下遼河平原晚更新世泥炭的發現及其古氣候意義

張淑芹，劉玉英

1.東北亞生物演化與環境教育部重點實驗室，長春 130026

2.吉林大學古生物學與地層學研究中心，長春 130026

3.吉林大學應用技術學院，長春 130022

0 引言

泥炭主要是冷濕、溫濕和熱濕氣候條件下的產物。泥炭沼澤的發展和消亡，受全球性氣候波動的控制，因而具有同時性。但從不同區域等級和更短的時間尺度來看，由冷暖氣候波動引起的氣候帶遷移，導致泥炭沼澤沿經線方向異時性發展，因而泥炭發育的時間分布又具有異時性特點。從局部來看，地貌直接控制泥炭的形成和分布規模，水文因素也非常重要。

在40～23ka B.P.的玉木亞間冰期，隨著氣候轉暖和海面上升，在現今的大陸架淺海水下和沿岸平原地下深處均發現有這個時期發育的泥炭，一般稱為玉木亞間冰期海侵基底泥炭［1］。例如，在成山角東的黃海、北黃海、華北平原的黃驊李家堡、大連市的棗房身、錦縣后山角村、復縣雙塔鎮等均發育有這一時期的泥炭。我國東部晚更新世晚期以來泥炭發育的時間，自南向北具有明顯的異時性分布特點，有“南老北新”的說法。

下遼河平原第四紀孢粉、植物的研究資料較少［2］。埋藏在沈陽城地下晚更新世的泥炭首次發現，甚為珍貴，它能揭示沈陽城地下距今約20ka B.P.的古氣候、古環境、古地理及人類活動等情況。

1 研究區概況

研究區位于遼寧省沈陽市（圖1），沈陽市東部邊緣屬遼東山地，西部則屬于下遼河平原，遼東山地是長白山系哈達嶺和千山山脈的西延部分［3］。沈陽市位于暖溫帶落葉闊葉林區域的北部，地理坐標為N41°46′、E123°26′，海拔高程41.6m，年平均溫度7.8℃，年平均降水量為675.2mm。該地區夏熱多雨，冬寒晴燥，濕潤而無明顯干旱期；雨熱同期，有利于植物生長，木本植物以落葉適應冬寒，是我國最遼闊的落葉闊葉林分布區。

下遼河平原是一個三面被低山丘陵環抱、西南向遼東灣敞開的北東－南西向的狹長平原，面積達3.2萬km2，屬于一個中新生代沉降盆地。遼河、渾河、太子河、大凌河等河流從山區進入下遼河斷陷盆地后，共同塑造了寬闊的下遼河平原，并在平原的周邊地區形成了一系列掩埋的第四紀沖積扇。渾河沖積扇是其中最大的一個。

圖1 鉆孔位置圖Fig.1 Map showing coring sites

遼寧省沈陽市位于渾河沖積扇的扇頂至扇中部位。渾河沖積扇巖性由下而上（空間上），沉積物顆粒由細而粗。下部為黏性土層，向上依次變為黏性土含礫石（泥礫）層、圓礫礫砂層。沖積扇沉積厚度東部小，向西逐漸增大。沖積扇上部的圓礫礫砂層由東向西，粒徑由以圓礫為主，漸變為以砂為主，且黏性土夾層增多，含水層由單層漸變為雙層結構、多層結構。

2 材料和方法

2.1 孢粉樣品采集深度及巖性特征

筆者研究的樣品采自遼寧省沈陽市2個鉆孔剖面，其中，SHYE孔在沈陽市東部（位于渾河沖積扇扇頂），SHYW孔在沈陽市西部（位于渾河沖積扇扇中）。兩孔相距17.3km，都發育一薄層泥炭。

SHYE孔孔深43m，取10個孢粉樣，采樣深度分別為：

①14.0～15.0m，土黃色泥礫；

②23.0～24.0m，土黃色泥礫；

③27.0～27.5m，土黃色泥礫；

④28.0～29.0m，土黃色泥礫；

⑤31.0～31.1m，黃褐色粉質黏土；

⑥33.0～34.0m，淺灰色黏土；

⑦36.2～36.5m，黃色黏土；

⑧37.6～38.0m，黑色泥炭；

⑨38.0～38.05m，黃褐色含炭黏土；

⑩39.2～39.3m，淺灰色黏土。

在37.6～38.0m處發育一層黑色泥炭，層厚0.4m，主要由泥質成分組成，表面看不到植物碎屑。

SHYW孔孔深60m，取3個孢粉樣，采樣深度分別為：

①11.8～12.1m，綠色粉質黏土；

②19.0～20.0m，土黃色粉質黏土；

③35.1～35.2m，深灰褐色泥炭。

在35.1～35.2m處發育一層深灰褐色泥炭，層厚0.1m，主要由植物碎屑組成，90%左右的植物碎屑與10%左右的泥砂填充而成。植物碎屑包括莖、葉、微細的小枝、果皮和種子等，最大碎片僅有5mm2，一般都小于2mm2，小枝直徑最大為1～1.5mm，多數小于1mm。結構松散，未經壓實。

在SHYE和SHYW 2個孔附近還有很多鉆孔剖面，但均未發現泥炭層，說明這2個泥炭層呈透鏡狀夾層分布，分布范圍很小，指示牛軛湖沉積特征。

2.2年代測定

2個泥炭樣品14C測年結果（經樹輪校正后的）：

SHYE孔37.6～38.0m 處泥炭14C年齡為（23 153±332）a B.P.；

SHYW 孔35.1～35.2m 處泥炭14C年齡為（20 105±289）a B.P.。

SHYE孔泥炭為玉木亞間冰期晚期形成的泥炭，SHYW孔泥炭為玉木亞間冰期結束之后形成的泥炭（14C年代由中國科學院東北地理與農業生態研究所測試）。2個孔的年代序列采用線性內插法獲得。

2.3 孢粉樣品分析處理

樣品自然陰干，每個泥炭樣品取干樣5g，其他樣品每個取干樣50g，分別加入約15 120粒石松孢子（用于計算絕對花粉濃度）。采用常規處理方法，用碘重液浮選集中孢粉，在德國產ORTHOPLAN生物顯微鏡下進行鑒定。

3 孢粉分析結果

SHYE孔10個孢粉樣品，從下至上統計花粉總數分別是528、509、633、546、278、284、273、387、287、485粒。SHYW孔3個孢粉樣品，從下至上統計花粉總數分別是310、229、287粒，均具有統計意義。所有樣品花粉總數不包括蕨類植物孢子。

3.1 SHYE孔花粉組合特征

根據花粉濃度及主要花粉顆粒分數綜合分析結果，將SHYE孔從下至上劃分3個組合，其中E－I組合劃分成2個亞組合（圖2）。詳細特征敘述如下。

E－I－1組合（37.60～39.30m，23 030～24 071a B.P.）以Alnus－Quercus為主的組合。該組合花粉濃度很大，為26 308～638 064粒／g。以喬、灌木植物花粉（顆粒分數為81.83%～92.14%）為主，草本植物花粉（7.86%～18.17%）較少。

喬灌木植物中，落葉闊葉植物花粉（Broadleaf trees，81.52%～91.75%）占優勢，針葉植物花粉（Coniferae trees，0.32%～0.39%）零星出現。落葉闊葉植物以榿木屬（Alnus，31.62%～49.12%）花粉高顆粒分數為特征，少量伴生的有櫟屬（Quercus，9.79%～12.38%）、樺屬（Betula，1.96% ～7.58%）、椴屬（Tilia，4.73% ～5.89%）、栗屬（Castanea，0.19%～5.89%）、胡桃屬（Juglans，2.75%～5.49%）、柳屬（Salix，4.32%～5.37%）、鵝耳櫪屬（Carpinus，1.38% ～4.74%）、榆屬（Ulmus，0.19%～2.16%）、榛屬（Corylus，0.16%～0.95%）等花粉；針葉植物只有少量的松屬（Pinus，0.16%～0.20%）花粉。

草本植物中，莎草科（Cyperaceae，0.98% ～3.32%）、禾本科（Gramineae，0.19%～2.05%）、藜科（Chenopodiaceae，0～0.32%）等花粉少量出現。

E－I－2組合（36.50m，22 356aB.P.）以Alnus－Quercus為主的組合。該組合花粉濃度很小，為80粒／g。以喬、灌木植物花粉（71.79%）為主，草本植物花粉（28.01%）較少。

喬灌木植物中，落葉闊葉植物花粉（71.43%）占優勢，針葉植物花粉（0.92%）零星出現。落葉闊葉植物以榿木屬（17.18%）、櫟屬（17.18%）花粉為主，少量出現的有榆屬（6.51%）、胡桃屬（5.79%）、椴屬（5.24%）、鵝耳櫪屬（4.70%）、樺屬（3.80%）、柳屬（3.07%）、榛屬（1.08%）、栗屬（0.18%）等花粉；針葉植物只有少量的松屬（0.90%）花粉。

草本植物中，蒿屬（Artemisia，8.32%）、菊科（Compositae，3.25%）、禾本科（3.25%）、莎草科（2.17%）、藜科（2.89%）等花粉少量出現。

E－II組合（23.0～34.0m，14 087～20 825aB.P.）以Artemisia－Compositae－Chenopodiaceae－Gramineae為主的組合。該組合花粉濃度很小，為26～163粒／g。以草本植物花粉（88.89% ～95.12%）為主，喬、灌木植物花粉（4.88% ～11.11%）很少。

圖2 SHYE孔古氣候代用指標Fig.2 SHYE hole palaeo－climate proxies

草本植物中，主要有蒿屬（24.55%～37.98%）、菊科（5.23%～16.55%）、藜科（7.75%～15.33%）、禾本科（3.60%～13.94%）等花粉；莎草科（0～0.78%）花粉較少。

喬灌木植物中，落葉闊葉植物花粉（4.18%～9.82%）稍多，針葉植物花粉（0.70%～2.52%）少量出現。落葉闊葉植物有少量的柳屬（0～6.20%）、櫟屬（0.26%～1.47%）、樺屬（0.70%～1.29%）、榿木屬（0～1.47%）、榛屬（0～0.35%）、鵝耳櫪屬（0～1.06%）、椴屬（0～1.06%）、榆屬（0.52% ～0.72%）、胡桃屬（0～0.70%）等花粉出現；針葉植物只有少量的松屬（0.70%～2.52%）花粉。

E－III組合（14.0m，8 515aB.P.）以Artemisia－Chenopodiaceae－Alnus為主的組合。該組合花粉濃度很小，為95粒／g。草本植物花粉（54.64%）稍多，喬、灌木植物花粉（45.34%）稍少。

草本植物中，主要有蒿屬（13.6%）、藜科（8.04%）、禾本科（6.39%）、菊科（6.19%）等花粉，莎草科（1.44%）花粉少量出現。

喬灌木植物中，落葉闊葉植物花粉（44.72%）為主，針葉植物花粉（0.62%）零星出現。落葉闊葉植物有少量的榿木屬（8.45%）、櫟屬（7.63%）、胡桃屬（5.16%）、椴屬（4.53%）、樺屬（4.53%）、榆屬（4.33%）、榛屬（2.16%）、鵝耳櫪屬（1.03%）等花粉出現；針葉植物只有少量的松屬（0.62%）花粉。

3.2 SHYW孔花粉組合特征

根據花粉濃度及主要花粉顆粒分數綜合分析結果，將SHYW孔從下至上劃分2個組合（圖3）。

W－I組合（35.10～35.20m，20 076～20 133a B.P.）以Alnus－Quercus為主的組合。該組合花粉濃度較大，為2 893粒／g。以草本植物花粉（77.42%）為主，喬、灌木植物花粉（22.58%）較少。

草本植物中，以莎草科（16.13%）、禾本科（11.61%）、藜科（10.65%）、蒿屬（10.32%）、菊科（2.58%）等花粉為主。

喬灌木植物中，針葉植物花粉（11.94%）稍多于落葉闊葉植物花粉（10.64%）。針葉植物主要有云杉屬（7.74%）、松屬（4.19%）花粉；落葉闊葉植物有少量的柳屬（6.45%）、繡線菊屬（Spiraea，1.61%）、櫟屬（0.97%）、樺屬（0.65%）、榆屬（0.32%）、漆木屬（Rhus，0.32%）、忍冬屬（Lonicera，0.32%）等花粉。

W－II組合（12.10～20.0m，6 920～11 439a B.P.）以Alnus－Quercus為主的組合。該組合花粉濃度很小，為86～132粒／g。以草本植物花粉（91.70%～92.33%）為主，喬、灌木植物花粉（7.67%～8.30%）很少。

草本植物以蒿屬（29.62%～34.93%）、藜科（6.92%～10.92%）、菊科（6.97%～9.61%）、禾本科（3.49%～5.57%）、莎草科（1.75%～2.79%）等花粉為主。

喬灌木植物中，落葉闊葉植物花粉（6.55%～7.32%）與針葉植物花粉（0.35%～1.75%）均很少。落葉闊葉植物有少量的樺屬（2.18%～3.14%）、柳屬（0.44%～1.39%）、榿木屬（0.70%～1.31%）、櫟屬（0.35%～0.87%）、榛屬（0.70%～0.87%）、榆屬（0～0.35%）等花粉；針葉植物有少量的松屬（0.35%～1.75%）花粉。

3.3 古植被古氣候定量重建及沉積環境分析

利用13種具有氣候指示意義的花粉［4］分別計算出每個樣品的年均溫和年降水量等古氣候指標（圖2和圖3）。

3.3.1 SHYE 孔

23 030 ～24 071aB.P.年均溫5.5～6.1℃，年降水量約為699.0～734.7mm。其年均溫比現在稍低，年降水量比現在稍大，花粉濃度很大，為26 308～638 064粒／g，指示當時植被覆蓋度很大，其濃度值可以和三江平原沼澤地泥炭［5］及二龍灣瑪珥湖湖泥［6］的花粉濃度值相比較。花粉組成以落葉闊葉植物花粉占絕對優勢，其中以榿木屬花粉居多，草本植物和針葉植物很少，說明這一時期山地落葉闊葉林非常茂盛，氣候為暖溫帶氣候，與現今遼東地區氣候相當，溫暖濕潤，指示玉木亞間冰期晚期下遼河平原的氣候大致與現今氣候相當。

22 356 aB.P.年均溫約6.5℃，年降水量約766.1mm。其年均溫比現在稍低，年降水量比現在稍大，花粉濃度降至很低，僅80粒／g，指示植被覆蓋度很小。雖然落葉闊葉植物花粉仍占組合的主要位置，但花粉濃度已經降至很低，說明山地落葉闊葉林范圍縮小，旱生草本植物花粉（蒿屬＋藜科）有一定含量，同時說明玉木亞間冰期結束之后，氣候開始轉向冷干。

14 087 ～20 825aB.P.年均溫5.4～6.4℃，年降水量344.5～586.4mm。其年均溫和年降水量都比現在低，花粉濃度也很低，為26～163粒／g，指示當時植被覆蓋度很小。以草本植物花粉為主，落葉闊葉植物花粉顆粒分數很低。旱生草本植物花粉（蒿屬＋藜科）顆粒分數比E－I－2組合顯著增加。研究［7］表明，人類活動越強或氣候越干旱，蒿屬和藜科花粉顆粒分數越高，說明玉木亞間冰期結束之后，下遼河平原人類活動加強，氣候更加冷干。

8 515 aB.P.年均溫約5.9℃，年降水量約599.7mm。其年均溫和年降水量都比現在低，花粉濃度也很低，為95粒／g，指示當時植被覆蓋度很小。花粉組成以草本植物花粉為主，落葉闊葉植物花粉顆粒分數比E－II組合有所增加，旱生草本植物花粉（蒿屬＋藜科）顆粒分數仍然很高，氣候稍微轉暖濕。

3.3.2 SHYW 孔

20 076 ～20 133aB.P.年均溫約4.2℃，年降水量約436.8mm。其年均溫和年降水量都比現在低，花粉濃度較大，為2 893粒／g。花粉組成以草本植物花粉為主，落葉闊葉植物花粉顆粒分數很低，喜冷耐陰的針葉植物云杉屬花粉有一定含量，指示當時草本植被覆蓋度較大。濕生草本植物莎草科花粉較多，旱生草本植物花粉（蒿屬＋藜科）有一定含量，說明玉木亞間冰期結束之后，下遼河平原的氣候冷濕偏干，比現今氣候冷一些。

圖3 SHYW孔古氣候代用指標Fig.3 SHYW hole palaeo－proxies

6 920 ～11 439aB.P.年均溫4.9～5.6℃，年降水量483.6～505.2mm。其年均溫和年降水量都比現在低，花粉濃度也很低，為86～132粒／g，指示當時植被覆蓋度很小。花粉組成以草本植物花粉為主，落葉闊葉植物花粉顆粒分數很低。旱生草本植物（蒿屬＋藜科）顆粒分數較多，與E－II組合特征相似，說明玉木亞間冰期結束之后，下遼河平原人類活動加強，氣候非常干冷，比現今氣候稍冷。

3.3.3 泥炭的形成

SHYE孔泥炭樣品質地非常細，表面看不見植物碎屑。花粉組成以落葉闊葉植物花粉占絕對優勢，其中以榿木屬花粉居多。泥炭中的花粉濃度為剖面最大值，達638 064粒／g。這說明當時氣候溫暖濕潤，降水量大，上游山地發育以赤楊為主的落葉闊葉林，大量的花粉連同細小的黑色泥質被山上細流沖到山腳下低洼地沉積下來，形成黑色泥炭。

SHYW孔泥炭樣品表面看上去基本都是未分解的植物碎屑。花粉濃度較大，為2 893粒／g。由于上游大量沖積物快速堆積下來，將原地草本被子植物掩埋，形成基本未分解的泥炭。

4 結論

沈陽東部和西部2個鉆孔泥炭形成時間略有不同，其花粉組成及泥炭成分也完全不同。其中：

1）沈陽東部SHYE鉆孔剖面中的泥炭形成于玉木亞間冰期晚期，由黑色微細泥質組成，泥炭中的花粉組成以暖溫帶落葉闊葉植物花粉為主，針葉植物花粉及草本被子植物花粉均很少；指示在玉木亞間冰期晚期，沈陽地區與現今氣候相當，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，落葉闊葉植物發育繁盛，細流將山上微細泥質帶到山角下溝谷地沉積下來形成泥炭。

2）沈陽西部SHYW鉆孔剖面中的泥炭形成于玉木亞間冰期結束后，由大量未分解的植物碎屑組成，泥炭中的花粉組成以平原草本被子植物花粉為主，針葉植物及落葉闊葉植物花粉較少；指示在玉木亞間冰期結束之后，沈陽地區人類活動加強，氣候比現在稍冷，山上大量沖積物快速堆積下來，將平原上草本被子植物快速掩埋，形成基本未分解的泥炭。

（References）：

［1］李漢鼎，呂金福，王強，等.中國北方沿海泥炭與環境［M］.北京：海洋出版社，1995.Li Handing，LüJinfu，Wang Qiang，et al.Peat and Environment on Coastal Area of the North China［M］.Beijing：China Ocean Press，1995.

［2］王秀玲，介冬梅，李瑛.下遼河平原全新世孢粉組合與古氣候演化研究［J］.河南科學，2010，28（7）：794－798.Wang Xiuling，Jie Dongmei，Li Ying.The Holocene Sporopollen Assemblages and Paleoclimate Evolution in the Lower Liaohe Plain［J］.Henan Science，2010，28（7）：794－798.

［3］萬波，石彥文，趙連升，等.沈陽市城區第四紀地層的劃分［J］.東北地震研究 ，2001，17（2）：41－47.Wan Bo，Shi Yanwen，Zhao Liansheng，et al.Division of Quaternary Layers in Shenyang Urban Area［J］.Seismological Research of Northeast China，2001，17（2）：41－47.

［4］宋長青，孫湘君.花粉－氣候因子轉換函數建立及其對古氣候因子定量重建［J］.植物學報，1997，39（6）：554－560.Song Changqing，Sun Xiangjun.Establishment of Transfer Functions of the Pollen－Climatic Factors in Northern China and the Quantitative Climatic Reconstruction at DJ Core［J］.Acta Botanica Sinica，1997，39（6）：554－560.

［5］張淑芹，鄧偉，閆敏華，等.中國興凱湖北岸平原晚全新世花粉記錄及泥炭沼澤形成［J］.濕地科學，2004，2（2）：110－115.Zhang Shuqin，Deng Wei，Yan Minhua，et al.Pollen Record and Forming Process of the Peatland in Late Holocene in the North Bank of the Xingkai Lake，China［J］.Wetland Science，2004，2（2）：110－115.

［6］劉玉英，劉嘉麒，漢景泰.吉林輝南二龍灣瑪珥湖12.0 ka B.P.以來孢粉記錄與氣候變化［J］.吉林大學學報：地球科學版，2009，39（1）：93－98.Liu Yuying，Liu Jiaqi，Han Jingtai.Pollen Record and Climate Changing Since 12.0ka B.P.in Erlongwan Maar Lake，Jilin Province［J］.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2009，39（1）：93－98.

［7］李月叢，許清海，陽小蘭，等.中國草原區主要群落類型花粉組合特征［J］.生態學報，2005，25（3）：555－564.Li Yuecong，Xu Qinghai，Yang Xiaolan，et al.Pollen Assemblage of Major Steppe Communities in China［J］.Acta Ecologica Sinica，2005，25（3）：555－564.