邯鄲地區晚更新世以來植被波動特征及其對氣候變化的響應①

肖景義 陳建強 許哲平 曹廣超 趙青林 高麗文

(1.青海師范大學生命與地理科學學院西寧810008;2.中國地質大學地球科學與資源學院北京100083; 3.中國科學院植物研究所北京100093;4.青藏高原環境與資源教育部重點實驗室西寧810008)

邯鄲地區晚更新世以來植被波動特征及其對氣候變化的響應①

肖景義1，4陳建強2許哲平3曹廣超1，4趙青林1，4高麗文1，4

(1.青海師范大學生命與地理科學學院西寧810008;2.中國地質大學地球科學與資源學院北京100083; 3.中國科學院植物研究所北京100093;4.青藏高原環境與資源教育部重點實驗室西寧810008)

對河北邯鄲HZ-S孔沉積物進行孢粉分析，結果表明該地區晚更新世以來的氣候演變形式既有與全球同步的特點，也有本區域獨自的特征。古氣候與古植被演變過程如下:(1)晚更新世末次間冰期氣候溫暖濕潤(130～75 kaBP)，植被為森林草原;末次冰期氣候演化經歷了寒冷干燥(75～55 kaBP)→溫暖濕潤(40～30 kaBP)→寒冷干燥(30～10 kaBP)的過程，植被演替過程相應為草原→森林草原→草原。(2)全新世氣候演化經歷了溫涼略干(10～8 kaBP)→溫暖濕潤(8～3 kaBP)→溫涼偏干(3～0 kaBP)的過程，植被演替過程相應為疏林草原→森林草原→疏林草原。(3)發生在25 kaBP左右，16 kaBP左右和11～10 kaBP的冷事件可能是Heinrich事件3、1和Younger Dryas事件在中國東部季風區的響應。

晚更新世孢粉古植被古氣候邯鄲

隨著全球變化研究的進展，孢粉分析方法作為恢復區域古植被變化，定量重建古氣候的一種重要方法，被廣泛地應用于第四紀古氣候、古環境分析［1－7］。晚更新世環境的變遷包含一個完整的冰期—間冰期旋回，為研究古氣候環境的周期性變化規律和預測未來氣候環境演變趨勢提供了極佳的模式，成為過去全球變化(PAGES)研究的主要時段之一。由于中國大陸古環境的復雜性，有必要對不同區域古氣候環境進行重建。邯鄲地處我國東部典型季風區內，新構造運動強烈，多數斷裂仍在活動中，是一個地震多發區，且緊鄰京津唐都市圈，是國家重點防震區。更新世晚期以來區域第四紀地層劃分對比、沉積環境及其古氣候演化等方面尚無人進行全面系統的研究，第四紀環境研究的總體程度較低。本文應用孢粉分析方法對該研究區的孢粉—植被演化序列進行重建，探討該區域晚更新世以來植被波動特征及其對氣候變化的響應過程。

1 研究區概況

邯鄲市位于河北省最南部，屬河北平原區山前傾斜平原亞區的臨清坳陷帶。區內地勢總體上是西高東低，明顯呈山地、丘陵、平原三級階梯逐次下降的趨勢。以京廣鐵路為界，東部地區為山前洪積、沖積平原，地勢開闊平坦。西部為侵蝕剝蝕山地，山脈、丘陵、盆地相間，河谷輾轉穿越，地表形態差異很大。區域氣候屬于溫帶大陸性季風氣候，四季分明。年平均氣溫11～14℃左右，最熱月(7月份)的平均氣溫26～27℃，最冷月(1月份)的平均氣溫－2℃左右，年平均降水量500～720 mm，其中東部平原降水量在500～600 mm之間。降水主要集中在7～9月，占全年降水的2/3。冬季降水占全年降水的2.7%，春季降水占全年降水的10%。市區有滏陽河、沁河穿城而過，二者均發源于太行山。區域原始植被屬于暖溫帶落葉闊葉林—草原，但由于長期以來的人類活動，原始植被己經破壞殆盡，現在生長的主要是人工林、次生林和雜草。

2 鉆孔剖面巖性及測年

控制性鉆孔(HZ-S)位于邯鄲市龍湖公園內，孔位36°36'30″N，114°30'37″E，總進尺:109.4 m(未見底)，平均取芯率為90%，沉積較連續。更新統上部和全新統巖性特征簡述如下(表1):

表1 HZ-S孔第四紀地層特征Table 1Quarternary lithostratigraphic characteristics in HZ-S core

準確的年代是地層時間序列重建的基礎。HZ-S孔同位素測年數據分別由中國地震局地質研究所碳十四年代學實驗室、釋光年齡年代學實驗室和中國地震局地殼應力研究所熱釋光年齡年代學實驗室測試(表2)。表2顯示HZ-S孔年代數據，自上而下呈遞增趨勢，沒有發生年代倒轉現象，深度和年代的線性關系明顯，與相鄰鉆孔的年代深度資料也基本吻合。由此可以認為實驗室的年代數據是相對合理和可用的。由于熱釋光測年沒有得到具體年齡數據，僅供參考，表中14C年齡為樹輪校正后平均值。其它年齡采用線性內插、外推方法獲得。

表2 樣品深度與測年結果Table 2The depth and dating of profiles

3 剖面孢粉組合特征及古植被和古氣候變化

3.1 研究方法

本文取1.55～53.21 m段140件孢粉樣品進行分析，孢粉鑒定由河北正定地質礦產部水文地質所完成。室內孢粉提取采用常規的酸堿處理法和兩次重液浮選法，每個樣品鑒定的孢粉數不低于100粒。

為了更準確地分析古氣候變化，本研究采用定性與定量相結合的方法。定性分析采用花粉比值方法分析判別古氣候的變化趨勢。在此選取喬木為溫暖(濕潤)的指標，草本為冷干的指標，二者比值即喬/草(T/H)越大表示越溫濕，反之為冷干［6］。由于缺乏表土孢粉資料，定量分析采用宋長青等［8］依據中國北方215塊表土孢粉樣品分析結果為基礎建立的花粉—氣候因子轉換函數(公式1，2)，建立年均溫度、年降水量變化曲線。

3.2 孢粉分析結果

分析結果表明HZ-S孔孢粉組合以草本植物花粉為主(平均約占58.5%)，其次為喬木植物花粉(平均約占31.1%)，灌木植物花粉及蕨類植物孢子最少(分別為5.8%，4.8%)，有時見水生植物花粉。它們分屬117個孢粉類型。主要孢粉類型有:1)喬木植物花粉:共有21種類型，其中常見類型大約有9種。以松(Pinus)占優勢，見樺(Betula)、榆(Ulmus)、櫟(Quercus)、云杉(Picea)、栗(Castanea)、柏科(Cupressaceae)等。2)灌木植物花粉:共有25種類型，其中常見類型大約有8種。主要有榛(Corylus)、繡線菊(Spiraea)、柳(Salix)、白刺(Nitraria)、麻黃(Ephedra)等。3)草本植物花粉:共有53種類型，其中常見類型大約有8種。主要有蒿(Artemisia)、藜科(Chenop-odiaceae)、禾本科(Gramineae)、毛茛科(Ranumculaceae)及莎草科(Cyperaceae)的分子等。水生草本植物主要為狐尾草(Myriophyllum)及香蒲(Typha)等。4)蕨類孢子:共有20種類型，其中常見類型大約有15種。主要為卷柏(Sellaginella)、中華卷柏(Sateglnella sinensis)、鐵線蕨(Adiantum)、及真蕨綱(Filicale)的分子等。

依據孢粉類型及數量在剖面上的組成和變化特征，可將該孔52.28 m以上的孢粉組合自下而上劃分為5個孢粉帶(圖1)。

孢粉帶Ⅰ(深度52.28～39.72 m)，本帶草本植物花粉占優勢，含量為17.9%～77.8%，平均54.2%，以蒿和藜科為主。木本植物花粉含量5.9%～80%，平均含量38.5%，以松屬占優勢。云杉、杉科、柏科和椴少量出現。闊葉植物占6.5%，主要有樺，胡桃，榆，落葉櫟及栗等，水生植物以莎草，狐尾藻及香蒲等為主。

孢粉帶Ⅱ(深度39.72～14.59 m)，本帶木本植物含量比Ⅰ帶明顯下降，含量一般＜20%。草本植物含量上升，草木植物花粉含量一般＞40%。但在中部喬木植物花粉含量又顯著增高，達40%以上，高于草木植物花粉含量?；ǚ酆康牟▌幼兓容^顯著，孢粉帶可分為Ⅱa、Ⅱb和Ⅱc三個亞帶。

Ⅱa亞帶(深度39.72～30.81 m)，該帶木本植物大量減少，含量為5.1%～62.1%，平均27.7%。草本植物相應增加，含量為37.9%～93.3%，平均70.3%。孢粉類型單調，主要是蒿和藜科花粉及少量的松樹花粉。蒿與藜科花粉的含量相近，藜的含量比上一帶增多。此外，榆和落葉櫟也時常出現。

網絡的第二層為線性輸出層，本層是將上一層的輸出與本層的權值矩陣IW2,1做規一化點積運算(規一化點積運算函數用nprod表示)后，作為權輸入送入傳遞函數，由計算網絡輸出。網絡輸出表達式如下[3]：y=a2= purelin(n2)=purelin(iIW2,1×a1/sum(a1))。

Ⅱb亞帶(深度30.81～27.12 m)，該帶草本含量下降為上一亞帶的近一半，含量為7.8%～60.9%，平均39.8%，仍以蒿為主，其次為藜科花粉，但二者含量相差加大。木本植物含量為30.4%～88.5%，平均55.9%。以松屬為主，含量為37.6%，闊葉植物含量為9.5%，常見有落葉櫟，榆，胡桃和榿木。

Ⅱc亞帶(深度27.12～14.59 m)，該帶草本含量增加，含量為41.7%～93.2%，平均63.4%，以蒿和藜科為主。木本含量逐漸減少，含量為6.8%～55.6%，平均32.2%。針葉植物以松屬花粉居多，其次有云杉、冷杉等。闊葉植物以栗的含量稍高，其余常見的有胡桃，榆樺及臭椿。灌木植物含量10.1%，居剖面最高，且種類較多，以白刺為主。

圖1 邯鄲HZ-S孔主要孢粉百分含量圖Fig.1Pollen percentage diagram of HZ-S core in Handan

孢粉帶Ⅲ(深度14.59～11.69 m)，本帶木本植物花粉含量為6.3%～62.5%，平均39%，含量迅速增加。草本花粉仍占優勢，含量為37.5%～93.8%，平均60.4%，以蒿和藜科為主，其次有菊科，毛茛、紫苑等。闊葉植物占4.2%。主要有落葉櫟，榆，胡桃和椴。灌木植物含量8.9%，以白刺、榛、麻黃為主，平均含量＞1%，同時柏科也有一定含量。

孢粉帶Ⅳ(深度11.69～4.9 m)，該帶木本含量進一步增多，含量8.9%～65.2%，平均40.6%，其中以松屬居多。草本花粉含量為31.8%～90.9%，平均52.8%，以蒿和藜科為主，其次有茄科、禾本科、百合科、香蒲、狐尾藻等。闊葉植物占9%，含量、種類相對增加，主要有落葉櫟、槭樹、栗、樺、漆樹、楓香等。灌木植物含量7.7%，以白刺、榛為主。蕨類孢子含量6.6%，主要有中華卷柏、卷柏、鐵線蕨等。

孢粉帶Ⅴ(深度4.9～1.55 m)，木本植物含量變化不大，含量19.2%～60.6%，平均41.5%，除松屬外，闊葉植物含量占3.9%，主要有落葉櫟，栗和樺等。灌木植物花粉含量為3.98%，多為白刺，白蠟樹及麻黃等。旱生的麻黃，白刺也不時出現。草本含量有所增加，含量為23.9%～68.5%，平均46.4%，除蒿和藜以外，時常有蕎麥，禾本科伴生。蕨類孢子含量為12.2%，主要是中華卷柏和真蕨綱等。

3.3 古植被和古氣候變化

孢粉組合記錄了歷史時期的植被面貌及環境的更替過程。前人表土花粉工作表明，松的花粉產量大，散布距離遠，純松林的表土中，松屬花粉含量占90%以上，如果某個點花粉譜中松的花粉在30%以上，一般認為有松林存在。蒿屬、藜科反映干旱環境，盤星藻生活的水深為5～15 m。中華卷柏是我國北方，尤其是森林植被破壞后灌叢下發育的蕨類植物，與人類活動關系密切［9，10］。就植被和環境變化而言，濕度是主要控制因素，其次是溫度。根據HZ-S孔沉積物中孢粉組合特征以及所建立的年降水量、年均溫度變化曲線，結合有效測年數據，首次對邯鄲地區晚更新世以來的古氣候環境演變過程重建如下(圖2):

Ⅰ帶，年代為130～75 kaBP左右，屬于末次間冰期，對應MIS5。該時期中旱生草本蒿屬和藜科相對較多，木本植物以松屬為優勢，闊葉植物主要有樺，胡桃，榆，落葉櫟及栗等，莎草，狐尾藻及香蒲等為主的水生植物出現較頻繁，含量有所上升。構成以松、樺、胡桃、蒿、藜科為主針闊葉混交森林草原。T/H平均為0.81，總體反映了該時期是一種溫暖濕潤的氣候環境。

Ⅱ帶，年代為75～10 kaBP左右，屬于末次冰期。該時期木本植物含量比Ⅰ帶明顯下降，總體以松，蒿、藜科為主，T/H平均為0.48，反映氣候寒冷干燥。但在中部喬木植物花粉含量又顯著高于草木植物花粉含量?；ǚ酆康牟▌幼兓容^顯著，說明氣候發生了較大的波動。

圖2 邯鄲地區晚更新世以來古氣候環境演變及其對比Fig.2The evolution of the paleoclimatic environment since Late Pleistocene in Handan and comparative study with adjacent and global records

Ⅱa亞帶，年代為75～55 kaBP左右，為末次冰期早冰階，相當于MIS4。該時期孢粉類型單調，中旱生草本蒿屬和黎科含量相近，黎科含量比上一帶明顯增多，表明干旱成分加大。反映植被類型是以蒿、藜科為主的溫帶草原景觀，邊緣有稀疏的針闊葉混交林。T/H平均為0.31，為剖面最低，總體反映該時期是一種寒冷干燥的氣候環境。

Ⅱb亞帶，年代為40～30 kaBP左右，為末次冰期間冰階晚期，相當于MIS3晚期。該階段草本含量下降為上一亞帶的近一半，闊葉植物常見有落葉櫟，榆，胡桃和榿木，形成針闊葉混交森林草原景觀。T/ H平均為1.27，居剖面最高，反映一種溫暖濕潤的氣候環境。

Ⅱc亞帶，年代為30～10 kaBP左右，對應末次冰期晚冰階，相當于MIS2。該時期中旱生草本蒿屬和藜科含量增加，木本植物含量逐漸減少，反映植被類型是以蒿、藜為主的草原，邊緣有稀疏的針闊葉混交林。T/H平均為0.4，總體表現為冷干的氣候特征。其內部存在次一級干一濕波動，其中25.88～25.48 m間的2個孢粉樣品，18.3～17.7 m間的2個孢粉樣品和14.95～14.59 m間的3個孢粉樣品中，顯示木本植物含量急劇減少，草本植物尤其是藜科含量大量增加，T/H平均分別為0.09、0.13和0.07，表現出更為冷干的氣候特征，對應時間分別為25 kaBP左右，16 kaBP左右和11～10 kaBP。這些冷事件分別可與Heinrich事件的3、1和Younger Dryas事件對應［11～14］。

Ⅲ帶，年代為10～8 kaBP，屬于前北方期和北方期。該階段木本植物花粉含量迅速增加，反映了快速增溫的特點。草本花粉仍占優勢，闊葉植物主要有落葉櫟，榆，胡桃和椴。構成以松、蒿為主的針闊葉混交疏林草原景觀，T/H平均為0.77，反映了溫涼略干的氣候環境。

Ⅳ帶，約8～3 kaBP，屬于大西洋期和亞北方期。該時期木本含量進一步增多，闊葉植物含量、種類相對增加，主要有落葉櫟、槭樹、栗、樺、漆樹、楓香等。蕨類孢子主要有中華卷柏、卷柏、鐵線蕨等，喜暖的鐵線蕨屬明顯增加。喜溫暖的盤星藻也頻頻出現。反映植被組合成份復雜、生境多樣，構成針闊葉混交森林草原景觀。T/H平均為0.86，反映是一種溫暖濕潤的氣候環境。

Ⅴ帶，約3～0 kaBP，屬于亞大西洋期。該時期孢粉組合為以松、蒿為主的針闊葉混交疏林草原，植被與現今相近。T/H平均為0.65，為溫涼偏干的氣候特征。

4 區域對比與討論

HZ-S孔孢粉分析結果表明，邯鄲地區晚更新世以來不同時期的古氣候環境演化模式在總體趨勢上具有全球一致性特征，在不同時期內也存在次一級冷暖和干濕的氣候波動。發生在25 kaBP左右，16 kaBP左右和11～10 kaBP的冷事件可能是北大西洋深海沉積記錄的Heinrich事件3、1和Younger Dryas事件在中國東部季風區的響應。但在響應全球氣候變化的同時，也反映出自身局部的區域性特征，主要表現在:

MIS5階段(130～75 kaBP左右)以末期水熱配置最佳為特征。而深海沉積［15］、古里雅冰芯［16］等記錄的氣候變化總體卻是個逐漸降溫過程。薛濱［17］、景民昌［18］等對青藏高原東北部研究結果認為末次間冰期5a階段水熱配置最佳，與本文研究結果一致。

MIS3晚期(40～30 kaBP左右)，總體表現為溫暖濕潤的特征，是更新世晚期以來暖濕程度最佳的時期。前人研究河北寧靜泊地區在40～30 kaBP，氣候溫暖濕潤，生長著亞熱帶和暖溫帶闊葉林或針闊葉混交林，氣溫高于現在3～4℃［19］。同時期東部沿海從海相層的空間分布及有孔蟲組合的生態條件反映海侵開始于40 kaBP，結束于25 kaBP前，稱滄州海進。該時期發生海侵為第四紀以來最強的一次［20］。河北黃驊市關家堡孔(HG1)所含微體化石，揭示了華北平原始于40 kaBP升溫事件年平均溫度比今高7℃左右［21］。此外，青藏高原和西北地區［22～24］也反映同樣的氣候特征。在古里雅冰芯高分辨率記錄中末次間冰段以35 kaBP左右最暖，溫度高出現代4℃［16］。不同的是深海氧同位素記錄和格陵蘭冰芯記錄［25，26］、黃土高原［27］、蘇北盆地［28］、珠江三角洲［29］、南海［30］等地呈現溫涼濕潤的氣候特征，是較MIS2和MIS4階段溫暖，但比全新世暖期和末次間冰期顯著要低的一弱暖期。施雅風等［22，23］認為MIS3晚期的暖濕事件是由于地球軌道歲差周期變化導致中、低緯度太陽輻射增加和海陸熱力差異增大，促使高緯度地區冰蓋萎縮和東亞夏季風增強，以及西風環流的水汽增加而造成的。林景星認為可能是受西太平洋赤道暖池擴張等原因造成［21］。

上述不同研究結果是區域響應差異，還是氣候代用指標的解釋問題或者是其它原因，還需進一步研究。

5 結論

(1)邯鄲地區晚更新世以來氣候環境變化具有全球氣候變化一致性特征，也有本區域獨自的特征。主要表現在:MIS5階段以末期水熱配置條件最佳。MIS3晚期表現為溫暖濕潤的氣候特征，是更新世晚期以來暖濕程度最佳的時期。

(2)晚更新世末次間冰期氣候溫暖濕潤，植被為森林草原;末次冰期氣候演化經歷了寒冷干燥→溫暖濕潤→寒冷干燥的過程，植被演替過程相應為草原→森林草原→草原。

(3)全新世冰后期氣候演化經歷了溫涼略干→溫暖濕潤→溫涼偏干的過程，植被演替過程相應為疏林草原→森林草原→疏林草原。

(4)發生在25 kaBP左右，16 kaBP左右和11～10 kaBP的冷事件可能是Heinrich事件3、1和Younger Dryas事件在中國東部季風區的響應。

致謝孢粉鑒定由河北正定地質礦產部水文地質所童國榜教授完成，審稿人對本文提出了有益的建議，在此一并致以誠摯的謝意!

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Characteristics of Vegetation Fluctuation as well as Consequent Impact on Climate since Late Pleistocene in Handan Area，Hebei

XIAO Jing-yi1，4CHEN Jian-qiang2XU Zhe-ping3CAO Guang-chao1，4ZHAO Qing-lin1，4GAO Li-wen1，4
(1.Life and Geography College of Qinghai Normal University，Xining 810008; 2.Faculty of Earth Sciences，China University of Geosciences，Beijing 100083;3.Institute of Botany;Chinese Academy of Sciences，Beijing 100093; 4.Key Laboratory of Environment and Resources on Tibetan Plateau，Ministry of Education，Xining810008)

Based on the spore-pollen analysis of the core HZ-S，in Handan region，Hebei Province.The results show that the Handan region＇s climate since the Late Pleistocene evolution of the form of both the characteristics of the global synchronization，but also the characteristics of the region alone.The evolutional stages of palaeoclimate and palaeovegetation are recognized in the following:(1)During the Late Pleistocene，the climatic changes were from warm and humid(130～75 kaBP)→cool and dry(75～55 kaBP)→warm and humid(40～30 kaBP)→cool and dry(30～10 kaBP)，the vegetation evolutions were sylvosteppe→grassland→sylvosteppe→grassland.(2)The evolution of Holocene climate has experienced slightly cold and moderately dry(10～8 kaBP)→warm and humid(8～3 kaBP)→slightly worm and moderately dry(3～0 kaBP)process，the vegetation evolutions were sparse sylvosteppe→sylvosteppe→sparse sylvosteppe.(3)Occurred in 25 kaBP around，16 kaBP around，and 11-10 kaBP cold events may be Heinrich events 3，1 and Younger Dryas event in eastern China monsoon region＇s response.

Late Pleistocene;sporopollen;palaeovegetation;paleoclimate;Handan

book=6,ebook=497

肖景義男1971年出生副教授區域環境與資源E-mail:xiaojy1971@163.com

P534.63

A

1000-0550(2010)06-1206-07

①中國地震局、邯鄲市人民政府“十五”重點項目《邯鄲市活斷層探測與地震危險性評價及市區震害預測》資助。

2009-08-07;收修改稿日期:2009-12-02