江淮东部平原晚更新世末植被演替及气候变化

李晨晨， 吴 立,2， 朱 诚， 张文卿， 孙小玲， 路曙光，李肖雪， 张润泽， 王斌斌， 李如冰

(1.安徽师范大学 地理与旅游学院 江淮流域地表过程与区域响应安徽省重点实验室，安徽 芜湖 241002；2.中国科学院地球环境研究所 黄土与第四纪地质国家重点实验室，陕西 西安 710061；3.南京大学 地理与海洋科学学院，江苏 南京 210023；4.中国地质调查局 水文地质环境地质调查中心，河北 保定 071051)

引言

晚更新世末至全新世最适宜期期间，尤其是末次冰盛期以来，存在数个气候波动事件，环境变化极为频繁，环境的变迁包含多个冷暖旋回,为研究地球气候环境的周期性变化规律和预测未来气候演变的趋势提供了很有意义的参考[1]。积累更多年代控制可靠和代用指标意义明确的古气候记录是研究区域气候和环境变化的有效途径，而孢粉具有产量高、易于保存、对植被和气候反应直接等特点，是恢复古植被、古气候的重要手段之一[2-5]。

中国东部滨海平原地区是受东亚季风影响显著的区域，众多学者在此进行了大量研究，但许多研究都集中在该区域的海侵海退[6-15]方面。江淮东部平原作为苏北盆地的一部分，自古近纪以来接受连续沉积，蕴含着丰富的古气候变化信息，有助于重建区域古气候环境[16-18]。同时，江淮东部平原位于中国东部的南北过渡带，受东亚季风影响显著，第四纪以来对气候变化的响应非常敏感[19]，对于探索东亚古季风的历史和亚洲季风区气候变化具有重要意义。近年来，舒强、陈晔、李吉均、赵志军等学者在这一区域和相邻区进行了大量相关研究工作，并取得丰硕成果[1,17-32]。这些研究多是通过磁化率、粒度特征以及地球化学元素特征等手段反演晚冰期以来长时间尺度的气候变化和环境演变[17-30]，通过古生物记录如孢粉指标[1,31-32]重建晚更新世末期古气候环境的研究相对缺乏，支撑区域古气候环境变化的孢粉学证据尚需完善。

江淮东部平原的江苏省兴化市蒋家舍剖面位于苏北盆地中心区域、泰东河的西岸，前期野外调研及年代测试表明其是恢复晚更新世末古气候的良好材料。因此，我们以该剖面作为研究对象，在AMS14C测年的基础上，结合孢粉分析，初步探讨了该区域晚更新世末的植被演替及其所反映的气候环境变化，以期为解读江淮东部平原植被演变和气候变化补充孢粉学证据，同时为全面认识亚洲季风区环境变化、预测未来气候变化趋势和区域可持续发展提供科学依据和区域对比数据。

1 研究区概况

江淮平原指中国江苏省、安徽省淮河以南、长江以北的地域(图1)，位于中国重要的自然气候带分界线(秦岭-淮河线)附近，处于中国的季风三角区[10]，其主要由长江、淮河冲积而成，整体地势低平，东西部海拔高差小。江淮平原气候属于北亚热带温和湿润季风气候，北部为亚热带和暖温带的过渡地带，受季风环流影响，冬季寒冷干燥，夏季炎热湿润，年均温为15.5-16.5℃，年降水量在1000-1100mm之间[20,33]，东多西少，南多北少，相对湿度较大，无霜期多在230-240天之间。其中，本研究涉及的江淮东部平原临近南黄海大陆架，区域内构造运动以沉降为主，低洼地较多，加之流经的水系主要是江淮之间的淮河水系下游，河流、湖泊众多，水网密布。

图1 江淮平原及其周边地形与采样点位置示意图Fig.1 The Plain of the Yangtze-Huai Rivers,its surrounding terrain and the position illustration of sampling site

2 材料与方法

蒋家舍自然沉积剖面(命名为JJS剖面)位于江苏省兴化市张郭镇、泰东河西岸，附近有蒋家舍新石器时代文化遗址，地理坐标为120°12′00″E，32°45′40″N。剖面开挖深325cm，按照常规的垂直地层采样方法，根据研究需要和地层划分，自下而上非等间距采集土层样品，共计取样26块，用于孢粉分析。同时，在剖面5-8层自下而上非等间距采集土层样品，共计取样5块，用于AMS14C精确定年。所有样品当场分样并装入样品袋中密封，期间详细记录样品所在剖面深度、层位及各层土质性质等(表1)，地层自上而下标序。由于第1层是耕作表土层，且其上有河堤覆土，人类扰动明显，故从第2层开始连续采样。

表1 兴化JJS剖面地层描述Table 1 The stratigraphic description of the section in the Jiangjiashe,Xinghua

在中国地质调查局水文地质环境地质调查中心实验室中将采集的样品每块称重30g，采用传统的酸碱法和重液浮选法，进行一系列的酸碱处理，经重液浮选、稀释、集中，最后制作活动薄片在显微镜下进行观察、鉴定、统计。另外，从剖面中选取五个样品进行AMS14C精确定年，由中国科学院广州地球化学研究所AMS14C制样实验室和北京大学核物理与核技术国家重点实验室联合完成，测年材料主要为含炭屑沉积物及木炭。

3 结果分析与讨论

3.1 年代序列建立

以碳14的5730年半衰期为基础，采用AMS14C年龄测定方法，使用国际通用的CALIB 8.1.0程序IntCal20进行树轮校正计算，并选取置信度最高的Two Sigma Ranges年代结果(表2)，同时采用线性插值方法计算出了地层年代以及沉积速率(图2)。

表2 兴化JJS剖面AMS14C年代及树轮校正结果Table 2 The AMS14C data and chronological calibration results of the section in the Jiangjiashe,Xinghua

图2 兴化JJS剖面岩性及深度-年龄模式Fig.2 The lithology and the depth-age pattern of the section in the Jiangjiashe,Xinghua

其中，253-255cm和255-257cm两处相邻样品AMS14C年代及树轮校正结果差别明显，从岩性变化及年代随深度的关系来看，推断应当存在沉积间断。这可能是由于26.7-14.5ka BP恰处于末次冰期晚期向全新世暖期到来之前的一个相对较长时期的冷干期，中间虽然亦存在温暖阶段，但整体上气候偏冷干[19-20,34-35]，降水减少，植被覆盖较差，古地貌面裸露遭受剥蚀，形成沉积间断。

3.2 孢粉分析结果

对剖面采集的样品在中国地质调查局水文地质环境地质调查中心进行孢粉鉴定和统计后，得出各科属孢粉含量(表3)，并进行孢粉百分比和孢粉浓度计算，得到孢粉百分比图和孢粉浓度图(图3和图4)。结果表明，兴化JJS剖面中发现有37科属植物的孢粉，其中乔木花粉中常绿针叶类有铁杉属(Tsuga)、云杉属(Picea)、松属(Pinus)，常绿阔叶类有栲属(Castanopsis)、常绿栎属[Quercus(E)]、杨梅属(Myrica)、桃金娘科(Myrtaceae)，落叶阔叶类有桦属(Betula)、栗属(Castanea)、胡桃属(Juglans)、落叶栎属[Quercus(D)]、椴属(Tilia)、枫香属(Liuidanber)、槭树科(Aceraceae)、漆树属(Rhus)，灌木植物花粉有榛属(Corylus/Ostryopsis)、麻黄属(Ephedra)、木犀科(Oleaceae)、蔷薇科(Rosaceae)。草本植物花粉有蒿属(Artemisia)、石竹科(Caryophyllaceae)、藜科(Chenopodiaceae)、菊科(Compositae)、旋花科(Convolvulaceae)、十字花科(Cruciferae)、禾本科(Gramineae)、茜草科(Rubiaceae)、茄科(Solanaceae)、伞形科(Umbelliferae)、荨麻科荨麻属(Urtica)及水生植物莎草科(Cyperaceae)、莕菜属(Nymphoides)、香蒲属(Typha)。蕨类植物孢子有水蕨科(Parkeriaceae)、水龙骨科多足蕨属(Polypodium)、蕨属(Pteridium)、单缝孢子(Monolites)、三缝孢子(Trilites)等。

图3 兴化JJS剖面孢粉百分比图谱Fig.3 The palynological percentage atlas of the section in the Jiangjaishe,Xinghua

图4 兴化JJS剖面孢粉浓度图谱Fig.4 The palynological concentration atlas of the section in the Jiangjiashe,Xinghua

表3 兴化JJS剖面孢粉数量及类别统计Table 3 The pollen statistics of quantity and category of the section in the Jiangjiashe,Xinghua

3.3 植被演替与气候变化

JJS剖面第1层由于人类扰动明显，未进行采样，所以只对下部7个地层中所发现的孢粉组合按照年代进行分析。根据各孢粉带中孢粉组合特征的变化，可以推断晚更新世末以来江淮东部平原的植被演替和气候变化经历了如下过程。

孢粉带Ⅰ(第8层，深度325-255cm，年代27.9-26.7cal.ka BP)取样3块。本段孢粉含量较低，尤其是283-285cm处仅发现17粒孢粉，313-315cm处鉴定、统计到108粒孢粉，259-261cm处统计到125粒孢粉。整层木本植物花粉含量较高，为孢粉总数的53.6%，以针叶乔木松属为主，另有铁杉属、云杉属等，阔叶树含量较少，有常绿的栲属、常绿栎属、杨梅属，落叶阔叶树有栎属，未发现灌木植物花粉；草本植物花粉占14.4%，有蒿属、藜科、十字花科，水生植物花粉只有荇菜属；蕨类植物孢子占32.0%，有水蕨科、水龙骨科、凤尾蕨科、单缝孢子、三缝孢子等。本段植物以松属、水蕨科为主，植被为针叶树为主的针阔叶混交林，反映气候温暖、稍湿润。

孢粉带Ⅱ(第7层，深度255-235cm，年代14.5-14.2cal.ka BP)取样4块。本段孢粉含量较高，每块样品统计到的花粉都超过100粒，在253-255cm处样品中发现孢粉达318粒，而且植物科属丰富，乔木及灌木植物花粉含量低于蕨类植物孢子含量。木本植物花粉占35.4%，有针叶松属、铁杉属、云杉属，常绿阔叶树栲属、常绿栎属，落阔叶树有板栗属、栎属、椴属、漆树属、枫香属，灌木植物花粉有木犀科、蔷薇科、麻黄属；草本植物花粉占22.1%，有蒿属、藜科、十字花科、禾本科、茜草科、伞形科；水生植物花粉香蒲属含量较高，还有莎草科、荇菜属。蕨类植物孢子所占含量较前带有所升高，为孢粉总数的42.5%，水蕨科占绝对优势、还有水龙骨科、凤尾蕨科、单缝孢子、三缝孢子。本段植物以松属和水蕨科为主，植被为有一定比例阔叶树的针阔叶混交森林，反映气候温暖湿润。

孢粉带Ⅲ(第6层，深度235-215cm，年代14.2-13.9cal.ka BP)取样3块。本段孢粉含量比前带有所降低，共统计到了442粒孢粉。本带草本植物花粉含量明显上升，占孢粉总数的46.2%，主要有蒿属、藜科、十字花科、禾本科、茄科、伞形科，水生草本植物含量大幅下降，仅有少量的香蒲属、莎草科、荇菜属。木本植物和蕨类植物含量比前带下降。木本植物由前带的35.4%降到21.9%，松属为主，占孢粉总数的15.6%。另有少量的铁杉属、常绿栎属、栲属、桦属、落叶栎属、椴属、枫香属、杨梅属等。蕨类植物孢子由前带的42.5%降到31.9%，水蕨科含量较高，水龙骨科、凤尾蕨科、单缝孢子、三缝孢子少量出现。本段植物以松属、藜科和水蕨科为主，植被为针叶树为主的针阔叶混交林草原，反映气候稍凉干。

孢粉带Ⅳ(第5层，深度215-145cm，年代13.9-13.1cal.ka BP)取样8块，整个孢粉带孢粉种类出现相差不大。木本植物花粉含量比第6层有所上升，从前带的21.9%上升到39.2%，松属为主，占孢粉总数的35.0%，另有少量的铁杉属、云杉属、落叶栎属、椴属及少量的桦属、胡桃属、枫香属、漆树属、蔷薇科、麻黄属、榛属等；草本植物花粉含量下降，为孢粉总数的29.6%，有藜科、蒿属、十字花科、伞形科和少量的水生香蒲属；蕨类植物孢子占31.2%，水蕨科含量较高，水龙骨科、凤尾蕨科、单缝孢子、三缝孢子少量出现。本孢粉带从孢粉含量看可划分为上下两段。下段(215-185cm，13.9-13.5cal.ka BP)取样4块样品，孢粉统计量均在100粒以上，孢粉含量较高，植被是以针叶树为主的针阔叶混交森林草原，反映气候稍凉湿。上段(185-145cm，13.5-13.1cal.ka BP)取样4块样品，孢粉统计量均在100粒以下，孢粉含量较低，植被为覆盖度较低的针阔叶混交林草原，气候为凉较干。

孢粉带Ⅴ(第4层，深度145-133cm，年代13.1-13.0cal.ka BP)取样2块。本带孢粉含量低，似延续了孢粉带Ⅳ上段植被面貌。木本植物花粉含量持续下降，仅为孢粉总数的20.2%，有松属、落叶栎属及少量的栗属、杨梅属、桃金娘科，灌木植物花粉极少发现；草本植物花粉占28.4%，有蒿属、藜科、十字花科、荨麻科，未发现水生草本植物花粉；蕨类植物孢子占51.4%，有水蕨科、单缝孢子、凤尾蕨科、三缝孢子。植被以水蕨科、蒿属和松属为主。本段植被为覆盖度较低的针阔叶混交林，应为植被由于环境变化遭破坏后形成的植被景观，反映气候较干凉。

孢粉带Ⅵ(第3层，深度133-102cm，年代13.0-12.8cal.ka BP)取样3块。本带孢粉含量仍然较低，植物种属也较贫乏，3块样品共统计到了83粒孢粉。其中木本植物占孢粉总数的33.7%，以松属为主(占26.5%)，常绿栎属和蔷薇科花粉极少出现；草本植物占30.1%，有藜科、蒿属、菊科、十字花科、荨麻科、香蒲属等；蕨类植物孢子占36.2%，有水蕨科、单缝孢子、三缝孢子。本段植物以松属、水蕨科、藜科和单缝孢子为主，植被为覆盖度很低的针阔叶混交林，反映气候干冷。

孢粉带Ⅶ(第2层，深度102-82cm，年代12.8-12.6cal.ka BP)取样3块。本带孢粉含量较低，植物种属也较贫乏，三块样品共统计到了119粒孢粉。其中木本植物占孢粉总数的43.7%，针叶乔木松属占孢粉总数的24.4%，还有常绿栎属、枫香属、漆树属及灌木榛属、蔷薇科；草本植物花粉为28.6%，有蒿属、藜科、十字花科、茜草科；蕨类植物孢子占27.7%，有水蕨科、凤尾蕨科、单缝孢子、三缝孢子。本段植物以松属、漆树属、蒿属、藜科和水蕨科为主，植被为针阔叶混交林，反映气候稍暖湿。

3.4 与邻近区域相关钻孔的对比

将各孢粉带中孢粉组合特征表现出的晚更新世末以来江淮东部平原的气候变化特征与兴化市其他钻孔样品研究结果[19-21,24-25,34-35]进行对比，可以发现气候主要特征表现一致。

27.9-26.7cal.ka BP的孢粉特征反映出气候温暖较湿润，与舒强等学者[19]关于30.3-26.0cal.ka BP为相对暖湿期的研究结论相符合。

结合舒强等学者[19-20,34-35]的相关研究成果可以发现，苏北盆地里下河地区兴化市沙沟镇以南钻孔样品的地化元素和氧化物分析结果显示26-17.8cal.ka BP为相对冷干期，气候环境整体以冷干为主，17.8-15.0cal.ka BP期间气候环境以暖为主，处于冷暖波动剧烈时期，以17.2-16.9cal.ka BP和16.1-15.8cal.ka BP期间的冷干突变最为显著[19]。而16.7-14.6ka BP为晚冰期初期较冷干的环境，反映了末次冰消期向冰期转变过程中降水量减少，化学风化较弱、温度低的环境[20,34-35]。因此，26.7-14.5cal.ka BP期间虽然存在冷暖波动剧烈时期，但气候环境整体以冷干为主，降水量减少，温度较低，植被覆盖较差，古地貌面裸露遭受剥蚀，形成沉积间断。

14.5-14.2cal.ka BP时段处于BA暖期，与14.6-13.1ka BP时段气候温暖湿润[35]的整体特征相符合。

舒强等学者对取自江淮平原中部的兴化市以南的殷庄桥附近钻孔样品进行磁化率与粒度组合特征的综合分析，结果发现约14150-12950cal a BP指示的是一个整体相对暖湿，中部出现变干的气候变化[20]，14.2-13.5cal.ka BP时段应受较老仙女木气候事件影响，气候温凉稍干。而舒强等学者在苏北盆地里下河地区的兴化市周庄镇钻孔样品则表明13.2-11.2cal.ka BP时段为低温冷干阶段，气候明显的干旱化，降水稀少，为相对暖湿转冷干的变化特征，正好对应于末次冰期的YD气候事件[21,25]，因此13.5-12.8cal.ka BP时段应是受YD气候事件的影响，气候表现出向干冷发展的特征。

4 结论

通过对江淮东部平原上的江苏兴化JJS剖面进行AMS14C测年、孢粉鉴定和统计，分析地层中所包含的孢粉组合特征，重建了研究区晚更新世末的植被演替与气候变化，获得以下初步认识：

(1)27.9-26.7cal.ka BP和14.5-14.2cal.ka BP，区域植物以松属、水蕨科为主，植被为针叶树为主的针阔叶混交林。14.2-13.5cal.ka BP，孢粉组合显示木本植物含量逐渐增加，草本植物花粉含量和蕨类孢子含量持续下降，植物仍以松属、水蕨科为主，植被逐渐转变为针阔叶混交林草原；13.5-12.6cal.ka BP，植物孢粉含量降低，科属也较贫乏，区域植被总体为覆盖度趋低的针阔叶混交林或草原植被，末期重新向针阔叶混交林演替。

(2)晚更新世末江淮东部平原地区气候变化较频繁，发生了多次冷暖气候波动变化。27.9-26.7cal.ka BP，气候温暖湿润；26.7-14.5cal.ka BP，气候转变为寒冷干燥；14.5-14.2cal.ka BP，气候温暖湿润；14.2-13.5cal.ka BP气候由稍凉干逐渐变为稍凉湿；13.5-12.8cal.ka BP气候向冷干发展，12.8-12.6cal.ka BP气候转向稍暖湿。