貴州龍里高山泥炭腐殖化度所記錄的古氣候初探

張 輝,劉 蕊,司云云,劉滋君,李騰龍

(1.貴州師范學院 地理與資源學院，貴州 貴陽 550018；2.貴州大學 資源與環境工程學院，貴州 貴陽 550025；3.貴州師范學院 馬克思主義學院，貴州 貴陽 550018)

貴州龍里位于我國的云貴高原地區，因其獨特的地形使得這里成為亞熱帶季風性濕潤氣候區中的特殊地域；此外貴州省的高原泥炭沉積最主要的分布在貴州龍里大草原與威寧，這兩個區域是貴州境內兩個泥炭沉積發育較好的地區。時下針對西北部威寧草海的泥炭研究較多，但缺少高山沼澤泥炭相關研究的數據[1]。本區域內將泥炭沉積物用作氣候研究的地質信息載體來研究貴州境內全新世氣候演變的相關研究較為缺乏，同時龍里區域的泥炭沉積連續，是繼草海后在貴州又一重要的泥炭沉積地發現[2]，因而在這里我們選用泥炭沉積作為研究貴州境內古氣候，將有助于填補龍里大草原在這一方面的空白。在1876年BIytt將泥炭作為一種地質信息載體[3]，且將泥炭用于研究斯堪的納維亞半島古氣候信息，并在研究中使用泥炭氣候學分析后，越來越多的學者以泥炭作為信息載體來觀察地層的發育和沉積物中的生物沉積物，可以用來推斷古氣候條件。相較于其它的地質信息載體，泥炭具有經濟易得、沉積速率較快且沉積連續、沉積環境與過程穩定、時間尺度長和適合的代用指標廣泛等優勢，因此，它是研究古氣候環境變化的理想資料[4]。得到研究古氣候的學者們重視。根據翻閱資料文獻，發現國內腐殖化度指標的應用地區漸漸擴大，包含青藏高原東部紅原泥炭，青藏高原東部、雷州半島北部等地、湖北神農架大九湖、新疆北部巴里坤湖，研究范圍從山地泥炭到平原泥炭，從陸地泥炭到湖沼泥炭[5-11]；國內以洪業湯、周衛建、鐘巍等學者為代表的在青藏高原東部、雷州半島北部、新疆巴里坤湖的研究認為腐殖化度高指示氣候溫暖濕潤，腐殖化度低指示干冷[6-10]；以浙江千畝田和朱誠、馬春梅為代表的在神農架的研究結果則相反：腐殖化度高指示氣候干冷，腐殖化度低指示氣候濕熱[12-15]。

通過對前人相關研究進行比較分析，泥炭腐殖化度所指示的古氣候意義存在區域性的差異。目前國內外學術界對泥炭腐殖化度的環境指示意義存在很大的分歧的原因是腐殖化度指標并不能定量地反映區域的地表環境濕度，而只能指示環境相對干濕條件變化[10]。不同的地質地貌以及氣候變化可能會造成區域性的降水與泥炭地濕度不一致[11]。我國對泥炭沉積的研究主要集中在青藏高原東部地區、東北地區、華中地區和長江下游地區以及華南地區。但是對于我國西南地區高原山地泥炭特別是貴州地區高山泥炭腐殖化度研究尤為不足。因此，研究龍里高山泥炭腐殖化度變化用以分析研究區的古氣候環境變化是有很大的意義。

1 研究區概況

龍里作為云貴高原的第二平臺，海拔高度在1500～1700m之間，地處黔南中部，黔南布依族苗族自治州西北方向，距離省會貴陽約58～69km，總面積達到9萬多畝，由五里坪，亮山坪等十多個大小草坪組成，其中千畝以上草坪9個。本研究泥炭取自于貴州龍里高山大草原的主體部分的麻若坪臺，地處東經106°45′18"-107°15′1"，北緯26°10′19"-26°49′33"之間(圖1)。貴州龍里高山草原的泥炭層面積大約為0.5km2，厚度在1m左右，基巖層為石炭系大塘階石英砂巖，沼澤中的植被以苔草為主，同時伴生得有大量的雜草，沼澤地上生長著一些高山杜鵑。研究區域屬于北亞熱帶季風性濕潤氣候，年均氣溫13℃，年均降雨量1085毫米，多云而且日照時數較少，無霜期280天以上。貴州龍里按土壤劃分屬黃壤地帶，其泥炭地屬于山地泥炭沼澤土，其區域內植被茂密，種類繁多。

圖1 貴州龍里泥炭剖面位置

2 材料與方法

2.1 采樣位置

本研究泥炭樣品2017年3月取自于貴州龍里高山大草原的主體部分的麻若坪臺，取樣的經緯度如下：北緯26°15' 571''，東經106°55' 259''，海拔高度1658m(GPS進行測量)。剖面總厚度為92cm，由于泥炭剖面上部10cm有較多現代植物根系生長，因此在野外采從剖面上部10cm處開始往下按每2cm的間距進行泥炭樣本的采集，本研究一共在該地采集了41個泥炭樣本。樣品在取出后立即裝入干凈的自封袋中進行封存并且在自封袋外部貼上標簽標明采集的深度，運回實驗室進行冷凍干燥，研磨過60目篩。

2.2 實驗方法

本文泥炭指標測試均采用DB 22/T 2243-2015泥炭與泥炭基質水分、灰分和有機質測試定標準。

泥炭含水量為干基含水量，測試流程為：取體積不大于3cm3，重量不超過50g的泥炭樣品放入鋁盒中；立即該上鋁盒盒蓋，稱重并記錄質量；打開盒蓋，放入烘箱中，在2h內緩慢升溫至105℃時計時，干燥8h后，取出稱重，再重新放入烘箱干燥1h，知道兩次稱重的樣品質量沒有變化后，再干燥1h，取出鋁盒蓋上盒蓋，放置于干燥器中冷卻，然后稱量并記錄質量，精度0.01g。計算公式：

式中：Md——干基含水量；

A——測試樣品質量，g；

B——干燥樣品的質量，g。

腐殖化度的測量方法采用傳統的堿提取溶液吸光度法進行，具體步驟為：使用分析天平稱取0.1000g樣品放入100mL燒杯中，加入100mL的0.1mol/L氫氧化鈉，在電爐上加熱到沸騰，微火煮沸1h，使泥炭中的腐殖酸充分浸出。冷卻后用定量濾紙過濾樣品，轉入100mL容量瓶稀釋至刻度，搖晃均勻，用菁華72型分光光度計對樣品在波長400nm處進行吸光度測定，用其吸光度值來表征泥炭的腐殖化度。

有機質測定采用硫酸-重鉻酸鉀滴定法測定，實驗步驟為：精確稱取0.0200g樣品，放入試管中，加粉末狀硫酸銀0.1g，用移液管準確加入0.8mol/L重鉻酸鉀-硫酸溶液5mL，濃硫酸5mL，搖勻。預先將油浴鍋加熱至185～190℃，將盛試樣的試管插入鐵絲籠中，放入油浴鍋中加熱，并保持溶液沸騰5min，取出冷卻后將試管內混合物洗入300～500mL三角瓶中，加鄰菲羅琳指示劑3～5滴，用0.2mol/L硫酸亞鐵銨標準溶液滴定，溶液顏色由黃色經藍色至紅褐色即為終點。批式樣測定同時做2-3個空白標定，計算公式為：

式中：X——為土壤有機質含量，g/kg；

V0——空白滴定時消耗硫酸亞鐵銨標準溶液的體積，mL;

V——測定試樣時消耗硫酸亞鐵銨標準溶液的體積，mL;

C——硫酸冶鐵標準溶液的濃度，mol/L;

0.003——為1/4碳原子的摩爾質量數，g/mol;

1.724——為由有機碳換算為有機質的系數；

1.1——氧化校正系數；

m——為烘干試樣質量，g。

年代學數據測定將借鑒前人[16]在相同研究區域所獲得測年數據(詳見表1)，以作后續數據分析和研究。

表1 貴州龍里泥炭14C測年結果

3 結果與討論

3.1 泥炭腐殖化度的古氣候意義

泥炭沉積物的產生與累積是多種自然因素綜合影響而形成的。根據自然因素對其的影響強度做出簡單的介紹，進行分析：①在眾多影響因素中對其影響最大的是水熱條件，即只有在一定水分和熱量的配合條件下，或有利于植物生長，或利于抑制植物殘體分解，從而對泥炭的發育有著一定程度的影響，所以影響泥炭的直接因素是水分和熱量。②地質地貌也是對其影響較大的一個自然因素。貴州龍里大草原整體較為平坦不利于排水，并且當地河流較小且少因而其水分補給推斷主要是降水補給。由于植物殘體的分解是在一定環境條件下進行的，影響分解的主要因素是溫度、濕度和酸度。在暖濕的氣候環境下，沉積物中微生物活動強盛導致進入沉積物中的有機質被分解的數量增加，分解速度加快，從而不利于泥炭物質的形成和積累，而在相對涼干的氣候環境下，微生物活動受到抑制，隨水流進入盆地中的有機質由于分解緩慢而得以迅速積累，從而有利于泥炭的形成。

3.2 貴州龍里泥炭剖面記錄的氣候

本文在可靠14C測年技術的支持下，得出龍里全新世7 476～7 933a B.P.之間約500年的古氣候的變化情況，以泥炭作為代用指標，本次選取剖面中的泥炭積物腐殖化度在1.938～0.736之間，平均值為1.15%。對其分兩個階段對其展開討論與研究其沉積速率及其記錄的該區全新世早期的古氣候情況(圖2)：

圖2 龍里剖面泥炭含水量、TOC和腐殖化度的時間序列

階段A：剖面深度在36～90cm，時間大致在7 933-7 624 a B.P.，在此間剖面中的泥炭腐殖化度在1.18～0.61之間，平均值為0.79；泥炭有機質含量7.41%～4.20%，平均值5.88%；含水量在106.28%～58.67%，平均含水量為89.03%。在此階段，該研究區域的腐殖化度最低，并且整體波動幅度較小，表示此時段該地區氣候變化較為穩定，應該處于一個相對暖熱濕潤的環境，此時間段內降水較多，且氣溫比較溫暖，導致了泥炭中的腐殖質分解加快，腐殖化度含量較低。同一時期，孔凡翠等人[17]對貴州西部地區草海泥炭的研究表明，在8kaB.P.左右的時候，草海泥炭的δ13C的值為-26.6‰～-21.7‰，當時氣候為暖濕氣候。施雅風，孔昭宸等人對南方地區的氣溫研究，得出結論該時溫度比現在還要高1～2℃，沈吉等人[18]研究的云南洱海地區也由于西部季風的增強達到溫濕階段。這些研究區的實驗結果都與龍里區域研究結果相吻合。

階段B：剖面深度為10～36cm，時間為7 624-7476a B.P.，該階段腐殖化度值變化幅度為1.30%～1.94%，平均值為1.83%；泥炭有機質含量23.58%～32.58%，平均值29.49%；含水量在153.80%～358.89%，平均含水量為211.99%。這個階段腐殖質化度達到其剖面的最高值，并且變化幅度最大，說明泥炭記錄的該階段古氣候相較于上一階段變得較為干旱，氣候的不穩定性變化較大，特別是氣候的干濕波動更為明顯，但此階段總體上反映的氣候是比較干冷的。并且在整個泥炭沉積層面來看，該階段發生了一次特別大的變化，大約在7600aB.P.的時候，泥炭腐殖化度含量突然上升，說明此時段發生了一次突發氣候事件，這與其它地區的研究結果進行對比不難看出，該地區氣候小幅度突變在貴州董哥洞石筍[19]有著明顯的記錄。經過貴州龍里大草原年沉積物中的腐殖質化度的變化與其它學者研究得到的結果進行比較分析，綜合分析得到全新世大暖期所的原因是在這個時間段內亞洲季風在全新世早期較為強大，因而帶來了豐富的降水，隨后季風變弱，降水減少，氣候變干，導致氣候從溫暖濕潤向冷干的環境逐漸變化。

4 結論

本研究通過對貴州龍里高山泥炭剖面進行腐殖化度測定，并結合該剖面的含水量、TOC等理化指標數值變化曲線進行綜合分析，得出以下結果：

(1)通過對該地區高山泥炭剖面腐殖化度數值變化的古氣候意義研究表明：泥炭腐殖化度值較高，可能指示氣候較為干冷；而泥炭腐殖化度低，可能指示氣候較為溫暖濕潤。

(2)貴州龍里高山泥炭腐殖化度記錄了該研究區7 476-7 933a B.P.之間約500年的古氣候的變化過程：A：剖面深度在36～90cm，時間大致在7 933-7 624 a B.P.，泥炭腐殖化度較低，指示氣候溫暖濕潤；B：剖面深度為10～36cm，時間為7 624-7476a B.P.，泥炭腐殖化度含量較高，指示在此階段該區域上較前一階段為較寒冷干燥的氣候。通過對整個剖面腐殖化度含量變化分析，大約在7600a B.P.的時候，泥炭腐殖化度含量突然上升，說明此時段發生了一次突發氣候事件。