孢粉指標在我國海岸帶古氣候、古海面變化中的應用現狀

蔡慶芳，劉冬雁，賈培蒙，邵長高

(1.國土資源部海底礦產資源重點實驗室，廣東 廣州 510075;2.廣州海洋地質調查局，廣東 廣州510075;3.中國海洋大學海洋地球科學學院，山東 青島 266100;4.中海油深圳分公司研究院，廣東廣州510240)

0 引言

孢粉是孢子和花粉的簡稱，是植物的繁殖器官(周山富等，2007)。被子植物和裸子植物被稱為種子植物，蕨類植物和苔蘚植物被稱為孢子植物。在自然界中，植物對生存環境的反應極為敏感，反之，孢粉組合可以反映其植被群落和氣候環境。

隨著對全球變化研究的深入，采用不同手段獲取高分辨率古環境信息，其中孢粉由于其個體小、傳播廣、易于保存而成為比較容易獲取的信息分析載體，作為古植被直接代用指標和古氣候間接代用指標日益受到重視。但由于孢粉的產量、傳播、散布、搬運、沉積、保存等一系列問題的復雜性與多變性，孢粉、植被和氣候的關系至今仍是孢粉學理論和應用中最基本也最困難的研究內容之一(楊振京等，2002)。

海洋中不生長有花植物，風和海流可以將遠處陸緣的植物孢粉大量地搬運到海水中，所以從海洋沉積樣品中分析出的孢子和花粉，能反映當時較大區域的環境變化。由于海洋沉積速度慢且連續性好，海洋沉積物中的孢粉分析資料能夠很好地反映陸緣的植被歷史(淺野，1976;徐家聲，1994)。近些年來，隨著孢粉分析、鑒定和14C測年技術的改進以及數值分析方法的發展，第四紀孢粉學取得了長足進步(楊振京等，2002)。氣候波動影響著海平面波動、河湖消長等沉積環境演變，通過對海岸帶沉積孢粉記錄的研究，可以深入了解古氣候變遷和海進、海退歷程等。

海岸帶一詞至今尚無統一的嚴格定義。一類相對“嚴格”的定義將海岸帶基本限定在平均大潮高潮線和浪基面之間的狹窄條帶(林觀得等，1987;楊子庚，2000)。但相對“寬泛”的定義則認為：向海一側甚至包含被淺海覆蓋的整個陸架區;向陸一側，還應包括平均大潮高潮線后的海岸沙丘、潟湖洼地或首先遇到的地形發生明顯變化處(王宏，2003)。IGBP(國際地圈生物圈計劃)于1995年提出海岸帶的范圍為：上限向陸到200 m等高線，向海到大陸架邊緣，大致與200 m等深線相一致。大致相當于第四紀末期以來海面起伏波動交替性地被淹沒或被暴露的地帶(張永戰等，1997)。本次研究所說的海岸帶主要是指“寬泛”的后者。

近些年來，我國在渤海、黃海、東海、南海以及太平洋海區都開展了沉積物孢粉研究。筆者就海岸帶沉積記錄孢粉指標在古氣候、古海平面變化研究中的應用現狀進行簡述。

1 中國海岸帶沉積孢粉替代指標對古環境的指示意義

1.1 紅樹孢粉

紅樹林是具有重要的生態、科學研究價值和防風消浪等功能的生長于熱帶－亞熱帶海岸的一種特有植被類型(夏鵬，2011)。構成紅樹群落的植物，雖然以紅樹科為主，但其他科屬在形態和生態上具有此群落特點的亦統屬之(張玉蘭等，2002)。紅樹林受陸－海－氣相互作用，以及氣候、地質、水文和生態的影響，其母體對水流、鹽度、土質、溫度均有特定的要求(林鵬，1981;林鵬等，1987)，反映生態環境非常靈敏。我國陸架表層及柱狀沉積物中含有相當數量的紅樹林植物花粉(張玉蘭等，1994)。通過對紅樹林植物的花粉化石進行研究，有助于推測出海平面升降、海岸線變遷以及海濱的紅樹林演化。同時，對于沉積物來源和古海流的研究也極有幫助。因此，紅樹孢粉的研究對于進一步探討海洋地質中的海陸相互作用、全球氣候變化和古環境演變等都具有非常重要的意義(張玉蘭等，1994，2001，2002;王開發等，1997)。

全球紅樹林的分布除個別情況外都位于南北回歸線之間，在我國主要分布于廣西、海南島、臺灣、福建閩江口以北的福鼎等廣闊地區，種類豐富。由于紅樹植物的自然分布最北界線在福建閩江口(林鵬等，1984)，所以推斷在東海和南黃海等地發現的孢粉可能是由北上的黑潮暖流攜帶而來，說明海洋沉積物中紅樹花粉的分布與古海流存在著密切關系，這對于分析沉積物來源有很大幫助。此外，基于紅樹林生長環境的差異，沿岸鉆孔紅樹花粉的種類、數量、盛衰變化可以用來推測海平面升降、海岸線的變遷以及古海岸線的位置。因此，紅樹林在海岸帶花粉研究中具有很重要的地位，得到了國內外研究者的青睞，經常用來指示海岸線變遷、海平面升降、沉積物來源、古海流、古海岸、古氣候和古環境演變等。

由于紅樹種類的不同，其生存和適應環境也不同，因此在潮灘的不同部位，紅樹植物種類以及含量都不相同，故可根據孢粉組合來推斷潮灘的分帶，恢復古環境。通過對沉積物中的紅樹孢粉進行分析，可以判斷古海岸帶的大體位置，對海平面變化有重要指示意義。對海灘孢粉組合成分的來源進行分析，有助于植物孢粉產量、地質保存和搬運一系列基礎理論的研究。張衛東等(1999)通過對廣西、廣東兩省部分紅樹林海灘孢粉組合的分析，發現其沉積物含有豐富的紅樹植物花粉，其組合能夠很好地反映孢粉組合與紅樹林植被的關系。張玉蘭等(1994)對黃海、東海、南海海底沉積物孢粉、藻類研究結果表明，黃海和東海的表層沉積物紅樹花粉主要來源于北上黑潮暖流的攜帶，同時發現南海北部和南部鉆孔的紅樹花粉均源自海流搬運，前者主要來源于我國沿岸，后者主要來源于馬來西亞和菲律賓沿岸。

1.2 松屬與草本花粉含量相對變化對海平面的指示意義

孢粉分布規律對于更好地解釋孢粉對古植被、古環境的指示具有重要作用。其規律與離岸距離的關系不容忽視，草本植物花粉因呈球形沉降速度較快，而松屬花粉因有氣囊沉降速度相對較慢，因此蒿屬、藜科、禾本科等草本花粉在大陸架等離岸近的沉積物中含量高，越往深海含量越低，而松屬花粉則表現出離岸越近含量越少的規律。海岸帶距離和海水深度等所導致的海洋沉積分異作用對松屬與草本花粉的分布規律具有重要影響，而陸地上氣候影響下的地帶性植被變化對其影響不大(鄧韞等，2005)。前人(Sun et al，2003)對南海的研究證實了松屬和草本植物兩大類花粉在海區沉積物中含量的相對變化可以反映鉆孔離岸遠近的變化，即相對海平面升降。

據此，孫湘君等(2001)利用草本植物花粉與松屬花粉的比值(Herbs/Pinus，H/P)來反映研究點離岸距離：H/P值高，離岸近;反之，則遠。因此，H/P值升降幅度可以反應海岸線的遷移幅度(即陸架寬度)。此外，羅運利等(2005)對末次冰期以來南海北部孢粉記錄的植被演化及千年尺度氣候事件研究、孫湘君等(2003)對中國第四紀深海孢粉研究以及鄧韞等(2005)對沖繩海槽末次盛冰期孢粉組合的古環境指示意義的研究也都得到了類似結論：草本花粉與松屬花粉的相對含量(H/P)變化反映了鉆孔離岸距離遠近的變化。

1.3 蒿屬與禾本科的含量變化對古植被緯度帶遷移的指示意義

我國國土南北跨度大、溫度帶較多，因此植被類型多樣，且植被分布具有一定的緯度地帶性分布規律。其中東部地區的蒿屬(Artemisia)和禾本科(Gramineae)優勢草本植物表現出蒿屬由北溫帶向熱帶逐漸遞減、禾本科遞增的規律。

鄭卓等(2007)研究認為蒿屬與禾本科的比值(A/G)在大陸尺度上由南向北急劇上升，與緯度呈指數關系：

式(1)中，L代表緯度，R為 A/G比值。

因此，A/G比值可以反映研究區孢粉沉積時緯度帶的高低，從而反映當時的氣候狀況。鄧韞等(2005)認為沖繩海槽在末次盛冰期的A/G比值較高說明末次盛冰期植被帶南移，這與氣候變化所引起的南移幅度相一致。

2 中國海岸帶及陸架區孢粉學研究概況

20世紀70年代以前，我國對海洋孢粉學的研究僅局限于江蘇、上海等地的第四紀海相沉積研究，以及長江三角洲等地的少量海灘樣品研究。20世紀70年代至今，中國科學院海洋研究所、國家海洋局第一、二海洋研究所、同濟大學孢粉室等海洋地質研究單位都專門設立了孢粉研究實驗室，并對南海、黃海、東海、渤海的部分柱狀樣及海底表層沉積物樣進行了孢粉分析研究(王開發等，1987a，1987b，1990，1996;張玉蘭，2009);同時，他們還挑選部分有指示意義的海濱鹽生植物和紅樹林植物，對其花粉形態進行了研究并取得了一定的研究成果(石豐登，2008)。直到20世紀90年代，對深海孢粉學的研究才取得一定成果(黃翡，2002;羅運利等，2003;孫湘君，2003)。到目前為止，我國海岸帶孢粉學在渤海、黃海、東海和南海均獲得大量研究成果。

2.1 渤海

渤海為半封閉的陸架邊緣海，三面環陸，整體水深較淺，且有多條河流注入，對氣候環境變化、海平面升降反應靈敏，是古環境研究的理想區域。

前人利用孢粉作為替代指標，對渤海周邊及黃河三角洲地區第四紀古氣候演化做了大量研究工作，主要根據孢粉屬種、組合及數量含量等指標，結合微體古生物化石、硅藻、沉積學及14C測年等資料進行研究，其中代表鉆孔有渤海中部BC－1孔、河口三角洲頂端S3孔及渤海灣西岸平原上辛集孔、黃河口外泥質區 BH－264孔以及古黃河口釣口流路CB20A孔等，重建了渤海古植被、第四紀海平面升降、海陸變遷及古氣候演化歷史(莊振業等，1999;王艷，2000;劉恩峰等，2004;徐家聲等，2006;陳金霞等，2012)，古氣候研究成果與全球性的氣候事件相吻合(劉恩峰等，2004)。另外，李雪銘等(1995)通過遼南地區濱海黃土的孢粉分析發現，末次冰期低海面時期渤海裸露的海底沉積物是黃土的重要來源。

2.2 東海

東海孢粉研究主要集中在長江三角洲地區，該區域是海陸交互作用的敏感復雜地帶，前人對長江三角洲自晚第四紀至今的古環境、地質歷史等開展了孢粉、礦物、巖石地層、古地磁、14C測年、微體古生物等許多方面的研究工作，目前，第四紀沉積、古環境等研究程度較高。

孢粉分析方法已被廣泛應用于長江三角洲地區氣候波動、海平面波動以及河湖消長等沉積環境演變的研究(王開發等，1983，1984;陳中原等，1991;張玉蘭等，2001，2008)，所研究鉆孔主要集中在長江三角洲陸上部分，特別是太湖盆地及其周邊地區。總的來說，其全新世古氣候的相關研究已較深入(王開發等，1984，1996;許雪珉等，1996;劉金陵等，1996;蔡永立等，2001;張敏斌等，2002)，而晚更新世因涉及到鉆孔樣品以及測年分辨率精度的限制，相關研究較為薄弱，陳靜等(2009)根據上海市區火車站附近的MFC孔及青浦鎮北的FX孔孢粉組合，恢復和重建了長江三角洲地區晚更新世以來的古植被、古氣候及海平面變化。

此外，在東海陸架油氣勘探中，孢粉組合特征被應用于古氣候研究和地層單元劃分(陳忠云等，2013;金艷等，2013;吳正韓，2014)，對油氣勘探具有重要意義。

2.3 黃海

末次盛冰期黃海的大部分地區都已經出露成陸(謝福緣等，1979)，其中冰后期時，南黃海的氣候變化頻繁，因此在近岸的海積平原以及淺海的陸架區都記錄了較為豐富的氣候演變信息(韓有松等，1981)。通過在黃海上空收集孢粉發現，空氣中孢粉成分與表層沉積物中孢粉組合，具有良好的對應性，這對恢復黃海陸緣植被以及氣候有很大的幫助(徐家聲，1994)。從20世紀70年代開始，國家海洋局、中國科學院、同濟大學和地質礦產部等多家研究機構分析了南黃海鉆孔沉積物以及表層柱狀樣中的孢粉化石資料，對南黃海沉積物中的孢粉組合與陸地來緣植被的關系進行了探討，從而為海相氣候地層的劃分、對比提供了依據(王開發等，1987a;鄭光膺，1989;楊子賡等，1996;李珍等，2001;程振波等，2001;石豐登等，2009)。

黃海孢粉研究資料主要來自 B10、CJ08－185、QC2、DLC70－3等孔，前人探討和重建了黃海陸架區氣候環境演化過程(童國榜等，2000;李珍等，2001;程振波等，2001;石豐登等，2009;李杰等，2014)，并對孢粉植物群顫動事件及升降溫事件進行了研究和識別(孟廣蘭等，1998;童國榜等，2000)。此外，李杰等(2014)研究發現草本含量的相對變化可指示濱岸局域植被的演替，且一定程度上可以反映海平面的升降。

2.4 南海

南海為西太平洋邊緣海，北側接中國大陸，西靠青藏高原，東、南為西太平洋，地理位置特殊，受東亞冬、夏季風交替控制，是古氣候環境演化研究的理想區域。同時，南海是我國海上油氣勘探開發的重要區域，孢粉在區域古氣候、古環境研究中應用廣泛。

南海海洋表層沉積物研究孢粉研究，揭示了該海洋孢粉來源、傳播搬運規律及分布特征，為探討孢粉與區域氣候的關系提供了可靠依據(戴璐等，2012;羅傳秀等，2012)。大洋鉆探計劃ODP1144、ODP1145、ODP1148等站點鉆探，為南海孢粉研究提供了豐富的樣品，結合地球化學、黏土礦物等指標，深入探討了東亞冬夏季風強弱變化、植被演化、氣候事件及天然火等(黃翡等，2002;羅運利等，2005，2012;唐松等，2009)。其他鉆孔，如B106孔(張玉蘭等，2007)等，為南海古氣候、環境演化提供了更多科學依據。

在油氣勘探開發過程中，孢粉研究主要用于地層劃分(李振雄，1998)。

3 結論

隨著科學技術的發展，孢粉研究工作取得了很大的進步，近年來通過結合高密度采樣和精確AMS14C測年等技術來恢復古環境演變過程的研究越來越多。我國海岸帶孢粉學在渤海、黃海、東海和南海均獲得了大量研究成果。但是，早期的一些資料由于取樣密度稀疏，測年資料缺乏或測試精度不高，以及前處理化石殘留等問題而導致氣候地層劃分過程中容易出現偏差。在今后的研究中，應該加強孢粉定量化研究以及與其他替代指標的對比分析研究，從而增強所測數據的可靠性、準確性。

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