宿迁市晚第四纪以来孢粉组合特征及其古植被与古气候意义

路硕，陈建强，王浩

（1安徽省地震局，安徽合肥 230031；2中国地质大学（北京），北京 100083；3安徽省地质矿产勘查局327地质队，安徽合肥 230011）

0 引言

对地层中孢粉记录进行研究，是恢复古植被、重建古气候的重要方法，被广泛的应用于第四纪古气候与古环境的分析[1～5]。晚更新世气候环境包含了一个完整的间冰期-冰期旋回，这为研究气候环境的周期变化规律和预测未来气候演变的趋势提供了极佳模式[6]。

宿迁地区毗邻中国南北地理分界线淮河，植被对气候变化较敏感。因此，研究该区孢粉序列以恢复晚更新世以来的古植被演化及其气候特征，并为该区的地层划分提供重要依据；同时，填补了该区孢粉的研究空白，为中国第四纪晚期孢粉数据库提供基础数据[7～8]。

1 研究区概况和研究方法

宿迁市位于苏北盆地北部，苏鲁造山带与华北板块拼接处，介于北纬33°8′～34°25′，东经117°56′～119°10′之间，为半湿润气候区，温润系数是0.5～0.7，全年无霜期有7 个月，年均降水量为910mm，年均气温在14.2℃左右。根据气候区划分，它是由暖温带向亚热带过渡的气候区，现代植被组成较为复杂，有针叶、温带阔叶、落叶林树种，也有常绿树种。

BK2钻孔（33°55′2.33″N，118°16′11.96″E.26.60m）位于宿迁市梨园村（图1），施工孔深200.60m，钻孔以河、湖相沉积为主，岩芯以有颜色差异的粘土、粉砂质粘土、粉砂等沉积物组成。

图1 BK2钻孔位置示意图Figure 1.Schematic diagram of location of borehole BK2

本文是对该钻孔上部50.60m层的孢粉进行研究，取样间隔为50cm，采取不等间隔进行分析，共分析63个样品，采用氢氟酸处理法[9]，统计的孢粉用百分含量表示，孢粉丰富的样品孢粉统计量力求大于100粒，但有些孢粉含量较少，统计不足100粒。AMS14C测年是由美国BETA 实验室完成；OSL 测试是由国土资源部青岛海洋地质实验检测中心完成。

BK2孔上段50.60m岩性自上而下的描述如下：

0～6.00m，褐色、褐灰色、灰黑色粉砂质粘土，顶部有黄褐色人工填土及植物草根等。

6.10m～15.80m，灰黑色、灰色、黑色粉砂质粘土与粉砂互层。

15.90m～20.80m，灰色、深灰色、灰黑色粉砂、粉砂质粘土、泥质粉砂互层。

20.90m～27.10m，蓝灰色、褐色粘土及褐灰色、褐黄色粉砂质粘土及细砂互层，夹有泥层，含大量的黑色炭质斑点及粒径在2～3cm的钙质结核和钙质团块。

27.10m～37.50m，灰黄色、黄色、褐色等颜色相对较杂的粘土及粉砂质粘土互层，偶有粉砂，夹有泥质斑块；含有大量的铁锰结核斑点以及钙质结核斑点。

37.60m～50.60m，灰黄色、黄色、褐色颜色相对较杂的灰色粘土、粉砂质粘土互层，偶有粉砂及细砂，夹有泥质及炭质条纹；并含大量钙质结核和铁锰质结核。

2 实验结果

2.1 地层年代序列

BK2 研究孔获得14C 和OSL 测年数据共8 个（表1），若以10kaBP和128kaBP作为全新世和晚更新世年代底界，认为4.30m 处的BKC1 较好地控制了全新统的上部，而深度13.20m的BKC2较好的控制了全新统的中部。在深度21.30m获得14C年龄则较好地控制了更新统上部层位，另有21.30m、24.90m、29.70m、37.00m 及48.20m 等5 个层位的光释光数据较好控制更新统上部。由测年数据建立BK2 孔晚更新世以来的年龄地层格架，并结合野外岩性特征认为全新统界限应在20.80m，晚更新统界限应在50.60m。

表1 BK2钻孔测年样品结果Table1 Date sample results of the BK2 drill

2.2 孢粉类型及其组合特征

孢粉组合中木本植物花粉与草本植物花粉平均含量相近，分别为49.9%、46.7%；蕨类植物孢子较少，平均含量为3.3%；并见少量水生植物花粉，盘星藻和环纹藻孢囊。木本植物花粉种类丰富，有33个类型，主要有松（Pinus）、栎（Quercus）、桑（Moraceae）、盐肤木（Rhus）、桦/鹅耳枥（Betula/Carpinus）、胡桃（Juglans）及云杉（Picea）、胡秃子（Elaeagnus）等。草本植物花粉有30 个类型，主要有禾本科（Gramineae）、蒿（Artemisia）、藜科（Chenopodiaceae）等，其次有少量湿生草本莎草科（Cyperaceae）及水生草本植物香蒲（Typha）、狐尾藻（Myriophyllum）等分子。蕨类植物孢子有8 个类型，主要为中华卷柏（Selaginella Sinensis）、石松属（Lycopodium）、水龙骨科（Polypodiaceae）以及单缝孢（Monolete spores）和三缝孢（Trilete spores）等。

对BK2钻孔上段50.60m沉积物进行分析，根据其孢粉组合特征，自下而上可划分为五个孢粉组合带（图2），其中孢粉带Ⅰ又可以划分为三个孢粉亚带：

带I（29.00m～47.00m）：本段孢粉浓度较低，平均浓度为22.52（粒/克）。木本、草本、蕨类平均含量分别在77.24%、23.34%、3.03%，孢粉组合为松-栎-蒿，木本中榆含量达到剖面峰值，草本中蒿的含量相对较高，藜科相对较低。同时，蕨类中中华卷柏孢子、铁线蕨等均有少量出现，下部乔木、蕨类较多，比上部稍温湿，反映了暖湿气候，综合表明该段的气候类型是温暖湿润。该段的植被和气候并非稳定不变，还可以细分为3个亚带。

带I1（43.00m～47.00m）：本段孢粉浓度较低，平均浓度为24.21（粒/克）。木本植含量为82.72%，主要含松、栎、榆及山核桃/金缕梅等；其次为草本植物花粉，有蒿、藜科、禾本科、菊科及黑三棱等；蕨类植物孢子，有中华卷柏、石松等。

带I2（37.00m～43.00m）：本段孢粉浓度较低，平均浓度为20.21（粒/克）。本段为松-栎-属组合，木本、草本植物花粉平均含量为75.15%、22.64%，蕨类较少，木本有松、栎、山核桃、云杉以及冷杉等，草本有蒿、藜科、禾本科及菊科等。

带I3（29.00m～37.00m）：本段孢粉浓度较低，平均浓度为25.21（粒/克）。本段为松-栎-蒿组合，木本、草本植物花粉平均含量为73.65%、23.34%，蕨类较少。木本植物有松、栎、桦/鹅耳枥、山核桃、胡秃子、沙棘及麻黄等；草本植物有蒿、藜科、禾本科及菊科等。

图2 BK2钻孔孢粉百分含量图Figure 2.Sporopollen percentage chart of borehole BK2

带Ⅱ（20.50m～29.00m）：本段孢粉贫乏，平均浓度仅达24.83（粒/克）。本段为松-蒿-藜科组合，木本、草本植物花粉平均含量为64.73%、34.62%，蕨类仅有少量石松孢子，其中木本植物有云杉、冷杉、沙棘、山核桃、胡秃子及麻黄等；草本有禾本科、蒿、藜科、蓼、百合科及香蒲等。

带Ⅲ（15.00m～20.50m）：本段孢粉丰富，平均浓度达1758.32（粒/克）。本段为蒿-藜科-松-栎组合，草本、木本、蕨类花粉平均含量为79.79%、17.79%，2.42%，其中草本植物有蒿、藜科、禾本科、香蒲及黑三棱等；其木本植物有松、栎、水青冈/山毛榉、山核桃、胡桃、胡秃子及麻黄等；蕨类含中华卷柏，水龙骨科和石松孢子等；藻类含量较少，其中环纹藻的含量在1.93%。

带Ⅳ（5.50m～15.00m）：本段孢粉丰富，平均浓度达2749.62（粒/克）。本段为蒿-藜科-栎组合，草本、木本、蕨类花粉平均含量为77.42%、19.34%，2.63%，其中草本植物有禾本科、蒿、藜科、香蒲、莎草科、狐尾藻及黑三棱等；木本植物包括松、栎、栗、胡桃、胡秃子、山核桃、水青冈/山毛榉、金缕梅科及麻黄等；蕨类包括中华卷柏、水龙骨科、铁线蕨/鳞盖蕨及环纹藻等

带Ⅴ（1.00m～5.50m）：本段孢粉丰富，平均浓度可达774.53（粒/克）。本段为盐肤木属-蒿-藜科-松-栎组合，草本、木本、蕨类植物花粉平均含量为64.73%、34.62%、5.23%。草本包括禾本科、蒿、藜科、菊科及狐尾藻等；木本包括松、栎、栗、桑科、云杉、盐肤木、沙棘、山核桃、山茶科/金缕梅科、蔷薇科、麻黄等。蕨类包括中华卷柏、水龙骨科、铁线蕨/鳞盖蕨及环纹藻。

3 讨论

3.1 古植被与古环境的演变

对BK2钻孔上部50.60m层段的孢粉-古植被-古环境之间的关系进行讨论认为：

带Ⅰ：植被组合以松-栎-蒿为主，榆、蒿的、中华卷柏孢子等出现，反映针叶阔叶混交林的植被类型，且下段乔木、蕨类较多，比上部稍温湿，反映了该段是偏暖偏湿的气候。该段的孢粉变化还可以细分为3个亚带。

带I1：植被组合以松-栎-蒿为主，喜暖山核桃、胡桃，喜暖湿的黑三棱以及中华卷柏反映温暖湿润的气候特征。

带I2：植被组合以松-桦-蒿为主，喜冷的冷杉、云杉少量出现，喜暖山核桃消失；较带I1 增加，蒿、藜科占优势；蕨类植被减少，较I1气候干冷，反映了寒冷干燥的气候特征。

带I3：植被组合以松属-栎-蒿为主，喜暖山核桃含量较高；草本较带I2 减少，蒿、藜科减少，喜干的胡秃子、沙棘、麻黄等均有出现，较I2 气候明显回暖，反映了温暖偏干的气候特征。

带Ⅱ：植被组合以松-蒿-藜科为主，有少量喜冷云杉、冷杉出现，喜湿的栎、榆较高；蒿、禾本科减少，藜科升高，并出现香蒲，反映了针叶林阔叶混交林—草原的植被类型，气候较带I变冷，综合表明该段的气候类型是寒冷偏湿。

带Ⅲ：植被组合以蒿-藜科-松-栎为主，松、栎含量较带Ⅱ降低，蒿、藜科、菊科含量较带Ⅱ升高，出现了少量的沙棘、麻黄等旱生植被，反映的是稀疏落叶阔叶林-草原的植被类型，气候回暖变干，综合表明该段的气候类型是温凉偏干。

带Ⅳ：植被组合以蒿-藜科-栎为主，蒿、禾本科含量较带Ⅲ升高，喜暖的胡桃、山毛榉、栗，喜湿的香蒲、黑三棱、莎草科及中华卷柏大量出现，较带Ⅲ气候更暖更湿，反映的是稀疏落叶阔叶林-草原的植被类型，综合表明该段的气候类型是温暖湿润。

带Ⅴ：植被浓度较高，种类丰富，植被组合以盐肤木属-蒿-藜科-松-栎为主，少量云杉冷杉出现，栗、胡桃、金缕梅等喜暖植物，较带Ⅳ降低；蕨类中华卷柏达剖面峰值，水龙骨科含量较多；另外水生藻类环纹藻、盘兴藻少量出现。孢粉带总体反映的是稀疏落叶阔叶林-草原过渡性植被类型，表明该段是偏温凉湿润的气候特征。

总体来说，孢粉带Ⅰ、Ⅱ反映了晚更新世早期和晚期温暖湿润和寒冷偏湿气候特征，早期植被类型为为针叶阔叶混交林，晚期为针叶阔叶混交林-草原；孢粉带Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ反映了全新世早期、中期和晚期由温凉偏干-温暖湿润-温凉偏湿的气候特征，植被类型均为稀疏落叶阔叶林-草原过渡型。

3.2 BK2孔多重地层划分

由测年数据建立了BK2 钻孔的年龄格架，同时，结合野外的沉积面貌、岩性沉积特征及色度指标[10]特性等综合分析，认为全新统连云港组（Qhl）的底界应在20.80m，更新统上戚咀组（Qp3q）界限应在50.60m。

图3 BK2钻孔孢粉曲线与色度指标曲线对比图Figure 3.Comparison of sporopollen curve and chromaticity index curve of borehole BK2

孢粉组合表现出的特征该钻孔的地层划分为：全新统连云港组（Qhl）（20.50m～0m）组合带Ⅴ反映温凉偏湿的暖期气候，带Ⅳ反映温暖湿润的暖期气候，带Ⅲ反映温凉偏干的暖期气候；更新统上部戚咀组（Qp3q）（50.60m～20.50m），组合带Ⅱ反映的气候为寒冷偏湿的冷期气候，组合带Ⅰ的反映的是温暖湿润-寒冷干燥-温暖偏干的气候特征。孢粉组合特征反映了该区晚更新世以来的阶段气候特征，这与钻孔的年龄数据和色度指标有很好的对应（图3）。

3.3 与深海氧同位素对比

本钻孔50.6m0 以上的沉积物是一套河湖相沉积物，根据孢粉分析及测年数据的结果，钻孔记录反应的气候变化与太湖地区SZ03[11]孔揭示的气候特征有很好的对比，同时与深海氧同位素记录的曲线亦有很好的对比（见图4），显示出宿迁地区受到冰期-间冰期影响显著。

孢粉带Ⅰ指示温暖湿润的气候环境，代表的是间冰期 气候条件，与太湖SZ03 孔揭示的晚更新统下暖湿气候较为一致；同时，与深海氧同位素曲线的MIS5 对应很好，其细分的3 个亚带可与MIS5 的5e、5d及5c、5b、5a有很好的对比，其中Ⅰ1的气候环境是末次间冰期中最暖湿的阶段，可对应于MIS5e，亚带Ⅰ2的气候比Ⅰ1偏干偏凉，对应于MIS5d，亚带Ⅰ3的气候环境较带Ⅰ2要相对温暖，但是干燥气候还在持续。

孢粉带Ⅱ指示寒冷偏湿的特征，代表的是冰期的气候条件，虽然本段沉积偏薄，层段孢粉总浓度较低，且木本、草本植物孢粉种类及含量都相对比较低，木本中喜冷针叶木本成分在该层段均匀出现，同时也有少量的落叶阔叶成分，该段整体表现出寒冷偏湿的气候特征，整体与太湖SZ03 孔揭示的晚更新统上部冷干气候较为一致。但是，该层段地层沉积厚度较薄，记录到的气候信息较少，未能与深海氧同位素MIS4、MIS3、MIS2 的阶段性气候信息有很好的对应。从钻孔测年数据显示该层段可能出现了不整合接触，由于该处地层的缺失可能是郯庐断裂带在晚更新世的活动导致[12]。

孢粉带Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均反应了温暖的特征，代表的是冰后期的气候特征，其中孢粉带Ⅳ中值孢粉浓度及种类达到剖面最值，而孢粉带Ⅴ和孢粉带Ⅲ浓度及种类相对较少，这反映了全新世中期最暖，早期和晚期相对较温凉，与太湖地区SZ03 孔中揭示的全新世的气候回暖、降雨充沛的暖湿特征有很好的对比。同时，与深海氧同位素MIS1 的暖期气候有很好对应。3 个孢粉组合带反映了古气候的演变过程为温晾偏干-温暖湿润-温凉偏湿，这与我国东亚季风控制区全新世气候格局较为一致。

4 结论

图4 BK2孢粉记录与太湖SZ03孔孢粉记录及Emiliani深海氧同位素曲线对比图Figure 4.Comparison of borehole BK2 palynological records with the Taihu Lake borehole SZ03 palynological records and Emiliani deep-sea oxygen isotope curves

通过对宿迁市BK2孔测年及孢粉分析，总结了宿迁市晚第四纪以来的植物演替和气候变化，将其划分为5个阶段，并试图与色差等指标进行对比，得到以下结论：

（1）根据孢粉组合变化特征分析了宿迁市晚第四纪以来的植被类型演化及其气候变化。孢粉带Ⅰ、Ⅱ反映了晚更新世早期和晚期温暖湿润寒冷偏湿气候特征，早期植被类型为为针叶阔叶混交林，晚期为针叶阔叶混交林-草原；孢粉带Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ反映了全新世早期、中期和晚期由温凉偏干-温暖湿润-温凉偏湿的气候特征，植被类型均为稀疏落叶阔叶林-草原过渡型。

（2）孢粉带Ⅰ反应的是温暖湿润的气候环境，代表的是间冰期的气候条件，与太湖SZ03 孔揭示的晚更新统下部暖湿气候较为一致；与Emiliani 深海氧同位素曲线的MIS5对应很好，其细分的3个亚带Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3可与MIS5的5e、5d及5c、5b、5a有很好的对比，指示了温暖湿润-寒冷干燥-温暖偏干的气候特征。孢粉带Ⅱ反应的是寒冷偏湿的特征，代表了冰期的气候条件，整体表现出寒冷偏湿的气候特征，与太湖SZ03孔揭示的晚更新统上部冷干气候较为一致，但该层段地层可能缺失导致记录到的气候信息较少，未能与深海氧同位素MIS4、MIS3、MIS2的有很好的对应。孢粉带Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均反应了温暖的特征，代表的是冰后期的气候特征，反映了全新世中期最暖，早期和晚期相对较温凉，与太湖地区SZ03孔中孢粉揭示的全新世的气候回暖、降雨充沛的暖湿特征有很好的对比；同时，与深海氧同位素MIS1的暖期气候有很好对应。对比结果显示出宿迁地区古气候古环境受到冰期-间冰期影响显著。