地质力学学报  2011, Vol. 17 Issue (1): 103-110
引用本文
赵志丽, 王永, 迟振卿, 关友义, 姚培毅. 内蒙古辉腾锡勒全新世中晚期环境变迁的孢粉记录[J]. 地质力学学报, 2011, 17(1): 103-110.
ZHAO Zhi-li, WANG Yong, CHI Zhen-qing, GUAN You-yi, YAO Pei-yi. ENVIROMENTAL CHANGES RECORDED BY POLLEN SINCE MID TO LATE HOLOCENE IN HUITENGXILE LAKE, LNNER MONGOLIA[J]. Journal of Geomechanics, 2011, 17(1): 103-110.
内蒙古辉腾锡勒全新世中晚期环境变迁的孢粉记录
赵志丽 , 王永 , 迟振卿 , 关友义 , 姚培毅     
中国地质科学院 地质研究所,北京 100037
摘要:通过对内蒙古中部辉腾锡勒湖泊沉积特征及孢粉组合特征的综合分析,重建了该地区全新世中晚期以来气候环境变化过程。研究结果表明,该地区5390 a以来气候总体上由温湿转变为冷干,具体可以分为5个阶段: 5390 ~ 3970 a,以温暖偏湿气候为主; 3970 ~ 3300 a,气候仍为温和偏湿; 3300 ~ 2380 a,A/C比值明显降低,标志着全新世大暖期结束,凉偏干气候显著; 2380 ~ 1160 a,气候转为凉湿,为大暖期结束后一个特殊湿润时期; 1160 a以来气候向温凉偏干转变。
关键词孢粉组合    环境变迁    全新世    沉积环境    
文章编号:1006-6616(2011)01-0103-08
ENVIROMENTAL CHANGES RECORDED BY POLLEN SINCE MID TO LATE HOLOCENE IN HUITENGXILE LAKE, LNNER MONGOLIA
ZHAO Zhi-li , WANG Yong , CHI Zhen-qing , GUAN You-yi , YAO Pei-yi     
Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
Abstract: Sedimentary features and sporopollen assemblages from Huitengxile Lake located in central Inner Mongolia Autonomous Region were used to reconstruct the processes of climatic and environmental changes during mid to late Holocene. The results showed that the climate on the whole shifted from warm and humid to cold and arid over the last 5390 a, and that could be divided into 5 stages in detail: ① from 5390 a to 3970 a, the climate was warm and humid; ② from 3970 a to 3300 a, the climate was moderate and humid; ③ from 3300 a to 2380 a, the obvious drop of A/C ratio indicated the end of Megathermal, the climate was cool and arid; ④ from 2380 a to 1160 a, the climate varied to cool and humid, which was a special humid period after Megathermal. ⑤ Since 1160 a, it has been mild cool and arid.
Key words: sporopollen assemblage    environmental changes    Holocene    sedimentary environment    
0 引言

内蒙古中部地区地处东亚季风尾闾区,是中国北方干旱区与半干旱—半湿润区的过渡地带,对气候变化响应敏感[1]。该区发育了许多湖泊,是研究内蒙古中部环境演化的天然野外实验室。湖泊花粉是研究区域气候和环境变化理想的代用指标之一[2],利用该指标反演气候、环境变化的研究成果颇多[3 ~ 5]。本文对乌兰察布市察右中旗辉腾锡勒的浅井剖面进行了孢粉分析,获得了比较丰富的孢粉。利用较高分辨率孢粉记录重建内蒙古中部辉腾锡勒湖地区5390 a以来的植被和气候变化历史,为认识内蒙古中部地区全新世中晚期气候变化和时空分布规律提供重要的基础资料。

1 区域自然环境概况

辉腾锡勒蒙古语意为“寒冷的高原”,该区位于内蒙古中部乌兰察布盟察右中旗和卓资县交界处。地理坐标为东经112°33' ~ 112°42',北纬41°05' ~ 41°12',是阴山山脉大青山的东部延伸,山体在这里被熔岩台地所覆盖,地势平坦,海拔约2000 m。由于受西伯利亚和蒙古高原冷空气的影响,年均温- 1.3℃,年降水量385 mm,有“小青藏高原”之称。由于地势高而平坦,且降水量大,蒸发量小,辉腾锡勒玄武岩台地上发育了众多封闭的小型湖泊[6 ~ 7]

2 剖面及研究方法

本文对众多封闭的小型湖泊中一个已干涸湖泊进行浅井揭露,浅井剖面深度190 cm,岩性可以分为三段:表层(0 ~ 12 cm)为灰黑色富含腐殖质的黏土层,中上部(12 ~ 105 cm)为灰色黏土质粉砂,下部(105 ~ 190 cm)为灰黑色黏土夹灰色粉砂质黏土。对其中50 cm和160 cm处有机质含量高的层位进行AMS 14C测年(由北京大学加速器质谱实验室测定),获得年龄分别为2910 ± 35 a BP和4860 ± 40 a BP (见表 1),按内插和外延推算出各界线的年代,其中剖面底部(190 cm处)约为5390 a BP。

表 1 内蒙古辉腾锡勒剖面AMS 14C测年 Table 1 Radiocarbon dates of Huitengxile profile, Inner Mongolia
3 孢粉组合分析

对190 cm剖面以2 ~ 5 cm间距共采集孢粉样品44个,所有样品中均含有很丰富的孢粉,孢粉浓度一般大于80000粒/ g,最高可达600000粒/ g。平均每样统计414粒,最多为576粒,表层样品浓度较低,统计185粒。

3.1 孢粉的组合特征

辉腾锡勒湖浅井剖面共分析出孢粉化石18218粒,分属于53个科属。孢粉组合中草本植物花粉含量远高于乔木植物花粉,其平均含量分别为68.3%及26.8%;灌木植物花粉及蕨类植物孢子很少,平均含量分别为3.3%,0.3%;见少量水生植物花粉(平均含量1.2%)。乔木植物花粉以松(Pinus)及落叶栎(Quercus)占优势,其次还有桦木(Betula)、胡桃(Juglans)、榆(Ulmus)、云杉(Picea)等。灌木植物花粉主要有榛(Corylus)、麻黄(Ephedra)、白刺(Nitraria)等。草本植物花粉丰富,主要有藜科(Chenopodiaceae)、蒿(Artemisia)、禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)、蓼科(Polygonaceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、蚤缀(Arenaria)及莎草科(Cyperaceae)等。水生草本植物主要为莎草科(Cyperaceae)、狐尾藻(Myriophyllum)、盘星藻(Pediastrum)及香蒲(Typha)等成分,蕨类植物孢子主要为卷柏(Sellaginella)及真蕨纲(Filicale)等。

依据花粉含量的波动,整个剖面可分5个孢粉带:上部(0 ~ 42 cm)以藜科、莎草科、毛茛科含量高为特征; 下部(42 ~ 190 cm)以桦木、落叶栎、榛及麻黄花粉为主。根据麻黄、禾本科等含量变化可分出若干孢粉带(见图 1)。

图 1 辉腾锡勒剖面孢粉组合特征 Figure 1 Percentage diagram of Sporopollen in Huitengxile lake

孢粉带Ⅰ: 5.39 ~ 3.97 ka BP,190 ~ 110 cm。本阶段各样品的孢粉浓度很高,主要成分以草本为主,可达67.2%,乔木26.3%,灌木4.5%。其中松14.1%,桦5.8%,鹅耳枥1.9%,落叶栎3.4%,水生草本1.9%,少量榆、胡桃。榛3.1%,麻黄1.1%,少量桑科。蒿53.4%,藜科5.1%,禾本2.5%,毛茛2.2%,少量菊科、紫箢、唐松草、蓼科等。狐尾藻1.9%,盘星藻3.1%。

孢粉带Ⅱ: 3.97 ~ 3.30 ka,110 ~ 72 cm。本阶段乔木26.2%,灌木3.8%,草本68.4%,水生草本1.4%,松13.3%,桦5.8%,鹅耳枥3.4%,落叶栎2.9%,少量榆、胡桃。榛2.7%,少量桑科、麻黄。蒿51.2%,藜科7.0%,禾本1.8%,毛茛科3.2%,唐松草1.1%,少量菊科、紫箢、蓼科、莎草科等。狐尾藻1.3%,盘星藻很少。

孢粉带Ⅲ: 3.30 ~ 2.38 ka,72 ~ 42 cm。孢粉浓度及孢粉数均有所升高,但主要是旱生草本浓度的增加。特别是藜和禾本科含量增加,而蒿含量减少,毛茛科含量也有一定的增加。乔木22.4%,灌木1.8%,草本75.1%,水生草本0.5%,松12.4%,桦5.4%,鹅耳枥2.6%,落叶栎1.3%,少量榆、胡桃。榛1.3%,少量麻黄、白刺。蒿49.8%,藜科13.0%,禾本2.4%,毛茛科3.9%,唐松草1.0%,莎草科2.7%,少量唇形科、菊科、紫箢、蓼科、大戟科等。仅见少量狐尾藻、真蕨纲。

孢粉带Ⅳ: 2.38 ~ 1.16 ka,42 ~ 19 cm。本阶段孢粉浓度略有下降,孢粉总数显著降低,主要是草本浓度的降低,蒿的含量仍有下降趋势,藜科也降低。松有明显的升高,桦、榆、胡桃也相对增加。乔木39.4%,灌木1.3%,草本58.5%,水生草本0.3%,松31.7%,桦5.9%,鹅耳枥0.5%,落叶栎0.3%,少量榆、胡桃、榛,少量麻黄。蒿36.9%,藜科14.2%,禾本0.8%,毛茛科1.6%,唐松草0.3%,少量唇形科、菊科、紫箢、蓼科、蚤缀、莎草科等。见少量狐尾藻。

孢粉带Ⅴ: 1.16 ka以来,19 ~ 0 cm。该阶段木本急剧降低,乔木19.9%,灌木2.7%,草本显著升高至76.2%。松15.6%,桦3.1%,鹅耳枥0.6%,落叶栎0.2%。蒿40.8%,藜科21.7%,禾本0.7%,毛茛科1.5%,唐松草0.3%,蓼科3.4%,蚤缀1.9%、唇形科1.5%,少量百合科、菊科、莎草科等。

3.2 气候与湖面水位变化

由于辉腾锡勒湖位于玄武岩台地上,属于封闭湖泊,因此该地区降水量渗透到地下的量很少,湖泊水位的变化可以直接反映区域内的降水与蒸发量。该湖浅井剖面5个孢粉组合带揭示了辉腾锡勒地区气候变化的5个主要时期。

5390 ~ 3970 a BP:该带孢粉总数较高,孢粉种属也比较多,A/C比值平均为10.5,水生藻类盘星藻的含量高达3.1%,说明此期气候相对湿润。沉积物岩性为灰色、深灰色粉砂质黏土,指示了浅湖相特征。

3970 ~ 3300 a BP:本阶段统计的各样品的孢粉总数仍然较高,孢粉浓度比前带稍有降低,岩性特征与第一阶段相同,仍然指示浅湖相特征。A/C比值有所降低,平均仍为7.3。喜暖湿且属低代表性的鹅耳枥[8]在本阶段含量达到整个剖面峰值(3.4%),说明此期气候虽稍有变化,湖面有所下降,形成比第一阶段更浅的湖泊,但仍属于相对暖湿的气候环境。

3300 ~ 2380 a BP: A/C比值明显减小,但平均仍可达到3.8,属低代表性的莎草科在干旱地区多出现在河滩地及湖盆周围的沼泽草甸[9],本阶段莎草科含量高达2.7%,说明湖泊变浅,指示该阶段气候明显开始变干。乔木花粉含量稍微降低,阔叶乔木(桦、鹅耳枥、落叶栎)的含量维持着上一阶段的水平,说明气候较上一阶段变凉。

2380 ~ 1160 a BP:本阶段松的含量明显增加,阔叶乔木(桦、榆、胡桃)的含量也相对增加,沉积物岩性较均一,为灰色黏土质粉砂,沉积物颗粒较细,为典型的湖相沉积,表明湖泊维持较高湖面。A/C比值为2.6,说明该地区在2380 a (42 cm)前后环境有较大的变化,湖泊短期扩张,气候较凉。此阶段气候比前阶段有明显改善,环境湿润,植被为茂盛的典型草原。

1160 a BP以来:孢粉浓度和乔木含量明显降低,草本含量明显增加,虽然A/C比值平均可达2.4,但耐旱的白刺及麻黄均达到整个剖面的最高,表明气候相对恶化,向温凉偏干转变。

4 小结与讨论

从整个剖面草本植物种属的变化来看,从5390 a BP至今,蒿属和中生草本植物含量总体呈下降趋势,而藜科、麻黄等旱生草本植物含量总体呈上升趋势,反映了干燥程度的变化规律总体为早期温湿,晚期冷干。

5390 ~ 3300 a BP总体上为一温暖湿润时期,恰好对应着全新世大暖期的中晚阶段。同样是在辉腾锡勒玄武岩台地上的调角海子在4650 ~ 3800 a BP许多孢粉类型达到第二峰值,成为仅次于全新世气候最适宜鼎盛期的植被繁盛期[10-11]; 黄旗海在6800 ~ 3000 a BP这一时期介形类化石丰度急剧下降,并伴随着介壳δ18 O的下降,反映了湖区降水量和有效湿度的明显升高[12]; 岱海在6.7 ~ 3.5 ka BP期间各种指标均指示了流域植被丰富、湖泊生产力繁盛的环境状况,应是岱海地区全新世气候的适宜期[13]

3300 ~ 2380 a BP在中国许多地方表现为冷干气候[14],该湖区的孢粉分析结果也显示此阶段气候相对于上一阶段转为凉干。内蒙古辉腾锡勒地区孢粉比值A/C的明显降低发生在3300 a BP前后,以后再也未恢复到3300 a BP以前的水平,标志着该区全新世大暖期的结束。调角海子剖面第三期小型埋藏古冰楔就形成于3300 ~ 3100 a BP[15]; 杨志荣对调角海子全新世低温波动进行研究后发现: 3100 ~ 2400 a BP为全新世一个较强的气候冷干波动时期[11]; 非洲大陆地区湖泊水位的阶段性变化特点也表明距今3000 ~ 4000 a前多数湖泊为中水位或低水位,而目前的湖泊主要为低水位[16]; 在青藏高原北部,A/C值在3.0 ~ 4.3 ka BP之后开始降低,可能反映了全新世大暖期在高原北部的同时期结束,环境向干旱转变[17]

在整体趋向干旱化的进程中,2380 ~ 1160 a BP为一相对湿润期。据史培军[18]研究,鄂尔多斯地区2500 ~ 1500 a BP发育了一期古土壤层,证明此时期确实存在湿润气候; 蒙古国中部Ugii Nuur湖高分辨率的孢粉记录也指示2340 ~ 1600 a BP气候较凉湿[19]; 蒙古国中北部Telmen湖的阶地、硅藻、纹泥、孢粉等资料表明2710 ~ 1260 a BP有效湿度增加[20]; 与辉腾锡勒湖相邻的岱海在1700 ~ 1350 a BP气温有所回升,降水也有所增加,森林植被得到一定恢复[21]

1160 a BP以后气候向着温凉偏干转变。好鲁库1200 a BP以来,烧失量和有机碳的低值也表明此时期为干旱或冷干的环境[22]; 内蒙古察素齐在1350 ~ 0 a BP时期植被为典型草原景观,气候温和半干旱[23-24]

总的来说,辉腾锡勒湖孢粉分析得出的环境变迁在大的时间尺度上与区域其他湖泊的记录大体一致,即中全新世为暖湿时期,晚全新世为凉干或冷干时期,而大时间尺度中包含的个别冷波动事件可能是受小环境具体气候因素的影响比较大。

致谢 孢粉鉴定由童国榜老师完成,在此表示衷心的感谢。

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