中國黃土研究的新進展

摘要:中國黃土分布廣、地層全、厚度大，而中國的黃土研究也處于世界領先地位并經歷了發現研究、比較研究和目的研究三個層次階段。從現今已有研究的成就中，對中國黃土的研究狀況從歷史、現狀和未來幾個方面作一簡單介紹，分別從黃土地環境研究的進展、黃土地球化學研究進展、黃土地層土壤學研究、黃土地層古植被研究、黃土的地質生態系統等方面作出述評，然后在前人的基礎上總結目前研究的熱點，揭示我國黃土研究總體發展的趨勢。

關鍵詞:黃土研究;地層黃土學;地質生態系統

中圖分類號:P941.74 文獻標志碼:A文章編號:1673-291X(2010)02-0248-03

一、中國黃土研究狀況

1.中國黃土研究的歷史、現狀和未來

中國黃土研究經歷了發現研究、比較研究和目的研究三個層次階段，今后需要加強目的研究。中國已有條件從黃土所保存的各種信息，以揭示新生代以來全球干旱化的機制、規律和人類活動影響為目的，從區域性走向全球性研究，提出黃土“地質生態系統”研究的概念。基礎研究方面，討論了:(1)黃土序列連續性和間斷性的間斷平衡(PLjN〔汀UATEDEQUIUBRILJM問題;(2)黃土全球分布形成機制一元論問題;(3)黃土地貌形態與地殼運動表現問題。應用研究方面，討論了:(l)健康與黃土區域地球化學與地質生理學(GEOPHYsl0LOGY)問題;(2)建設城鄉與黃土地質生態結構問題;(3)農業與黃土區域生態系統管理評價，認為在黃土研究中會遇到社會和技術發展方面的挑戰[1] 。

2.中國黃土地環境研究的進展

中國黃土氣候旋回劃分、氣候變化周期、黃土地層氣候劃分與深海沉積氧同位素曲線的對比，傳統第四紀冰期劃分與黃土地層氣候旋回差異的原因，介紹了紅褐色古土壤演積層和古土壤類型研究的新成果，黃土形成與演變的新模型，評述了黃土古植被研究的新進展和今后黃土環境研究的趨勢。

二、黃土地球化學研究進展

1.中國第四紀黃土地球化學研究進展

黃土的地球化學研究是結合每一個階段研究的中心任務逐漸發展起來的。從早期的探求黃土的物質組成和來源研究而開展的元素地球化學的研究，到探討中國黃土——古土壤序列的環境意義而開展的宇宙成因核素、氧碳同位素、鐵在表生環境下的地球化學行為，生物作用的地球化學過程等的研究，這些研究促進了我國第四紀地球化學的發展。

2.黃土的元素地球化學研究

20世紀50年代以來，劉東生等在對中國黃土進行全面調查的同時，做了較多的地球化學分析工作[2-5]。文啟忠等[5-7]對80年代以前中國黃土的化學成分研究做了總結:(1)各地黃土(包括古土壤)的主要化學成分基本一致;(2)中國黃土的平均化學成分與地殼平均化學成分相似，MgO，CaO和Na2O等稍低于地殼平均值;(3)第四紀以來黃土的化學成分具有一定程度的變化，Fe2O3，Al2O3逐漸減少，而FeO，CaO和Na2O則具有不明顯的增加趨勢;(4)古土壤中Fe2O3，Al2O3，K2O和SiO2等與黃土層中的FeO，CaO和Na2O具有相反的變化。他們還就元素的區域變化進行了比較，認為無論是主要元素、微量元素，還是稀土元素的含量均變化不大，黃河中游各地馬蘭黃土及其粘粒組分中的REE的分布特征都是富含Ce族稀土[6]體現了黃土母質——粉塵化學成分的均一性 [3]。

最近黃土元素地球化學的研究主要集中在化學風化、氣候和環境指標的元素地球化學分析以及對黃土來源物質的進一步調查。陳駿等對黃土化學風化過程的實驗分析發現，黃土中僅Ca，Sr，P，Mg和Na元素在化學風化過程中為主要活動元素，這些元素相對于Al在古土壤中都虧損。顧兆炎等運用10Be作為示蹤劑對粉塵沉積物的淋濾常數進行了計算，并對黃土中古土壤的風化淋濾程度進行估計，獲得了硅酸鹽中Ca，Na，Mg，U，K和Si在當地風化過程平均淋溶損失分別為43%，25%，18%，17%，約2% 和約4%的結論。這兩項研究從不同途徑得到了相同的黃土化學風化特征，即黃土的化學風化為去除易溶堿性元素的過程。

氣候、環境指標的元素地球化學分析為提取黃土——古土壤序列中蘊藏的古氣候和古環境信息提供了新的途徑。劉東生等根據Ti在風化過程中不移動性及抗化學風化的石英礦物在粉塵粗粒級富集的特征，首次將SiO2/TiO2值作為指示冬季風強度的大氣粉塵粒度的替代指標，用來解釋0.15Ma以來黃土高原冬季風變化。陳駿等在考察若干微量元素的基礎上，通過與廣泛運用的氣候替代指標磁化率的對比認為，Rb/Sr值具有明顯的氣候意義，在黃土——古土壤風化序列中，Rb/Sr值可以作為衡量東亞夏季風強度的替代指標。通過對2.6Ma以來洛川黃土——古土壤序列的Rb/Sr值測量，獲得了比磁化率更具有明確氣候意義的Rb/Sr值的黃土高原古夏季風記錄[7]。

三、黃土地層土壤學研究

黃土是風力作用的產物，發育在土壤化的環境中，所以其中發育了40余層紅褐色古土壤。黃土中紅褐色古土壤的研究始于20世紀50年代末，早期的研究認為黃土中的紅褐色古土壤為堿性褐色土，發育在半干旱的森林草原條件下，根據古土壤微形態和淀積層分布等的研究認為，黃土中不僅有堿性褐土發育，還有棕壤、淋溶褐土及亞熱黃棕壤發育。

四、黃土地層古植被研究

在黃土地層植被研究方面取得的進展也是比較大的，主要表現在以下幾個方面。通過用強酸溶解等特殊處理方法，已在黃土層分離出很豐富的孢粉，為較全面地恢復黃土地層古植被打下了基礎。黃土區現代土孢粉組合研究取得重要成果，獲得了該地區不同的棟林地表中棟樹花粉含量為2.7%—35.7%的認識，為恢復古植被類型提供了新的依據。黃土地層古植被研究精度大大提高，物別是對晚更新世以來的被演變劃分理為詳細。在上述植被類型中，今后黃土地層古植被研究的重要問題是通過表土孢粉分析，判定森林中優勢喬木的種類組成，使古植被研究的水平進一步顯著提高[8]。

五、黃土的地質生態系統

黃土地質生態系統把地質學和生態學結合起來作為自己的研究方向。它強調把人作為一種地質營力，把人作為生態系統中的一員。這是一個新的嘗試，從我們現在對黃土高原了解的程度來看，作為一種地質體，黃土是探索人類生產環境可持續發展并需要深人研究的對象;黃土是記錄新生代晚期以來全球自然環境和氣候變化的最好載體。與深邃的海洋或寒冷的極地相比，黃土保存環境信息的數量和內容都比前兩者好，而且陸地是我們人類自己生存的環境，它所提供的氣候、生物和化學以及物理變化的信息遠比深海和極地對人類生存更為直接和重要。

劉東生曾在1998年蘭州的黃土與古土壤國際討論會上將其稱作紅色黃土，以示區別于黃色黃土。即使暫時把7.2MaB.P.的風成沉積不算在內，從第四紀黃土算起也有2.6MaB.P.的較連續的記錄。它記錄了氣候、生物和構造運動的活動和事件，其中包括了人類自己本身的化石記錄以及幾千年來有記載的文化歷史。

1.黃土序列的連續性和間斷性的間斷平衡問題

把黃土與古土壤在一個剖面上的連續出現看成是一種現象與另一種現象連續的轉換，另外也可以看作是地質意義上的連續間斷。在黃土剖面上，黃色與紅色是用肉眼都可以分辨的界限。OscarBaker用“間斷平衡”的理論解釋大冰期時地質現象。這是一種無機界的發展演化的關系。在今后工作中建立起黃土高原、黃土——古土壤序列的自己的劃分系統，MIS一樣有一套可以適用于干旱環境、大氣沉積、季風影響的黃土與古土壤序列，它所揭示的地球系統科學意義，較南極、格陵蘭冰芯和大洋鉆探所揭示的意義更為深刻。

近年對黃土與沙漠的關系的工作已經取得了很好的進展。此外，我們還應繼續關注粉塵的搬運、傳輸和堆積問題。黃土形成的全過程，包括了粉塵物質在其來源區，被不同高度的風力的搬運過程和在下風方向上合適地貌部位的堆積過程。近一段時期以來，在黃土的研究者之間一直“流行”一種提法，即將黃土視作冬季風的產物。我國的氣象觀測已經表明，我國的冬季風主要與來自北半球高緯地區的冷空氣爆發有關，但并不是每次的冷空氣爆發都能導致沙塵暴的發生。只有那些產生強烈的蒙古氣旋及活躍的鋒面系統的冷空氣爆發才有可能產生強烈的沙塵暴。而且，揚起后的粉塵也并非由冬季風獨一搬運。冬季風所搬運的只是那些近地面和低空的粉塵物質，主要沉降在中國的黃土高原或近海地區，而對流層中上層的粉塵物質是由西風帶所搬運的，并可以遠距離輸送到北太平洋、夏威夷、甚至美國的太平洋西海岸。

2.黃土全球分布形成機制的一元論問題

從黃土來說，作為一種大氣沉積的地質體，關于它的成因是一元論的說法，從地質干旱事件統一解釋它的成因和所帶來的影響，還是有二元或多元的說法，像奧布魯契夫那樣對不同地區的黃土有不同成因的解釋，能更圓滿地說明分布于全球的黃土成因呢? 黃土——橫亙亞洲大陸和歐洲大陸，從晚新生代以來就是環境干旱與半干旱化的見證人。這對于我們從一元論進一步進行對全球黃土的干旱環境的研究是一個值得探索的問題。與此有關的是黃土高原作為一個干旱、半干旱環境，物質成分與結構的均一性導致的生態環境的脆弱性，再加上長期的人類農業和牧業等活動的影響，使這個地區的生物地球化學環境形成為一個“出納庫”的作用，對于大氣圈中的氣體和化學元素有一個是源，是匯(sink)的變換機制。

3.黃土地貌形態與地殼運動表現

中國的黃土地貌研究經朱顯漠、羅來興等先生提倡。因為黃土高原本身是一個巨地貌單元，這一巨大的、連續的、由統一地質營力所沉積而形成的地貌是一種沉積建造地貌，而它的一個特點是具有繼承性。在黃土的侵蝕地貌方面除羅來興曾做過很多的研究工作之外，近年有些新的工作，如張宗枯領導的關于黃土高原侵蝕、水土流失圖的編制和中國科學院兩次黃河中游黃土考察隊的工作都作過黃土侵蝕地貌研究。黃土地貌的形態序列應當和黃土沉積序列一樣有一個時間的排列。

在談到黃土的地貌性質時，很自然使人想起在黃土高原的新構造運動和新構造，這對黃土高原的研究也是一個挑戰。我國學者較早就注意到比較強烈的年輕的地殼活動的特點。如果把第三紀的紅色盆地包括在內，黃土高原的構成的歷史則向前延伸到6—7MaB.P.或更早。這些盆地，山前廣大的洪積平原和許多裂谷的形成和活動歷史的研究將是與黃土研究不可分的一個新的內容，這是過去研究中常忽略的一些問題。對新構造的研究，這些年來隨著地震地質研究開展已有了很好的成績，而從河流階地上發育的黃土地層來研究黃河的發育歷史也取得很好的成績。

六、結語

黃土—古土壤序列所包含的古氣候信息，可以與深海氧同位素資料進行較好的對比，為探索中亞干旱化的歷史和進程、亞洲季風—沙漠系統的形成和演化以及青藏高原的隆升等提供了重要依據，是全球變化研究的支柱之一。在未來的一段時間里，古黃土高原的土地利用、碳循環、干旱區的形成和發展、古人類對河谷和塬面的占據以及文明的起源和演化等問題都將是人們討論的熱點[9]。

參考文獻:

[1] 劉東生，孫繼敏.中國黃土研究的歷史、現狀和未來──一次事實與故事相結合的討論[J].第四紀研究，2001，21(3):185-206.

[2] 劉東生，等.中國黃土堆積[M].北京:科學出版社，1965:141-227.

[3] 劉東生，等.黃土與環境[M].北京:科學出版社，1985:191-302.

[4] 王永焱，吳在寶，岳樂平.蘭州黃土的生成時代及結構特征[J].西北大學學報，1978，(2): 1-27.

[5] 文啟忠，等.中國黃土地球化學[M].北京:科學出版社，1989:36-114.

[6] 文啟忠，余素華，顧雄飛，等.黃土中稀土元素的初步探討[J].地球化學，1981，(2): 151-157.

[7] 顧兆炎，劉東生.中國第四紀黃土地球化學研究進展[J].第四紀研究，2000，(2): 41-45.

[8] 趙景波.中國黃土地環境研究的進展[J].干旱區地理，2000，(2): 188-190.

[9] 李玉梅.最近2.5 Ma黃土高原環境變化研究進展——來自洛川黃土地層的證據[J].2002，(1): 121.