 7.1软件校正为日历年(分别为7 872～7 895 a B.P.、7 931～8 048 a B.P.、8 323～ 8 389 a B.P.和10 918～11 089 a B.P.)，其与深度具有很好的相关性(R2=0.935)。根据已测定的粒度数据和岩性特征，在对整个样柱分层的基础上，结合已测得年代数据，计算出各层的沉积速率并推算整段年代，其中8.75～8.80 m和8.95～8.90 m两组数据控制的层段沉积物岩性为黏土质粉砂，计算出8.9～6.7 m段沉积速率为0.094 3 cm/a，并以此沉积速率进行外推，至8.9 m处和6.7 m处沉积年代分别为8 016.5 a B.P.和5 684.5 a B.P.；8.9～17 m段沉积岩性为粉砂，以12.675～12.725 m处实测年代为控制点，结合8.9 m处推测年代，计算得到粉砂段沉积速率为1.119 cm/a，同理推算出17 m年代为8 739 a B.P.；17～18.5 m段沉积物为黏土质粉砂，结合18.30～18.35 m处实测年代和17 m推算年代，计算出该段沉积速率为0.058 5 cm/a；19～18.5 m为粉砂质砂，按照粉砂段沉积速率推算出底界年代为11 363 a B.P.；6.7～4.775 m沉积类型为粉砂和黏土质粉砂，利用内插和外延法，按照8.9～17 m和8.9～6.7 m段沉积速率，推算出顶界4.775 m处年代为4 178 a B.P.，进而得到整个样柱各段的年代。

另外，4.775～8.75 m范围内分别在样柱深度4.9～4.925 m、5.02～5.05 m、6～6.05 m和6.95～6.975 m于不同时间共送4个样进行AMS14C测年，但均因碳含量偏低而未测出相应年代数据。针对该问题，除了上述利用内插和外延法推算年代外，在北湖草荡BHQ钻孔附近还采集一平行样柱，编号为BHQ-2，并由美国迈阿密贝塔分析实验室(Beta Analytic Inc)进行AMS14C年代测定，根据两个钻孔沉积类型对照以及现有年代推算[23]，可知两根样柱沉积类型基本对应，因此间接证明了BHQ孔年代推断的合理性(图2)。

图2　BHQ与BHQ-2孔岩性对照Fig.2　Lithology comparison between BHQ and BHQ-2 Core

3实验结果与分析

3.1沉积物粒度组成与分布特征

粒度分析结果(图3)显示，BHQ孔沉积物以粉砂组分(4～63 μm)占优势，其含量为20.63%～88.91%，平均值为71.58%；黏土组分(<4 μm)占11.09%～41.01%，平均值为24.13%；砂组分(>63 μm)含量为0～67.88%，平均值为4.23%。按照国际三角图图解法，沉积物多属于粉砂和黏土质粉砂。

图3　BHQ孔沉积物粒度分布特征Fig.3　Distribution characteristics of grain sizes in sediments of BHQ Core

根据样柱沉积物粒度组成的变化特点，将整个样柱分为以下几段：

(1) 19～18.5 m，该段为粉砂质砂，砂含量平均值为39.09%，粉砂含量平均为40.87%，黏土含量平均值为23.04%。由下而上黏土和粉砂含量波动上升，砂含量则波动下降，沉积物粒径由粗逐渐变细。

(2) 18.5～17 m，黏土质粉砂，黏土含量平均值为30.73%，粉砂含量平均达到68.48%，砂含量平均仅为0.79%。该段黏土平均含量较下段增高，粉砂含量由下而上有逐渐增加趋势。

(3) 17～8.9 m，粉砂，黏土和粉砂平均含量分别为20.02%和75.25%，砂平均含量为4.73%，由下向上呈逐渐减少趋势。此段中，在孔深12.65～8.9 m内，黏土含量明显增加，砂含量减少并趋于零。

(4) 8.9～4.775 m，以黏土质粉砂沉积为主，黏土、粉砂和砂的平均含量分别为30.04%、69.4%和0.56%。根据粒度曲线变化特征，本段自下而上可进一步分为三层：第一层(8.9～6.7 m)和第三层(6.125～4.775 m)为黏土质粉砂，黏土含量平均值分别为34.3%和28.5%，粉砂平均为65.62%和70.04%；第二层(6.7～6.125 m)为粉砂，与第一层相比，黏土含量减少，粉砂含量平均值上升为80.9%。

3.2沉积物TOC、δ13Corg和C/N变化特征

根据实验结果(图4)，BHQ孔柱状沉积物δ13Corg变化在-27.24‰～-19.09‰，平均值为-24.06‰；TOC变化范围在0.18%～2.18%之间，平均为0.48%；C/N值(4.65～19.59)自下而上波动上升，平均值为10.7。通过对BHQ孔TOC与δ13Corg间的相关性分析(表1)，发现两者之间总体存在较弱的负相关关系，相关系数R值为-0.287。根据上述资料，BHQ孔由下而上可分为四段：

第一段(19～17 m)，δ13Corg在-27.24‰～-23.4‰间变化，平均为-24.73‰，TOC变化范围为0.19%～0.69%，平均0.49%，TOC与δ13Corg之间呈明显正相关，相关系数达到0.767。C/N值在4.65～12.02之间波动，平均值为8.13，总体偏小。本段又可以分为上下两部分：下部19～18.5 m，δ13Corg平均值为-26.9‰，较全孔均值明显偏负，并在18.71 m处达到全孔最低值(-27.24‰)，TOC和C/N均值分别为0.34%和7.57，低于全孔均值；上部18.5～17 m，TOC平均含量为0.53%，明显高于下部，δ13Corg平均值为-24.05‰，相比下部偏正，C/N平均值增加至8.31，且波幅变大(4.65～12.02)。

图4　BHQ孔沉积物岩性特征和TOC及δ13Corg、C/N变化曲线Fig.4　Lithological features and content changes of TOC, δ13Corgand C/N ratio in sediments of BHQ Core

4.775～19/m4.775～8.9/m6.7～8.9/m8.9～17/m17～19/mTOC与δ13Corg的Pearson相关性-0.287**-0.437**-0.455*-0.428**0.767**显著性(双侧)0.0010.0050.03800样品数量(N)13639217621

注：置信水平：**. 在0.01水平(双侧)上显著相关；*.在0.05水平(双侧)上显著相关。

第二段(17～8.9 m)，δ13Corg与TOC总体变化不大，其均值分别为-23.92‰和0.4%，两者之间呈负相关(R=-0.428)，C/N平均值(10.34)较第一段明显增加。该段由下而上进一步分为上、中、下三部分：下部(17～11.5 m)，TOC含量明显下降，平均值(0.29%)低于整段均值；δ13Corg平均值为-23.87‰，与全段均值接近，但略高于全孔均值；C/N在5.89～13.76之间剧烈波动，平均为9.94。中部(11.5～11.05 m)，δ13Corg与TOC出现突变，TOC与δ13Corg之间呈现显著反向波动变化，其中，δ13Corg平均值为-24.62‰，较全段均值明显偏负，TOC平均值(0.7%)明显高于全段均值；与此对应，C/N平均值(10.95)增大。上部(11.05～8.9 m)，TOC变化在0.36%～0.61%间，平均为0.44%，明显较中部低，但略高于底部；δ13Corg均值为-23.81‰，较中部偏正而与下部接近；C/N在6.21～13.61之间波动，平均为10.98，和中部相似。

第三段(8.9～6.7 m)，TOC平均含量1.06%，最高达2.18%，是全孔最高层段，但整体由下而上呈波动下降；δ13Corg变化在-25.79‰～-23.15‰之间，平均含量为-24.67‰，较第一、二段明显偏负；C/N在7.61～14.79间波动，平均达到12.7，明显高于第一、二段。本段TOC与δ13Corg之间呈负相关关系，相关系数-0.455。

第四段(6.7～4.775 m)，TOC均值为0.32%，是四段中TOC均值最小的层段；δ13Corg则在-26.33‰～-19.09‰之间变化，平均为-23.23‰，与第二段均值接近；C/N在5.97～19.59范围内，平均为12.85，成为全孔C/N均值最高的层段。该段由下而上又可以分为三部分：下部(6.7～6.175 m)，TOC在0.18%～0.23%范围内波动，均值为0.2%，明显低于全孔均值；δ13Corg含量变化在-24.62‰～-23.32‰之间，平均为-23.79‰，接近本段均值；C/N平均为7.6，明显低于本段均值。中部(6.175～5.825 m)，TOC含量(0.39%～0.63%)升高，平均为0.51%，高出全段均值；δ13Corg含量在-26.33‰～-25.31‰之间，平均为-25.86‰，为全孔最偏负的段层；C/N平均为15.72，为全孔各段平均最高，并在6.05 m出现全孔最大值(19.59)。上部(5.825～4.775 m)，TOC含量显著下降，平均为0.3%；δ13Corg明显偏正，并达到全孔最大值(平均为-21.75‰)，而C/N均值达到14.5，为全孔次高值。

4结果与讨论

4.1沉积物TOC、δ13Corg及C/N所指示的环境意义

前人研究表明，沉积物TOC及δ13Corg含量高低主要取决于沉积物有机质来源。对于湖泊而言，沉积物有机质主要来自湖泊内生植物和外源陆生植物，陆生植物按其不同的光合作用机理可以划分为C3、C4和CAM三类植物[24-25]。C3类植物多生活在温度较低，日照不强的凉爽湿润环境下，有机质δ13C值分布范围在-37‰～-24‰之间；C4类植物主要生活在温度较高，日照较强的环境中，δ13C值在-19‰～-9‰范围内；而CAM类植物则处于C3和C4两类植物之间，主要生活在极度干旱的环境条件下，有机质δ13C值在-30‰～-10‰之间[26-27]。其中C3类植物分布较为广泛，尤其在中国东部地区，大多数进行光合作用的植物固碳途径是通过C3途径实现[28-30]。湖泊内源植物类型主要分为沉水植物和漂浮植物，其中漂浮植物又包括挺水植物、浮游植物和浮叶植物。沉水植物δ13C含量变化在-20‰～-12‰范围内，相当于重碳同位素[31]，而漂浮植物主要利用大气中的CO2作为光合作用吸收碳，其δ13C较为偏轻，最小可达-35.5‰，其中挺水植物δ13C范围在-30‰～-24‰[26]。因此，沉积物有机质来源明显受到气候的影响[18]。不同地区的研究成果表明，δ13Corg对气候冷暖状况的反映不同。有研究者指出，δ13Corg含量高指示气候的暖期，反之则指示气候的冷期[16,32]，也有研究表明，δ13Corg含量变化与温度之间存在负相关关系[17,33]。显然，利用δ13Corg指标推演环境变化时需要谨慎，不仅要考虑区域环境差异和δ13Corg对气候变化的多解性和敏感程度[18]，还应结合其他代用指标进行综合分析。另外，湖泊沉积物δ13Corg值的高低不仅受气候因子的影响，还可能与成岩作用有关[32]。本文研究的钻孔位于地势低平的亚热带地区，BHQ样柱时间跨度范围为全新世早中期，沉积物松散，可以不考虑成岩作用造成的有机质减少及其对有机碳同位素的影响[28]。综上所述，影响BHQ孔沉积物δ13Corg含量变化的因子主要为有机质来源和气候变化两个方面。

沉积物C/N的大小常作为指示其有机质来源的指标。根据前人研究成果，C/N值大于20，指示湖泊有机质主要来源为陆生植物；C/N分布在4～10，则说明湖泊有机质主要来源于湖泊内生藻类植物；C/N在10～20之间，则反映了湖泊有机质来源兼具外来陆生植物和湖泊内生植物两种类型[28,34-35]。BHQ孔C/N变化范围为4.65～19.59，平均值为10.7，δ13Corg值变化范围为-27.24‰～-19.09‰，平均值-24.06‰，由此可以初步判定，BHQ孔沉积物有机质主要来源为湖泊内生藻类和陆生C3类植物。

由于湖泊沉积物TOC与δ13Corg含量高低对气候变化的指示具有多解性，除了上文中通过利用C/N指标进行沉积物有机质来源的判定外，本文在讨论气候变化时，还对BHQ孔分段进行了δ13Corg与TOC间的相关性分析，结果表明δ13Corg与TOC间关系整体趋于负相关，BHQ孔沉积物有机质总量增加时，有机质δ13C趋于偏负，认为这可能与周边河流所携带的陆生植物有机质的输入有关。周雪花等通过对部分地区湖沼沉积物δ13Corg与TOC相关性阈值分析表明，δ13Corg在TOC含量处于较高阶段时对环境的指示意义可能会更加明确[36]。另外，也有研究表明δ13Corg与TOC间存在或正或负的相关关系[17-18,37-38]。沉积物TOC含量的变化可以直接反映湖泊的生产力状况，还可以说明湖泊有机质的输入情况[39]。温度和降水量则是控制植物生长的关键要素[14,19,40]，因此TOC含量的变化往往和气候因子间关系密切，并直接关系到δ13Corg含量的变化。马龙等[14]对内蒙古高原的安固里淖内陆湖泊采样研究表明，TOC含量高低变化可反映温度的变化，即TOC含量高，温度偏高，反之偏低。Stockhausen[41]认为TOC含量是降水量的代用指标，高TOC表示高降水量，低TOC则指示低降水量。由于BHQ孔所在区域全新世沉积环境主要是湖沼[11]，植物类型以及初级生产力水平的变化受到区域内有效湿度的较多限制，湖区流域内降水量丰富的时期，陆生植物迅速繁殖生长，携带入湖的有机质会明显增加，湖内藻类植物也会由于湖泊水位增加得到充分的繁殖空间，有机物产量高，TOC含量也会相应增加；反之，在较为干旱时期，陆生植物生长受到水分限制，湖内水生植物生长受限，从而使得沉积物有机质含量减少。而湖泊沉积物粒度特征反映了湖泊水动力的特征，间接指示湖泊水位的高低变化，进而反映湖区气候的干湿状况[42-43]。沉积物粒度较粗指示湖泊水位偏低，气候干旱；沉积物粒度较细则指示湖泊水位偏高，气候湿润[11]。BHQ孔沉积物TOC与粒度参数的相关性分析表明，TOC含量与黏土含量间具有显著的正相关关系，相关系数达到0.738(表2)。综合BHQ孔δ13Corg与TOC以及TOC与粒度的相关性分析，本文将TOC作为研究区域降水量的代用指标，将δ13Corg作为温度的代用指标。

4.2BHQ钻孔记录的早—中全新世气候变化特征

基于有机碳资料，并结合孢粉、粒度及年代数据(图5)，可将BHQ孔所在的浙江杭嘉湖平原地区早中全新世期间气候变化划分为3个阶段：

(1) 11.4～8.7 ka B.P.(19～17 m)，粒度由粉砂质砂向黏土质粉砂过渡，C/N在4～12间波动，δ13Corg平均为-24.73‰，TOC平均0.49%，并有逐渐增大的趋势。该段时期内δ13Corg和TOC两者间呈正相关同步上升变化趋势，纵观全样δ13Corg与TOC间相关性分析，该时期是唯一一段表现为正相关关系的层位。本段δ13Corg与TOC含量均较低，在气候干旱期间，苕溪河流对该区域的影响减弱，研究区内为浅湖相环境，内生挺水植物繁盛使得δ13Corg偏负，随着TOC含量增加，降水量呈增加趋势。结合该段孢粉组合特征，孢粉总数量呈现增加趋势，其中乔木占优势，落叶阔叶数量高于针叶，并且落叶栎+栗属花粉含量自下而上呈增加趋势[44]。表明自新仙女木冷期结束后，研究区域气温逐渐升高，湖水面随着降水量增加逐渐扩大，湖泊水位升高则有利于湖泊内生沉水植物繁殖(δ13Corg趋于偏正)，气候特征表现为早期冷干，后期逐渐转为温湿。这与前人的研究结果有较好的吻合度，例如方修琦等利用文献中收集的古温度记录，定量重建了中国全新世百年分辨率气温集成序列，其中早全新世(11.5～8.9 ka B.P.)气候表现为波动升温期[45]，谢树成等对长江中游地区基于泥碳及石笋的研究[46]以及严钦尚等对杭嘉湖平原孢粉分析[8]也得出类似结论。

表2　BHQ孔TOC与粒度参数间相关性

注：**. 在0.01水平(双侧)上显著相关。

图5　BHQ钻孔早中全新世期间各代用指标垂向变化Fig.5　Vertical changes of proxies in BHQ core during Early-middle Holocene

(2) 8.7～8.0 ka B.P.(17～8.9 m)，沉积类型为粉砂，沉积物TOC和δ13Corg呈小幅波动，TOC较早期有所降低，C/N在5.89～12.82之间变动，表明该阶段内有机质来源以湖泊内生植物为主。这一段可分为三个亚段：第一亚段(17～11.5 m)，TOC含量明显下降且低于平均值，对应沉积物中含量偏高的砂(平均为6.56%)，反映了湖水位的下降。综合各项指标推断，该段时期降水减少，湖水变浅。与之对应，δ13Corg则表现为偏正，孢粉数量较全新世早期也有明显下降，反映较为偏冷干的气候特征。第二亚段(11.5～11.05 m)，TOC含量明显升高，远超过全孔均值，δ13Corg较第一、三亚段略有偏负，与此同时，沉积物中黏土含量在本段中显著高于上下相邻层，砂含量则低于上下相邻层。对应层段的孢粉组合中落叶松+栗属花粉、松属、阿丁枫科和枫杨等乔木均有所增加。由此推测，该段时期内降水量和温度出现了一次时间尺度小于百年的短暂增加过程，指示了温湿的气候环境。然而，在时间上此次温湿过程刚好与北大西洋冷事件之一的8.2 ka B.P.冷事件时间上相近[47]。目前关于8.2 ka B.P.冷事件的研究成果表明，此次冷事件在中国东部季风区表现为一次弱季风事件[48-49]，金章东等[50]则对8.2 ka B.P.冷事件是否在中国境内存在表示怀疑。从本文数据分析结果来看，此次温度和降水的变幅较小，时间尺度较短(约20年)，而8.2 ka B.P.冷事件表现为时间尺度在500 a以下，且降温幅度较大(约为YD事件的1/2或1/3)[47]。同时考虑到定年差异，因此认为该事件与北大西洋8.2 ka B.P.冷事件的关系有待更加深入的研究。第三亚段(11.05～8.9 m)，TOC含量再次下降，δ13Corg接近全孔均值，孢粉组合特征表现为与第一亚段相似，呈波动下降趋势，但在花粉组合中反映温度升高的常绿栎+栲属花粉由下而上呈逐渐增加趋势(1.21%～9.71%)，说明该段时期降水量减少，但温度有所上升，气候特征为温干。综上所述，早全新世中晚期，研究区域气候呈冷干—温湿—温干过渡特征，总体偏干。而周边地区研究成果表明该时期内有相似的气候特征，如巢湖早全新世期间(9 870～6 040 a B.P.)尤其在8 910 a B.P.左右气候特征表现为干冷向温干方向发展[51]。

(3) 8.0～4.2 ka B.P.(8.9～4.775 m)，沉积类型以黏土质粉砂为主，粒度总体偏细。沉积物TOC和δ13Corg含量变化幅度增大，并呈较为明显的反相关。另一方面，偏高的C/N指示湖泊有机质来源以陆生C3类植物和湖泊内生藻类为主。本段孢粉组合中常绿乔木树种由下而上呈下降趋势。根据各类代用指标的变化特征，可以将这一时期分为四个亚段：第一亚段，8.0～5.7 ka B.P.(8.9～6.7 m)，这段时期最显著特征是TOC含量明显升高，平均可达1.06%，而δ13Corg则偏负，平均为-24.67‰，C/N平均为12.7。在孢粉组合中仍然以木本占优势，但阔叶与针叶树种的比值明显增大。各项指标综合反映该亚段降水量有明显增加，且温度偏高，气候温暖湿润，陆生C3植物和湖泊内生植物繁盛，区域水热组合达到最优，因此该段时期为研究区域的全新世大暖期[52]。第二亚段，5.7～5.6 ka B.P.(6.7～6.175 m)，沉积物为粉砂，TOC含量下降，δ13Corg接近全孔均值。该段花粉组合中乔木植物占36.37%，低于第一亚段，并且常绿栎+栲属(1.62%)花粉含量明显下降。显然，孢粉组合所揭示的环境变化与TOC含量下降一致，反映该亚段气候偏干冷，为研究区域一次较为明显的降温降湿期，且与5.5 ka B.P.冷事件很好对应[47]。第三亚段，5.6～5.2 ka B.P.(6.175～5.825 m)，沉积物为黏土质粉砂，TOC含量明显增加，并高出全孔均值，δ13Corg则较为偏负。该亚段孢粉组合特征总体与第二亚段接近，但木本花粉中阿丁枫和枫杨的含量均达到全孔最高值，并且水稻花粉数量显著增加，最高含量达到39.42%。综合各项指标推测，该时期气候温和湿润，水稻花粉数量显著增加，指示人类活动规模扩大，这可能与良渚文化的兴起有关。第四亚段，5.2～4.2 ka B.P.(5.825～4.775 m)，TOC含量再次下降，低于全孔均值，δ13Corg则显著偏正，该亚段孢粉浓度为整个钻孔(研究段)的最低水平。因此推断，此亚段时期气候再次转向冷干，湖泊水位急剧下降，出现沼泽化趋势，气候突变时间与北大西洋4.2 ka B.P.冷事件接近[47]。综合来看，该时期研究区域气候以暖湿为主，同时出现不同时间尺度的冷事件波动，其中8.0～5.7 ka B.P.期间水热条件达到最佳，对应于该区域的全新世大暖期，并且该时期的气候特征与方修琦、候光良及施雅风等人划分的全新世大暖期有很好的对应[45,52-53]。另外，周边地区不少研究成果也表明中国东部季风区全新世大暖期的时间范围在8.0～3.5 ka B.P.左右[46,54-55]，由于各地研究载体和代用指标以及定年模式不同，因而全新世大暖期时间跨度的划分存在差异，例如张强等指出南京江北地区约在8 000～5 000 a期间进入全新世的高温期[56]；太湖地区研究记录也表明该区域在8.0～4.0 ka B.P.期间出现明显的高海面，新石器文化发展，气候暖湿[57-58]。

5结论

基于以上对BHQ孔早中全新世跨度近7 000 a的沉积物TOC、δ13Corg、C/N及粒度等代用指标的分析发现，该孔沉积物记录了较为丰富的区域全新世气候变化信息。研究结果表明：

(1) BHQ孔多项指标的综合能较好地反映沉积环境的变化。沉积物TOC含量和粒度组成可以用来指示研究区域降水量的变化，且TOC含量增高指示研究区域降水量增加，反之，指示降水量下降；δ13Corg辅以孢粉资料可以指示区域温度的变化，并根据δ13Corg与TOC间相关性分析表明，δ13Corg与温度间基本上呈现弱负相关关系；δ13Corg与C/N能有效指示湖泊沉积物有机质的主要来源。

(2) 综合各类代用指标，并与周边研究成果对比显示，BHQ孔早中全新世沉积记录反映的气候变化可以划分为3段时期：①11.4～8.7 ka B.P.，为气候回暖期，本区域气候特征早期以冷干为主，之后降雨量显著增加，逐渐转向温湿。②8.7～8.0 ka B.P.，气候整体上偏干，呈冷干—温湿—温干过渡特征。③8.0～4.2 ka B.P.，气候特征以暖湿为主，同时存在不同时间尺度的冷事件波动。在孔深8.9～6.7 m(8.0～5.7 ka B.P.)，为水热条件最宜期，对应于研究区域的全新世大暖期；在5.7～5.6 ka B.P.和5.2～4.2 ka B.P.期间出现较为明显的降温降湿，这与北大西洋5.5 ka B.P.冷事件和4.2 ka B.P.冷事件相对应；在5.6～5.2 ka B.P.期间，地层中大量稻属花粉的出现指示了人类活动的增加。

致谢钱启俊、王彩霞、章云霞、严行志、孔祥忠、李岩、范庆斌及杨立辉老师等在该文章实验过程和撰写修改中提供了无微不至的帮助和建议，在此表示真挚的感谢。

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History of Environmental Change during Early-Middle Holocene Recorded by Beihuqiao Core in Zhejiang China

YE WeiCHENG LongJuanZHU LiDongLI FengQuan WANG TianYangJIN LiDan

(College of Geography and Environmental Sciences, Zhejiang Normal University, Jinhua, Zhejiang 321004, China)

Abstract:The study area is situated in the southwest of Hangjiahu plain, where the surface water system is developed and most rivers originate from Tianmu mountain and Mogan mountain in the northwest of Zhejiang. The sediment samples were collected from a core drilled at the Beihuqiao (BHQ) of Yuhang town, where the location is 30°22.443′ N, 119°56.237′ E. The BHQ core is 19.0 m in length, and core sediments are composed of homogeneous gray, clayey silt and silt with a little carbonate nodules except for an intercalation of silty sand in the lower part. No disturbance was observed in the whole core. The part (4.775～19.0 m) of the core was sampled at 2.5 cm increments. Four bulk samples were collected for AMS radiocarbon dating from the organic-rich sediments. And 136 samples were chosen for TOC and δ13Corganalysis at about 10 cm intervals.

Combined with the proxies of grain size parameters, pollen data, C/N radio and age data, and contrasted with researches of surrounding areas, TOC and δ13Corgin organic matter, BHQ core in Zhejiang province are analyzed to interpret the basic environmental information and climate changes during the Early-Middle Holocene. Results reveal that the paleoclimate changes in Hangjiahu plain during the Early-Middle Holocene which can be divided into three periods: (1)11.4～8.7 ka B.P.. Organic carbon isotope increased in the range of -27.24‰ to -23.4‰ and TOC content increased obviously in the range of 0.19% to 0.69%, indicating that the cold-dry climate turned gradually to warm and humid in this period. (2)8.7～8.0 ka B.P.. Compared with the last stage, TOC turned to be negative and fluctuated between 0.2%～1.33%, δ13Corgfluctuated slightly between -24.91‰～-22.93‰ and tended to be positive. As a whole, the climate was dry, and presented cold-dry to humid and warm-dry trend. (3)8.0～4.2 ka B.P.. The major characteristic of the climate in the northern of Zhejiang province was warm and humid, however, some cold-dry events also happened at different time scales in this period. And during the period, TOC and δ13Corgfluctuated in 0.18%～2.18% and -26.33‰～-19.09‰ ranges, respectively. Especially during 8.0～5.7 ka B.P., TOC content improved obviously in 0.43%～2.18% and δ13Corgtended to be negative in -25.79‰～-23.15‰, which indicated the Holocene Megathermal emerged in this region. Meanwhile, there were two cold events occurred in about 5.5 ka B.P. and 4.2 ka B.P.. During these two periods, TOC tended to down and δ13Corghad a positive fluctuation, and they also corresponded with the contemporaneous pollen data and grain sizes parameters.

Combined with multiple climatic proxies of BHQ core and the results of correlation analysis between these proxies, the BHQ core sediments provide a reliable basis interpretation of palaeoclimate. TOC and δ13Corgof BHQ core can be good proxies of paleoclimate in this research zone and indicate the changes of precipitation and temperature respectively. At the same time, this study also effectively suggests the evolution law of paleoenvironment in the northern of Zhejiang province during the Early-Middle Holocene.

Key words:BHQ Core; total organic carbon; stable carbon isotope in organic matter; Early-Middle Holocene; Holocene Megathermal

文章编号：1000-0550(2016)03-0543-12

doi:10.14027/j.cnki.cjxb.2016.03.012

收稿日期：2015-06-29； 收修改稿日期： 2015-08-29

基金项目:国家自然科学基金项目(41371206)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No. 41371206]

第一作者简介叶玮女1957年出生研究员第四纪环境变化E-mail: lyg129@zjnu.cn

中图分类号P532

文献标识码A