東北哈尼泥炭腐殖化度古氣候意義及區(qū)域?qū)Ρ?/h1>
2014-09-21 19:38:51程勝高肖河黃庭周瑩胡忠霞劉曉彤
地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報 2014年2期
程勝高+肖河+黃庭+周瑩+胡忠霞+劉曉彤
基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(41072023)
摘要：不同地區(qū)泥炭腐殖化度指示的古氣候意義存在著分歧。運用堿提取溶液吸光度法對東北哈尼泥炭腐殖化度進行測定，結(jié)合14C測年數(shù)據(jù)的年代框架，對比東北哈尼、神農(nóng)架大九湖、青藏高原紅原、福建天湖山地區(qū)泥炭腐殖化度氣候代用指標，分析不同地區(qū)泥炭腐殖化度古氣候意義異同的原因。結(jié)果表明：哈尼泥炭腐殖化度的古氣候意義包含溫度濕度組合，較高的腐殖化度指示氣候溫暖潮濕，較低的腐殖化度指示氣候干燥寒冷；從哈尼、紅原、大九湖、天湖山泥炭腐殖化度時間序列的對比可以得出，雖然其古氣候意義有所不同，但其記錄的中國全新世古氣候環(huán)境演變趨勢大體相同，都反映了中國早全新世階段的升溫現(xiàn)象、中全新世的大暖期現(xiàn)象及晚全新世階段的降溫；溫度、濕度、季風(fēng)、經(jīng)緯度及地質(zhì)地貌等因素都對泥炭腐殖化度有影響，但水熱條件是直接影響，其他因素通過對水熱條件的改變而間接影響腐殖化度；闡述不同區(qū)域泥炭腐殖化度的古氣候意義沒有固定模式，需結(jié)合當?shù)氐牡乩砦恢?、地質(zhì)地貌、年均氣溫、季風(fēng)、降水、植被等情況進行具體分析。
關(guān)鍵詞：泥炭；腐殖化度；碳、氧同位素；全新世；古氣候；時間序列；冷事件；東北
中圖分類號：P532；X16文獻標志碼：A
Paleoclimatic Significances of Peat Humification in Hani of Northeast China and Regional Comparison
CHENG Shenggao1,2, XIAO He1, HUANG Ting1, ZHOU Ying1, HU Zhongxia1, LIU Xiaotong1
(1. School of Environmental Studies, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China;
2. Institute of Environmental Assessment, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China)
Abstract: There are different viewpoints on the paleoclimatic significances of peat humification in different regions. Alkali extracting solution absorbance method was used to measure the peat humification in Hani of Northeast China. Combined with 14C dating data for chronological framework, the proxy climate indicators of peat humification in Hani of Northeast China, Dajiuhu of Shennongjia, Hongyuan of QinghaiTibet Plateau and Tianhushan of Fujian were compared, and the reasons for similarities and differences on the paleoclimatic significance of peat humification in different regions were analyzed. The results show that the paleoclimatic significance of peat humification in Hani includes temperaturehumidity combination, and the higher humification indicates warm and humid climate, the lower humification indicates dry and cold climate; according to the comparison of peat humification temporal series in Hani, Hongyuan, Dajiuhu and Tianhushan, although the paleoclimatic significances are different, but the evolution trends of Holocene paleoclimate environment recorded are almost the same; the records include warming in Early Holocene, megathermal in Middle Holocene and cooling in Late Holocene; the effects of temperature, humidity, monsoon, latitude and longitude and geological landform on peat humification are significant, but the hydrothermal conditions are direct, and the other factors are indirect; it is different to explain the paleoclimatic significances of peat humification in different regions, and the location, geological landform, average annual temperature, monsoon, precipitation and vegetation should be considered.
Key words: peat; humification; carbon and oxygen isotopes; Holocene; paleoclimate; temporal series; cold event; Northeast China
0引言
泥炭是不同分解程度的松軟有機體堆積物，這種有機體主要是植物殘體。泥炭沼澤植物死亡后受到各種生物化學(xué)作用，首先是復(fù)雜的有機質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚挠袡C物質(zhì)及CO2和水，然后這些物質(zhì)再合成新的較復(fù)雜的有機物質(zhì)圈，分解與合成這兩個過程相互交替的進行著，制約著泥炭的形成與發(fā)育。因此，研究泥炭植物殘體分解速率對了解泥炭的形成特點具有重要意義。泥炭地的形成和發(fā)展直接受水分和熱量的控制。只有在一定水分和熱量的配合下，泥炭沼澤才能得到旺盛發(fā)育。這種有利的水熱組合條件主要取決于氣候，其次是海陸分布以及地質(zhì)、地貌和水文狀況等因素。根據(jù)趙紅艷等對哈尼地區(qū)泥炭分解沉積速率的研究可知，植物殘體的分解是在一定環(huán)境條件下進行的，影響分解的主要因素是溫度、濕度和酸度等［1］。
泥炭腐殖化度是定量描述泥炭分解程度的指標，即泥炭中無定形腐殖質(zhì)占樣品干重的質(zhì)量分數(shù)。泥炭腐殖化度和泥炭的分解速率有必然聯(lián)系，泥炭分解越快，其腐殖化程度越高。影響泥炭分解速率的因素(即溫度、水分、酸度等)在一定程度上可以通過泥炭腐殖化度來表現(xiàn)，進而泥炭腐殖化度的波動與古氣候變化存在一定關(guān)系：泥炭腐殖化度受溫度、濕度控制，它們作為影響泥炭腐殖化度的主要因素，使得泥炭腐殖化度在一定程度上能反映氣候的冷暖干濕。因此，腐殖化度在古氣候演變及突變事件研究中被用作恢復(fù)古環(huán)境的氣候代用指標。
在泥炭腐殖化度的研究方法上，1995年之前國外主要側(cè)重研究腐殖化度與濕度之間的聯(lián)系［2］；之后，Chambers等通過對蘇格蘭披蓋式泥炭中孢粉與腐殖化度的研究確定了氣候與腐殖化度之間存在某種關(guān)聯(lián)，證實泥炭腐殖化度可以作為恢復(fù)古環(huán)境的代用指標［3］。中國由王華等首次確立了泥炭腐殖化度作為古氣候代用指標的地位［4］。但國內(nèi)外學(xué)者對泥炭腐殖化度的古氣候意義有不同看法(表1)。
由表1可知，國際上對泥炭腐殖化度的研究重點在將其與阿米巴蟲、植物大化石等指標進行對比，涉及的氣候因子僅限于地表環(huán)境濕度，并未涉及溫度或溫度濕度組合對泥炭腐殖化度的影響。國內(nèi)腐殖化度的研究范圍較為廣泛，對比指標較多，涉及的氣候因子是溫度濕度組合，并且學(xué)者就泥炭腐殖
表1腐殖化度古氣候意義的不同觀點
Tab.1Different Views for Paleoclimatic Significance of Humification文獻來源學(xué)者研究地區(qū)氣候因子對比指標結(jié)論
［3］Chambers等蘇格蘭南部披蓋式沼澤
［5］Langdon等蘇格蘭東南部Temple Hill Moss泥炭
［6］Borgmark等瑞典中東部
［7］Blundell等愛爾蘭地區(qū)
［4］王華等中國青藏高原東部四川紅原泥炭
［8］馬巧紅等中國雷州半島北部
［9］蔡穎等中國新疆北部巴里坤湖
［10］尹茜等中國浙江天目山千畝田
［11］、［12］薛積彬等中國南嶺東部江西定南大湖
［13］馬春梅等中國湖北神農(nóng)架大九湖
［14］胡凡根等中國福建屏南天湖山濕度
濕度溫度組合孢粉
植物大化石、阿米巴原蟲化石
碳氮比、阿米巴原蟲
植物大化石、有殼變形蟲
木里苔草纖維素δ(13C)值
有機質(zhì)含量、燒失量
有機質(zhì)含量、TOC值、自生碳酸鹽
燒失量
TOC值、磁化率
孢粉、有機質(zhì)含量、TOC值、Rb/Sr值
有機質(zhì)腐殖化度低，指示氣候較濕潤；腐殖化度高，指示氣候較干燥；還可以用腐殖化度推斷水位深度
腐殖化度高，指示氣候溫暖濕潤；腐殖化度低，指示干冷
腐殖化度高，指示氣候干冷；腐殖化度低，指示氣候濕熱
化度的古氣候意義解釋也存在很大分歧。
以洪業(yè)湯、于學(xué)峰、鐘巍為代表的在青藏高原東部、雷州半島北部、新疆巴里坤湖的研究認為：腐殖化度高，指示氣候溫暖濕潤；腐殖化度低，指示氣候干冷［4,9,1516］。他們證實在濕暖氣候條件下，植物初級生產(chǎn)力提高，能夠提供較多的植物殘體進行腐解，同時也提高了微生物的分解能力，二者的綜合作用使泥炭中的無定形碳質(zhì)量分數(shù)增高(即腐殖化度增高)；反之，在干冷氣候條件下，不僅植物初級生產(chǎn)力減弱，提供腐解的植物殘體較少，而且微生物分解能力也減弱，導(dǎo)致泥炭中無定形腐殖質(zhì)質(zhì)量分數(shù)降低(即泥炭的腐殖化度降低)。
以馬春梅、朱誠為代表的在神農(nóng)架、浙江千畝田的研究，對腐殖化度代用指標指示古氣候意義的闡釋完全相反［10,13］。他們認為：腐殖化度高，指示氣候干冷；腐殖化度低，指示氣候濕熱。這是因為在干燥氣候條件下，沼澤處于氧化環(huán)境，微生物活動強烈，從而使植物殘體分解得更為徹底，腐殖化程度就會增大；而濕暖的水澇環(huán)境降低了微生物的活動，減緩了植物殘體的分解，使腐殖化程度降低。
因此，有必要對中國東北哈尼泥炭地這一氣候變化敏感的區(qū)域重新進行泥炭腐殖化度的研究。筆者通過對中國東北哈尼地區(qū)泥炭腐殖化度的測定，并結(jié)合植物纖維素碳、氧同位素指標進行對比分析，得出哈尼泥炭腐殖化度代表的古氣候意義；再對比紅原、大九湖、天湖山泥炭地腐殖化度指標，探討不同地區(qū)腐殖化度古氣候意義異同的原因。
1泥炭腐殖化度古氣候意義
哈尼泥炭地(42°13′N,126°31′E)位于吉林省柳河縣哈尼鄉(xiāng)，地處長白山高峰的西麓與龍崗山脈中部，海拔高度約900 m(圖1)。哈尼泥炭堆積于全新世，通體剖面厚度達到9.6 m，其沉積過程貫穿整個全新世；特別是上層泥炭，堆積速度高，提供了高分辨率的氣候記錄。自晚全新世以來，本區(qū)泥炭沉積比較連續(xù)，受人類干擾較小，高分辨率地記錄了古植被、古氣候和古環(huán)境變化的詳細信息。
圖1哈尼泥炭地地理位置
Fig.1Location of Hani Peatland
圖2哈尼泥炭地層與定年
Fig.2Stratigraphy and Dating of Hani Peatland
泥炭樣品來自于哈尼泥炭地中部(42°12′50″N,126°31′05″E)，采樣深度達到9 m。將所采泥炭芯每5 cm間隔現(xiàn)場切樣密封保存后，立刻運回實驗室進行樣品分析。根據(jù)泥炭的顏色、質(zhì)量、組成可以劃分泥炭的地層。泥炭芯中地層的變化(圖2)可以顯示出泥炭沉積地的氣候變化［1719］。利用14C測年技術(shù)對所采集的泥炭樣品進行測定可以獲得相應(yīng)的年代序列。14C測年的材料來自于泥炭樣品中的植物殘留物，共選出泥炭樣品13個，按Hong等所述方法提取泥炭植物纖維素進行14C年齡的測定［20］。泥炭測年數(shù)據(jù)由日本筑波國家環(huán)境研究所AMS實驗室測試，通過CALIB4.3軟件獲得14C的校正年齡［21］。根據(jù)野外采集的泥炭芯，繪制并整理出哈尼泥炭層綜合柱狀圖(圖2)，其剖面巖性特征隨深度變化描述如下：0~25 cm為現(xiàn)代植被層，有大量活的根系，主要為苔草以及少量蘆葦，分解度低；25~66 cm為淺褐色泥炭層，植物殘體以苔草根系為主，少量植物活根系，分解度低；66~126 cm為褐色泥炭層，植物殘體以草本為主，含有少量木本殘體，分解度低；126~246 cm為深褐色泥炭層，植物殘體以草本為主，含少量木本殘體，分解度低；246~316 cm為淺褐色泥炭層，植物殘體以草本為主，含有少量泥炭蘚，分解度高；316~600 cm為深褐色泥炭層，植物殘體包含草本與木本，含有泥炭蘚，分解度高；600~625 cm為含有火山灰的深褐色泥炭層，分解度低；625~726 cm為深褐色泥炭層，植物殘體包含草本與木本，含有泥炭蘚，分解度高；726~890 cm為黑褐色泥炭，植物殘體包含草本與木本，含有泥炭蘚，分解度高；890~900 cm為灰綠色黏土，含有少量泥炭。
運用堿提取法［22］進行哈尼泥炭腐殖化度的測定。根據(jù)哈尼泥炭地的自然條件，測定方法有所改變，主要是修改了從提取液中分離出腐殖酸的方法和重新選擇確定吸光度值的最適合波長。試驗主要步驟為：將泥炭樣品研磨成粉末后過60目篩(0280 mm)，混合均勻；然后，精確稱取泥炭樣品0200 g，放入250 mL燒杯中，同時精確稱量0.400 g的NaOH，放在燒杯中溶解，并放入100 mL容量瓶中定容；將所配的溶液倒入盛有泥炭樣品的燒杯中充分溶解；將上述泥炭溶液放在電爐上大火加熱至沸騰(約10 min)，待溶液沸騰后將電爐熱量關(guān)小，溫和加熱溶液1 h，從而使泥炭中的腐植酸充分溶解；待加熱完成后，自然冷卻，將燒杯中的水加至150 mL，并放在250 mL的容量瓶中定容并混合均勻；分2次取10 mL上述溶液放在2個10 mL的離心管中離心20 min，取上清液2 mL，放在10 mL比色管中定容至刻度線，搖晃均勻；以超純水為參照物，用Shimadzu UVVIS3000 type分光光度計測定泥炭樣品中的堿提取物在540 nm波長下溶液的吸光度值；最后，以該吸光度值來表征泥炭腐殖化度。
為探討哈尼地區(qū)泥炭腐殖化度指示的古氣候意義，將腐殖化度時間序列曲線與洪業(yè)湯等在同一地區(qū)研究得出植物纖維素δ(13C)、δ(18O)時間序列進行對比(圖3)［2325］。
灰色部分對應(yīng)發(fā)生在北大西洋的冷事件時間區(qū)間
圖3哈尼泥炭腐殖化度與纖維素碳、氧同位素對比
Fig.3Comparison of Peat Humification, Cellulose Carbon and Oxygen Isotopes in Hani
據(jù)洪業(yè)湯等的研究，東北長白山地區(qū)碳、氧同位素的古氣候意義如下［2325］：植物纖維素δ(13C)值可指示氣候的濕度或降水變化，δ(13C)值較高則降水較多(濕度較高)，δ(13C)值較低則降水較少(濕度較低)；δ(18O)值可指示溫度效應(yīng)，即與溫度成正相關(guān)關(guān)系，δ(18O)高值期解釋為溫暖期，而δ(18O)低值期則對應(yīng)寒冷期。
從泥炭腐殖化度與纖維素δ(18O)值對比圖發(fā)現(xiàn)：在12.8~14.0 ka，纖維素δ(18O)值呈下降趨勢，同期泥炭腐殖化度值也在下降，反映了溫度的下降，緊接著近千年時段內(nèi)，二者都有不同幅度的上升，反映了溫度的上升；在9.7~12.0 ka，纖維素δ(18O)值整體呈下降趨勢，泥炭腐殖化度曲線也呈明顯下降趨勢，其中112~115 ka內(nèi)，兩者都有短暫時期的上升，但二者上升幅度有顯著差異，纖維素δ(18O)值急劇升高，而泥炭腐殖化度只有小幅上升，雖然反映的溫度變化方式相同，但是其對溫度變化的響應(yīng)程度不同；在0~7.3 ka，兩者整體上均呈下降趨勢。由此可見，泥炭腐殖化度大體與纖維素δ(18O)值變化趨勢相同，能反映古環(huán)境的溫度變化：腐殖化度高，指示氣候溫暖；腐殖化度低，指示氣候寒冷。
從泥炭腐殖化度曲線與纖維素δ(13C)值對比圖發(fā)現(xiàn)：在9.7~11.5 ka，纖維素δ(13C)值雖有波動，但整體呈下降趨勢，表明氣候偏干燥，而同一時期內(nèi)泥炭腐殖化度呈小幅波動的下降趨勢，兩者的波動趨勢相同；在6.7~8.4 ka，纖維素δ(13C)值緩慢上升，反映氣候偏濕潤，此時期的腐殖化度值明顯上升； 在4.8~6.5 ka，兩者均在小幅度內(nèi)波動，且變化趨勢相同；在0~3.8 ka，纖維素δ(13C)值呈下降趨勢，表明氣候偏干燥，而泥炭腐殖化度也呈下降趨勢。由此可見，泥炭腐殖化度與纖維素δ(13C)值變化趨勢大體成正相關(guān)關(guān)系，能反映區(qū)域濕度變化：腐殖化度高，指示氣候濕潤；腐殖化度低，指示氣候干燥。
綜上所述，哈尼地區(qū)泥炭腐殖化度能同時反映溫度與濕度的變化：腐殖化度高，指示氣候溫暖濕潤；腐殖化度低，指示氣候干燥寒冷。
2泥炭腐殖化度區(qū)域?qū)Ρ?/p>
國外學(xué)者研究泥炭腐殖化度涉及的氣候因子僅限于地表環(huán)境濕度，并未涉及溫度或溫度濕度組合對泥炭腐殖化度的影響。世界各國由于地理地域上的差異形成了各自的溫度、濕度大幅度變化范圍，不宜將其與中國的泥炭腐殖化度古氣候意義進行對比。因此，為研究中國泥炭腐殖化度古氣候意義的差異，可以將氣候變化敏感的哈尼地區(qū)泥炭腐殖化度的古氣候意義與腐殖化度代用指標研究較為成熟的青藏高原紅原泥炭地［26］、湖北神農(nóng)架大九湖泥炭地［27］、福建北部天湖山泥炭地［28］進行對比。
2.1泥炭沼澤產(chǎn)出環(huán)境特征
2.1.1東北長白山地區(qū)哈尼泥炭沼澤
哈尼泥炭沼澤隸屬吉林省柳河縣涼水鄉(xiāng)，海拔高度為882~900 m，是典型的熔巖堰塞湖成因類型，其泥炭層平均厚度約為4.6 m，最厚處超過9.6 m。哈尼泥炭地屬于中溫帶大陸性山地季風(fēng)氣候，氣溫常年偏低，年均2.5 ℃~3.6 ℃，霜期約250 d。本區(qū)受季風(fēng)影響，年平均風(fēng)速2.8 m·s-1；pH值較高，為4.5~6.0，有利于沼澤發(fā)育；水源主要是地下水和降水補給；年均降水量743 mm。
哈尼地區(qū)植被屬于溫帶紅松針闊葉混交林，植物群落具有明顯的分帶性［29］。其中心部位為苔草泥炭蘚，并伴生有棉花莎草、細葉杜香、杜斯等，木本植物稀少；外圍林木較密集，為長白落葉松油樺修氏苔草群落，兩者之間是呈漸變的過渡性植物群落。外環(huán)帶沿沼澤邊緣出現(xiàn)的為長白落葉松油樺修氏苔草群落；第2帶為油樺蘆葦泥炭蘚沼澤、松樹、樺樹，地表常年積水10~30 cm；第3帶沼澤分布于哈尼沼澤體中部(即第2帶沼澤的內(nèi)側(cè))，是第2帶沼澤未經(jīng)破壞前的原始沼澤景觀。
2.1.2青藏高原東北部若爾蓋高原紅原泥炭地
紅原泥炭地位于青藏高原東南緣的紅原—若爾蓋平坦高原區(qū)的紅原丘狀高原，海拔約3 400 m，屬大陸性高原寒溫帶季風(fēng)氣候，春秋短促，長冬無夏，熱量低；干濕季節(jié)分明，雨熱同期；日照長，太陽輻射強。1月為最冷月，平均為-10.3 ℃，最熱為7月，平均氣溫為10.9 ℃，年平均降水量為753 mm。
本區(qū)丘陵和山地主要生長草甸，兼有針葉林。土壤以亞高山草甸土為主。河谷平原、寬谷則主要為木里苔草等沼澤植被，發(fā)育以沼澤土為主的土類。
2.1.3湖北神農(nóng)架大九湖泥炭地
大九湖泥炭地是位于湖北神農(nóng)架西端的山間盆地，屬亞高山沼澤，面積約16 km2，海拔1 700 m。其地處北亞熱帶，海拔較高，氣候濕冷，年平均溫度7.4 ℃，夏季最高溫度為17.1 ℃，冬季最低溫度為-2.4 ℃。年降水量約1 500 mm，年雨日天數(shù)為150~200 d，降水豐富且分布均勻，相對濕度超過80%，無霜期短(只有144 d)。大九湖地區(qū)溪流、小河在中途消失于石灰?guī)r中。由于盆地封閉，無其他排水通道，而喀斯特洞穴又不能通暢排水，因而地下水水位普遍較高。
盆地周圍山地植被主要屬于神農(nóng)架溫性針葉林、落葉闊葉林帶，植被類型主要有茅栗、亮葉樺、漆樹、米心水青岡、巴山松、巴山冷杉及山地草甸。面向盆地的山坡主要為落葉闊葉林帶，其中以山毛櫸科為優(yōu)勢，林下有成片箭竹及大量蕨類植物。盆地內(nèi)植被以草甸和沼澤為主。
2.1.4福建北部天湖山泥炭地
天湖山泥炭地位于福建省寧德市屏南縣東南部，海拔1 180 m，屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫為14.6 ℃~17.1 ℃。泥炭剖面屬亞熱帶亞高山山間盆地沼澤泥炭，隸屬于霍童溪流域，周圍沒有河流匯入，降水主要來源于大氣降水。年均降水量超過1 800 mm，水資源豐富，年相對濕度81％。
天湖山泥炭地周圍保存著完好的天然林植被及典型的中亞熱帶常綠闊葉林，土壤類型以紅壤為主，泥炭地主要為山地泥炭沼澤土。
2.1.5小結(jié)
將以上4個區(qū)域的地理位置、氣候類型、地面高程、生長的植物、水源補給、pH值、泥炭厚度、地貌類型、植被類型、年均氣溫、年均降水量、泥炭腐殖化度古氣候意義等信息列入表中，可以更直觀地體現(xiàn)不同研究區(qū)域的環(huán)境特征(表2)。
表2哈尼、大九湖、紅原、天湖山區(qū)域環(huán)境對比
Tab.2Regional Environment Comparison of Hani, Dajiuhu, Hongyuan and Tianhushan Areas泥炭地類型長白山哈尼青藏高原紅原湖北神農(nóng)架大九湖福建天湖山
經(jīng)緯度42°13′N,126°31′E32°46′N,102°30′E31°29′N,109°59′E26°49′N,119°30′E
地理位置中國東北中國西部中國東部中國東南
氣候類型中溫帶大陸性山地季風(fēng)氣候大陸性高原寒溫帶季風(fēng)型氣候北亞熱帶季風(fēng)氣候亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候
地面高程/m882~9003 4661 700~1 7601 180
生長的植物苔草、蘆葦、泥炭蘚、油樺、杜香等苔草、藏嵩草苔草、刺子菀、金發(fā)蘚、泥炭蘚等殼斗科的常綠屬
水源補給地表水與部分大氣降水地表水與部分大氣降水主要為大氣降水、地下水大氣降水pH值4.5~5.56.0~7.0--
泥炭厚度/m9.004.952.971.92
地貌類型堰塞湖山地高原過渡地形北亞熱帶亞高山濕地亞熱帶亞高山山間盆地
植被類型針闊葉林針葉林落葉闊葉林、溫性針葉林中亞熱帶常綠闊葉林
年均氣溫/℃3.031.107.4015.80
年均降水量/mm743.3753.01 528.41 800.0
泥炭腐殖化度古氣候意義腐殖化度高，指示氣候暖濕；腐殖化度低，指示氣候干冷腐殖化度高，指示氣候干冷；腐殖化度低，指示氣候暖濕
注： “-”表示未找到數(shù)據(jù)。
2.2泥炭腐殖化度時間序列對比
將哈尼泥炭腐殖化度的測定結(jié)果和14C測年得到的哈尼地區(qū)泥炭腐殖化度時間序列與其他研究者得到的腐殖化度時間序列進行對比(圖4)。試驗中對哈尼泥炭吸光度的測定使用的是400 nm波長光，與王華等在紅原泥炭測試中相同［4］，而馬春梅在吸光度測試中使用的是540 nm波長光［13］。從圖4可以看出，雖然使用的是相同波長，哈尼泥炭腐殖化度的變化范圍(0.1~0.9)遠大于紅原泥炭(0.12~0.42)，而大九湖與天湖山的吸光度值變化范圍相差不大，分別為0.01~0.49、0.03~0.35。由此可見，不同波長測得的吸光度值表征的腐殖化度在數(shù)值上有區(qū)別。由于泥炭的堿提取物在350~700 nm波長范圍內(nèi)測得的吸光度是由高頻到低頻單調(diào)減少吸收，無論選取哪個波長都能反映腐殖化度的變化，因此，可以從吸光度的變化趨勢來進行討論。
圖4泥炭地腐殖化度時間序列對比
Fig.4Comparison of Temporal Series of Peatland Humification
在新仙女木事件之后的早全新世升溫階段，哈尼泥炭與紅原泥炭的腐殖化度呈上升趨勢，大九湖腐殖化度呈明顯下降趨勢，天湖山腐殖化度變化雖不如前三者明顯，但總體上其吸光度值也在下降；在中全新世暖期階段，哈尼與紅原泥炭腐殖化度雖有波動，但整體均保持在一個較高水平，而大九湖與天湖山腐殖化度在較低水平波動；在晚全新世降溫期，哈尼及紅原泥炭腐殖化度呈明顯下降趨勢，大九湖泥炭腐殖化度呈小范圍波動，在1.0~2.5 ka還出現(xiàn)上升趨勢，天湖山腐殖化度波動劇烈，呈明顯上升趨勢。通過中國全新世的氣候變化趨勢可以看出，哈尼與紅原泥炭腐殖化度的變化趨勢大體相同，大九湖與天湖山泥炭腐殖化度的變化趨勢相同，且它們的古氣候意義相反。前兩者的古氣候意義為：高腐殖化度指示氣候暖濕，低腐殖化度指示氣候干冷。而后兩者的古氣候意義為：高腐殖化度指示氣候干冷，低腐殖化度指示氣候暖濕。
根據(jù)不同地區(qū)泥炭腐殖化度時間序列對比圖，結(jié)合全新世中國古氣候演化過程，可以總結(jié)中國不同地區(qū)泥炭地腐殖化度在不同階段的變化趨勢(表3)。
表3泥炭地腐殖化度變化趨勢區(qū)域?qū)Ρ?/p>
Tab.3Regional Comparison of Changes of Peatland Humification
泥炭地長白山哈尼青藏高原紅原神農(nóng)架大九湖福建天湖山
早全新世升溫階段上升趨勢上升趨勢下降趨勢變化不明顯，微弱下降趨勢
中全新世暖期階段較高水平波動較高水平波動低水平波動低水平波動
晚全新世降溫階段明顯下降趨勢明顯下降趨勢小范圍波動，上升趨勢劇烈波動，上升趨勢
通過中國全新世氣候變化總體趨勢，可以很明顯地看出不同地區(qū)泥炭腐殖化度在不同階段的變化趨勢的異同。另處，典型的氣候突變事件也可以用來說明不同地區(qū)泥炭腐殖化度古氣候意義的異同。全新世發(fā)生了9次大范圍的寒冷事件，已經(jīng)從古里雅冰芯、敦德冰芯、北大西洋冰芯及其他泥炭地氣候代用指標中發(fā)現(xiàn)對寒冷事件的響應(yīng)。筆者以影響范圍最大、最具代表性的“8.2 ka事件”和“4.2 ka事件”來對比分析。在8.2 ka前后的哈尼及紅原泥炭腐殖化度曲線中，能觀察到下降趨勢，大九湖泥炭腐殖化度曲線在8.1 ka處有一個全新世范圍內(nèi)的極高值，天湖山曲線在晚全新世階段的波動幅度非常小，但也能看到一個相對高值。由此可見，4個地區(qū)泥炭腐殖化度曲線對“8.2 ka事件”均有響應(yīng)，大九湖的響應(yīng)最為強烈，其他三者次之。同理分析 “4.2 ka事件”，哈尼、紅原、天湖山泥炭腐殖化度在4.2 ka時間段均有極值峰，但大九湖泥炭腐殖化度在4.3 ka之后持續(xù)上升，直到3.8 ka才出現(xiàn)極高值，峰值時間推遲了300~400年。由此可見，不同地區(qū)的同一泥炭氣候代用指標對同一事件的響應(yīng)存在差異。
綜上所述，中國學(xué)者對泥炭腐殖化度古氣候意義的不同解釋都是合理的，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是不同地區(qū)泥炭地的泥炭類型、組成成因等都存在差異。因此，在討論腐殖化度的古氣候意義時，要對不同地區(qū)分別加以說明。
3泥炭腐殖化度古氣候意義異同成因
3.1影響泥炭腐殖化度的因素
泥炭腐殖化度的測定原理是基于泥炭中腐殖酸比例隨泥炭分解程度而變化的規(guī)律，因此，泥炭分解程度的影響因素均可作為影響腐殖化度的因素。泥炭能沉積的關(guān)鍵在于植物的生長量與死亡后分解量之間的對比關(guān)系。溫度、濕度、地質(zhì)地貌、水文、植物類型都會引起植物生長量的變化，微生物種類和數(shù)量、水熱條件、土壤酸堿度、植物殘體抗分解能力及有機質(zhì)組成等會影響植物殘體的分解量。綜合可知，能影響植物生長量和微生物分解殘體的因素都會對泥炭腐殖化度程度造成一定的影響，但最主要的還是水熱條件。在土溫為20 ℃~30 ℃、濕度為60%~80%時，微生物活動能力最強；水熱狀況低于或高于上述水平時，微生物活動能力逐漸減弱。
另外，腐殖化度測定的是泥炭中腐殖質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)。周莉等認為大氣成分、氣候因子、植被類型、微生物活動以及土壤沉積物的理化參數(shù)等條件都可能成為影響腐殖質(zhì)形成和發(fā)育的因素［30］。腐殖質(zhì)的組成和性質(zhì)受生物氣候條件影響，但其最主要的影響因素是水熱條件。土壤腐殖質(zhì)的積累、組成和性質(zhì)特征，能夠反映一定的氣候和水熱等成土條件。腐殖化度隨腐殖質(zhì)的增加而增大，因此，水熱條件是影響泥炭腐殖化度的最主要因素。
總之，能影響泥炭腐殖化度的因素包括水熱條件、植被類型、地質(zhì)地貌、水文等，其中最主要的因素是水熱條件。因此，泥炭腐殖化度可在一定程度上反映氣候的冷暖干濕變化，同時，可以從上述典型的影響因素探討腐殖化度區(qū)域差異的可能性成因。
3.2區(qū)域泥炭腐殖化度異同的成因
3.2.1經(jīng)緯度帶狀特征及地面高程
由于海洋與陸地對太陽輻射的吸收與反射有明顯差異，使得不同經(jīng)緯度地區(qū)出現(xiàn)帶狀分布的規(guī)律，導(dǎo)致由沿海向內(nèi)陸呈有經(jīng)度地帶性規(guī)律的變化。這也決定了泥炭沼澤的分布特性及其分解度。地形因素也對泥炭的分布及其分解程度有影響。地表高低起伏及其巖性的差異，對水熱因子有再分配的作用，使得水熱組合分布更加復(fù)雜化。氣溫隨著高度的上升而下降(一般每升高100 m氣溫下降0.6 ℃)，降水隨著高度的上升而增多(在不超過最大降水高度范圍內(nèi))。經(jīng)緯度及地面高程對泥炭腐殖化度的影響表現(xiàn)在其對水熱條件的影響方面。
紅原與大九湖泥炭地位于中國地形第二階梯內(nèi)，紅原泥炭地臨近第一、二階梯分界線，地面高程為3 466 m，大九湖泥炭地臨近第二、三階梯分界線，高程約1 750 m；哈尼與天湖山泥炭地位于第三階梯內(nèi)，地面高程分別為900、1 180 m。哈尼位于中緯度，天湖山處于低緯度，而紅原和大九湖則居于兩者之間，因此，紅原地區(qū)年均氣溫在四者中最低，天湖山最高。哈尼泥炭地因緯度高于大九湖，所以年均氣溫低于大九湖。
3.2.2溫度
作為影響泥炭沼澤最主要的氣候因素，溫度對植物的生長量及生長速度、微生物的繁殖及活動強度都有影響，因此，它可以影響植物死亡后的分解速度，并與大氣濕度一起控制泥炭堆積的強度。較低的土溫和氣溫不利于植物生長，也不利于植物殘體分解。當氣候寒冷時，溫度過低，使得植物體的增長量非常小，同時微生物活動極其微弱，植物殘體分解速率緩慢，此時泥炭積累較??；反之，在氣候溫度較高的條件下，不但植物的增長量大，而且微生物繁殖快，微生物活動非?；钴S，使植物殘體分解速率加快，此時泥炭累積較大。在熱帶地區(qū)，植物生長量大，但由于溫度高，微生物分解強烈，泥炭累積亦受到限制，因此，不同的熱量帶內(nèi)，植物生長速度、種類及其增長量不同，植物殘體的堆積量亦不相同。
天湖山臨近熱帶，年均氣溫較高，有利于植物的生長發(fā)育，為泥炭累積提供了大量的植物殘體。同時，該區(qū)微生物活動強烈，繁殖速度較快，植物殘體分解作用強烈，泥炭的積累也受限，導(dǎo)致區(qū)域腐殖化度較低。大九湖年均氣溫較為適中，四季分明，夏季植物生長茂盛，具有很強的季節(jié)性。紅原泥炭地因地處高原，年均氣溫較低，不利于植被生長。哈尼年均氣溫介于紅原與大九湖之間，四季分明，季節(jié)性較強。
3.2.3濕度
濕度同溫度一樣，對植物的生長和微生物的活動有影響，從而影響泥炭腐殖化度。研究表明［10］：在土溫為20 ℃~30 ℃、濕度達到60%~80%時，微生物活動能力最強；當水熱條件低于或高于上述水平時，微生物活動能力則逐漸減弱。一般情況下，濕度沿高緯度向低緯度增大，從沿海向內(nèi)陸減少。除了考慮大氣降水外，地下水及植物蒸發(fā)的影響也不容忽視，它們共同決定濕度的變化。
哈尼與紅原泥炭地的降水量在同一水平，均在700~800 mm之間；大九湖年均降水量多于前兩者，在1 500~1 600 mm范圍內(nèi)；天湖山年均降水量最高，達到1 800 mm。除大氣降水外，紅原地區(qū)由于常年低溫，冰雪充足，消融的冰雪使泥炭地地表水富足，有利于植物的生長；大九湖泥炭地巖溶發(fā)育豐富，提供了富足的地下水；天湖山泥炭地水主要來自季風(fēng)作用的大氣降水補給；哈尼泥炭地為堰塞湖地貌類型，也能給予豐富的地表水。
3.2.4其他因素
(1)地質(zhì)地貌：地質(zhì)地貌是形成泥炭沼澤的基本因素。由于地表的起伏變化，引起水熱組合條件發(fā)生復(fù)雜的變化，同時，構(gòu)造運動影響地面水文地質(zhì)。
(2)pH值：好氧菌或厭氧菌都適合在中性或微堿性(pH值為7~8)條件下活動；而在其他情況下，無論pH值增大或減小對微生物活動均不利，即對植物分解不利［31］。一般土壤的pH值與大氣降水量呈負相關(guān)關(guān)系。降水量越多，土壤pH值越小，微生物活動受到抑制；降水量越少，土壤pH值越大，也不利于微生物活動。因此，在少雨或多雨的地區(qū)，有機物的分解強度均較弱，有利于泥炭的形成和積累。由此可見，pH值也對泥炭腐殖化度有影響。
(3)植物：植物種類的不同影響著泥炭有機體的增長量及其死亡后殘體的堆積方式；不同種類植物殘體分解速率及抗分解能力也有所不同。不同地區(qū)的植物有所不同，因此，其對腐殖化度的影響也不同。
3.3綜合因素分析
泥炭腐殖化度反映泥炭的分解程度。當泥炭沉積大于其分解量時，泥炭沉積。無論是植物的生長還是微生物的分解，均與氣候等因素有關(guān)，因此，泥炭腐殖化度能反映氣候的干濕冷暖。此外，地形、水文、季風(fēng)、太陽活動等都會對泥炭的沉積產(chǎn)生影響。
以中國地形條件來看，東部地區(qū)以暖濕氣候為主，受夏季風(fēng)控制，西部內(nèi)陸盆地以干旱氣候為主，中部高原是受冬夏季風(fēng)消長變化影響最為顯著的地區(qū)［32］。在調(diào)查青藏高原泥炭地中發(fā)現(xiàn)，由印度西南季風(fēng)帶來的濕暖氣流是青藏高原大面積泥炭形成的重要因素之一［33］。青藏高原總體背景較為寒冷，處在印度洋水汽輸送帶影響下的紅原泥炭地，年均氣溫1.1 ℃，年均降水量753 mm，因此，土壤微生物對植物殘體的分解能力比較弱，這也是紅原泥炭累積的原因。同時，該區(qū)土壤微生物的活動對氣候變化的響應(yīng)較靈敏。當氣候偏干冷時，植物初級生產(chǎn)力減弱，提供的植物殘體分解量減少，同時微生物的分解能力相應(yīng)減弱，兩方面綜合作用使泥炭發(fā)育較弱，腐殖化度降低。當印度西南季風(fēng)增強時，紅原地區(qū)氣候較暖濕，促進了植物的生長發(fā)育，提供了較多的植物殘體，同時也提高了微生物的分解能力，兩方面的綜合作用使泥炭腐殖化度增高。
大九湖與天湖山均屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，天湖山年均氣溫15.8 ℃，遠高于青藏高原與長白山哈尼地區(qū)。只要溫度未高到妨礙植物生長的程度，則起決定性作用的就不是氣候條件而是水文及季風(fēng)條件。天湖山年相對濕度81%，氣候較濕潤，且受到夏季風(fēng)的強烈影響。溫暖環(huán)境使植被發(fā)育茂盛，提供了大量植物殘體進行腐解，但當氣溫較高時，夏季風(fēng)帶來的濕潤海風(fēng)提高了天湖山地區(qū)濕度，濕暖的水澇環(huán)境使微生物活動降低，植物殘體分解能力下降，從而使腐殖化度降低；當溫度較低時，夏季風(fēng)減弱，濕度降低，沼澤處于氧化環(huán)境，微生物活動增強，植物殘體分解加強，從而使腐殖化度增大。
大九湖雖也屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，但年均氣溫為7.4 ℃，四季變化明顯，冷熱交替變化，與青藏高原的常年低溫和福建天湖山的常年高溫相異。由于所處的地理位置，大九湖泥炭地除了受到東亞冬季風(fēng)控制，還受包括太平洋季風(fēng)和印度洋在內(nèi)的東亞夏季風(fēng)制約?？傮w來說，大九湖泥炭地基礎(chǔ)溫度較高，地下水位變化大，當氣候偏干冷時，地表有效濕度較小，有利于植物生長和微生物分解，使腐殖化度升高；當氣候較暖濕時，潮濕環(huán)境及較高的地下水位使泥炭處于還原環(huán)境，微生物分解作用降低，腐殖化度下降。
哈尼泥炭地屬于中溫帶季風(fēng)氣候，年均氣溫為3.03 ℃，年降水量743.3 mm，受太平洋夏季風(fēng)和東亞冬季風(fēng)影響強烈，當出現(xiàn)暖濕氣候組合時，植物生產(chǎn)力提高，提供較多的植物殘體供分解，同時微生物分解能力提高，綜合作用使泥炭中無定形腐殖質(zhì)質(zhì)量分數(shù)增高，即腐殖化度增高；反之，在干冷氣候條件下，植物生產(chǎn)力減少，植物殘體較少，微生物在寒冷干燥的氣候中分解力降低，使得腐殖化度減小。
由于泥炭形成的水熱條件區(qū)域差異，腐殖化度的指示意義沒有固定模式，需要結(jié)合剖面巖性特征、地理位置、季風(fēng)等指標進行解釋。無論外部因素的異同，植物殘體量及微生物分解能力的組合才是決定腐殖化度意義的關(guān)鍵。因此，分析不同地區(qū)泥炭腐殖化度古氣候意義時，重要的是要了解該地的年均氣溫、年降水量、是否有地下水補給、受季風(fēng)影響情況及地形，分析氣候和季風(fēng)的變化對植物生長發(fā)育和微生物分解的影響，抓住植物殘體量和微生物分解能力這兩個關(guān)鍵點，就容易分析出該泥炭地腐殖化度的古氣候意義。
4結(jié)語
(1)哈尼泥炭腐殖化度的古氣候意義包含溫度濕度組合：較高的腐殖化度指示氣候溫暖潮濕；較低的腐殖化度指示氣候干燥寒冷。
(2)從哈尼、紅原、大九湖、天湖山泥炭腐殖化度時間序列對比可以得出，雖然其古氣候意義有所不同，但其記錄的中國全新世古氣候環(huán)境演變趨勢大體相同，都反映了中國早全新世階段的升溫現(xiàn)象、中全新世的大暖期現(xiàn)象及晚全新世階段的降溫。同時，通過對全新世9次冷事件的響應(yīng)程度的分析，可見不同地區(qū)同一泥炭氣候代用指標對同一事件的響應(yīng)存在差異。
(3)溫度、濕度、季風(fēng)、經(jīng)緯度及地質(zhì)地貌等因素都對泥炭腐殖化度有影響，但水熱條件是直接影響因素，其他因素通過對水熱條件的改變而間接影響腐殖化度。
(4)闡述不同區(qū)域泥炭腐殖化度的古氣候意義沒有固定模式，需結(jié)合當?shù)氐牡乩砦恢?、地質(zhì)地貌、年均氣溫、季風(fēng)、降水、植被等情況進行具體分析。
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程勝高+肖河+黃庭+周瑩+胡忠霞+劉曉彤
基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(41072023)
摘要：不同地區(qū)泥炭腐殖化度指示的古氣候意義存在著分歧。運用堿提取溶液吸光度法對東北哈尼泥炭腐殖化度進行測定，結(jié)合14C測年數(shù)據(jù)的年代框架，對比東北哈尼、神農(nóng)架大九湖、青藏高原紅原、福建天湖山地區(qū)泥炭腐殖化度氣候代用指標，分析不同地區(qū)泥炭腐殖化度古氣候意義異同的原因。結(jié)果表明：哈尼泥炭腐殖化度的古氣候意義包含溫度濕度組合，較高的腐殖化度指示氣候溫暖潮濕，較低的腐殖化度指示氣候干燥寒冷；從哈尼、紅原、大九湖、天湖山泥炭腐殖化度時間序列的對比可以得出，雖然其古氣候意義有所不同，但其記錄的中國全新世古氣候環(huán)境演變趨勢大體相同，都反映了中國早全新世階段的升溫現(xiàn)象、中全新世的大暖期現(xiàn)象及晚全新世階段的降溫；溫度、濕度、季風(fēng)、經(jīng)緯度及地質(zhì)地貌等因素都對泥炭腐殖化度有影響，但水熱條件是直接影響，其他因素通過對水熱條件的改變而間接影響腐殖化度；闡述不同區(qū)域泥炭腐殖化度的古氣候意義沒有固定模式，需結(jié)合當?shù)氐牡乩砦恢?、地質(zhì)地貌、年均氣溫、季風(fēng)、降水、植被等情況進行具體分析。
關(guān)鍵詞：泥炭；腐殖化度；碳、氧同位素；全新世；古氣候；時間序列；冷事件；東北
中圖分類號：P532；X16文獻標志碼：A
Paleoclimatic Significances of Peat Humification in Hani of Northeast China and Regional Comparison
CHENG Shenggao1,2, XIAO He1, HUANG Ting1, ZHOU Ying1, HU Zhongxia1, LIU Xiaotong1
(1. School of Environmental Studies, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China;
2. Institute of Environmental Assessment, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China)
Abstract: There are different viewpoints on the paleoclimatic significances of peat humification in different regions. Alkali extracting solution absorbance method was used to measure the peat humification in Hani of Northeast China. Combined with 14C dating data for chronological framework, the proxy climate indicators of peat humification in Hani of Northeast China, Dajiuhu of Shennongjia, Hongyuan of QinghaiTibet Plateau and Tianhushan of Fujian were compared, and the reasons for similarities and differences on the paleoclimatic significance of peat humification in different regions were analyzed. The results show that the paleoclimatic significance of peat humification in Hani includes temperaturehumidity combination, and the higher humification indicates warm and humid climate, the lower humification indicates dry and cold climate; according to the comparison of peat humification temporal series in Hani, Hongyuan, Dajiuhu and Tianhushan, although the paleoclimatic significances are different, but the evolution trends of Holocene paleoclimate environment recorded are almost the same; the records include warming in Early Holocene, megathermal in Middle Holocene and cooling in Late Holocene; the effects of temperature, humidity, monsoon, latitude and longitude and geological landform on peat humification are significant, but the hydrothermal conditions are direct, and the other factors are indirect; it is different to explain the paleoclimatic significances of peat humification in different regions, and the location, geological landform, average annual temperature, monsoon, precipitation and vegetation should be considered.
Key words: peat; humification; carbon and oxygen isotopes; Holocene; paleoclimate; temporal series; cold event; Northeast China
0引言
泥炭是不同分解程度的松軟有機體堆積物，這種有機體主要是植物殘體。泥炭沼澤植物死亡后受到各種生物化學(xué)作用，首先是復(fù)雜的有機質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚挠袡C物質(zhì)及CO2和水，然后這些物質(zhì)再合成新的較復(fù)雜的有機物質(zhì)圈，分解與合成這兩個過程相互交替的進行著，制約著泥炭的形成與發(fā)育。因此，研究泥炭植物殘體分解速率對了解泥炭的形成特點具有重要意義。泥炭地的形成和發(fā)展直接受水分和熱量的控制。只有在一定水分和熱量的配合下，泥炭沼澤才能得到旺盛發(fā)育。這種有利的水熱組合條件主要取決于氣候，其次是海陸分布以及地質(zhì)、地貌和水文狀況等因素。根據(jù)趙紅艷等對哈尼地區(qū)泥炭分解沉積速率的研究可知，植物殘體的分解是在一定環(huán)境條件下進行的，影響分解的主要因素是溫度、濕度和酸度等［1］。
泥炭腐殖化度是定量描述泥炭分解程度的指標，即泥炭中無定形腐殖質(zhì)占樣品干重的質(zhì)量分數(shù)。泥炭腐殖化度和泥炭的分解速率有必然聯(lián)系，泥炭分解越快，其腐殖化程度越高。影響泥炭分解速率的因素(即溫度、水分、酸度等)在一定程度上可以通過泥炭腐殖化度來表現(xiàn)，進而泥炭腐殖化度的波動與古氣候變化存在一定關(guān)系：泥炭腐殖化度受溫度、濕度控制，它們作為影響泥炭腐殖化度的主要因素，使得泥炭腐殖化度在一定程度上能反映氣候的冷暖干濕。因此，腐殖化度在古氣候演變及突變事件研究中被用作恢復(fù)古環(huán)境的氣候代用指標。
在泥炭腐殖化度的研究方法上，1995年之前國外主要側(cè)重研究腐殖化度與濕度之間的聯(lián)系［2］；之后，Chambers等通過對蘇格蘭披蓋式泥炭中孢粉與腐殖化度的研究確定了氣候與腐殖化度之間存在某種關(guān)聯(lián)，證實泥炭腐殖化度可以作為恢復(fù)古環(huán)境的代用指標［3］。中國由王華等首次確立了泥炭腐殖化度作為古氣候代用指標的地位［4］。但國內(nèi)外學(xué)者對泥炭腐殖化度的古氣候意義有不同看法(表1)。
由表1可知，國際上對泥炭腐殖化度的研究重點在將其與阿米巴蟲、植物大化石等指標進行對比，涉及的氣候因子僅限于地表環(huán)境濕度，并未涉及溫度或溫度濕度組合對泥炭腐殖化度的影響。國內(nèi)腐殖化度的研究范圍較為廣泛，對比指標較多，涉及的氣候因子是溫度濕度組合，并且學(xué)者就泥炭腐殖
表1腐殖化度古氣候意義的不同觀點
Tab.1Different Views for Paleoclimatic Significance of Humification文獻來源學(xué)者研究地區(qū)氣候因子對比指標結(jié)論
［3］Chambers等蘇格蘭南部披蓋式沼澤
［5］Langdon等蘇格蘭東南部Temple Hill Moss泥炭
［6］Borgmark等瑞典中東部
［7］Blundell等愛爾蘭地區(qū)
［4］王華等中國青藏高原東部四川紅原泥炭
［8］馬巧紅等中國雷州半島北部
［9］蔡穎等中國新疆北部巴里坤湖
［10］尹茜等中國浙江天目山千畝田
［11］、［12］薛積彬等中國南嶺東部江西定南大湖
［13］馬春梅等中國湖北神農(nóng)架大九湖
［14］胡凡根等中國福建屏南天湖山濕度
濕度溫度組合孢粉
植物大化石、阿米巴原蟲化石
碳氮比、阿米巴原蟲
植物大化石、有殼變形蟲
木里苔草纖維素δ(13C)值
有機質(zhì)含量、燒失量
有機質(zhì)含量、TOC值、自生碳酸鹽
燒失量
TOC值、磁化率
孢粉、有機質(zhì)含量、TOC值、Rb/Sr值
有機質(zhì)腐殖化度低，指示氣候較濕潤；腐殖化度高，指示氣候較干燥；還可以用腐殖化度推斷水位深度
腐殖化度高，指示氣候溫暖濕潤；腐殖化度低，指示干冷
腐殖化度高，指示氣候干冷；腐殖化度低，指示氣候濕熱
化度的古氣候意義解釋也存在很大分歧。
以洪業(yè)湯、于學(xué)峰、鐘巍為代表的在青藏高原東部、雷州半島北部、新疆巴里坤湖的研究認為：腐殖化度高，指示氣候溫暖濕潤；腐殖化度低，指示氣候干冷［4,9,1516］。他們證實在濕暖氣候條件下，植物初級生產(chǎn)力提高，能夠提供較多的植物殘體進行腐解，同時也提高了微生物的分解能力，二者的綜合作用使泥炭中的無定形碳質(zhì)量分數(shù)增高(即腐殖化度增高)；反之，在干冷氣候條件下，不僅植物初級生產(chǎn)力減弱，提供腐解的植物殘體較少，而且微生物分解能力也減弱，導(dǎo)致泥炭中無定形腐殖質(zhì)質(zhì)量分數(shù)降低(即泥炭的腐殖化度降低)。
以馬春梅、朱誠為代表的在神農(nóng)架、浙江千畝田的研究，對腐殖化度代用指標指示古氣候意義的闡釋完全相反［10,13］。他們認為：腐殖化度高，指示氣候干冷；腐殖化度低，指示氣候濕熱。這是因為在干燥氣候條件下，沼澤處于氧化環(huán)境，微生物活動強烈，從而使植物殘體分解得更為徹底，腐殖化程度就會增大；而濕暖的水澇環(huán)境降低了微生物的活動，減緩了植物殘體的分解，使腐殖化程度降低。
因此，有必要對中國東北哈尼泥炭地這一氣候變化敏感的區(qū)域重新進行泥炭腐殖化度的研究。筆者通過對中國東北哈尼地區(qū)泥炭腐殖化度的測定，并結(jié)合植物纖維素碳、氧同位素指標進行對比分析，得出哈尼泥炭腐殖化度代表的古氣候意義；再對比紅原、大九湖、天湖山泥炭地腐殖化度指標，探討不同地區(qū)腐殖化度古氣候意義異同的原因。
1泥炭腐殖化度古氣候意義
哈尼泥炭地(42°13′N,126°31′E)位于吉林省柳河縣哈尼鄉(xiāng)，地處長白山高峰的西麓與龍崗山脈中部，海拔高度約900 m(圖1)。哈尼泥炭堆積于全新世，通體剖面厚度達到9.6 m，其沉積過程貫穿整個全新世；特別是上層泥炭，堆積速度高，提供了高分辨率的氣候記錄。自晚全新世以來，本區(qū)泥炭沉積比較連續(xù)，受人類干擾較小，高分辨率地記錄了古植被、古氣候和古環(huán)境變化的詳細信息。
圖1哈尼泥炭地地理位置
Fig.1Location of Hani Peatland
圖2哈尼泥炭地層與定年
Fig.2Stratigraphy and Dating of Hani Peatland
泥炭樣品來自于哈尼泥炭地中部(42°12′50″N,126°31′05″E)，采樣深度達到9 m。將所采泥炭芯每5 cm間隔現(xiàn)場切樣密封保存后，立刻運回實驗室進行樣品分析。根據(jù)泥炭的顏色、質(zhì)量、組成可以劃分泥炭的地層。泥炭芯中地層的變化(圖2)可以顯示出泥炭沉積地的氣候變化［1719］。利用14C測年技術(shù)對所采集的泥炭樣品進行測定可以獲得相應(yīng)的年代序列。14C測年的材料來自于泥炭樣品中的植物殘留物，共選出泥炭樣品13個，按Hong等所述方法提取泥炭植物纖維素進行14C年齡的測定［20］。泥炭測年數(shù)據(jù)由日本筑波國家環(huán)境研究所AMS實驗室測試，通過CALIB4.3軟件獲得14C的校正年齡［21］。根據(jù)野外采集的泥炭芯，繪制并整理出哈尼泥炭層綜合柱狀圖(圖2)，其剖面巖性特征隨深度變化描述如下：0~25 cm為現(xiàn)代植被層，有大量活的根系，主要為苔草以及少量蘆葦，分解度低；25~66 cm為淺褐色泥炭層，植物殘體以苔草根系為主，少量植物活根系，分解度低；66~126 cm為褐色泥炭層，植物殘體以草本為主，含有少量木本殘體，分解度低；126~246 cm為深褐色泥炭層，植物殘體以草本為主，含少量木本殘體，分解度低；246~316 cm為淺褐色泥炭層，植物殘體以草本為主，含有少量泥炭蘚，分解度高；316~600 cm為深褐色泥炭層，植物殘體包含草本與木本，含有泥炭蘚，分解度高；600~625 cm為含有火山灰的深褐色泥炭層，分解度低；625~726 cm為深褐色泥炭層，植物殘體包含草本與木本，含有泥炭蘚，分解度高；726~890 cm為黑褐色泥炭，植物殘體包含草本與木本，含有泥炭蘚，分解度高；890~900 cm為灰綠色黏土，含有少量泥炭。
運用堿提取法［22］進行哈尼泥炭腐殖化度的測定。根據(jù)哈尼泥炭地的自然條件，測定方法有所改變，主要是修改了從提取液中分離出腐殖酸的方法和重新選擇確定吸光度值的最適合波長。試驗主要步驟為：將泥炭樣品研磨成粉末后過60目篩(0280 mm)，混合均勻；然后，精確稱取泥炭樣品0200 g，放入250 mL燒杯中，同時精確稱量0.400 g的NaOH，放在燒杯中溶解，并放入100 mL容量瓶中定容；將所配的溶液倒入盛有泥炭樣品的燒杯中充分溶解；將上述泥炭溶液放在電爐上大火加熱至沸騰(約10 min)，待溶液沸騰后將電爐熱量關(guān)小，溫和加熱溶液1 h，從而使泥炭中的腐植酸充分溶解；待加熱完成后，自然冷卻，將燒杯中的水加至150 mL，并放在250 mL的容量瓶中定容并混合均勻；分2次取10 mL上述溶液放在2個10 mL的離心管中離心20 min，取上清液2 mL，放在10 mL比色管中定容至刻度線，搖晃均勻；以超純水為參照物，用Shimadzu UVVIS3000 type分光光度計測定泥炭樣品中的堿提取物在540 nm波長下溶液的吸光度值；最后，以該吸光度值來表征泥炭腐殖化度。
為探討哈尼地區(qū)泥炭腐殖化度指示的古氣候意義，將腐殖化度時間序列曲線與洪業(yè)湯等在同一地區(qū)研究得出植物纖維素δ(13C)、δ(18O)時間序列進行對比(圖3)［2325］。
灰色部分對應(yīng)發(fā)生在北大西洋的冷事件時間區(qū)間
圖3哈尼泥炭腐殖化度與纖維素碳、氧同位素對比
Fig.3Comparison of Peat Humification, Cellulose Carbon and Oxygen Isotopes in Hani
據(jù)洪業(yè)湯等的研究，東北長白山地區(qū)碳、氧同位素的古氣候意義如下［2325］：植物纖維素δ(13C)值可指示氣候的濕度或降水變化，δ(13C)值較高則降水較多(濕度較高)，δ(13C)值較低則降水較少(濕度較低)；δ(18O)值可指示溫度效應(yīng)，即與溫度成正相關(guān)關(guān)系，δ(18O)高值期解釋為溫暖期，而δ(18O)低值期則對應(yīng)寒冷期。
從泥炭腐殖化度與纖維素δ(18O)值對比圖發(fā)現(xiàn)：在12.8~14.0 ka，纖維素δ(18O)值呈下降趨勢，同期泥炭腐殖化度值也在下降，反映了溫度的下降，緊接著近千年時段內(nèi)，二者都有不同幅度的上升，反映了溫度的上升；在9.7~12.0 ka，纖維素δ(18O)值整體呈下降趨勢，泥炭腐殖化度曲線也呈明顯下降趨勢，其中112~115 ka內(nèi)，兩者都有短暫時期的上升，但二者上升幅度有顯著差異，纖維素δ(18O)值急劇升高，而泥炭腐殖化度只有小幅上升，雖然反映的溫度變化方式相同，但是其對溫度變化的響應(yīng)程度不同；在0~7.3 ka，兩者整體上均呈下降趨勢。由此可見，泥炭腐殖化度大體與纖維素δ(18O)值變化趨勢相同，能反映古環(huán)境的溫度變化：腐殖化度高，指示氣候溫暖；腐殖化度低，指示氣候寒冷。
從泥炭腐殖化度曲線與纖維素δ(13C)值對比圖發(fā)現(xiàn)：在9.7~11.5 ka，纖維素δ(13C)值雖有波動，但整體呈下降趨勢，表明氣候偏干燥，而同一時期內(nèi)泥炭腐殖化度呈小幅波動的下降趨勢，兩者的波動趨勢相同；在6.7~8.4 ka，纖維素δ(13C)值緩慢上升，反映氣候偏濕潤，此時期的腐殖化度值明顯上升； 在4.8~6.5 ka，兩者均在小幅度內(nèi)波動，且變化趨勢相同；在0~3.8 ka，纖維素δ(13C)值呈下降趨勢，表明氣候偏干燥，而泥炭腐殖化度也呈下降趨勢。由此可見，泥炭腐殖化度與纖維素δ(13C)值變化趨勢大體成正相關(guān)關(guān)系，能反映區(qū)域濕度變化：腐殖化度高，指示氣候濕潤；腐殖化度低，指示氣候干燥。
綜上所述，哈尼地區(qū)泥炭腐殖化度能同時反映溫度與濕度的變化：腐殖化度高，指示氣候溫暖濕潤；腐殖化度低，指示氣候干燥寒冷。
2泥炭腐殖化度區(qū)域?qū)Ρ?/p>
國外學(xué)者研究泥炭腐殖化度涉及的氣候因子僅限于地表環(huán)境濕度，并未涉及溫度或溫度濕度組合對泥炭腐殖化度的影響。世界各國由于地理地域上的差異形成了各自的溫度、濕度大幅度變化范圍，不宜將其與中國的泥炭腐殖化度古氣候意義進行對比。因此，為研究中國泥炭腐殖化度古氣候意義的差異，可以將氣候變化敏感的哈尼地區(qū)泥炭腐殖化度的古氣候意義與腐殖化度代用指標研究較為成熟的青藏高原紅原泥炭地［26］、湖北神農(nóng)架大九湖泥炭地［27］、福建北部天湖山泥炭地［28］進行對比。
2.1泥炭沼澤產(chǎn)出環(huán)境特征
2.1.1東北長白山地區(qū)哈尼泥炭沼澤
哈尼泥炭沼澤隸屬吉林省柳河縣涼水鄉(xiāng)，海拔高度為882~900 m，是典型的熔巖堰塞湖成因類型，其泥炭層平均厚度約為4.6 m，最厚處超過9.6 m。哈尼泥炭地屬于中溫帶大陸性山地季風(fēng)氣候，氣溫常年偏低，年均2.5 ℃~3.6 ℃，霜期約250 d。本區(qū)受季風(fēng)影響，年平均風(fēng)速2.8 m·s-1；pH值較高，為4.5~6.0，有利于沼澤發(fā)育；水源主要是地下水和降水補給；年均降水量743 mm。
哈尼地區(qū)植被屬于溫帶紅松針闊葉混交林，植物群落具有明顯的分帶性［29］。其中心部位為苔草泥炭蘚，并伴生有棉花莎草、細葉杜香、杜斯等，木本植物稀少；外圍林木較密集，為長白落葉松油樺修氏苔草群落，兩者之間是呈漸變的過渡性植物群落。外環(huán)帶沿沼澤邊緣出現(xiàn)的為長白落葉松油樺修氏苔草群落；第2帶為油樺蘆葦泥炭蘚沼澤、松樹、樺樹，地表常年積水10~30 cm；第3帶沼澤分布于哈尼沼澤體中部(即第2帶沼澤的內(nèi)側(cè))，是第2帶沼澤未經(jīng)破壞前的原始沼澤景觀。
2.1.2青藏高原東北部若爾蓋高原紅原泥炭地
紅原泥炭地位于青藏高原東南緣的紅原—若爾蓋平坦高原區(qū)的紅原丘狀高原，海拔約3 400 m，屬大陸性高原寒溫帶季風(fēng)氣候，春秋短促，長冬無夏，熱量低；干濕季節(jié)分明，雨熱同期；日照長，太陽輻射強。1月為最冷月，平均為-10.3 ℃，最熱為7月，平均氣溫為10.9 ℃，年平均降水量為753 mm。
本區(qū)丘陵和山地主要生長草甸，兼有針葉林。土壤以亞高山草甸土為主。河谷平原、寬谷則主要為木里苔草等沼澤植被，發(fā)育以沼澤土為主的土類。
2.1.3湖北神農(nóng)架大九湖泥炭地
大九湖泥炭地是位于湖北神農(nóng)架西端的山間盆地，屬亞高山沼澤，面積約16 km2，海拔1 700 m。其地處北亞熱帶，海拔較高，氣候濕冷，年平均溫度7.4 ℃，夏季最高溫度為17.1 ℃，冬季最低溫度為-2.4 ℃。年降水量約1 500 mm，年雨日天數(shù)為150~200 d，降水豐富且分布均勻，相對濕度超過80%，無霜期短(只有144 d)。大九湖地區(qū)溪流、小河在中途消失于石灰?guī)r中。由于盆地封閉，無其他排水通道，而喀斯特洞穴又不能通暢排水，因而地下水水位普遍較高。
盆地周圍山地植被主要屬于神農(nóng)架溫性針葉林、落葉闊葉林帶，植被類型主要有茅栗、亮葉樺、漆樹、米心水青岡、巴山松、巴山冷杉及山地草甸。面向盆地的山坡主要為落葉闊葉林帶，其中以山毛櫸科為優(yōu)勢，林下有成片箭竹及大量蕨類植物。盆地內(nèi)植被以草甸和沼澤為主。
2.1.4福建北部天湖山泥炭地
天湖山泥炭地位于福建省寧德市屏南縣東南部，海拔1 180 m，屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫為14.6 ℃~17.1 ℃。泥炭剖面屬亞熱帶亞高山山間盆地沼澤泥炭，隸屬于霍童溪流域，周圍沒有河流匯入，降水主要來源于大氣降水。年均降水量超過1 800 mm，水資源豐富，年相對濕度81％。
天湖山泥炭地周圍保存著完好的天然林植被及典型的中亞熱帶常綠闊葉林，土壤類型以紅壤為主，泥炭地主要為山地泥炭沼澤土。
2.1.5小結(jié)
將以上4個區(qū)域的地理位置、氣候類型、地面高程、生長的植物、水源補給、pH值、泥炭厚度、地貌類型、植被類型、年均氣溫、年均降水量、泥炭腐殖化度古氣候意義等信息列入表中，可以更直觀地體現(xiàn)不同研究區(qū)域的環(huán)境特征(表2)。
表2哈尼、大九湖、紅原、天湖山區(qū)域環(huán)境對比
Tab.2Regional Environment Comparison of Hani, Dajiuhu, Hongyuan and Tianhushan Areas泥炭地類型長白山哈尼青藏高原紅原湖北神農(nóng)架大九湖福建天湖山
經(jīng)緯度42°13′N,126°31′E32°46′N,102°30′E31°29′N,109°59′E26°49′N,119°30′E
地理位置中國東北中國西部中國東部中國東南
氣候類型中溫帶大陸性山地季風(fēng)氣候大陸性高原寒溫帶季風(fēng)型氣候北亞熱帶季風(fēng)氣候亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候
地面高程/m882~9003 4661 700~1 7601 180
生長的植物苔草、蘆葦、泥炭蘚、油樺、杜香等苔草、藏嵩草苔草、刺子菀、金發(fā)蘚、泥炭蘚等殼斗科的常綠屬
水源補給地表水與部分大氣降水地表水與部分大氣降水主要為大氣降水、地下水大氣降水pH值4.5~5.56.0~7.0--
泥炭厚度/m9.004.952.971.92
地貌類型堰塞湖山地高原過渡地形北亞熱帶亞高山濕地亞熱帶亞高山山間盆地
植被類型針闊葉林針葉林落葉闊葉林、溫性針葉林中亞熱帶常綠闊葉林
年均氣溫/℃3.031.107.4015.80
年均降水量/mm743.3753.01 528.41 800.0
泥炭腐殖化度古氣候意義腐殖化度高，指示氣候暖濕；腐殖化度低，指示氣候干冷腐殖化度高，指示氣候干冷；腐殖化度低，指示氣候暖濕
注： “-”表示未找到數(shù)據(jù)。
2.2泥炭腐殖化度時間序列對比
將哈尼泥炭腐殖化度的測定結(jié)果和14C測年得到的哈尼地區(qū)泥炭腐殖化度時間序列與其他研究者得到的腐殖化度時間序列進行對比(圖4)。試驗中對哈尼泥炭吸光度的測定使用的是400 nm波長光，與王華等在紅原泥炭測試中相同［4］，而馬春梅在吸光度測試中使用的是540 nm波長光［13］。從圖4可以看出，雖然使用的是相同波長，哈尼泥炭腐殖化度的變化范圍(0.1~0.9)遠大于紅原泥炭(0.12~0.42)，而大九湖與天湖山的吸光度值變化范圍相差不大，分別為0.01~0.49、0.03~0.35。由此可見，不同波長測得的吸光度值表征的腐殖化度在數(shù)值上有區(qū)別。由于泥炭的堿提取物在350~700 nm波長范圍內(nèi)測得的吸光度是由高頻到低頻單調(diào)減少吸收，無論選取哪個波長都能反映腐殖化度的變化，因此，可以從吸光度的變化趨勢來進行討論。
圖4泥炭地腐殖化度時間序列對比
Fig.4Comparison of Temporal Series of Peatland Humification
在新仙女木事件之后的早全新世升溫階段，哈尼泥炭與紅原泥炭的腐殖化度呈上升趨勢，大九湖腐殖化度呈明顯下降趨勢，天湖山腐殖化度變化雖不如前三者明顯，但總體上其吸光度值也在下降；在中全新世暖期階段，哈尼與紅原泥炭腐殖化度雖有波動，但整體均保持在一個較高水平，而大九湖與天湖山腐殖化度在較低水平波動；在晚全新世降溫期，哈尼及紅原泥炭腐殖化度呈明顯下降趨勢，大九湖泥炭腐殖化度呈小范圍波動，在1.0~2.5 ka還出現(xiàn)上升趨勢，天湖山腐殖化度波動劇烈，呈明顯上升趨勢。通過中國全新世的氣候變化趨勢可以看出，哈尼與紅原泥炭腐殖化度的變化趨勢大體相同，大九湖與天湖山泥炭腐殖化度的變化趨勢相同，且它們的古氣候意義相反。前兩者的古氣候意義為：高腐殖化度指示氣候暖濕，低腐殖化度指示氣候干冷。而后兩者的古氣候意義為：高腐殖化度指示氣候干冷，低腐殖化度指示氣候暖濕。
根據(jù)不同地區(qū)泥炭腐殖化度時間序列對比圖，結(jié)合全新世中國古氣候演化過程，可以總結(jié)中國不同地區(qū)泥炭地腐殖化度在不同階段的變化趨勢(表3)。
表3泥炭地腐殖化度變化趨勢區(qū)域?qū)Ρ?/p>
Tab.3Regional Comparison of Changes of Peatland Humification
泥炭地長白山哈尼青藏高原紅原神農(nóng)架大九湖福建天湖山
早全新世升溫階段上升趨勢上升趨勢下降趨勢變化不明顯，微弱下降趨勢
中全新世暖期階段較高水平波動較高水平波動低水平波動低水平波動
晚全新世降溫階段明顯下降趨勢明顯下降趨勢小范圍波動，上升趨勢劇烈波動，上升趨勢
通過中國全新世氣候變化總體趨勢，可以很明顯地看出不同地區(qū)泥炭腐殖化度在不同階段的變化趨勢的異同。另處，典型的氣候突變事件也可以用來說明不同地區(qū)泥炭腐殖化度古氣候意義的異同。全新世發(fā)生了9次大范圍的寒冷事件，已經(jīng)從古里雅冰芯、敦德冰芯、北大西洋冰芯及其他泥炭地氣候代用指標中發(fā)現(xiàn)對寒冷事件的響應(yīng)。筆者以影響范圍最大、最具代表性的“8.2 ka事件”和“4.2 ka事件”來對比分析。在8.2 ka前后的哈尼及紅原泥炭腐殖化度曲線中，能觀察到下降趨勢，大九湖泥炭腐殖化度曲線在8.1 ka處有一個全新世范圍內(nèi)的極高值，天湖山曲線在晚全新世階段的波動幅度非常小，但也能看到一個相對高值。由此可見，4個地區(qū)泥炭腐殖化度曲線對“8.2 ka事件”均有響應(yīng)，大九湖的響應(yīng)最為強烈，其他三者次之。同理分析 “4.2 ka事件”，哈尼、紅原、天湖山泥炭腐殖化度在4.2 ka時間段均有極值峰，但大九湖泥炭腐殖化度在4.3 ka之后持續(xù)上升，直到3.8 ka才出現(xiàn)極高值，峰值時間推遲了300~400年。由此可見，不同地區(qū)的同一泥炭氣候代用指標對同一事件的響應(yīng)存在差異。
綜上所述，中國學(xué)者對泥炭腐殖化度古氣候意義的不同解釋都是合理的，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是不同地區(qū)泥炭地的泥炭類型、組成成因等都存在差異。因此，在討論腐殖化度的古氣候意義時，要對不同地區(qū)分別加以說明。
3泥炭腐殖化度古氣候意義異同成因
3.1影響泥炭腐殖化度的因素
泥炭腐殖化度的測定原理是基于泥炭中腐殖酸比例隨泥炭分解程度而變化的規(guī)律，因此，泥炭分解程度的影響因素均可作為影響腐殖化度的因素。泥炭能沉積的關(guān)鍵在于植物的生長量與死亡后分解量之間的對比關(guān)系。溫度、濕度、地質(zhì)地貌、水文、植物類型都會引起植物生長量的變化，微生物種類和數(shù)量、水熱條件、土壤酸堿度、植物殘體抗分解能力及有機質(zhì)組成等會影響植物殘體的分解量。綜合可知，能影響植物生長量和微生物分解殘體的因素都會對泥炭腐殖化度程度造成一定的影響，但最主要的還是水熱條件。在土溫為20 ℃~30 ℃、濕度為60%~80%時，微生物活動能力最強；水熱狀況低于或高于上述水平時，微生物活動能力逐漸減弱。
另外，腐殖化度測定的是泥炭中腐殖質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)。周莉等認為大氣成分、氣候因子、植被類型、微生物活動以及土壤沉積物的理化參數(shù)等條件都可能成為影響腐殖質(zhì)形成和發(fā)育的因素［30］。腐殖質(zhì)的組成和性質(zhì)受生物氣候條件影響，但其最主要的影響因素是水熱條件。土壤腐殖質(zhì)的積累、組成和性質(zhì)特征，能夠反映一定的氣候和水熱等成土條件。腐殖化度隨腐殖質(zhì)的增加而增大，因此，水熱條件是影響泥炭腐殖化度的最主要因素。
總之，能影響泥炭腐殖化度的因素包括水熱條件、植被類型、地質(zhì)地貌、水文等，其中最主要的因素是水熱條件。因此，泥炭腐殖化度可在一定程度上反映氣候的冷暖干濕變化，同時，可以從上述典型的影響因素探討腐殖化度區(qū)域差異的可能性成因。
3.2區(qū)域泥炭腐殖化度異同的成因
3.2.1經(jīng)緯度帶狀特征及地面高程
由于海洋與陸地對太陽輻射的吸收與反射有明顯差異，使得不同經(jīng)緯度地區(qū)出現(xiàn)帶狀分布的規(guī)律，導(dǎo)致由沿海向內(nèi)陸呈有經(jīng)度地帶性規(guī)律的變化。這也決定了泥炭沼澤的分布特性及其分解度。地形因素也對泥炭的分布及其分解程度有影響。地表高低起伏及其巖性的差異，對水熱因子有再分配的作用，使得水熱組合分布更加復(fù)雜化。氣溫隨著高度的上升而下降(一般每升高100 m氣溫下降0.6 ℃)，降水隨著高度的上升而增多(在不超過最大降水高度范圍內(nèi))。經(jīng)緯度及地面高程對泥炭腐殖化度的影響表現(xiàn)在其對水熱條件的影響方面。
紅原與大九湖泥炭地位于中國地形第二階梯內(nèi)，紅原泥炭地臨近第一、二階梯分界線，地面高程為3 466 m，大九湖泥炭地臨近第二、三階梯分界線，高程約1 750 m；哈尼與天湖山泥炭地位于第三階梯內(nèi)，地面高程分別為900、1 180 m。哈尼位于中緯度，天湖山處于低緯度，而紅原和大九湖則居于兩者之間，因此，紅原地區(qū)年均氣溫在四者中最低，天湖山最高。哈尼泥炭地因緯度高于大九湖，所以年均氣溫低于大九湖。
3.2.2溫度
作為影響泥炭沼澤最主要的氣候因素，溫度對植物的生長量及生長速度、微生物的繁殖及活動強度都有影響，因此，它可以影響植物死亡后的分解速度，并與大氣濕度一起控制泥炭堆積的強度。較低的土溫和氣溫不利于植物生長，也不利于植物殘體分解。當氣候寒冷時，溫度過低，使得植物體的增長量非常小，同時微生物活動極其微弱，植物殘體分解速率緩慢，此時泥炭積累較??；反之，在氣候溫度較高的條件下，不但植物的增長量大，而且微生物繁殖快，微生物活動非?；钴S，使植物殘體分解速率加快，此時泥炭累積較大。在熱帶地區(qū)，植物生長量大，但由于溫度高，微生物分解強烈，泥炭累積亦受到限制，因此，不同的熱量帶內(nèi)，植物生長速度、種類及其增長量不同，植物殘體的堆積量亦不相同。
天湖山臨近熱帶，年均氣溫較高，有利于植物的生長發(fā)育，為泥炭累積提供了大量的植物殘體。同時，該區(qū)微生物活動強烈，繁殖速度較快，植物殘體分解作用強烈，泥炭的積累也受限，導(dǎo)致區(qū)域腐殖化度較低。大九湖年均氣溫較為適中，四季分明，夏季植物生長茂盛，具有很強的季節(jié)性。紅原泥炭地因地處高原，年均氣溫較低，不利于植被生長。哈尼年均氣溫介于紅原與大九湖之間，四季分明，季節(jié)性較強。
3.2.3濕度
濕度同溫度一樣，對植物的生長和微生物的活動有影響，從而影響泥炭腐殖化度。研究表明［10］：在土溫為20 ℃~30 ℃、濕度達到60%~80%時，微生物活動能力最強；當水熱條件低于或高于上述水平時，微生物活動能力則逐漸減弱。一般情況下，濕度沿高緯度向低緯度增大，從沿海向內(nèi)陸減少。除了考慮大氣降水外，地下水及植物蒸發(fā)的影響也不容忽視，它們共同決定濕度的變化。
哈尼與紅原泥炭地的降水量在同一水平，均在700~800 mm之間；大九湖年均降水量多于前兩者，在1 500~1 600 mm范圍內(nèi)；天湖山年均降水量最高，達到1 800 mm。除大氣降水外，紅原地區(qū)由于常年低溫，冰雪充足，消融的冰雪使泥炭地地表水富足，有利于植物的生長；大九湖泥炭地巖溶發(fā)育豐富，提供了富足的地下水；天湖山泥炭地水主要來自季風(fēng)作用的大氣降水補給；哈尼泥炭地為堰塞湖地貌類型，也能給予豐富的地表水。
3.2.4其他因素
(1)地質(zhì)地貌：地質(zhì)地貌是形成泥炭沼澤的基本因素。由于地表的起伏變化，引起水熱組合條件發(fā)生復(fù)雜的變化，同時，構(gòu)造運動影響地面水文地質(zhì)。
(2)pH值：好氧菌或厭氧菌都適合在中性或微堿性(pH值為7~8)條件下活動；而在其他情況下，無論pH值增大或減小對微生物活動均不利，即對植物分解不利［31］。一般土壤的pH值與大氣降水量呈負相關(guān)關(guān)系。降水量越多，土壤pH值越小，微生物活動受到抑制；降水量越少，土壤pH值越大，也不利于微生物活動。因此，在少雨或多雨的地區(qū)，有機物的分解強度均較弱，有利于泥炭的形成和積累。由此可見，pH值也對泥炭腐殖化度有影響。
(3)植物：植物種類的不同影響著泥炭有機體的增長量及其死亡后殘體的堆積方式；不同種類植物殘體分解速率及抗分解能力也有所不同。不同地區(qū)的植物有所不同，因此，其對腐殖化度的影響也不同。
3.3綜合因素分析
泥炭腐殖化度反映泥炭的分解程度。當泥炭沉積大于其分解量時，泥炭沉積。無論是植物的生長還是微生物的分解，均與氣候等因素有關(guān)，因此，泥炭腐殖化度能反映氣候的干濕冷暖。此外，地形、水文、季風(fēng)、太陽活動等都會對泥炭的沉積產(chǎn)生影響。
以中國地形條件來看，東部地區(qū)以暖濕氣候為主，受夏季風(fēng)控制，西部內(nèi)陸盆地以干旱氣候為主，中部高原是受冬夏季風(fēng)消長變化影響最為顯著的地區(qū)［32］。在調(diào)查青藏高原泥炭地中發(fā)現(xiàn)，由印度西南季風(fēng)帶來的濕暖氣流是青藏高原大面積泥炭形成的重要因素之一［33］。青藏高原總體背景較為寒冷，處在印度洋水汽輸送帶影響下的紅原泥炭地，年均氣溫1.1 ℃，年均降水量753 mm，因此，土壤微生物對植物殘體的分解能力比較弱，這也是紅原泥炭累積的原因。同時，該區(qū)土壤微生物的活動對氣候變化的響應(yīng)較靈敏。當氣候偏干冷時，植物初級生產(chǎn)力減弱，提供的植物殘體分解量減少，同時微生物的分解能力相應(yīng)減弱，兩方面綜合作用使泥炭發(fā)育較弱，腐殖化度降低。當印度西南季風(fēng)增強時，紅原地區(qū)氣候較暖濕，促進了植物的生長發(fā)育，提供了較多的植物殘體，同時也提高了微生物的分解能力，兩方面的綜合作用使泥炭腐殖化度增高。
大九湖與天湖山均屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，天湖山年均氣溫15.8 ℃，遠高于青藏高原與長白山哈尼地區(qū)。只要溫度未高到妨礙植物生長的程度，則起決定性作用的就不是氣候條件而是水文及季風(fēng)條件。天湖山年相對濕度81%，氣候較濕潤，且受到夏季風(fēng)的強烈影響。溫暖環(huán)境使植被發(fā)育茂盛，提供了大量植物殘體進行腐解，但當氣溫較高時，夏季風(fēng)帶來的濕潤海風(fēng)提高了天湖山地區(qū)濕度，濕暖的水澇環(huán)境使微生物活動降低，植物殘體分解能力下降，從而使腐殖化度降低；當溫度較低時，夏季風(fēng)減弱，濕度降低，沼澤處于氧化環(huán)境，微生物活動增強，植物殘體分解加強，從而使腐殖化度增大。
大九湖雖也屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，但年均氣溫為7.4 ℃，四季變化明顯，冷熱交替變化，與青藏高原的常年低溫和福建天湖山的常年高溫相異。由于所處的地理位置，大九湖泥炭地除了受到東亞冬季風(fēng)控制，還受包括太平洋季風(fēng)和印度洋在內(nèi)的東亞夏季風(fēng)制約?？傮w來說，大九湖泥炭地基礎(chǔ)溫度較高，地下水位變化大，當氣候偏干冷時，地表有效濕度較小，有利于植物生長和微生物分解，使腐殖化度升高；當氣候較暖濕時，潮濕環(huán)境及較高的地下水位使泥炭處于還原環(huán)境，微生物分解作用降低，腐殖化度下降。
哈尼泥炭地屬于中溫帶季風(fēng)氣候，年均氣溫為3.03 ℃，年降水量743.3 mm，受太平洋夏季風(fēng)和東亞冬季風(fēng)影響強烈，當出現(xiàn)暖濕氣候組合時，植物生產(chǎn)力提高，提供較多的植物殘體供分解，同時微生物分解能力提高，綜合作用使泥炭中無定形腐殖質(zhì)質(zhì)量分數(shù)增高，即腐殖化度增高；反之，在干冷氣候條件下，植物生產(chǎn)力減少，植物殘體較少，微生物在寒冷干燥的氣候中分解力降低，使得腐殖化度減小。
由于泥炭形成的水熱條件區(qū)域差異，腐殖化度的指示意義沒有固定模式，需要結(jié)合剖面巖性特征、地理位置、季風(fēng)等指標進行解釋。無論外部因素的異同，植物殘體量及微生物分解能力的組合才是決定腐殖化度意義的關(guān)鍵。因此，分析不同地區(qū)泥炭腐殖化度古氣候意義時，重要的是要了解該地的年均氣溫、年降水量、是否有地下水補給、受季風(fēng)影響情況及地形，分析氣候和季風(fēng)的變化對植物生長發(fā)育和微生物分解的影響，抓住植物殘體量和微生物分解能力這兩個關(guān)鍵點，就容易分析出該泥炭地腐殖化度的古氣候意義。
4結(jié)語
(1)哈尼泥炭腐殖化度的古氣候意義包含溫度濕度組合：較高的腐殖化度指示氣候溫暖潮濕；較低的腐殖化度指示氣候干燥寒冷。
(2)從哈尼、紅原、大九湖、天湖山泥炭腐殖化度時間序列對比可以得出，雖然其古氣候意義有所不同，但其記錄的中國全新世古氣候環(huán)境演變趨勢大體相同，都反映了中國早全新世階段的升溫現(xiàn)象、中全新世的大暖期現(xiàn)象及晚全新世階段的降溫。同時，通過對全新世9次冷事件的響應(yīng)程度的分析，可見不同地區(qū)同一泥炭氣候代用指標對同一事件的響應(yīng)存在差異。
(3)溫度、濕度、季風(fēng)、經(jīng)緯度及地質(zhì)地貌等因素都對泥炭腐殖化度有影響，但水熱條件是直接影響因素，其他因素通過對水熱條件的改變而間接影響腐殖化度。
(4)闡述不同區(qū)域泥炭腐殖化度的古氣候意義沒有固定模式，需結(jié)合當?shù)氐牡乩砦恢?、地質(zhì)地貌、年均氣溫、季風(fēng)、降水、植被等情況進行具體分析。
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