东北哈尼泥炭腐殖化度古气候意义及区域对比

程胜高+肖河+黄庭+周莹+胡忠霞+刘晓彤

基金项目：国家自然科学基金项目(41072023)

摘要：不同地区泥炭腐殖化度指示的古气候意义存在着分歧。运用碱提取溶液吸光度法对东北哈尼泥炭腐殖化度进行测定，结合14C测年数据的年代框架，对比东北哈尼、神农架大九湖、青藏高原红原、福建天湖山地区泥炭腐殖化度气候代用指标，分析不同地区泥炭腐殖化度古气候意义异同的原因。结果表明：哈尼泥炭腐殖化度的古气候意义包含温度湿度组合，较高的腐殖化度指示气候温暖潮湿，较低的腐殖化度指示气候干燥寒冷；从哈尼、红原、大九湖、天湖山泥炭腐殖化度时间序列的对比可以得出，虽然其古气候意义有所不同，但其记录的中国全新世古气候环境演变趋势大体相同，都反映了中国早全新世阶段的升温现象、中全新世的大暖期现象及晚全新世阶段的降温；温度、湿度、季风、经纬度及地质地貌等因素都对泥炭腐殖化度有影响，但水热条件是直接影响，其他因素通过对水热条件的改变而间接影响腐殖化度；阐述不同区域泥炭腐殖化度的古气候意义没有固定模式，需结合当地的地理位置、地质地貌、年均气温、季风、降水、植被等情况进行具体分析。

关键词：泥炭；腐殖化度；碳、氧同位素；全新世；古气候；时间序列；冷事件；东北

中图分类号：P532；X16文献标志码：A

Paleoclimatic Significances of Peat Humification in Hani of Northeast China and Regional Comparison

CHENG Shenggao1,2, XIAO He1, HUANG Ting1, ZHOU Ying1, HU Zhongxia1, LIU Xiaotong1

(1. School of Environmental Studies, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China;

2. Institute of Environmental Assessment, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China)

Abstract: There are different viewpoints on the paleoclimatic significances of peat humification in different regions. Alkali extracting solution absorbance method was used to measure the peat humification in Hani of Northeast China. Combined with 14C dating data for chronological framework, the proxy climate indicators of peat humification in Hani of Northeast China, Dajiuhu of Shennongjia, Hongyuan of QinghaiTibet Plateau and Tianhushan of Fujian were compared, and the reasons for similarities and differences on the paleoclimatic significance of peat humification in different regions were analyzed. The results show that the paleoclimatic significance of peat humification in Hani includes temperaturehumidity combination, and the higher humification indicates warm and humid climate, the lower humification indicates dry and cold climate; according to the comparison of peat humification temporal series in Hani, Hongyuan, Dajiuhu and Tianhushan, although the paleoclimatic significances are different, but the evolution trends of Holocene paleoclimate environment recorded are almost the same; the records include warming in Early Holocene, megathermal in Middle Holocene and cooling in Late Holocene; the effects of temperature, humidity, monsoon, latitude and longitude and geological landform on peat humification are significant, but the hydrothermal conditions are direct, and the other factors are indirect; it is different to explain the paleoclimatic significances of peat humification in different regions, and the location, geological landform, average annual temperature, monsoon, precipitation and vegetation should be considered.

Key words: peat; humification; carbon and oxygen isotopes; Holocene; paleoclimate; temporal series; cold event; Northeast China

0引言

泥炭是不同分解程度的松软有机体堆积物，这种有机体主要是植物残体。泥炭沼泽植物死亡后受到各种生物化学作用，首先是复杂的有机质转变为简单的有机物质及CO2和水，然后这些物质再合成新的较复杂的有机物质圈，分解与合成这两个过程相互交替的进行着，制约着泥炭的形成与发育。因此，研究泥炭植物残体分解速率对了解泥炭的形成特点具有重要意义。泥炭地的形成和发展直接受水分和热量的控制。只有在一定水分和热量的配合下，泥炭沼泽才能得到旺盛发育。这种有利的水热组合条件主要取决于气候，其次是海陆分布以及地质、地貌和水文状况等因素。根据赵红艳等对哈尼地区泥炭分解沉积速率的研究可知，植物残体的分解是在一定环境条件下进行的，影响分解的主要因素是温度、湿度和酸度等［1］。

泥炭腐殖化度是定量描述泥炭分解程度的指标，即泥炭中无定形腐殖质占样品干重的质量分数。泥炭腐殖化度和泥炭的分解速率有必然联系，泥炭分解越快，其腐殖化程度越高。影响泥炭分解速率的因素(即温度、水分、酸度等)在一定程度上可以通过泥炭腐殖化度来表现，进而泥炭腐殖化度的波动与古气候变化存在一定关系：泥炭腐殖化度受温度、湿度控制，它们作为影响泥炭腐殖化度的主要因素，使得泥炭腐殖化度在一定程度上能反映气候的冷暖干湿。因此，腐殖化度在古气候演变及突变事件研究中被用作恢复古环境的气候代用指标。

在泥炭腐殖化度的研究方法上，1995年之前国外主要侧重研究腐殖化度与湿度之间的联系［2］；之后，Chambers等通过对苏格兰披盖式泥炭中孢粉与腐殖化度的研究确定了气候与腐殖化度之间存在某种关联，证实泥炭腐殖化度可以作为恢复古环境的代用指标［3］。中国由王华等首次确立了泥炭腐殖化度作为古气候代用指标的地位［4］。但国内外学者对泥炭腐殖化度的古气候意义有不同看法(表1)。

由表1可知，国际上对泥炭腐殖化度的研究重点在将其与阿米巴虫、植物大化石等指标进行对比，涉及的气候因子仅限于地表环境湿度，并未涉及温度或温度湿度组合对泥炭腐殖化度的影响。国内腐殖化度的研究范围较为广泛，对比指标较多，涉及的气候因子是温度湿度组合，并且学者就泥炭腐殖

表1腐殖化度古气候意义的不同观点

Tab.1Different Views for Paleoclimatic Significance of Humification文献来源学者研究地区气候因子对比指标结论

［3］Chambers等苏格兰南部披盖式沼泽

［5］Langdon等苏格兰东南部Temple Hill Moss泥炭

［6］Borgmark等瑞典中东部

［7］Blundell等爱尔兰地区

［4］王华等中国青藏高原东部四川红原泥炭

［8］马巧红等中国雷州半岛北部

［9］蔡颖等中国新疆北部巴里坤湖

［10］尹茜等中国浙江天目山千亩田

［11］、［12］薛积彬等中国南岭东部江西定南大湖

［13］马春梅等中国湖北神农架大九湖

［14］胡凡根等中国福建屏南天湖山湿度

湿度温度组合孢粉

植物大化石、阿米巴原虫化石

碳氮比、阿米巴原虫

植物大化石、有壳变形虫

木里苔草纤维素δ(13C)值

有机质含量、烧失量

有机质含量、TOC值、自生碳酸盐

烧失量

TOC值、磁化率

孢粉、有机质含量、TOC值、Rb/Sr值

有机质腐殖化度低，指示气候较湿润；腐殖化度高，指示气候较干燥；还可以用腐殖化度推断水位深度

腐殖化度高，指示气候温暖湿润；腐殖化度低，指示干冷

腐殖化度高，指示气候干冷；腐殖化度低，指示气候湿热

化度的古气候意义解释也存在很大分歧。

以洪业汤、于学峰、钟巍为代表的在青藏高原东部、雷州半岛北部、新疆巴里坤湖的研究认为：腐殖化度高，指示气候温暖湿润；腐殖化度低，指示气候干冷［4,9,1516］。他们证实在湿暖气候条件下，植物初级生产力提高，能够提供较多的植物残体进行腐解，同时也提高了微生物的分解能力，二者的综合作用使泥炭中的无定形碳质量分数增高(即腐殖化度增高)；反之，在干冷气候条件下，不仅植物初级生产力减弱，提供腐解的植物残体较少，而且微生物分解能力也减弱，导致泥炭中无定形腐殖质质量分数降低(即泥炭的腐殖化度降低)。

以马春梅、朱诚为代表的在神农架、浙江千亩田的研究，对腐殖化度代用指标指示古气候意义的阐释完全相反［10,13］。他们认为：腐殖化度高，指示气候干冷；腐殖化度低，指示气候湿热。这是因为在干燥气候条件下，沼泽处于氧化环境，微生物活动强烈，从而使植物残体分解得更为彻底，腐殖化程度就会增大；而湿暖的水涝环境降低了微生物的活动，减缓了植物残体的分解，使腐殖化程度降低。

因此，有必要对中国东北哈尼泥炭地这一气候变化敏感的区域重新进行泥炭腐殖化度的研究。笔者通过对中国东北哈尼地区泥炭腐殖化度的测定，并结合植物纤维素碳、氧同位素指标进行对比分析，得出哈尼泥炭腐殖化度代表的古气候意义；再对比红原、大九湖、天湖山泥炭地腐殖化度指标，探讨不同地区腐殖化度古气候意义异同的原因。

1泥炭腐殖化度古气候意义

哈尼泥炭地(42°13′N,126°31′E)位于吉林省柳河县哈尼乡，地处长白山高峰的西麓与龙岗山脉中部，海拔高度约900 m(图1)。哈尼泥炭堆积于全新世，通体剖面厚度达到9.6 m，其沉积过程贯穿整个全新世；特别是上层泥炭，堆积速度高，提供了高分辨率的气候记录。自晚全新世以来，本区泥炭沉积比较连续，受人类干扰较小，高分辨率地记录了古植被、古气候和古环境变化的详细信息。

图1哈尼泥炭地地理位置

Fig.1Location of Hani Peatland

图2哈尼泥炭地层与定年

Fig.2Stratigraphy and Dating of Hani Peatland

泥炭样品来自于哈尼泥炭地中部(42°12′50″N,126°31′05″E)，采样深度达到9 m。将所采泥炭芯每5 cm间隔现场切样密封保存后，立刻运回实验室进行样品分析。根据泥炭的颜色、质量、组成可以划分泥炭的地层。泥炭芯中地层的变化(图2)可以显示出泥炭沉积地的气候变化［1719］。利用14C测年技术对所采集的泥炭样品进行测定可以获得相应的年代序列。14C测年的材料来自于泥炭样品中的植物残留物，共选出泥炭样品13个，按Hong等所述方法提取泥炭植物纤维素进行14C年龄的测定［20］。泥炭测年数据由日本筑波国家环境研究所AMS实验室测试，通过CALIB4.3软件获得14C的校正年龄［21］。根据野外采集的泥炭芯，绘制并整理出哈尼泥炭层综合柱状图(图2)，其剖面岩性特征随深度变化描述如下：0~25 cm为现代植被层，有大量活的根系，主要为苔草以及少量芦苇，分解度低；25~66 cm为浅褐色泥炭层，植物残体以苔草根系为主，少量植物活根系，分解度低；66~126 cm为褐色泥炭层，植物残体以草本为主，含有少量木本残体，分解度低；126~246 cm为深褐色泥炭层，植物残体以草本为主，含少量木本残体，分解度低；246~316 cm为浅褐色泥炭层，植物残体以草本为主，含有少量泥炭藓，分解度高；316~600 cm为深褐色泥炭层，植物残体包含草本与木本，含有泥炭藓，分解度高；600~625 cm为含有火山灰的深褐色泥炭层，分解度低；625~726 cm为深褐色泥炭层，植物残体包含草本与木本，含有泥炭藓，分解度高；726~890 cm为黑褐色泥炭，植物残体包含草本与木本，含有泥炭藓，分解度高；890~900 cm为灰绿色黏土，含有少量泥炭。

运用碱提取法［22］进行哈尼泥炭腐殖化度的测定。根据哈尼泥炭地的自然条件，测定方法有所改变，主要是修改了从提取液中分离出腐殖酸的方法和重新选择确定吸光度值的最适合波长。试验主要步骤为：将泥炭样品研磨成粉末后过60目筛(0280 mm)，混合均匀；然后，精确称取泥炭样品0200 g，放入250 mL烧杯中，同时精确称量0.400 g的NaOH，放在烧杯中溶解，并放入100 mL容量瓶中定容；将所配的溶液倒入盛有泥炭样品的烧杯中充分溶解；将上述泥炭溶液放在电炉上大火加热至沸腾(约10 min)，待溶液沸腾后将电炉热量关小，温和加热溶液1 h，从而使泥炭中的腐植酸充分溶解；待加热完成后，自然冷却，将烧杯中的水加至150 mL，并放在250 mL的容量瓶中定容并混合均匀；分2次取10 mL上述溶液放在2个10 mL的离心管中离心20 min，取上清液2 mL，放在10 mL比色管中定容至刻度线，摇晃均匀；以超纯水为参照物，用Shimadzu UVVIS3000 type分光光度计测定泥炭样品中的碱提取物在540 nm波长下溶液的吸光度值；最后，以该吸光度值来表征泥炭腐殖化度。

为探讨哈尼地区泥炭腐殖化度指示的古气候意义，将腐殖化度时间序列曲线与洪业汤等在同一地区研究得出植物纤维素δ(13C)、δ(18O)时间序列进行对比(图3)［2325］。

灰色部分对应发生在北大西洋的冷事件时间区间

图3哈尼泥炭腐殖化度与纤维素碳、氧同位素对比

Fig.3Comparison of Peat Humification, Cellulose Carbon and Oxygen Isotopes in Hani

据洪业汤等的研究，东北长白山地区碳、氧同位素的古气候意义如下［2325］：植物纤维素δ(13C)值可指示气候的湿度或降水变化，δ(13C)值较高则降水较多(湿度较高)，δ(13C)值较低则降水较少(湿度较低)；δ(18O)值可指示温度效应，即与温度成正相关关系，δ(18O)高值期解释为温暖期，而δ(18O)低值期则对应寒冷期。

从泥炭腐殖化度与纤维素δ(18O)值对比图发现：在12.8~14.0 ka，纤维素δ(18O)值呈下降趋势，同期泥炭腐殖化度值也在下降，反映了温度的下降，紧接着近千年时段内，二者都有不同幅度的上升，反映了温度的上升；在9.7~12.0 ka，纤维素δ(18O)值整体呈下降趋势，泥炭腐殖化度曲线也呈明显下降趋势，其中112~115 ka内，两者都有短暂时期的上升，但二者上升幅度有显著差异，纤维素δ(18O)值急剧升高，而泥炭腐殖化度只有小幅上升，虽然反映的温度变化方式相同，但是其对温度变化的响应程度不同；在0~7.3 ka，两者整体上均呈下降趋势。由此可见，泥炭腐殖化度大体与纤维素δ(18O)值变化趋势相同，能反映古环境的温度变化：腐殖化度高，指示气候温暖；腐殖化度低，指示气候寒冷。

从泥炭腐殖化度曲线与纤维素δ(13C)值对比图发现：在9.7~11.5 ka，纤维素δ(13C)值虽有波动，但整体呈下降趋势，表明气候偏干燥，而同一时期内泥炭腐殖化度呈小幅波动的下降趋势，两者的波动趋势相同；在6.7~8.4 ka，纤维素δ(13C)值缓慢上升，反映气候偏湿润，此时期的腐殖化度值明显上升； 在4.8~6.5 ka，两者均在小幅度内波动，且变化趋势相同；在0~3.8 ka，纤维素δ(13C)值呈下降趋势，表明气候偏干燥，而泥炭腐殖化度也呈下降趋势。由此可见，泥炭腐殖化度与纤维素δ(13C)值变化趋势大体成正相关关系，能反映区域湿度变化：腐殖化度高，指示气候湿润；腐殖化度低，指示气候干燥。

综上所述，哈尼地区泥炭腐殖化度能同时反映温度与湿度的变化：腐殖化度高，指示气候温暖湿润；腐殖化度低，指示气候干燥寒冷。

2泥炭腐殖化度区域对比

国外学者研究泥炭腐殖化度涉及的气候因子仅限于地表环境湿度，并未涉及温度或温度湿度组合对泥炭腐殖化度的影响。世界各国由于地理地域上的差异形成了各自的温度、湿度大幅度变化范围，不宜将其与中国的泥炭腐殖化度古气候意义进行对比。因此，为研究中国泥炭腐殖化度古气候意义的差异，可以将气候变化敏感的哈尼地区泥炭腐殖化度的古气候意义与腐殖化度代用指标研究较为成熟的青藏高原红原泥炭地［26］、湖北神农架大九湖泥炭地［27］、福建北部天湖山泥炭地［28］进行对比。

2.1泥炭沼泽产出环境特征

2.1.1东北长白山地区哈尼泥炭沼泽

哈尼泥炭沼泽隶属吉林省柳河县凉水乡，海拔高度为882~900 m，是典型的熔岩堰塞湖成因类型，其泥炭层平均厚度约为4.6 m，最厚处超过9.6 m。哈尼泥炭地属于中温带大陆性山地季风气候，气温常年偏低，年均2.5 ℃~3.6 ℃，霜期约250 d。本区受季风影响，年平均风速2.8 m·s-1；pH值较高，为4.5~6.0，有利于沼泽发育；水源主要是地下水和降水补给；年均降水量743 mm。

哈尼地区植被属于温带红松针阔叶混交林，植物群落具有明显的分带性［29］。其中心部位为苔草泥炭藓，并伴生有棉花莎草、细叶杜香、杜斯等，木本植物稀少；外围林木较密集，为长白落叶松油桦修氏苔草群落，两者之间是呈渐变的过渡性植物群落。外环带沿沼泽边缘出现的为长白落叶松油桦修氏苔草群落；第2带为油桦芦苇泥炭藓沼泽、松树、桦树，地表常年积水10~30 cm；第3带沼泽分布于哈尼沼泽体中部(即第2带沼泽的内侧)，是第2带沼泽未经破坏前的原始沼泽景观。

2.1.2青藏高原东北部若尔盖高原红原泥炭地

红原泥炭地位于青藏高原东南缘的红原—若尔盖平坦高原区的红原丘状高原，海拔约3 400 m，属大陆性高原寒温带季风气候，春秋短促，长冬无夏，热量低；干湿季节分明，雨热同期；日照长，太阳辐射强。1月为最冷月，平均为-10.3 ℃，最热为7月，平均气温为10.9 ℃，年平均降水量为753 mm。

本区丘陵和山地主要生长草甸，兼有针叶林。土壤以亚高山草甸土为主。河谷平原、宽谷则主要为木里苔草等沼泽植被，发育以沼泽土为主的土类。

2.1.3湖北神农架大九湖泥炭地

大九湖泥炭地是位于湖北神农架西端的山间盆地，属亚高山沼泽，面积约16 km2，海拔1 700 m。其地处北亚热带，海拔较高，气候湿冷，年平均温度7.4 ℃，夏季最高温度为17.1 ℃，冬季最低温度为-2.4 ℃。年降水量约1 500 mm，年雨日天数为150~200 d，降水丰富且分布均匀，相对湿度超过80%，无霜期短(只有144 d)。大九湖地区溪流、小河在中途消失于石灰岩中。由于盆地封闭，无其他排水通道，而喀斯特洞穴又不能通畅排水，因而地下水水位普遍较高。

盆地周围山地植被主要属于神农架温性针叶林、落叶阔叶林带，植被类型主要有茅栗、亮叶桦、漆树、米心水青冈、巴山松、巴山冷杉及山地草甸。面向盆地的山坡主要为落叶阔叶林带，其中以山毛榉科为优势，林下有成片箭竹及大量蕨类植物。盆地内植被以草甸和沼泽为主。

2.1.4福建北部天湖山泥炭地

天湖山泥炭地位于福建省宁德市屏南县东南部，海拔1 180 m，属于中亚热带季风气候区，年均气温为14.6 ℃~17.1 ℃。泥炭剖面属亚热带亚高山山间盆地沼泽泥炭，隶属于霍童溪流域，周围没有河流汇入，降水主要来源于大气降水。年均降水量超过1 800 mm，水资源丰富，年相对湿度81％。

天湖山泥炭地周围保存着完好的天然林植被及典型的中亚热带常绿阔叶林，土壤类型以红壤为主，泥炭地主要为山地泥炭沼泽土。

2.1.5小结

将以上4个区域的地理位置、气候类型、地面高程、生长的植物、水源补给、pH值、泥炭厚度、地貌类型、植被类型、年均气温、年均降水量、泥炭腐殖化度古气候意义等信息列入表中，可以更直观地体现不同研究区域的环境特征(表2)。

表2哈尼、大九湖、红原、天湖山区域环境对比

Tab.2Regional Environment Comparison of Hani, Dajiuhu, Hongyuan and Tianhushan Areas泥炭地类型长白山哈尼青藏高原红原湖北神农架大九湖福建天湖山

经纬度42°13′N,126°31′E32°46′N,102°30′E31°29′N,109°59′E26°49′N,119°30′E

地理位置中国东北中国西部中国东部中国东南

气候类型中温带大陆性山地季风气候大陆性高原寒温带季风型气候北亚热带季风气候亚热带湿润季风气候

地面高程/m882~9003 4661 700~1 7601 180

生长的植物苔草、芦苇、泥炭藓、油桦、杜香等苔草、藏嵩草苔草、刺子菀、金发藓、泥炭藓等壳斗科的常绿属

水源补给地表水与部分大气降水地表水与部分大气降水主要为大气降水、地下水大气降水pH值4.5~5.56.0~7.0--

泥炭厚度/m9.004.952.971.92

地貌类型堰塞湖山地高原过渡地形北亚热带亚高山湿地亚热带亚高山山间盆地

植被类型针阔叶林针叶林落叶阔叶林、温性针叶林中亚热带常绿阔叶林

年均气温/℃3.031.107.4015.80

年均降水量/mm743.3753.01 528.41 800.0

泥炭腐殖化度古气候意义腐殖化度高，指示气候暖湿；腐殖化度低，指示气候干冷腐殖化度高，指示气候干冷；腐殖化度低，指示气候暖湿

注： “-”表示未找到数据。

2.2泥炭腐殖化度时间序列对比

将哈尼泥炭腐殖化度的测定结果和14C测年得到的哈尼地区泥炭腐殖化度时间序列与其他研究者得到的腐殖化度时间序列进行对比(图4)。试验中对哈尼泥炭吸光度的测定使用的是400 nm波长光，与王华等在红原泥炭测试中相同［4］，而马春梅在吸光度测试中使用的是540 nm波长光［13］。从图4可以看出，虽然使用的是相同波长，哈尼泥炭腐殖化度的变化范围(0.1~0.9)远大于红原泥炭(0.12~0.42)，而大九湖与天湖山的吸光度值变化范围相差不大，分别为0.01~0.49、0.03~0.35。由此可见，不同波长测得的吸光度值表征的腐殖化度在数值上有区别。由于泥炭的碱提取物在350~700 nm波长范围内测得的吸光度是由高频到低频单调减少吸收，无论选取哪个波长都能反映腐殖化度的变化，因此，可以从吸光度的变化趋势来进行讨论。

图4泥炭地腐殖化度时间序列对比

Fig.4Comparison of Temporal Series of Peatland Humification

在新仙女木事件之后的早全新世升温阶段，哈尼泥炭与红原泥炭的腐殖化度呈上升趋势，大九湖腐殖化度呈明显下降趋势，天湖山腐殖化度变化虽不如前三者明显，但总体上其吸光度值也在下降；在中全新世暖期阶段，哈尼与红原泥炭腐殖化度虽有波动，但整体均保持在一个较高水平，而大九湖与天湖山腐殖化度在较低水平波动；在晚全新世降温期，哈尼及红原泥炭腐殖化度呈明显下降趋势，大九湖泥炭腐殖化度呈小范围波动，在1.0~2.5 ka还出现上升趋势，天湖山腐殖化度波动剧烈，呈明显上升趋势。通过中国全新世的气候变化趋势可以看出，哈尼与红原泥炭腐殖化度的变化趋势大体相同，大九湖与天湖山泥炭腐殖化度的变化趋势相同，且它们的古气候意义相反。前两者的古气候意义为：高腐殖化度指示气候暖湿，低腐殖化度指示气候干冷。而后两者的古气候意义为：高腐殖化度指示气候干冷，低腐殖化度指示气候暖湿。

根据不同地区泥炭腐殖化度时间序列对比图，结合全新世中国古气候演化过程，可以总结中国不同地区泥炭地腐殖化度在不同阶段的变化趋势(表3)。

表3泥炭地腐殖化度变化趋势区域对比

Tab.3Regional Comparison of Changes of Peatland Humification

泥炭地长白山哈尼青藏高原红原神农架大九湖福建天湖山

早全新世升温阶段上升趋势上升趋势下降趋势变化不明显，微弱下降趋势

中全新世暖期阶段较高水平波动较高水平波动低水平波动低水平波动

晚全新世降温阶段明显下降趋势明显下降趋势小范围波动，上升趋势剧烈波动，上升趋势

通过中国全新世气候变化总体趋势，可以很明显地看出不同地区泥炭腐殖化度在不同阶段的变化趋势的异同。另处，典型的气候突变事件也可以用来说明不同地区泥炭腐殖化度古气候意义的异同。全新世发生了9次大范围的寒冷事件，已经从古里雅冰芯、敦德冰芯、北大西洋冰芯及其他泥炭地气候代用指标中发现对寒冷事件的响应。笔者以影响范围最大、最具代表性的“8.2 ka事件”和“4.2 ka事件”来对比分析。在8.2 ka前后的哈尼及红原泥炭腐殖化度曲线中，能观察到下降趋势，大九湖泥炭腐殖化度曲线在8.1 ka处有一个全新世范围内的极高值，天湖山曲线在晚全新世阶段的波动幅度非常小，但也能看到一个相对高值。由此可见，4个地区泥炭腐殖化度曲线对“8.2 ka事件”均有响应，大九湖的响应最为强烈，其他三者次之。同理分析 “4.2 ka事件”，哈尼、红原、天湖山泥炭腐殖化度在4.2 ka时间段均有极值峰，但大九湖泥炭腐殖化度在4.3 ka之后持续上升，直到3.8 ka才出现极高值，峰值时间推迟了300~400年。由此可见，不同地区的同一泥炭气候代用指标对同一事件的响应存在差异。

综上所述，中国学者对泥炭腐殖化度古气候意义的不同解释都是合理的，产生这种现象的原因是不同地区泥炭地的泥炭类型、组成成因等都存在差异。因此，在讨论腐殖化度的古气候意义时，要对不同地区分别加以说明。

3泥炭腐殖化度古气候意义异同成因

3.1影响泥炭腐殖化度的因素

泥炭腐殖化度的测定原理是基于泥炭中腐殖酸比例随泥炭分解程度而变化的规律，因此，泥炭分解程度的影响因素均可作为影响腐殖化度的因素。泥炭能沉积的关键在于植物的生长量与死亡后分解量之间的对比关系。温度、湿度、地质地貌、水文、植物类型都会引起植物生长量的变化，微生物种类和数量、水热条件、土壤酸碱度、植物残体抗分解能力及有机质组成等会影响植物残体的分解量。综合可知，能影响植物生长量和微生物分解残体的因素都会对泥炭腐殖化度程度造成一定的影响，但最主要的还是水热条件。在土温为20 ℃~30 ℃、湿度为60%~80%时，微生物活动能力最强；水热状况低于或高于上述水平时，微生物活动能力逐渐减弱。

另外，腐殖化度测定的是泥炭中腐殖质的质量分数。周莉等认为大气成分、气候因子、植被类型、微生物活动以及土壤沉积物的理化参数等条件都可能成为影响腐殖质形成和发育的因素［30］。腐殖质的组成和性质受生物气候条件影响，但其最主要的影响因素是水热条件。土壤腐殖质的积累、组成和性质特征，能够反映一定的气候和水热等成土条件。腐殖化度随腐殖质的增加而增大，因此，水热条件是影响泥炭腐殖化度的最主要因素。

总之，能影响泥炭腐殖化度的因素包括水热条件、植被类型、地质地貌、水文等，其中最主要的因素是水热条件。因此，泥炭腐殖化度可在一定程度上反映气候的冷暖干湿变化，同时，可以从上述典型的影响因素探讨腐殖化度区域差异的可能性成因。

3.2区域泥炭腐殖化度异同的成因

3.2.1经纬度带状特征及地面高程

由于海洋与陆地对太阳辐射的吸收与反射有明显差异，使得不同经纬度地区出现带状分布的规律，导致由沿海向内陆呈有经度地带性规律的变化。这也决定了泥炭沼泽的分布特性及其分解度。地形因素也对泥炭的分布及其分解程度有影响。地表高低起伏及其岩性的差异，对水热因子有再分配的作用，使得水热组合分布更加复杂化。气温随着高度的上升而下降(一般每升高100 m气温下降0.6 ℃)，降水随着高度的上升而增多(在不超过最大降水高度范围内)。经纬度及地面高程对泥炭腐殖化度的影响表现在其对水热条件的影响方面。

红原与大九湖泥炭地位于中国地形第二阶梯内，红原泥炭地临近第一、二阶梯分界线，地面高程为3 466 m，大九湖泥炭地临近第二、三阶梯分界线，高程约1 750 m；哈尼与天湖山泥炭地位于第三阶梯内，地面高程分别为900、1 180 m。哈尼位于中纬度，天湖山处于低纬度，而红原和大九湖则居于两者之间，因此，红原地区年均气温在四者中最低，天湖山最高。哈尼泥炭地因纬度高于大九湖，所以年均气温低于大九湖。

3.2.2温度

作为影响泥炭沼泽最主要的气候因素，温度对植物的生长量及生长速度、微生物的繁殖及活动强度都有影响，因此，它可以影响植物死亡后的分解速度，并与大气湿度一起控制泥炭堆积的强度。较低的土温和气温不利于植物生长，也不利于植物残体分解。当气候寒冷时，温度过低，使得植物体的增长量非常小，同时微生物活动极其微弱，植物残体分解速率缓慢，此时泥炭积累较小；反之，在气候温度较高的条件下，不但植物的增长量大，而且微生物繁殖快，微生物活动非常活跃，使植物残体分解速率加快，此时泥炭累积较大。在热带地区，植物生长量大，但由于温度高，微生物分解强烈，泥炭累积亦受到限制，因此，不同的热量带内，植物生长速度、种类及其增长量不同，植物残体的堆积量亦不相同。

天湖山临近热带，年均气温较高，有利于植物的生长发育，为泥炭累积提供了大量的植物残体。同时，该区微生物活动强烈，繁殖速度较快，植物残体分解作用强烈，泥炭的积累也受限，导致区域腐殖化度较低。大九湖年均气温较为适中，四季分明，夏季植物生长茂盛，具有很强的季节性。红原泥炭地因地处高原，年均气温较低，不利于植被生长。哈尼年均气温介于红原与大九湖之间，四季分明，季节性较强。

3.2.3湿度

湿度同温度一样，对植物的生长和微生物的活动有影响，从而影响泥炭腐殖化度。研究表明［10］：在土温为20 ℃~30 ℃、湿度达到60%~80%时，微生物活动能力最强；当水热条件低于或高于上述水平时，微生物活动能力则逐渐减弱。一般情况下，湿度沿高纬度向低纬度增大，从沿海向内陆减少。除了考虑大气降水外，地下水及植物蒸发的影响也不容忽视，它们共同决定湿度的变化。

哈尼与红原泥炭地的降水量在同一水平，均在700~800 mm之间；大九湖年均降水量多于前两者，在1 500~1 600 mm范围内；天湖山年均降水量最高，达到1 800 mm。除大气降水外，红原地区由于常年低温，冰雪充足，消融的冰雪使泥炭地地表水富足，有利于植物的生长；大九湖泥炭地岩溶发育丰富，提供了富足的地下水；天湖山泥炭地水主要来自季风作用的大气降水补给；哈尼泥炭地为堰塞湖地貌类型，也能给予丰富的地表水。

3.2.4其他因素

(1)地质地貌：地质地貌是形成泥炭沼泽的基本因素。由于地表的起伏变化，引起水热组合条件发生复杂的变化，同时，构造运动影响地面水文地质。

(2)pH值：好氧菌或厌氧菌都适合在中性或微碱性(pH值为7~8)条件下活动；而在其他情况下，无论pH值增大或减小对微生物活动均不利，即对植物分解不利［31］。一般土壤的pH值与大气降水量呈负相关关系。降水量越多，土壤pH值越小，微生物活动受到抑制；降水量越少，土壤pH值越大，也不利于微生物活动。因此，在少雨或多雨的地区，有机物的分解强度均较弱，有利于泥炭的形成和积累。由此可见，pH值也对泥炭腐殖化度有影响。

(3)植物：植物种类的不同影响着泥炭有机体的增长量及其死亡后残体的堆积方式；不同种类植物残体分解速率及抗分解能力也有所不同。不同地区的植物有所不同，因此，其对腐殖化度的影响也不同。

3.3综合因素分析

泥炭腐殖化度反映泥炭的分解程度。当泥炭沉积大于其分解量时，泥炭沉积。无论是植物的生长还是微生物的分解，均与气候等因素有关，因此，泥炭腐殖化度能反映气候的干湿冷暖。此外，地形、水文、季风、太阳活动等都会对泥炭的沉积产生影响。

以中国地形条件来看，东部地区以暖湿气候为主，受夏季风控制，西部内陆盆地以干旱气候为主，中部高原是受冬夏季风消长变化影响最为显著的地区［32］。在调查青藏高原泥炭地中发现，由印度西南季风带来的湿暖气流是青藏高原大面积泥炭形成的重要因素之一［33］。青藏高原总体背景较为寒冷，处在印度洋水汽输送带影响下的红原泥炭地，年均气温1.1 ℃，年均降水量753 mm，因此，土壤微生物对植物残体的分解能力比较弱，这也是红原泥炭累积的原因。同时，该区土壤微生物的活动对气候变化的响应较灵敏。当气候偏干冷时，植物初级生产力减弱，提供的植物残体分解量减少，同时微生物的分解能力相应减弱，两方面综合作用使泥炭发育较弱，腐殖化度降低。当印度西南季风增强时，红原地区气候较暖湿，促进了植物的生长发育，提供了较多的植物残体，同时也提高了微生物的分解能力，两方面的综合作用使泥炭腐殖化度增高。

大九湖与天湖山均属于亚热带季风气候，天湖山年均气温15.8 ℃，远高于青藏高原与长白山哈尼地区。只要温度未高到妨碍植物生长的程度，则起决定性作用的就不是气候条件而是水文及季风条件。天湖山年相对湿度81%，气候较湿润，且受到夏季风的强烈影响。温暖环境使植被发育茂盛，提供了大量植物残体进行腐解，但当气温较高时，夏季风带来的湿润海风提高了天湖山地区湿度，湿暖的水涝环境使微生物活动降低，植物残体分解能力下降，从而使腐殖化度降低；当温度较低时，夏季风减弱，湿度降低，沼泽处于氧化环境，微生物活动增强，植物残体分解加强，从而使腐殖化度增大。

大九湖虽也属于亚热带季风气候，但年均气温为7.4 ℃，四季变化明显，冷热交替变化，与青藏高原的常年低温和福建天湖山的常年高温相异。由于所处的地理位置，大九湖泥炭地除了受到东亚冬季风控制，还受包括太平洋季风和印度洋在内的东亚夏季风制约。总体来说，大九湖泥炭地基础温度较高，地下水位变化大，当气候偏干冷时，地表有效湿度较小，有利于植物生长和微生物分解，使腐殖化度升高；当气候较暖湿时，潮湿环境及较高的地下水位使泥炭处于还原环境，微生物分解作用降低，腐殖化度下降。

哈尼泥炭地属于中温带季风气候，年均气温为3.03 ℃，年降水量743.3 mm，受太平洋夏季风和东亚冬季风影响强烈，当出现暖湿气候组合时，植物生产力提高，提供较多的植物残体供分解，同时微生物分解能力提高，综合作用使泥炭中无定形腐殖质质量分数增高，即腐殖化度增高；反之，在干冷气候条件下，植物生产力减少，植物残体较少，微生物在寒冷干燥的气候中分解力降低，使得腐殖化度减小。

由于泥炭形成的水热条件区域差异，腐殖化度的指示意义没有固定模式，需要结合剖面岩性特征、地理位置、季风等指标进行解释。无论外部因素的异同，植物残体量及微生物分解能力的组合才是决定腐殖化度意义的关键。因此，分析不同地区泥炭腐殖化度古气候意义时，重要的是要了解该地的年均气温、年降水量、是否有地下水补给、受季风影响情况及地形，分析气候和季风的变化对植物生长发育和微生物分解的影响，抓住植物残体量和微生物分解能力这两个关键点，就容易分析出该泥炭地腐殖化度的古气候意义。

4结语

(1)哈尼泥炭腐殖化度的古气候意义包含温度湿度组合：较高的腐殖化度指示气候温暖潮湿；较低的腐殖化度指示气候干燥寒冷。

(2)从哈尼、红原、大九湖、天湖山泥炭腐殖化度时间序列对比可以得出，虽然其古气候意义有所不同，但其记录的中国全新世古气候环境演变趋势大体相同，都反映了中国早全新世阶段的升温现象、中全新世的大暖期现象及晚全新世阶段的降温。同时，通过对全新世9次冷事件的响应程度的分析，可见不同地区同一泥炭气候代用指标对同一事件的响应存在差异。

(3)温度、湿度、季风、经纬度及地质地貌等因素都对泥炭腐殖化度有影响，但水热条件是直接影响因素，其他因素通过对水热条件的改变而间接影响腐殖化度。

(4)阐述不同区域泥炭腐殖化度的古气候意义没有固定模式，需结合当地的地理位置、地质地貌、年均气温、季风、降水、植被等情况进行具体分析。

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