東海內陸架泥質體遠端表層沉積物孢粉分布規律及其環境意義

袁忠鵬,胡剛,王永紅,黃暢,賈仲佳,梁偉強,彭錦

1.中國海洋大學海洋地球科學學院，山東青島 266100

2.中國地質調查局青島海洋地質研究所，山東青島 266071

3.海洋國家實驗室海洋礦產資源評價與探測技術功能實驗室，山東青島 266071

0 引言

孢粉個體小、傳播廣、易于保存，已經成為獲取氣候環境變化信息的良好載體，是研究植被和氣候環境重要的代用指標之一[1-2]。孢粉研究在陸相沉積和海相沉積研究中占有重要地位[3-7]。一般來說，水中的孢粉具有與黏土和細沙相似的運動表現，因此可以認為海洋中的孢粉具有與黏土和細沙等較小的沉積顆粒相似的輸運與沉積機制[8]，孢粉組合特征不僅能夠反映特定源區及植被覆蓋情況，而且與特定的沉積環境相對應。海洋沉積物中的孢粉能夠很好地反映陸緣植被歷史，幫助理解孢粉從陸地到海洋的傳播途徑和散布機制，同時記錄了海陸氣候演化的歷程[9]。

在世界范圍內，20世紀初就已經開始了關于孢粉的分析研究[10]。20世紀50年代，我國早期孢粉學研究主要集中在孢粉形態以及陸地巖層中的孢粉組合的研究[11]。我國陸架海區孢粉學研究始于20世紀70年代。隨著海洋地質的發展，一些學者對中國邊緣海[12-14]，特別是南海表層[15-19]，沉積物中的孢粉做了大量研究，并取得了一系列成果。此外，在東海泥質區海域也進行了一些孢粉研究工作。陸繼軍[20]對福建沿海的6個鉆孔中的孢粉樣品進行分析，對比劃分出福建沿岸晚第四紀8個孢粉組合帶，反映了氣候的交替性變化；荊夏等[21]對莆田海域沿海的表層沉積物樣品中的孢粉進行分析，劃分出4個孢粉區，探討了其影響因素、傳播機制和沉積環境；吳同[22]對溫州甌江河口海岸帶附近2個鉆孔中的孢粉進行分析，探討了溫州沿海平原第四紀以來的古植被演替和古氣候變遷。

近海陸架區接受河流攜帶來自陸地的大量陸源碎屑沉積，含有豐富的物理、化學和生物信息，其挾帶保存的孢粉化石十分豐富，為研究區域內的環境變化提供了重要材料。對于東海表層沉積物的孢粉學研究主要集中在東海北部和長三角區域[23]，而對重要的地貌單元—東海內陸架泥質沉積體遠端的研究相對薄弱，限制了對現代泥質區整體認識和影響因素分析。本文擬通過研究我國東海內陸架泥質沉積體遠端海域150個表層沉積物中的孢粉，分析表層沉積物中孢粉的組合特征和分布規律，并探討傳播機制及其對環境的指示意義。

1 研究區概況

研究區位于我國福建省與浙江省交匯的海域，介于26°00′～27°00′N，120°00′～121°30′E之間，水深范圍為16.3～87.7 m，平均水深53.4 m，覆蓋海域面積約1.30×104km(2圖1)。研究區是長江遠端三角洲的重要組成部分，位于東海內陸架泥質沉積區分布的南端，主要由黏土和粉砂組成，含砂量低，且主要受到長江來源物質與沿岸中小河流的影響[29]。

圖1 研究區位置及站位分布圖(據叢靜藝等[24]修改)圖中箭頭數字代表河流泥沙通量單位為Mt/a[25-26]；沿岸灰色條帶代表東海內陸架泥質沉積體[27]；海洋環流[26,28]Fig.1 Location of study area and sampling sites(modified from Cong et al.[24])The arrows represent the river sediment flux(Mt/a).Gray area along the coastal strip represents the geographical location of the mud area,and the station distribution of the study area is shown in the inset image

研究區屬于亞熱帶季風氣候，季風特點明顯。受海洋氣候影響，冬季盛行東北季風，夏季盛行西南季風。年平均氣溫16℃～19℃，年降雨量1 100～1 800 mm。影響研究區入海物質的主要河流為長江、甌江、閩江以及臺灣西北濁水溪，另外浙閩沿岸也有眾多小型河流入東海，但對局部海域沉積物類型和孢粉影響具有局限性，所以不著重考慮。影響研究區的洋流主要有浙閩沿岸流、臺灣暖流等[24,26,28,30]。浙閩沿岸流其流向隨季節而變，夏季因東南風和西南風占優勢而流向北和東北，與長江沖淡水匯合直達濟州島附近，冬季因盛行東北風而順岸南下。臺灣暖流流向較為穩定，主要沿閩浙沿岸海域北上，具有高溫高鹽的特征。其流幅和強度具有明顯的季節變化，夏季盛行西南季風，海水離岸輸送，流幅加寬，流速加快；冬季盛行東北季風，海流向岸靠近，流幅變窄，海流勢力減弱。

研究區西岸毗鄰福建省東北部，地貌以山地丘陵為主，森林覆蓋率極高，植被類型屬于中亞熱帶常綠闊葉林(圖2d)，該區域影響研究區孢粉特征的主要河流為甌江和閩江。但由于長江攜帶的大量水沙物質在沿岸流輸送下也大規模沉積于此，因此也會包含有北亞熱帶常綠—落葉闊葉混交林信息(圖2c)，長流流域以上有山地丘陵地貌和下游沖積平原為主。常見的主要闊葉樹種有：甜櫧(Castanopsiseyrei)，米櫧(C.carlesii)，青鉤栲(C.kawakamii)，栲樹(C.fargesii)，南嶺栲(C.fordii)，青岡(Cyclobalanopsisglauca)，鹿角栲(C.lamontii)，黧蒴栲(C.fissa)等[32]；針葉林主要有馬尾松林(PinusmassonianaLamb)、杉木林(Cunningha mialanceolata(Lamb.)Hook.)等，還有一些灌木等次生林，沿海平原、沿河流域有豐富的農業用地，農作物包含的孢粉信息也有可能會在海域沉積物的孢粉組合特征中有所體現。

圖2 中國東部植被區劃(據于俊杰等[31]修改)(a)溫帶草原；(b)溫帶落葉闊葉林；(c)北亞熱常綠—落葉闊葉混交林；(d)中亞熱帶常綠闊葉林；(e)南亞熱帶常綠闊葉林；(f)北熱帶季雨林和熱帶雨林；(g)南熱帶季雨林和熱帶雨林。紅框表示研究區位置Fig.2 Vegetation division in eastern China(modified from Yu et al.[31])(a)temperate grassland;(b)temperate deciduous broad-leaved forest;(c)north subtropical evergreen deciduous broad-leaved mixed forest;(d)middle subtropical evergreen broad-leaved forest;(e)south subtropical evergreen broad-leaved forest;(f)north tropical seasonal rain forest and tropical rain forest;(g)south tropical seasonal rain forest and tropical rain forest.Red box indicates the location of the study area

2 材料與方法

本研究表層沉積物樣品來自于青島海洋地質研究所承擔的“1∶25萬霞浦縣幅海洋區域地質調查”項目，取樣時間為2016年6月，采用的是箱式取樣方法，采樣就位偏差平均值為14 m。本次研究分析的樣品為150個表層沉積物樣品，采用箱式取樣取海底表面1～2 cm深度樣品進行分析，站位分布如圖1所示。

所有樣品均在中山大學地球科學與工程學院第四紀環境分析測試實驗室處理。每個樣品稱重10～20 g沉積物，樣品經過加入10%的HCl除鈣、洗酸、除沙、加入10%的KOH除有機質、洗堿等預處理之后，孢粉的實驗室提取采用酸堿—重液浮選法，并采用外加石松孢子示蹤來測定孢粉濃度。孢粉薄片在德國蔡司顯微鏡Axio Lab.A1數碼攝像生物顯微鏡下進行觀察和鑒定統計，每個孢粉統計數目在200粒以上。在鑒定過程中，主要參考《中國植物花粉形態》[33]，《中國熱帶亞熱帶被子植物花粉形態》[34]和《中國蕨類植物孢子形態》[35]等專著及其他參考文獻中的孢粉圖片及形態描述。

3 結果

3.1 孢粉主要科屬類型

經過鑒定統計，150個表層沉積物樣品全部見有孢粉，共鑒定統計孢粉49 679粒，平均每樣331粒。共鑒定出93個孢粉類型，其中47個木本植物花粉類型，28個草本植物花粉類型，12個蕨類植物孢子類型和6個藻類孢子類型。木本植物花粉主要類型有：松屬(Pinus)、櫟屬(Quercus)、栗屬(Castanea)、大戟科(Euphorbiaceae)、胡桃屬(Juglans)、鵝爾櫪屬(Carpinus)、榆屬(Ulmus)、鐵杉屬(Tsuga)、榿木屬(Alnus)、楓香屬(Liquidambar)、樺木屬(Betula)、桑科(Moraceae)、榛屬(Corylus)、山毛櫸屬(Fagus)、鼠李科(Rhamnaceae)、楊梅屬(Myrica)、柳屬(Sailx)等。草本植物花粉主要類型有：禾本科(Poaceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、莎草科(Cyperaceae)、蒿屬(Artemisia)、藜科(Chenopodiaceae)、十字花科(Cruciferae)、香蒲屬(Typha)、蒲公英(Taraxacum)等。蕨類植物孢子主要類型有：三縫孢子(Trilet spores)、桫欏屬(Adiantum)、單縫孢子(Monolet spore)、苔蘚孢子(Bryopthtes)、里白屬(Hicriopteris)、鳳尾蕨屬(Pteris)、水龍骨屬(Polypodiaceae)、海金沙屬(Lygodium)、金毛狗屬(Cibotium)、紫萁屬(Osmunda)、卷柏屬(Selaginella)、水蕨屬(Ceratopteris)等。藻類主要類型有：刺球藻(Baltisphaeridium)、環紋藻(Concentricystes)、溝鞭藻(Dinoflagellate)等。

3.2 孢粉濃度分布特征及分區

研究區域表層沉積物的孢粉濃度的差異較大(圖3a)，最高濃度達到3 148粒/克，最小濃度僅為85粒/g，平均濃度為822粒/g。表層孢粉散布的特征，可以通過孢粉濃度分布圖(圖3b)顯示，研究區孢粉濃度隨著離岸距離的增加而降低，總體呈現西部近岸濱海帶濃度較高，向外海一側近似平行于海岸線逐漸降低，并在中部鑲嵌有部分高值區的分布特征。依據孢粉濃度值并結合孢粉等值線分布趨勢，將研究區孢粉濃度分布劃分為3個次級區域，分別用孢粉區域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示，由圖4可以發現，從分區Ⅰ到分區Ⅲ，木本植物花粉含量依次增加，而蕨類含量依次降低，草本和藻類含量幾乎沒有變化。

圖3 (a)研究區孢粉濃度分布圓餅圖；(b)研究區孢粉濃度等值線分布圖Fig.3 (a)Circular pie chart of sporopollen concentration distribution in the study area;(b)Contour map of sporopollen concentration in the study area

孢粉區域Ⅰ：位于研究海域最東及東南側，離大陸最遠，是研究區表層沉積物中孢粉含量低值區，包含了63個站位。孢粉濃度為85～600粒/g，平均濃度僅為349粒/g。木本植物花粉在本區組合中約占50.4%，草本約占30.3%，蕨類約占16.9%，藻類孢子約占2.4%。

孢粉區域Ⅱ：幾乎占據了研究海域整個中東部，平行于海岸帶分布，為孢粉濃度中等區，包含了58個站位。孢粉濃度為600～1 200粒/g，平均濃度為896粒/g。木本植物花粉在本區組合中約占53.3%，草本約占30.2%，蕨類約占14.3%，藻類孢子約占2.2%。

孢粉區域Ⅲ：位于近岸中部及西北一側，研究海域中部也見幾塊區域鑲嵌于Ⅱ區，為研究區域中孢粉濃度的高值區，包含了29個站位。孢粉濃度為600～3 148粒/g，平均濃度為1 701粒/g。木本植物花粉在本區組合中約占55.4%，草本約占29.1%，蕨類約占14%，藻類孢子約占1.5%。

圖4 研究區孢粉濃度分區圖Fig.4 Partition of sporopollen concentrations in the study area

3.3 主要孢粉類型的分布特征

木本植物花粉在整個研究區的含量普遍較高(圖5a)，其分布主要受松屬和櫟屬花粉影響。其中松屬花粉的含量最高，多數站位的百分含量可在20%以上，最高可達到59%，其百分比含量等值線圖與木本植物花粉百分含量等值線圖基本一致(圖5e)。研究區中部和東北部近岸海域存在明顯的松屬花粉高值區，中部、東部以及南部存在呈條帶狀分布的3個低值區。從圖5f可見，櫟屬花粉在研究區海域內的百分含量普遍較低，其百分含量最高值只有13%，僅僅在研究區最東部，中部及西南位置存在零星的幾個相對略高區域。

研究區的草本花粉的含量也相對較高(圖5b)，以禾本科、毛茛科和莎草科花粉為主要類型。禾本科花粉百分含量最高值達到17%。毛茛科花粉的百分含量最高值達到14%，莎草科花粉的百分含量最高值達到14%。三者均在研究區中部存在相對高值區，在西部存在低值區(圖5g～i)。

研究區蕨類植物孢子和藻類孢子在整個研究區的含量較低(圖5c，d)。蕨類植物孢子以三縫孢子和桫欏屬孢子為主，兩者占蕨類孢子數量的58.3%，又因為蕨類植物孢子整體含量較少，所以將三縫孢子和桫欏屬孢子作為一個整體研究。如圖5c與圖5j，兩者的百分含量等值線圖與蕨類植物孢子等值線圖較為相似，僅僅在26°10′～26°20′N，120°20′～120°30′E范圍內存在一個高值區。

圖5 研究區主要孢粉類型的百分含量分布圖(a)木本植物花粉；(b)花本植物花粉；(c)蕨類植物孢子；(d)藻類植物孢子；(e)松屬；(f)櫟屬；(g)禾本科；(h)毛茛科；(i)莎草科；(j)三縫孢子Fig.5 Percentage distribution of major sporopollen types in the study area(a)arboreal;(b)herbaceous;(c)fern;(d)algal;(e)Pinus;(f)Quercus;(g)Gramineae;(h)Ranunculaceae;(i)Cyperaceae;(j)Trilet spores

4 討論

4.1 孢粉濃度分布與海底地形的關系

縱觀全區，孢粉沉積濃度隨離岸距離的增加而呈現規律性的降低，研究區50 m等深線是重要的沉積界線(圖1)，東海內陸架泥質區主要分布在50 m以淺水域，由圖6可見，水深在50 m以淺區域內，孢粉濃度相對較高，孢粉濃度高值的站點主要分布在50 m以淺海區，這些樣品站位均在離岸較近的地區，說明孢粉主要是陸地植物花粉和孢子經河流或大氣輸運而在近岸海域沉積，主要為沿岸河流帶來的陸地孢粉的影響。

水深大于50 m時，孢粉豐度偶見極高值，這可能與該地區也同時受到了沿岸流搬運下長江物質的影響，長江物質會挾帶更多的陸緣孢粉進入該地區。分布較為復雜，可能是受洋流運動的影響，水深大于50 m時，孢粉豐度明顯降低，沉積孢粉濃度呈現總體較低的特征，該地區離岸較遠，接收陸源碎屑沉積物較少，從而導致孢粉濃度的降低，加之離岸較遠地區主要受到臺灣暖流的強烈影響，在強動力條件下沉積物沖刷為晚更新世以來殘留沙沉積，不利于細顆粒沉積物和孢粉的有效沉積。

4.2 孢粉源區與傳播機制

海洋中的孢粉基本上全部來源于周圍陸地和沿岸地區[21]，少數由風、河流和海流等途徑從較遠的地方帶來。因此周邊植被是影響孢粉分布的最基本、最重要的因素之一。本次研究區離岸較近，可以認為福建東北部、浙江南部等地區的陸緣植物是表層沉積孢粉的主要來源，主要是中亞熱帶常綠闊葉林以及一些灌木、蕨類等形成的次生林、農業用地等。

圖6 研究區孢粉濃度和水深關系圖Fig.6 Relationship between sporopollen concentration and water depth in the study area

陸源植被類型決定孢粉組合類型，其他因素共同影響孢粉組合中各類孢粉比例。從上述孢粉分布規律可以看出：

研究區的木本花粉的豐度最高，其中松屬占較大比例，其次為櫟屬。松屬植物為原生植被破壞后次生的主要樹種，在我國大陸南部及東南沿海均有分布，其中人工栽培松林也占一定的面積[21]。松屬花粉產量高，密度小，傳播廣，帶有氣囊結構，容易受風和海流攜帶[19,36]，一般在離岸較近的淺海區和入海口不易沉積。但很難證明水流和空氣對于孢粉傳播相對定量貢獻的大小，孢粉濃度分布圖只能表明孢粉分布和離岸距離的相對關系。松屬的花期在3—4月，此時華南地區正盛行東北風，研究區東北方向為廣闊的海域，沒有表現出風向與孢粉分布的關系。因此，研究區的松屬花粉除受沿岸松林(圖2d)分布影響外，其分布受水流影響較大，推測可能來源于福建東北部、浙江南部等地區(圖2c，d)。櫟屬是亞熱帶常綠闊葉林中重要的成分，其花粉普遍存在于海底表層沉積物中[21]。研究區櫟屬花粉主要來源于沿岸常綠闊葉林(圖2d)，總體含量不高。

研究區的草本花粉以禾本科、毛茛科和莎草科為主要類型。在草本組合中，三者所占的比例非常高，在整個孢粉組合中，也僅次于松屬花粉。由于森林植被受到人類活動的破壞，禾本科和莎草科植物一般作為野草廣泛生長在田間、林緣[17]。毛茛科位于真雙子葉植物的基部，是聯系基部被子植物和真雙子葉植物的關鍵類群[37]。草本植物花粉是飛翔距離不遠的類型[15]，由于草本植物花粉漂移能力和水流搬運能力較弱，草本植物花粉主要分布在河流入海口和離岸較近的淺海區[38]。而圖6b顯示中部海域存在條帶狀高值區，推測受洋流輸運影響，可能與浙閩沿岸流有關，對應孢粉源區為圖2c～d區域。

蕨類植物主要分布于濕潤的森林環境[39]，不易被空氣傳播，孢子在水中具有較大的浮力和被水攜帶的能力[30]。因此海洋中蕨類植物的孢子，除少數由風直接帶入外，主要是靠水流運輸。研究區蕨類植物孢子較少，僅在研究區西南位置存在一高值區，這與進入該海區的陸地地形地貌和植被類型是相符合的，研究區沿岸地區主要以山地丘陵為主，植被覆蓋類型為中亞熱帶常綠闊葉林，蕨類植物相對較少。

4.3 孢粉含量分布與沉積物輸運

通過表層沉積物編制的研究區沉積物類型表明[24]：該調查區的沉積物類型主要為黏土和粉砂質黏土組成的泥，其分布面積約占研究區面積的一半，主要分布在研究區西北近岸區域。粉砂主要分布在研究區中部，約占研究區分布范圍的20%，呈東北西南向帶狀分布，向西南方向變窄。粉砂類型分布區向海方向變為砂質粉砂，約占研究區范圍30%。粉砂質砂類型分布在東南角，約占研究區范圍的10%左右(圖7)。總體上，沉積物類型從近岸到外海，主要沉積物類型成平行海岸或水深線分布，50 m等深線以淺為泥質沉積物，以深地區主要為含砂或砂質沉積物為主。而本研究表明孢粉沉積高值區基本位于黏土質粉砂或粉砂質黏土的分布范圍,而3個低值區基本上位于細砂的沉積分布范圍研究區，與該地區的沉積物分布有比較好的吻合，說明孢粉濃度的多少與沉積物類型具有一定關系，主要是由于不同的粒徑大小對其他物質的吸附作用不同造成的。

另外，由于研究區受到了浙閩沿岸流和臺灣暖流引起的切變鋒的“水障”作用的影響[24]，其中東南部主要受到了臺灣暖流帶來的臺灣入海物質的混合影響，中部受浙閩沿岸流帶來的長江物質的影響，近岸地區受到了由于浙閩沿岸流的季節變化造成了甌江和閩江等河流物質的混合作用的影響，因此造成了孢粉濃度的分布西側高濃度地區，而中部也由于大量長江物質的影響，出現孢粉濃度的峰值，而東部和東南部由于臺灣暖流的高溫高鹽和強動力條件的影響，阻隔了物源碎屑物質的輸入，而且對已有的細顆粒沉積物具有沖刷和再懸浮的影響，造成了孢粉濃度降低。

圖7 研究區表層沉積物類型、分布(按照Folk et al.[40]分類)及取樣站位孢粉總濃度Fig.7 Type and distribution of surface sediments in the study area(Folk et al.[40]classification)and Total sporopollen concentration at each sampling station

5 結論

(1)研究區表層沉積物中含有較豐富的木本和草本植物花粉，而蕨類孢子、藻類孢子含量相對較低，其中松屬花粉含量占絕對優勢。

(2)根據孢粉濃度值以及結合孢粉等值線走勢，將研究區孢粉分布劃分為3個孢粉區域。總體呈現西部近岸濱海帶濃度較高，以50 m等深線為界向東孢粉濃度顯著降低，向海方向孢粉濃度近似平行于海岸線逐漸降低的分布。

(3)不同的陸源植被類型形成不同的海區孢粉組合類型，但研究區孢粉基本都來源于近岸福建省東北部植被。松屬花粉可能是受季風和水流的共同影響而呈現近岸海灣出口高濃度分布的特征；櫟屬、草本植物花粉的傳播都和洋流有關；蕨類高值區的出現可能是海底地形和海流相互作用的結果。

(4)孢粉濃度的多少與研究區表層沉積物分布具有高相關性，孢粉濃度主要受到河流入海物質的細顆粒泥質沉積物類型吸附，造成孢粉濃度的高值，并且由于該地區特有的東北—西南向沉積動力條件，孢粉濃度分布具有沿海岸線條帶狀分布特征。

致謝 對“業治錚”號全體船員在表層沉積物取樣工作、青島海洋地質研究所測試中心和中山大學地球科學與工程學院在樣品分析測試中所做的工作一并感謝。