贵州龙里高山泥炭腐殖化度所记录的古气候初探

张 辉,刘 蕊,司云云,刘滋君,李腾龙

(1.贵州师范学院 地理与资源学院，贵州 贵阳 550018；2.贵州大学 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550025；3.贵州师范学院 马克思主义学院，贵州 贵阳 550018)

贵州龙里位于我国的云贵高原地区，因其独特的地形使得这里成为亚热带季风性湿润气候区中的特殊地域；此外贵州省的高原泥炭沉积最主要的分布在贵州龙里大草原与威宁，这两个区域是贵州境内两个泥炭沉积发育较好的地区。时下针对西北部威宁草海的泥炭研究较多，但缺少高山沼泽泥炭相关研究的数据[1]。本区域内将泥炭沉积物用作气候研究的地质信息载体来研究贵州境内全新世气候演变的相关研究较为缺乏，同时龙里区域的泥炭沉积连续，是继草海后在贵州又一重要的泥炭沉积地发现[2]，因而在这里我们选用泥炭沉积作为研究贵州境内古气候，将有助于填补龙里大草原在这一方面的空白。在1876年BIytt将泥炭作为一种地质信息载体[3]，且将泥炭用于研究斯堪的纳维亚半岛古气候信息，并在研究中使用泥炭气候学分析后，越来越多的学者以泥炭作为信息载体来观察地层的发育和沉积物中的生物沉积物，可以用来推断古气候条件。相较于其它的地质信息载体，泥炭具有经济易得、沉积速率较快且沉积连续、沉积环境与过程稳定、时间尺度长和适合的代用指标广泛等优势，因此，它是研究古气候环境变化的理想资料[4]。得到研究古气候的学者们重视。根据翻阅资料文献，发现国内腐殖化度指标的应用地区渐渐扩大，包含青藏高原东部红原泥炭，青藏高原东部、雷州半岛北部等地、湖北神农架大九湖、新疆北部巴里坤湖，研究范围从山地泥炭到平原泥炭，从陆地泥炭到湖沼泥炭[5-11]；国内以洪业汤、周卫建、钟巍等学者为代表的在青藏高原东部、雷州半岛北部、新疆巴里坤湖的研究认为腐殖化度高指示气候温暖湿润，腐殖化度低指示干冷[6-10]；以浙江千亩田和朱诚、马春梅为代表的在神农架的研究结果则相反：腐殖化度高指示气候干冷，腐殖化度低指示气候湿热[12-15]。

通过对前人相关研究进行比较分析，泥炭腐殖化度所指示的古气候意义存在区域性的差异。目前国内外学术界对泥炭腐殖化度的环境指示意义存在很大的分歧的原因是腐殖化度指标并不能定量地反映区域的地表环境湿度，而只能指示环境相对干湿条件变化[10]。不同的地质地貌以及气候变化可能会造成区域性的降水与泥炭地湿度不一致[11]。我国对泥炭沉积的研究主要集中在青藏高原东部地区、东北地区、华中地区和长江下游地区以及华南地区。但是对于我国西南地区高原山地泥炭特别是贵州地区高山泥炭腐殖化度研究尤为不足。因此，研究龙里高山泥炭腐殖化度变化用以分析研究区的古气候环境变化是有很大的意义。

1 研究区概况

龙里作为云贵高原的第二平台，海拔高度在1500～1700m之间，地处黔南中部，黔南布依族苗族自治州西北方向，距离省会贵阳约58～69km，总面积达到9万多亩，由五里坪，亮山坪等十多个大小草坪组成，其中千亩以上草坪9个。本研究泥炭取自于贵州龙里高山大草原的主体部分的麻若坪台，地处东经106°45′18"-107°15′1"，北纬26°10′19"-26°49′33"之间(图1)。贵州龙里高山草原的泥炭层面积大约为0.5km2，厚度在1m左右，基岩层为石炭系大塘阶石英砂岩，沼泽中的植被以苔草为主，同时伴生得有大量的杂草，沼泽地上生长着一些高山杜鹃。研究区域属于北亚热带季风性湿润气候，年均气温13℃，年均降雨量1085毫米，多云而且日照时数较少，无霜期280天以上。贵州龙里按土壤划分属黄壤地带，其泥炭地属于山地泥炭沼泽土，其区域内植被茂密，种类繁多。

图1 贵州龙里泥炭剖面位置

2 材料与方法

2.1 采样位置

本研究泥炭样品2017年3月取自于贵州龙里高山大草原的主体部分的麻若坪台，取样的经纬度如下：北纬26°15' 571''，东经106°55' 259''，海拔高度1658m(GPS进行测量)。剖面总厚度为92cm，由于泥炭剖面上部10cm有较多现代植物根系生长，因此在野外采从剖面上部10cm处开始往下按每2cm的间距进行泥炭样本的采集，本研究一共在该地采集了41个泥炭样本。样品在取出后立即装入干净的自封袋中进行封存并且在自封袋外部贴上标签标明采集的深度，运回实验室进行冷冻干燥，研磨过60目筛。

2.2 实验方法

本文泥炭指标测试均采用DB 22/T 2243-2015泥炭与泥炭基质水分、灰分和有机质测试定标准。

泥炭含水量为干基含水量，测试流程为：取体积不大于3cm3，重量不超过50g的泥炭样品放入铝盒中；立即该上铝盒盒盖，称重并记录质量；打开盒盖，放入烘箱中，在2h内缓慢升温至105℃时计时，干燥8h后，取出称重，再重新放入烘箱干燥1h，知道两次称重的样品质量没有变化后，再干燥1h，取出铝盒盖上盒盖，放置于干燥器中冷却，然后称量并记录质量，精度0.01g。计算公式：

式中：Md——干基含水量；

A——测试样品质量，g；

B——干燥样品的质量，g。

腐殖化度的测量方法采用传统的碱提取溶液吸光度法进行，具体步骤为：使用分析天平称取0.1000g样品放入100mL烧杯中，加入100mL的0.1mol/L氢氧化钠，在电炉上加热到沸腾，微火煮沸1h，使泥炭中的腐殖酸充分浸出。冷却后用定量滤纸过滤样品，转入100mL容量瓶稀释至刻度，摇晃均匀，用菁华72型分光光度计对样品在波长400nm处进行吸光度测定，用其吸光度值来表征泥炭的腐殖化度。

有机质测定采用硫酸-重铬酸钾滴定法测定，实验步骤为：精确称取0.0200g样品，放入试管中，加粉末状硫酸银0.1g，用移液管准确加入0.8mol/L重铬酸钾-硫酸溶液5mL，浓硫酸5mL，摇匀。预先将油浴锅加热至185～190℃，将盛试样的试管插入铁丝笼中，放入油浴锅中加热，并保持溶液沸腾5min，取出冷却后将试管内混合物洗入300～500mL三角瓶中，加邻菲罗琳指示剂3～5滴，用0.2mol/L硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液颜色由黄色经蓝色至红褐色即为终点。批式样测定同时做2-3个空白标定，计算公式为：

式中：X——为土壤有机质含量，g/kg；

V0——空白滴定时消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL;

V——测定试样时消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积，mL;

C——硫酸冶铁标准溶液的浓度，mol/L;

0.003——为1/4碳原子的摩尔质量数，g/mol;

1.724——为由有机碳换算为有机质的系数；

1.1——氧化校正系数；

m——为烘干试样质量，g。

年代学数据测定将借鉴前人[16]在相同研究区域所获得测年数据(详见表1)，以作后续数据分析和研究。

表1 贵州龙里泥炭14C测年结果

3 结果与讨论

3.1 泥炭腐殖化度的古气候意义

泥炭沉积物的产生与累积是多种自然因素综合影响而形成的。根据自然因素对其的影响强度做出简单的介绍，进行分析：①在众多影响因素中对其影响最大的是水热条件，即只有在一定水分和热量的配合条件下，或有利于植物生长，或利于抑制植物残体分解，从而对泥炭的发育有着一定程度的影响，所以影响泥炭的直接因素是水分和热量。②地质地貌也是对其影响较大的一个自然因素。贵州龙里大草原整体较为平坦不利于排水，并且当地河流较小且少因而其水分补给推断主要是降水补给。由于植物残体的分解是在一定环境条件下进行的，影响分解的主要因素是温度、湿度和酸度。在暖湿的气候环境下，沉积物中微生物活动强盛导致进入沉积物中的有机质被分解的数量增加，分解速度加快，从而不利于泥炭物质的形成和积累，而在相对凉干的气候环境下，微生物活动受到抑制，随水流进入盆地中的有机质由于分解缓慢而得以迅速积累，从而有利于泥炭的形成。

3.2 贵州龙里泥炭剖面记录的气候

本文在可靠14C测年技术的支持下，得出龙里全新世7 476～7 933a B.P.之间约500年的古气候的变化情况，以泥炭作为代用指标，本次选取剖面中的泥炭积物腐殖化度在1.938～0.736之间，平均值为1.15%。对其分两个阶段对其展开讨论与研究其沉积速率及其记录的该区全新世早期的古气候情况(图2)：

图2 龙里剖面泥炭含水量、TOC和腐殖化度的时间序列

阶段A：剖面深度在36～90cm，时间大致在7 933-7 624 a B.P.，在此间剖面中的泥炭腐殖化度在1.18～0.61之间，平均值为0.79；泥炭有机质含量7.41%～4.20%，平均值5.88%；含水量在106.28%～58.67%，平均含水量为89.03%。在此阶段，该研究区域的腐殖化度最低，并且整体波动幅度较小，表示此时段该地区气候变化较为稳定，应该处于一个相对暖热湿润的环境，此时间段内降水较多，且气温比较温暖，导致了泥炭中的腐殖质分解加快，腐殖化度含量较低。同一时期，孔凡翠等人[17]对贵州西部地区草海泥炭的研究表明，在8kaB.P.左右的时候，草海泥炭的δ13C的值为-26.6‰～-21.7‰，当时气候为暖湿气候。施雅风，孔昭宸等人对南方地区的气温研究，得出结论该时温度比现在还要高1～2℃，沈吉等人[18]研究的云南洱海地区也由于西部季风的增强达到温湿阶段。这些研究区的实验结果都与龙里区域研究结果相吻合。

阶段B：剖面深度为10～36cm，时间为7 624-7476a B.P.，该阶段腐殖化度值变化幅度为1.30%～1.94%，平均值为1.83%；泥炭有机质含量23.58%～32.58%，平均值29.49%；含水量在153.80%～358.89%，平均含水量为211.99%。这个阶段腐殖质化度达到其剖面的最高值，并且变化幅度最大，说明泥炭记录的该阶段古气候相较于上一阶段变得较为干旱，气候的不稳定性变化较大，特别是气候的干湿波动更为明显，但此阶段总体上反映的气候是比较干冷的。并且在整个泥炭沉积层面来看，该阶段发生了一次特别大的变化，大约在7600aB.P.的时候，泥炭腐殖化度含量突然上升，说明此时段发生了一次突发气候事件，这与其它地区的研究结果进行对比不难看出，该地区气候小幅度突变在贵州董哥洞石笋[19]有着明显的记录。经过贵州龙里大草原年沉积物中的腐殖质化度的变化与其它学者研究得到的结果进行比较分析，综合分析得到全新世大暖期所的原因是在这个时间段内亚洲季风在全新世早期较为强大，因而带来了丰富的降水，随后季风变弱，降水减少，气候变干，导致气候从温暖湿润向冷干的环境逐渐变化。

4 结论

本研究通过对贵州龙里高山泥炭剖面进行腐殖化度测定，并结合该剖面的含水量、TOC等理化指标数值变化曲线进行综合分析，得出以下结果：

(1)通过对该地区高山泥炭剖面腐殖化度数值变化的古气候意义研究表明：泥炭腐殖化度值较高，可能指示气候较为干冷；而泥炭腐殖化度低，可能指示气候较为温暖湿润。

(2)贵州龙里高山泥炭腐殖化度记录了该研究区7 476-7 933a B.P.之间约500年的古气候的变化过程：A：剖面深度在36～90cm，时间大致在7 933-7 624 a B.P.，泥炭腐殖化度较低，指示气候温暖湿润；B：剖面深度为10～36cm，时间为7 624-7476a B.P.，泥炭腐殖化度含量较高，指示在此阶段该区域上较前一阶段为较寒冷干燥的气候。通过对整个剖面腐殖化度含量变化分析，大约在7600a B.P.的时候，泥炭腐殖化度含量突然上升，说明此时段发生了一次突发气候事件。