刘勇 潘雪花 向莉芳 袁智郴 杨作治 李正西 赵增友

摘要：指出了末次冰消期气候转暖过程和模式一直是第四纪气候研究的热点，基于贵州西部高原古湖相沉积剖面的烧失量、含水量等指标，重建了贵州西部高原末次冰消期的气候演变过程，结果显示：14.6 ka BP前，烧失量（101） （1. 82—4. 49%）、含水量（13. 99～26. 10%）整体偏低，指示气候偏冷，对应Hl（Heinrich 1事件）和OD（Older Dryas，古仙女木事件）;14.6～12.6 ka BP烧失量（1.76～6.53%）、含水量（ 12. 88～45. 22%）整体偏高，指示暖期，对应BA暖期（Belling - Allered暖期）;12. 6～11.6 ka BP烧失量（1. 15～4.05%）、含水量（10. 01～23. 60%）降低，指示气候转冷，对应YD（Younger Dryas，新仙女木事件）事件;11. 6～9.7 ka BP烧失量（5.05～8.70%）、含水量（30. 29～44. 23%）偏高，对应全新世早期。通过与格陵兰冰芯氧同位素气候记录进行对比，发现贵州西部高原气候与高纬地区气候存在着非常好的耦合关系;同时通过区域对比发现，在气候的转型特征上贵州西部高原与我国其他地区气候记录相一致。

关键词：末次冰消期;贵州西部高原;气候变化;烧失量;含水量

中图分类号：P467

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（ 2019） 24-0174-05

1 引言

末次冰消期地球表层系统经历了一系列变化事件，而全球不同地区以不同的方式回应着这些事件的变化过程[1]。末次冰消期气候的快速波动在众多气候载体中得到了不同程度的记录，云贵高原断陷湖泊发育，湖泊沉积物完整地保存了环境变化信息;末次冰消期以来，千年、百年尺度的快速气候变化事件一直是国内外许多学者研究的热点[2]。近几十年来，科学界将黄土[3]、深海[4]和湖泊沉积物[5]、石笋[6]、泥炭[7]、树轮[8]、冰芯[9]等作为古气候载体，通过高分辨率地重建古气候演化机制，取得了一系列令人瞩目的成果，末次冰消期气候的快速变化在东亚季风区的表现也逐渐被人们认识。

王建民等发现末次冰消期亚洲冬季风发生4次百年尺度加强事件与格陵兰冰芯所记录的气候变化极为相似[10]：。李森等认为末次冰消期东亚季风区西北缘发生气候快速变化事件可与格陵兰冰芯检出的6个气候阶段相对比[11]。程波等重建了青藏高原共和盆地的末次冰消期以来的气候干湿变化历史[12]。张俊辉等揭示了末次冰消期东北地区、东部山地、华南地区都表现出冷偏湿的气候特点，而青藏高原却为冷偏干或凉偏干1[3]。

本研究通过贵州西部高原一古湖相剖面的烧失量、含水量指标分析，并进行区域对比，重建了区域古气候演化历程，对弥补贵州西部高原乃至西南地区末次冰消期高分辨率气候演化记录的不足具有重要意义。

2 区域概况

研究区位于贵州省六盘水市西南部，如图1所示，处于云贵高原一、二级台地斜坡上，大地构造属扬子准地台上扬子台褶带。位于扬子准地台（I级构造）上扬子台褶带（Ⅱ级构造）的威宁至水城迭陷断褶束、黔西南迭陷褶断束以及黔中早古拱褶断束和黔南古陷褶断束的极西边缘[14]。

地势地貌上，地势西高东低，中部因北盘江的强烈切割侵蚀，起伏剧烈，平均海拔在1400～1900 m之间。地貌景观以山地、丘陵为主。

土壤上，土壤类型主要有黄壤土类、山地黄棕壤土类、山地灌木丛草甸土类、石灰土土类、紫色土土类、水稻土土类、潮土土类、沼泽土土类8种。

气候上，属北亚热带季风湿润气候区，受低纬度高海拔的影响，冬暖夏凉，气候宜人。年均温13至14℃，1月均温3～6.3℃，7月均温19. 8～22℃。年降水量1200～1500 mm。

植被上，境内地理环境复杂，植被种类多样，展布错杂，地理区域分异明显。天然植被有乔木有松（Pinus）、杉（Cunning hamialanceolata）、椿（Ailanthus altissi-ma）、桐（Vernicia fordii）、槐（Sophora jaPonica）、桦木（Betula）、漆树（Toxicodendron vernicifluum）等;竹类有金竹（Phyllostachys sulphurea）、南竹（PhyILostachyspubescens）等，植被在水平分布上表现出南北和东西过渡的特征。

3 材料与方法

3.1 取样

本研究剖面取自贵州省六盘水市红桥新区石龙村附近的一连續的古湖沉积剖面。剖面长度为172 cm，按物质组成及沉积物颜色，自上而下将剖面分为11层（图2）。其中，0～67 cm为灰黑色粘土夹砾石，67～72cm为灰黑色黏土，72～80 cm为浅灰色黏土，80～87cm为白色粉砂夹少量黏土，87～110 cm为灰色黏土夹粉砂层，110～116 cm为灰色黏土，116～123 cm为粉砂层，123～160 cm为灰色黏土夹植物根系，160～167 cm为黑灰色黏土，167～172 cm为黄棕色黏土夹砾石。按照1 cm间距等距取样，共取得172个样品，将样品装袋带回实验室，除测含水量的样品，其余样品放入烘箱中烘干待用。

3.2 方法

本实验共应用到含水量、烧失量（ 1-01）两种指标对沉积物进行古气候环境演化过程的研究与重建。

含水量测定，取15 g左右的新鲜沉积物样品，称其重量（精确至0.0001g），记作土样的湿重M，再放入烘箱中烘24 h;取出样品，称其干重（精确至o.0001g），记作土样干重Ms。含水量计算公式如下：

土壤含水量=（M- Ms/M×100%

（1）

烧失量（ LOI）测定，将烘干的样品取2g研磨至200目以下，放入烘箱中烘24 h，使沉积物样品保持干燥，确保测定结果的精确性。烘干之后每个样品取1g左右进行精确称重（精度为0. 0001g），放人工业自动分析仪中用580℃左右的温度燃烧2h，待其冷却到室温后再次精确称重。烧失量计算公式如下：

L01= （1-W550/W75）×100%

（2）

式（2）中：W75代表加热75℃后的样品重量，W550代表燃烧550℃后的样品重量。因所取样品中缺少炭屑、孢粉等测年材料，故将烧失量和含水量图谱与格陵兰冰芯氧同位素进行详细对比[15]，确定本剖面中显著事件的年代，从而建立本剖面的年代序列。

根据测定的烧失量与含水量数据，利用Grapher、CoreIDRAW12应用软件制作出烧失量图谱和含水量图谱。

4 结果分析

4.1 烧失量与含水量结果分析

本剖面燒失量在1. 15%～8. 70%之间，平均值为4. 32%;含水量在10. 01% -45. 22%之间，平均值为24. 71%。根据烧失量和含水量的变化，将本研究剖面分为4个带，如图3所示。

工带（1～66 cm）：烧失量波动在1.82%～4. 49%之间，平均值为3. 38%;含水量波动在13. 99%～26. 10%之间，平均值为17. 97%，该层烧失量和含水量较低，总体波动平缓，可指示该时段气候无显著变化。

Ⅱ带（66～118 cm）：烧失量波动在1.76%～6. 53%之间，平均值为4.0O%;含水量波动在12.88%～45. 22%之间，平均值为26. 42%。该段波动强烈，峰值明显，出现3个峰值、3个低值，指示该时段气候极不稳定，表现出交替特征。

Ⅲ带（ 118～130 cm）：烧失量波动在1.15%～4. 05%之间，平均值为2.69%;含水量波动在10. 01%～23. 60%之间，平均值为16. 50%。该带是整个剖面中烧失量和含水量较低的带，可指示该时段的气候处于某种极端状况。

Ⅳ带（130～172 cm）：烧失量波动在5.05%～8. 70%之间，平均值为6.80%;含水量波动在30. 29%～44. 23%之间，平均值为35. 78%，在整组样品中都是较高的，且波动较平缓，呈波动上升趋势，指示该时段的气候在较小范围内波动变化。

4.2 指标的气候意义

4.2.1 烧失量的气候意义

烧失量（ Loss on ignition）是在一定的高温条件下样品损失的部分占总质量的百分比。沉积物中的有机质含量与烧失量呈一致的变化关系[16]，沉积物中的有机质主要来自于沉积时期的植物有机体，在暖湿、水热组合好的气候条件下，地区的初级生产力较高，沉积物中有机质含量较高，烧失量呈现高值;相反，在干冷、水热组合欠佳的气候条件下，地区的初级生产力较低，沉积物中有机质含量较低，烧失量出现低值[17]。因此，烧失量可以反映沉积物中有机质的含量，进而推测沉积时期的气候环境。多项研究证明沉积物烧失量的气候意义，其被广泛用于研究冰后期的环境变化。石建省等的研究认为烧失量可以较精确地反映古气候变化过程的细节，有助于重建重大气候事件模式[18]，张丽莎等的研究认为烧失量是冰后期环境演变的有效代用指标[19]。赵永涛等利用烧失量等指标重建了晚冰期以来乌伦古湖的气候变化20]。吴旭东等利用烧失量重建了全新世以来湖光岩玛珥湖的气候变化‘21]。吴金甲等利用济南市古湖泊岩芯烧失量揭示了黄河下游地区的冷暖干湿的变迁[22]。杨冰洁等利用烧失量揭示了东南沿海的古气候特征[23]。

4.2.2 沉积样本含水量的气候意义

沉积样本的质地为粘土质，微粒小、透水性差。水分在沉积物中，受黏粒表面各种力的吸附作用，在黏粒表面以膜状水层形式保持，受外界影响极小。由于沉积物极差的透水性和良好的隔水性，沉积时期环境中的水分可以留存在同时期沉积物中，历经层层掩埋保存至今，并能够被沉积物的含水量所反映。因此，同一沉积剖面中，不同时期的沉积物含水量的变化趋势，与不同时期的环境水分的变化趋势呈现一致性。通过测定沉积物的含水量，了解各时期的含水量的变化，可以推测沉积时期的水分条件变化，进而对沉积时期的气候环境进行分析。

4.3 末次冰消期贵州西部气候重建

根据烧失量和含水量，结合年代序列，重建研究区气候的变化过程。18. 0～14.6 ka BP，烧失量和含水量整体处于低值，且比较稳定，指示该时段处于冷干环境;可能指示H1事件，H1是冰盛期最寒冷的阶段，据研究其持续的时间为2500 a[24]。

14. 6～12.6 ka BP，烧失量和含水量较上带整体升高，出现3次高低波动，指示气候处于快速波动状态，并可与格棱兰冰芯氧同位素相对比，指示BA暖期。

12. 6～11.6 ka BP，烧失量和含水量都为整个研究时段的最低值，指示出极冷干的气候环境，可指示YD冷事件。

11. 6～9.7 ka BP，烧失量和含水量逐渐升高，指示向暖湿气候转变，表明气候进入全新世。

5 讨论

5.1 贵州西部高原和北半球高纬气候的联系

为了研究贵州西部高原与北半球高纬地区末次冰消期时期的气候的关系，我们将贵州西部高原古湖相沉积物烧失量、含水量指标与格陵兰冰芯氧同位素记录进行对比，如图4，具体分析如下。

18.0～14.6 ka BP之间，烧失量、含水量整体偏低，同期格陵兰冰δ180偏负，对应于H1事件和OD。14. 6～12.6 ka BP之间，烧失量、含水量升高且波动频繁，对应于格陵兰冰芯的BA暖期，指示该时段气候极不稳定，表现出交替特征。12. 6～11.6 ka BP之间，烧失量、含水量偏低，该带是整个剖面中在末次冰消期到全新世早期烧失量和含水量最低的带，可能指示YD事件，与格陵兰冰芯氧同位素记录相一致。11. 6～9.7 kaBP之间，烧失量、含水量在整个剖面中处于最高水平，表明气候进入全新世阶段，同期格陵兰冰芯氧同位素记录快速偏正，反映了北半球高纬地区气候快速变暖的过程。上述说明，在末次冰消期时，千年尺度气候事件上，贵州西部高原气候变化都与北半球高纬地区气候变化有着密切的联系。

5.2 区域对比

贵州西部高原烧失量、含水量记录揭示出在末次冰消期千年一百年尺度气候事件上与格陵兰气候之间有着较好的关联，为了更好地认识贵州西部高原与我国其他地区气候的关系，我们也将本气候记录与我国各地区不同指标的古气候记录进行对比。

本剖面18. 0～14.6 ka BP和12. 6～11.6 ka BP期间烧失量和含水量分别指示H1事件和YD事件。H1期间南海南北陆为低海面[25]，黄河上游冰川雪线下降[26]，中国北方气候干冷，这与贵州西部高原的气候特点对应[27];YD时期南岭孢粉记录显示气候有一较明显的降温波动[28]，和尚洞石笋记录指示气候突然回冷[29]，河西走廊温暖湿润的气候发生间断，极端事件和突发性火灾频繁发生[30]，这些记录都与本剖面相吻合。

在14. 6～12.6 ka BP期间，贵州西部高原烧失量、含水量指示BA暖期，同处西南季风区的云南纳帕海[31]，鹤庆盆地[32]各指标也表明环境趋于温暖。同期，青海湖[33]、腾格里沙漠[34]、苏北盆地记录[35];南海定南大湖[36]、和东北四海龙湾玛珥湖[37]等记录显示这一时期全国范围普遍温暖湿润。11.6～9.7 ka BP期间，烧失量、含水量在整个剖面中处于最高水平，同时期西南地区气候记录显示东亚夏季风增强[38]，气候从干冷向暖湿转变[39]，表明气候进入全新世阶段。

总之，贵州西部高原气候记录无论在气候的整体变化趋势上还是在事件的转型特征上都与我国其他地区的气候记录存在着很好的对应关系。

6 结论

（1）贵州西部高原古湖相沉积物剖面的烧失量和含水量指标记录了MIS2晚期至全新世早期分辨率达50a的贵州西部气候变化特征，14.6 ka BP前，烧失量（101） （1. 82%～4. 49%）、含水量（13. 99%～26. 10%）整体偏低，指示气候偏冷，对应H1和OD事件;14. 6～12.6 ka BP烧失量（1.76%～6.53%）、含水量（12. 88%～45.22%）整体偏高，指示暖期，對应BA暖期;12.6～11.6 ka BP烧失量（1. 15%～4. osY6）、含水量（10. 01%～23.60%）降低，指示气候转冷，对应YD事件;11.6～9.7 ka BP烧失量（5.05%～8.70%）、含水量（30. 29%～44. 23%），对应全新世早期。

（2）通过对比发现本剖面烧失量、含水量记录的H1、BA事件、YD、全新世早期，对应于格陵兰温度的波动，说明贵州西部高原气候与北半球高纬区有着密切联系。

（3）贵州西部高原与我国其他地区的气候也存在着密切的关联，在事件的转型特征上与我国其他地区的气候研究记录也存在着很好的对应关系。

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收稿日期：2019-1卜16

基金项目：贵州省教育厅自然科学基金（编号：黔教合KY字[2014]284号）;六盘水师范学院大学生项目（编号：LPSSYDXS1801）

作者简介：刘勇（1997-），男，六盘水师范学院学生。

通讯作者：赵增友（1984-），男，副教授，博士，主要从事孢粉与第四纪环境演化研究。