下辽河平原晚更新世泥炭的发现及其古气候意义

张淑芹，刘玉英

1.东北亚生物演化与环境教育部重点实验室，长春 130026

2.吉林大学古生物学与地层学研究中心，长春 130026

3.吉林大学应用技术学院，长春 130022

0 引言

泥炭主要是冷湿、温湿和热湿气候条件下的产物。泥炭沼泽的发展和消亡，受全球性气候波动的控制，因而具有同时性。但从不同区域等级和更短的时间尺度来看，由冷暖气候波动引起的气候带迁移，导致泥炭沼泽沿经线方向异时性发展，因而泥炭发育的时间分布又具有异时性特点。从局部来看，地貌直接控制泥炭的形成和分布规模，水文因素也非常重要。

在40～23ka B.P.的玉木亚间冰期，隨着气候转暖和海面上升，在现今的大陆架浅海水下和沿岸平原地下深处均发现有这个时期发育的泥炭，一般称为玉木亚间冰期海侵基底泥炭［1］。例如，在成山角东的黄海、北黄海、华北平原的黄骅李家堡、大连市的枣房身、锦县后山角村、复县双塔镇等均发育有这一时期的泥炭。我国东部晚更新世晚期以来泥炭发育的时间，自南向北具有明显的异时性分布特点，有“南老北新”的说法。

下辽河平原第四纪孢粉、植物的研究资料较少［2］。埋藏在沈阳城地下晚更新世的泥炭首次发现，甚为珍贵，它能揭示沈阳城地下距今约20ka B.P.的古气候、古环境、古地理及人类活动等情况。

1 研究区概况

研究区位于辽宁省沈阳市（图1），沈阳市东部边缘属辽东山地，西部则属于下辽河平原，辽东山地是长白山系哈达岭和千山山脉的西延部分［3］。沈阳市位于暖温带落叶阔叶林区域的北部，地理坐标为N41°46′、E123°26′，海拔高程41.6m，年平均温度7.8℃，年平均降水量为675.2mm。该地区夏热多雨，冬寒晴燥，湿润而无明显干旱期；雨热同期，有利于植物生长，木本植物以落叶适应冬寒，是我国最辽阔的落叶阔叶林分布区。

下辽河平原是一个三面被低山丘陵环抱、西南向辽东湾敞开的北东－南西向的狭长平原，面积达3.2万km2，属于一个中新生代沉降盆地。辽河、浑河、太子河、大凌河等河流从山区进入下辽河断陷盆地后，共同塑造了宽阔的下辽河平原，并在平原的周边地区形成了一系列掩埋的第四纪冲积扇。浑河冲积扇是其中最大的一个。

图1 钻孔位置图Fig.1 Map showing coring sites

辽宁省沈阳市位于浑河冲积扇的扇顶至扇中部位。浑河冲积扇岩性由下而上（空间上），沉积物颗粒由细而粗。下部为黏性土层，向上依次变为黏性土含砾石（泥砾）层、圆砾砾砂层。冲积扇沉积厚度东部小，向西逐渐增大。冲积扇上部的圆砾砾砂层由东向西，粒径由以圆砾为主，渐变为以砂为主，且黏性土夹层增多，含水层由单层渐变为双层结构、多层结构。

2 材料和方法

2.1 孢粉样品采集深度及岩性特征

笔者研究的样品采自辽宁省沈阳市2个钻孔剖面，其中，SHYE孔在沈阳市东部（位于浑河冲积扇扇顶），SHYW孔在沈阳市西部（位于浑河冲积扇扇中）。两孔相距17.3km，都发育一薄层泥炭。

SHYE孔孔深43m，取10个孢粉样，采样深度分别为：

①14.0～15.0m，土黄色泥砾；

②23.0～24.0m，土黄色泥砾；

③27.0～27.5m，土黄色泥砾；

④28.0～29.0m，土黄色泥砾；

⑤31.0～31.1m，黄褐色粉质黏土；

⑥33.0～34.0m，浅灰色黏土；

⑦36.2～36.5m，黄色黏土；

⑧37.6～38.0m，黑色泥炭；

⑨38.0～38.05m，黄褐色含炭黏土；

⑩39.2～39.3m，浅灰色黏土。

在37.6～38.0m处发育一层黑色泥炭，层厚0.4m，主要由泥质成分组成，表面看不到植物碎屑。

SHYW孔孔深60m，取3个孢粉样，采样深度分别为：

①11.8～12.1m，绿色粉质黏土；

②19.0～20.0m，土黄色粉质黏土；

③35.1～35.2m，深灰褐色泥炭。

在35.1～35.2m处发育一层深灰褐色泥炭，层厚0.1m，主要由植物碎屑组成，90%左右的植物碎屑与10%左右的泥砂填充而成。植物碎屑包括茎、叶、微细的小枝、果皮和种子等，最大碎片仅有5mm2，一般都小于2mm2，小枝直径最大为1～1.5mm，多数小于1mm。结构松散，未经压实。

在SHYE和SHYW 2个孔附近还有很多钻孔剖面，但均未发现泥炭层，说明这2个泥炭层呈透镜状夹层分布，分布范围很小，指示牛轭湖沉积特征。

2.2年代测定

2个泥炭样品14C测年结果（经树轮校正后的）：

SHYE孔37.6～38.0m 处泥炭14C年龄为（23 153±332）a B.P.；

SHYW 孔35.1～35.2m 处泥炭14C年龄为（20 105±289）a B.P.。

SHYE孔泥炭为玉木亚间冰期晚期形成的泥炭，SHYW孔泥炭为玉木亚间冰期结束之后形成的泥炭（14C年代由中国科学院东北地理与农业生态研究所测试）。2个孔的年代序列采用线性内插法获得。

2.3 孢粉样品分析处理

样品自然阴干，每个泥炭样品取干样5g，其他样品每个取干样50g，分别加入约15 120粒石松孢子（用于计算绝对花粉浓度）。采用常规处理方法，用碘重液浮选集中孢粉，在德国产ORTHOPLAN生物显微镜下进行鉴定。

3 孢粉分析结果

SHYE孔10个孢粉样品，从下至上统计花粉总数分别是528、509、633、546、278、284、273、387、287、485粒。SHYW孔3个孢粉样品，从下至上统计花粉总数分别是310、229、287粒，均具有统计意义。所有样品花粉总数不包括蕨类植物孢子。

3.1 SHYE孔花粉组合特征

根据花粉浓度及主要花粉颗粒分数综合分析结果，将SHYE孔从下至上划分3个组合，其中E－I组合划分成2个亚组合（图2）。详细特征叙述如下。

E－I－1组合（37.60～39.30m，23 030～24 071a B.P.）以Alnus－Quercus为主的组合。该组合花粉浓度很大，为26 308～638 064粒／g。以乔、灌木植物花粉（颗粒分数为81.83%～92.14%）为主，草本植物花粉（7.86%～18.17%）较少。

乔灌木植物中，落叶阔叶植物花粉（Broadleaf trees，81.52%～91.75%）占优势，针叶植物花粉（Coniferae trees，0.32%～0.39%）零星出现。落叶阔叶植物以桤木属（Alnus，31.62%～49.12%）花粉高颗粒分数为特征，少量伴生的有栎属（Quercus，9.79%～12.38%）、桦属（Betula，1.96% ～7.58%）、椴属（Tilia，4.73% ～5.89%）、栗属（Castanea，0.19%～5.89%）、胡桃属（Juglans，2.75%～5.49%）、柳属（Salix，4.32%～5.37%）、鹅耳枥属（Carpinus，1.38% ～4.74%）、榆属（Ulmus，0.19%～2.16%）、榛属（Corylus，0.16%～0.95%）等花粉；针叶植物只有少量的松属（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%）等花粉少量出现。

E－I－2组合（36.50m，22 356aB.P.）以Alnus－Quercus为主的组合。该组合花粉浓度很小，为80粒／g。以乔、灌木植物花粉（71.79%）为主，草本植物花粉（28.01%）较少。

乔灌木植物中，落叶阔叶植物花粉（71.43%）占优势，针叶植物花粉（0.92%）零星出现。落叶阔叶植物以桤木属（17.18%）、栎属（17.18%）花粉为主，少量出现的有榆属（6.51%）、胡桃属（5.79%）、椴属（5.24%）、鹅耳枥属（4.70%）、桦属（3.80%）、柳属（3.07%）、榛属（1.08%）、栗属（0.18%）等花粉；针叶植物只有少量的松属（0.90%）花粉。

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

E－II组合（23.0～34.0m，14 087～20 825aB.P.）以Artemisia－Compositae－Chenopodiaceae－Gramineae为主的组合。该组合花粉浓度很小，为26～163粒／g。以草本植物花粉（88.89% ～95.12%）为主，乔、灌木植物花粉（4.88% ～11.11%）很少。

图2 SHYE孔古气候代用指标Fig.2 SHYE hole palaeo－climate proxies

草本植物中，主要有蒿属（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%）花粉较少。

乔灌木植物中，落叶阔叶植物花粉（4.18%～9.82%）稍多，针叶植物花粉（0.70%～2.52%）少量出现。落叶阔叶植物有少量的柳属（0～6.20%）、栎属（0.26%～1.47%）、桦属（0.70%～1.29%）、桤木属（0～1.47%）、榛属（0～0.35%）、鹅耳枥属（0～1.06%）、椴属（0～1.06%）、榆属（0.52% ～0.72%）、胡桃属（0～0.70%）等花粉出现；针叶植物只有少量的松属（0.70%～2.52%）花粉。

E－III组合（14.0m，8 515aB.P.）以Artemisia－Chenopodiaceae－Alnus为主的组合。该组合花粉浓度很小，为95粒／g。草本植物花粉（54.64%）稍多，乔、灌木植物花粉（45.34%）稍少。

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

乔灌木植物中，落叶阔叶植物花粉（44.72%）为主，针叶植物花粉（0.62%）零星出现。落叶阔叶植物有少量的桤木属（8.45%）、栎属（7.63%）、胡桃属（5.16%）、椴属（4.53%）、桦属（4.53%）、榆属（4.33%）、榛属（2.16%）、鹅耳枥属（1.03%）等花粉出现；针叶植物只有少量的松属（0.62%）花粉。

3.2 SHYW孔花粉组合特征

根据花粉浓度及主要花粉颗粒分数综合分析结果，将SHYW孔从下至上划分2个组合（图3）。

W－I组合（35.10～35.20m，20 076～20 133a B.P.）以Alnus－Quercus为主的组合。该组合花粉浓度较大，为2 893粒／g。以草本植物花粉（77.42%）为主，乔、灌木植物花粉（22.58%）较少。

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

乔灌木植物中，针叶植物花粉（11.94%）稍多于落叶阔叶植物花粉（10.64%）。针叶植物主要有云杉属（7.74%）、松属（4.19%）花粉；落叶阔叶植物有少量的柳属（6.45%）、绣线菊属（Spiraea，1.61%）、栎属（0.97%）、桦属（0.65%）、榆属（0.32%）、漆木属（Rhus，0.32%）、忍冬属（Lonicera，0.32%）等花粉。

W－II组合（12.10～20.0m，6 920～11 439a B.P.）以Alnus－Quercus为主的组合。该组合花粉浓度很小，为86～132粒／g。以草本植物花粉（91.70%～92.33%）为主，乔、灌木植物花粉（7.67%～8.30%）很少。

草本植物以蒿属（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%）等花粉为主。

乔灌木植物中，落叶阔叶植物花粉（6.55%～7.32%）与针叶植物花粉（0.35%～1.75%）均很少。落叶阔叶植物有少量的桦属（2.18%～3.14%）、柳属（0.44%～1.39%）、桤木属（0.70%～1.31%）、栎属（0.35%～0.87%）、榛属（0.70%～0.87%）、榆属（0～0.35%）等花粉；针叶植物有少量的松属（0.35%～1.75%）花粉。

3.3 古植被古气候定量重建及沉积环境分析

利用13种具有气候指示意义的花粉［4］分别计算出每个样品的年均温和年降水量等古气候指标（图2和图3）。

3.3.1 SHYE 孔

23 030 ～24 071aB.P.年均温5.5～6.1℃，年降水量约为699.0～734.7mm。其年均温比现在稍低，年降水量比现在稍大，花粉浓度很大，为26 308～638 064粒／g，指示当时植被覆盖度很大，其浓度值可以和三江平原沼泽地泥炭［5］及二龙湾玛珥湖湖泥［6］的花粉浓度值相比较。花粉组成以落叶阔叶植物花粉占绝对优势，其中以桤木属花粉居多，草本植物和针叶植物很少，说明这一时期山地落叶阔叶林非常茂盛，气候为暖温带气候，与现今辽东地区气候相当，温暖湿润，指示玉木亚间冰期晚期下辽河平原的气候大致与现今气候相当。

22 356 aB.P.年均温约6.5℃，年降水量约766.1mm。其年均温比现在稍低，年降水量比现在稍大，花粉浓度降至很低，仅80粒／g，指示植被覆盖度很小。虽然落叶阔叶植物花粉仍占组合的主要位置，但花粉浓度已经降至很低，说明山地落叶阔叶林范围缩小，旱生草本植物花粉（蒿属＋藜科）有一定含量，同时说明玉木亚间冰期结束之后，气候开始转向冷干。

14 087 ～20 825aB.P.年均温5.4～6.4℃，年降水量344.5～586.4mm。其年均温和年降水量都比现在低，花粉浓度也很低，为26～163粒／g，指示当时植被覆盖度很小。以草本植物花粉为主，落叶阔叶植物花粉颗粒分数很低。旱生草本植物花粉（蒿属＋藜科）颗粒分数比E－I－2组合显著增加。研究［7］表明，人类活动越强或气候越干旱，蒿属和藜科花粉颗粒分数越高，说明玉木亚间冰期结束之后，下辽河平原人类活动加强，气候更加冷干。

8 515 aB.P.年均温约5.9℃，年降水量约599.7mm。其年均温和年降水量都比现在低，花粉浓度也很低，为95粒／g，指示当时植被覆盖度很小。花粉组成以草本植物花粉为主，落叶阔叶植物花粉颗粒分数比E－II组合有所增加，旱生草本植物花粉（蒿属＋藜科）颗粒分数仍然很高，气候稍微转暖湿。

3.3.2 SHYW 孔

20 076 ～20 133aB.P.年均温约4.2℃，年降水量约436.8mm。其年均温和年降水量都比现在低，花粉浓度较大，为2 893粒／g。花粉组成以草本植物花粉为主，落叶阔叶植物花粉颗粒分数很低，喜冷耐阴的针叶植物云杉属花粉有一定含量，指示当时草本植被覆盖度较大。湿生草本植物莎草科花粉较多，旱生草本植物花粉（蒿属＋藜科）有一定含量，说明玉木亚间冰期结束之后，下辽河平原的气候冷湿偏干，比现今气候冷一些。

图3 SHYW孔古气候代用指标Fig.3 SHYW hole palaeo－proxies

6 920 ～11 439aB.P.年均温4.9～5.6℃，年降水量483.6～505.2mm。其年均温和年降水量都比现在低，花粉浓度也很低，为86～132粒／g，指示当时植被覆盖度很小。花粉组成以草本植物花粉为主，落叶阔叶植物花粉颗粒分数很低。旱生草本植物（蒿属＋藜科）颗粒分数较多，与E－II组合特征相似，说明玉木亚间冰期结束之后，下辽河平原人类活动加强，气候非常干冷，比现今气候稍冷。

3.3.3 泥炭的形成

SHYE孔泥炭样品质地非常细，表面看不见植物碎屑。花粉组成以落叶阔叶植物花粉占绝对优势，其中以桤木属花粉居多。泥炭中的花粉浓度为剖面最大值，达638 064粒／g。这说明当时气候温暖湿润，降水量大，上游山地发育以赤杨为主的落叶阔叶林，大量的花粉连同细小的黑色泥质被山上细流冲到山脚下低洼地沉积下来，形成黑色泥炭。

SHYW孔泥炭样品表面看上去基本都是未分解的植物碎屑。花粉浓度较大，为2 893粒／g。由于上游大量冲积物快速堆积下来，将原地草本被子植物掩埋，形成基本未分解的泥炭。

4 结论

沈阳东部和西部2个钻孔泥炭形成时间略有不同，其花粉组成及泥炭成分也完全不同。其中：

1）沈阳东部SHYE钻孔剖面中的泥炭形成于玉木亚间冰期晚期，由黑色微细泥质组成，泥炭中的花粉组成以暖温带落叶阔叶植物花粉为主，针叶植物花粉及草本被子植物花粉均很少；指示在玉木亚间冰期晚期，沈阳地区与现今气候相当，气候温暖湿润，雨量充沛，落叶阔叶植物发育繁盛，细流将山上微细泥质带到山角下沟谷地沉积下来形成泥炭。

2）沈阳西部SHYW钻孔剖面中的泥炭形成于玉木亚间冰期结束后，由大量未分解的植物碎屑组成，泥炭中的花粉组成以平原草本被子植物花粉为主，针叶植物及落叶阔叶植物花粉较少；指示在玉木亚间冰期结束之后，沈阳地区人类活动加强，气候比现在稍冷，山上大量冲积物快速堆积下来，将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］李汉鼎，吕金福，王强，等.中国北方沿海泥炭与环境［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.下辽河平原全新世孢粉组合与古气候演化研究［J］.河南科学，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］万波，石彦文，赵连升，等.沈阳市城区第四纪地层的划分［J］.东北地震研究 ，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］宋长青，孙湘君.花粉－气候因子转换函数建立及其对古气候因子定量重建［J］.植物学报，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］张淑芹，邓伟，闫敏华，等.中国兴凯湖北岸平原晚全新世花粉记录及泥炭沼泽形成［J］.湿地科学，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］刘玉英，刘嘉麒，汉景泰.吉林辉南二龙湾玛珥湖12.0 ka B.P.以来孢粉记录与气候变化［J］.吉林大学学报：地球科学版，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］李月丛，许清海，阳小兰，等.中国草原区主要群落类型花粉组合特征［J］.生态学报，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.