孢粉指标在我国海岸带古气候、古海面变化中的应用现状

蔡庆芳，刘冬雁，贾培蒙，邵长高

(1.国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东 广州 510075;2.广州海洋地质调查局，广东 广州510075;3.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东 青岛 266100;4.中海油深圳分公司研究院，广东广州510240)

0 引言

孢粉是孢子和花粉的简称，是植物的繁殖器官(周山富等，2007)。被子植物和裸子植物被称为种子植物，蕨类植物和苔藓植物被称为孢子植物。在自然界中，植物对生存环境的反应极为敏感，反之，孢粉组合可以反映其植被群落和气候环境。

随着对全球变化研究的深入，采用不同手段获取高分辨率古环境信息，其中孢粉由于其个体小、传播广、易于保存而成为比较容易获取的信息分析载体，作为古植被直接代用指标和古气候间接代用指标日益受到重视。但由于孢粉的产量、传播、散布、搬运、沉积、保存等一系列问题的复杂性与多变性，孢粉、植被和气候的关系至今仍是孢粉学理论和应用中最基本也最困难的研究内容之一(杨振京等，2002)。

海洋中不生长有花植物，风和海流可以将远处陆缘的植物孢粉大量地搬运到海水中，所以从海洋沉积样品中分析出的孢子和花粉，能反映当时较大区域的环境变化。由于海洋沉积速度慢且连续性好，海洋沉积物中的孢粉分析资料能够很好地反映陆缘的植被历史(浅野，1976;徐家声，1994)。近些年来，随着孢粉分析、鉴定和14C测年技术的改进以及数值分析方法的发展，第四纪孢粉学取得了长足进步(杨振京等，2002)。气候波动影响着海平面波动、河湖消长等沉积环境演变，通过对海岸带沉积孢粉记录的研究，可以深入了解古气候变迁和海进、海退历程等。

海岸带一词至今尚无统一的严格定义。一类相对“严格”的定义将海岸带基本限定在平均大潮高潮线和浪基面之间的狭窄条带(林观得等，1987;杨子庚，2000)。但相对“宽泛”的定义则认为：向海一侧甚至包含被浅海覆盖的整个陆架区;向陆一侧，还应包括平均大潮高潮线后的海岸沙丘、潟湖洼地或首先遇到的地形发生明显变化处(王宏，2003)。IGBP(国际地圈生物圈计划)于1995年提出海岸带的范围为：上限向陆到200 m等高线，向海到大陆架边缘，大致与200 m等深线相一致。大致相当于第四纪末期以来海面起伏波动交替性地被淹没或被暴露的地带(张永战等，1997)。本次研究所说的海岸带主要是指“宽泛”的后者。

近些年来，我国在渤海、黄海、东海、南海以及太平洋海区都开展了沉积物孢粉研究。笔者就海岸带沉积记录孢粉指标在古气候、古海平面变化研究中的应用现状进行简述。

1 中国海岸带沉积孢粉替代指标对古环境的指示意义

1.1 红树孢粉

红树林是具有重要的生态、科学研究价值和防风消浪等功能的生长于热带－亚热带海岸的一种特有植被类型(夏鹏，2011)。构成红树群落的植物，虽然以红树科为主，但其他科属在形态和生态上具有此群落特点的亦统属之(张玉兰等，2002)。红树林受陆－海－气相互作用，以及气候、地质、水文和生态的影响，其母体对水流、盐度、土质、温度均有特定的要求(林鹏，1981;林鹏等，1987)，反映生态环境非常灵敏。我国陆架表层及柱状沉积物中含有相当数量的红树林植物花粉(张玉兰等，1994)。通过对红树林植物的花粉化石进行研究，有助于推测出海平面升降、海岸线变迁以及海滨的红树林演化。同时，对于沉积物来源和古海流的研究也极有帮助。因此，红树孢粉的研究对于进一步探讨海洋地质中的海陆相互作用、全球气候变化和古环境演变等都具有非常重要的意义(张玉兰等，1994，2001，2002;王开发等，1997)。

全球红树林的分布除个别情况外都位于南北回归线之间，在我国主要分布于广西、海南岛、台湾、福建闽江口以北的福鼎等广阔地区，种类丰富。由于红树植物的自然分布最北界线在福建闽江口(林鹏等，1984)，所以推断在东海和南黄海等地发现的孢粉可能是由北上的黑潮暖流携带而来，说明海洋沉积物中红树花粉的分布与古海流存在着密切关系，这对于分析沉积物来源有很大帮助。此外，基于红树林生长环境的差异，沿岸钻孔红树花粉的种类、数量、盛衰变化可以用来推测海平面升降、海岸线的变迁以及古海岸线的位置。因此，红树林在海岸带花粉研究中具有很重要的地位，得到了国内外研究者的青睐，经常用来指示海岸线变迁、海平面升降、沉积物来源、古海流、古海岸、古气候和古环境演变等。

由于红树种类的不同，其生存和适应环境也不同，因此在潮滩的不同部位，红树植物种类以及含量都不相同，故可根据孢粉组合来推断潮滩的分带，恢复古环境。通过对沉积物中的红树孢粉进行分析，可以判断古海岸带的大体位置，对海平面变化有重要指示意义。对海滩孢粉组合成分的来源进行分析，有助于植物孢粉产量、地质保存和搬运一系列基础理论的研究。张卫东等(1999)通过对广西、广东两省部分红树林海滩孢粉组合的分析，发现其沉积物含有丰富的红树植物花粉，其组合能够很好地反映孢粉组合与红树林植被的关系。张玉兰等(1994)对黄海、东海、南海海底沉积物孢粉、藻类研究结果表明，黄海和东海的表层沉积物红树花粉主要来源于北上黑潮暖流的携带，同时发现南海北部和南部钻孔的红树花粉均源自海流搬运，前者主要来源于我国沿岸，后者主要来源于马来西亚和菲律宾沿岸。

1.2 松属与草本花粉含量相对变化对海平面的指示意义

孢粉分布规律对于更好地解释孢粉对古植被、古环境的指示具有重要作用。其规律与离岸距离的关系不容忽视，草本植物花粉因呈球形沉降速度较快，而松属花粉因有气囊沉降速度相对较慢，因此蒿属、藜科、禾本科等草本花粉在大陆架等离岸近的沉积物中含量高，越往深海含量越低，而松属花粉则表现出离岸越近含量越少的规律。海岸带距离和海水深度等所导致的海洋沉积分异作用对松属与草本花粉的分布规律具有重要影响，而陆地上气候影响下的地带性植被变化对其影响不大(邓韫等，2005)。前人(Sun et al，2003)对南海的研究证实了松属和草本植物两大类花粉在海区沉积物中含量的相对变化可以反映钻孔离岸远近的变化，即相对海平面升降。

据此，孙湘君等(2001)利用草本植物花粉与松属花粉的比值(Herbs/Pinus，H/P)来反映研究点离岸距离：H/P值高，离岸近;反之，则远。因此，H/P值升降幅度可以反应海岸线的迁移幅度(即陆架宽度)。此外，罗运利等(2005)对末次冰期以来南海北部孢粉记录的植被演化及千年尺度气候事件研究、孙湘君等(2003)对中国第四纪深海孢粉研究以及邓韫等(2005)对冲绳海槽末次盛冰期孢粉组合的古环境指示意义的研究也都得到了类似结论：草本花粉与松属花粉的相对含量(H/P)变化反映了钻孔离岸距离远近的变化。

1.3 蒿属与禾本科的含量变化对古植被纬度带迁移的指示意义

我国国土南北跨度大、温度带较多，因此植被类型多样，且植被分布具有一定的纬度地带性分布规律。其中东部地区的蒿属(Artemisia)和禾本科(Gramineae)优势草本植物表现出蒿属由北温带向热带逐渐递减、禾本科递增的规律。

郑卓等(2007)研究认为蒿属与禾本科的比值(A/G)在大陆尺度上由南向北急剧上升，与纬度呈指数关系：

式(1)中，L代表纬度，R为 A/G比值。

因此，A/G比值可以反映研究区孢粉沉积时纬度带的高低，从而反映当时的气候状况。邓韫等(2005)认为冲绳海槽在末次盛冰期的A/G比值较高说明末次盛冰期植被带南移，这与气候变化所引起的南移幅度相一致。

2 中国海岸带及陆架区孢粉学研究概况

20世纪70年代以前，我国对海洋孢粉学的研究仅局限于江苏、上海等地的第四纪海相沉积研究，以及长江三角洲等地的少量海滩样品研究。20世纪70年代至今，中国科学院海洋研究所、国家海洋局第一、二海洋研究所、同济大学孢粉室等海洋地质研究单位都专门设立了孢粉研究实验室，并对南海、黄海、东海、渤海的部分柱状样及海底表层沉积物样进行了孢粉分析研究(王开发等，1987a，1987b，1990，1996;张玉兰，2009);同时，他们还挑选部分有指示意义的海滨盐生植物和红树林植物，对其花粉形态进行了研究并取得了一定的研究成果(石丰登，2008)。直到20世纪90年代，对深海孢粉学的研究才取得一定成果(黄翡，2002;罗运利等，2003;孙湘君，2003)。到目前为止，我国海岸带孢粉学在渤海、黄海、东海和南海均获得大量研究成果。

2.1 渤海

渤海为半封闭的陆架边缘海，三面环陆，整体水深较浅，且有多条河流注入，对气候环境变化、海平面升降反应灵敏，是古环境研究的理想区域。

前人利用孢粉作为替代指标，对渤海周边及黄河三角洲地区第四纪古气候演化做了大量研究工作，主要根据孢粉属种、组合及数量含量等指标，结合微体古生物化石、硅藻、沉积学及14C测年等资料进行研究，其中代表钻孔有渤海中部BC－1孔、河口三角洲顶端S3孔及渤海湾西岸平原上辛集孔、黄河口外泥质区 BH－264孔以及古黄河口钓口流路CB20A孔等，重建了渤海古植被、第四纪海平面升降、海陆变迁及古气候演化历史(庄振业等，1999;王艳，2000;刘恩峰等，2004;徐家声等，2006;陈金霞等，2012)，古气候研究成果与全球性的气候事件相吻合(刘恩峰等，2004)。另外，李雪铭等(1995)通过辽南地区滨海黄土的孢粉分析发现，末次冰期低海面时期渤海裸露的海底沉积物是黄土的重要来源。

2.2 东海

东海孢粉研究主要集中在长江三角洲地区，该区域是海陆交互作用的敏感复杂地带，前人对长江三角洲自晚第四纪至今的古环境、地质历史等开展了孢粉、矿物、岩石地层、古地磁、14C测年、微体古生物等许多方面的研究工作，目前，第四纪沉积、古环境等研究程度较高。

孢粉分析方法已被广泛应用于长江三角洲地区气候波动、海平面波动以及河湖消长等沉积环境演变的研究(王开发等，1983，1984;陈中原等，1991;张玉兰等，2001，2008)，所研究钻孔主要集中在长江三角洲陆上部分，特别是太湖盆地及其周边地区。总的来说，其全新世古气候的相关研究已较深入(王开发等，1984，1996;许雪珉等，1996;刘金陵等，1996;蔡永立等，2001;张敏斌等，2002)，而晚更新世因涉及到钻孔样品以及测年分辨率精度的限制，相关研究较为薄弱，陈静等(2009)根据上海市区火车站附近的MFC孔及青浦镇北的FX孔孢粉组合，恢复和重建了长江三角洲地区晚更新世以来的古植被、古气候及海平面变化。

此外，在东海陆架油气勘探中，孢粉组合特征被应用于古气候研究和地层单元划分(陈忠云等，2013;金艳等，2013;吴正韩，2014)，对油气勘探具有重要意义。

2.3 黄海

末次盛冰期黄海的大部分地区都已经出露成陆(谢福缘等，1979)，其中冰后期时，南黄海的气候变化频繁，因此在近岸的海积平原以及浅海的陆架区都记录了较为丰富的气候演变信息(韩有松等，1981)。通过在黄海上空收集孢粉发现，空气中孢粉成分与表层沉积物中孢粉组合，具有良好的对应性，这对恢复黄海陆缘植被以及气候有很大的帮助(徐家声，1994)。从20世纪70年代开始，国家海洋局、中国科学院、同济大学和地质矿产部等多家研究机构分析了南黄海钻孔沉积物以及表层柱状样中的孢粉化石资料，对南黄海沉积物中的孢粉组合与陆地来缘植被的关系进行了探讨，从而为海相气候地层的划分、对比提供了依据(王开发等，1987a;郑光膺，1989;杨子赓等，1996;李珍等，2001;程振波等，2001;石丰登等，2009)。

黄海孢粉研究资料主要来自 B10、CJ08－185、QC2、DLC70－3等孔，前人探讨和重建了黄海陆架区气候环境演化过程(童国榜等，2000;李珍等，2001;程振波等，2001;石丰登等，2009;李杰等，2014)，并对孢粉植物群颤动事件及升降温事件进行了研究和识别(孟广兰等，1998;童国榜等，2000)。此外，李杰等(2014)研究发现草本含量的相对变化可指示滨岸局域植被的演替，且一定程度上可以反映海平面的升降。

2.4 南海

南海为西太平洋边缘海，北侧接中国大陆，西靠青藏高原，东、南为西太平洋，地理位置特殊，受东亚冬、夏季风交替控制，是古气候环境演化研究的理想区域。同时，南海是我国海上油气勘探开发的重要区域，孢粉在区域古气候、古环境研究中应用广泛。

南海海洋表层沉积物研究孢粉研究，揭示了该海洋孢粉来源、传播搬运规律及分布特征，为探讨孢粉与区域气候的关系提供了可靠依据(戴璐等，2012;罗传秀等，2012)。大洋钻探计划ODP1144、ODP1145、ODP1148等站点钻探，为南海孢粉研究提供了丰富的样品，结合地球化学、黏土矿物等指标，深入探讨了东亚冬夏季风强弱变化、植被演化、气候事件及天然火等(黄翡等，2002;罗运利等，2005，2012;唐松等，2009)。其他钻孔，如B106孔(张玉兰等，2007)等，为南海古气候、环境演化提供了更多科学依据。

在油气勘探开发过程中，孢粉研究主要用于地层划分(李振雄，1998)。

3 结论

随着科学技术的发展，孢粉研究工作取得了很大的进步，近年来通过结合高密度采样和精确AMS14C测年等技术来恢复古环境演变过程的研究越来越多。我国海岸带孢粉学在渤海、黄海、东海和南海均获得了大量研究成果。但是，早期的一些资料由于取样密度稀疏，测年资料缺乏或测试精度不高，以及前处理化石残留等问题而导致气候地层划分过程中容易出现偏差。在今后的研究中，应该加强孢粉定量化研究以及与其他替代指标的对比分析研究，从而增强所测数据的可靠性、准确性。

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