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小兴安岭东部全新世森林沼泽形成!发育与古环境演变33国家自然科学基金项目号中国科学院知识创新工程项目≤÷号∀杨永兴男出生于年月研究员博士生导师博士美国杜克大学⁄∏√湿地专业博士后∞2¬收稿日期22收修改稿日期22杨永兴中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地与环境研究中心长春提要根据个典型沼泽剖面的≤测年!孢粉分析!粘土矿物÷衍射分析!泥炭植物残体鉴定获得的信息综合对比分析和相互印证探讨了全新世以来小兴安岭东部沼泽发育过程与古地理环境演变过程∀小兴安岭东部全新世气候变化!植被演替和森林沼泽形成与发育均相应可划分为个时期气候变化为寒冷较湿)°ψ温和略湿)°ψ温暖湿润)°ψ温凉较湿)°ψ冷凉湿润)°ψ温凉湿润现代植被演替为针叶林ψ阔叶林或针阔混交林ψ以栎!榆!胡桃为主阔叶林ψ以桦为主阔叶林或以松为主的针阔混交林ψ以松为主的针阔混交林ψ针阔混交林和次生林沼泽形成和发育为富营养沼泽孕育期ψ富营养沼泽萌发期ψ富营养沼泽旺盛!中营养沼泽孕育期ψ富营养沼泽扩大!中营养沼泽形成期ψ富营养和中营养沼泽继续扩大!贫营养沼泽形成期ψ沼泽退化期∀昀早形成始于?°∀贫营养!中营养和富营养沼泽昀早发育时间分别为°!°和°∀关键词森林沼泽形成和发育古环境演变全新世小兴安岭东部中图分类号°近年来湿地研究已受到学术界的高度重视特别是沼泽湿地发育与古地理环境演变研究受到湿地学家的密切关注黄锡畴等杨永兴等孙广友尹怀宁张振克等钟巍等∀小兴安岭东部是我国主要森林沼泽分布区为中营养!贫营养沼泽发育典型分布广泛的地区之一∀受日益加剧的人类活动的影响该区仅幸存几处全新世森林沼泽形成!发育与古环境演变过程信息保存完好的沼泽也面临被破坏的严重威胁∀沼泽形成!发育与古环境演变是沼泽学理论研究的核心该区此类研究的报道尚不多见及时提取出该区沼泽形成!发育与古环境演变信息对建立和完善具有中国特色的沼泽学理论体系!湿地开发与保护以及退化湿地恢复与重建研究均具有重要意义也有助于过去全球变化°∞≥研究的深入∀1区域地理环境特征小兴安岭东部位于黑龙江省东北部隔黑龙江与俄罗斯相邻∀地理位置为βχ∞)βχ∞βχ)βχ图∀行政上主要隶属于伊春市∀本区是第三纪末期以第卷第期海洋与湖沼∂年月≤∞∞×≥≤来以断块形式上升形成的褶皱断块山地∀新构造运动缓慢上升呈现翘起运动的特征∀地貌类型主要为侵蚀山地!丘陵!台地和沟谷谷坡!分水岭平缓还发育宽坦谷地碟型洼地!热融湖等冰缘地貌∀海拔)∀气候类型为中温带湿润季风气候大陆性特征明显∀冬季严寒漫长夏季温暖短促∀年平均温度为ε月平均温度为1ε月平均温度为ε∀年降水量为左右集中在夏季∀湿润系数为∀岛状多年冻土与季节冻土广泛发育阻碍地表水下渗造成地表常年过湿∀水系发达河流众多∀图小兴安岭东部地理位置和沼泽剖面采样点位置示意图ƒ×÷¬∏地下水资源丰富在坡麓!缓坡坡地洼地和阶地后缘常有地下水出露∀植被类型多样地带性植被为温带针阔叶混交林以红松Πινυσκο2ραιενσισ为主∀此外还有以红松!兴安落叶松林Λαριξγµελινι!樟子松Πινυσσψλϖερστρισ√µονογολιχα!云杉Πιχεα!冷杉Αβιεσ为主的针叶林∀由桦Βετυλαπλατψπηψλλα!杨Ποπυλυσδαϖιδιανα!蒙古栎Θυερχυσµονγολιχα等组成的阔叶林蒿柳Σαλιξϖιµιναλισ!榛Χορψλυσηετερο2πηψλλα和胡枝子Λεσπεδεζαβιχολορ灌丛杂类草典型草甸和小叶樟∆εψευξιαανγυστιφολια沼泽化草甸兴安落叶松!狭叶杜香Λεδυµπαλυσ2τρε!泥炭藓Σπηαγνυµ沼泽!兴安落叶松!笃斯越桔ςαχχινιυµυλιγνοσυµ!泥炭藓沼泽和泥炭藓沼泽∀土壤发育有亚高山草甸森林土!山地棕色针叶林土!暗棕壤!草甸土!沼泽土和泥炭土∀沼泽形成!发育过程中堆积的泥炭等沉积物记录下沼泽与环境相互作用的详细过程∀2采样点概况!研究方法与剖面特征211采样点概况研究区位于伊春林业管理局红星林业局主要研究点为汤洪岭林场支线沼泽地理坐标为βχ∞βχ∀辅助研究点为汤北林场支线沼泽∀地理坐标为βχ∞βχ图∀地貌分别为汤旺河中游支流红旗河流域缓坡坡地和沟谷海拔分别为和∀沼泽基本保持原生状态沼泽形成和发育与古环境演变信息保存完好为本区典型的兴安落叶松!狭叶杜香!泥炭藓森林沼泽∀212采样与研究方法夏季进行沼泽考察!泥炭勘探确定采样位置∀冬季凿挖探坑获得人工泥炭剖面进行原状整体剖面柱状泥炭采样室内精确分割样品∀从而避免了以往研究在夏季采样的层位不准!样品污染!信息失真等问题∀汤洪岭林场支线沼泽剖面出露按间距分割获得块孢粉样品∀此外还采集块≤测年样品块植物残体和粘土矿物样品∀汤北林场支线沼泽剖面出露采集块≤测年样品和块泥炭植物残体样品∀期杨永兴小兴安岭东部全新世森林沼泽形成!发育与古环境演变孢粉分析!泥炭植物残体鉴定和≤年代测年是采用常规方法进行∀对实测≤年龄进行树木年轮校正∀采用内插法计算不同深度的年代和树木年轮校正年代推算值建立剖面年代序列框架∀使用日本产⁄2÷2型÷射线衍射仪进行粘土矿物分析根据定量实验获得的经验公式进行半定量估算杨永兴等!∀计算方法如下依据某一种粘土矿物的衍射峰值占该样品种粘土矿物的衍射峰值之和的百分比作为该种粘土矿物的在该样品的百分含量∀不同种类粘土矿物之间的差异称为水平变化∀依据某一种粘土矿物的衍射峰值占剖面诸样品中该种粘土矿物的衍射峰值之和的百分比作为该种粘土矿物在剖面诸样品之中的百分含量∀同一种粘土矿物在剖面诸样品之间的差异称为垂直变化∀尽管粘土矿物÷衍射分析和半定量估算方法还有不完善之处可是它仍可作为推测古环境特点的参考依据∀粘土矿物采样依据野外剖面沉积特征进行其采样深度与孢粉带划分的深度略有差异∀综合运用上述诸方法获取的信息相互印证探讨沼泽形成!发育过程与模式恢复古气候!古植被重建沼泽演化过程与古环境演变序列∀213剖面特征汤洪岭林场支线沼泽剖面主要沉积特征如下)活泥炭藓层弱分解∀)泥炭藓泥炭中分解∀)黑褐色泥炭中分解)实测≤年龄为?°∀)淤泥质泥炭中强分解)实测≤年龄为?°∀))含粘土泥炭)含花岗岩碎屑泥炭中强分解∀)淤泥质泥炭中强分解)实测≤年龄为?°∀)灰黄色粘土层含花岗岩碎屑∀3孢粉组合特征及环境意义根据孢粉组合特征和时间序列上的变化将剖面自上而下划分成个孢粉带图∀图红星林业局汤洪岭林场支线沼泽剖面孢粉百分比图示ƒ≥2׃≤¬ƒ∏∏海洋与湖沼卷带埋深为)相当于)°树木年轮校正为)°∀本带为松Πινυσ!云杉Πιχεα!冷杉Αβιεσ!桦Βετυλα优势带∀孢粉组合突出特征表现为云杉!冷杉处在全剖面昀大值分别占)1∀松占)∀阔叶树花粉种类少含量低以桦为主占)∀灌木与草本花粉以蒿Αρτεµισια!藜≤居优势∀沼泽植物主要为香蒲Τψπηα∀带埋深为)相当于)°树木年轮校正为)°∀本带为桦优势带∀乔木花粉占孢粉总数的其中阔叶树花粉又占乔木孢粉的主要为桦∀针叶植物松和云杉!冷杉昀多占乔木花粉总数的和1∀灌木与草本花粉以蒿为主平均可占孢粉总数的∀带埋深为)相当于)°树木年轮校正为)°∀本带为桦!桤木Αλνυσ!松优势带∀孢粉组成变化的主要特征是栎Θυερ2χυσ!榆Υλµυσ!胡桃ϑυγλανσ等阔叶植物花粉大量增加含量明显高于带∀云杉!冷杉花粉急剧减少并呈断续出现∀乔木花粉占)∀针叶树花粉仍以松为主但含量明显减少∀沼泽植物花粉以莎草科≤!香蒲!草Σχιρπυσ为主∀带埋深为)相当于)°树木年轮校正为)°∀本带为桦!松优势带∀孢粉组成变化为松增加阔叶树花粉减少∀乔木花粉仍占优势地位占∀与带相比松明显增多桦略有增加∀灌木和草本植物花粉仍以蒿及禾本科植物居多∀沼泽植物花粉主要为莎草科!香蒲和杜鹃花科∞∀∏带埋深为)相当于)°树木年轮校正为)°∀本带为松!桦!云杉!冷杉优势带∀松属!云杉!冷杉花粉急剧增加阔叶树花粉继续减少∀松属达到剖面昀高值为∀云!冷杉花粉含量升至∀桦属为)阔叶树花粉栎!榆等下降幅度大胡桃与枫杨属Πτεροχαρψα花粉消失∀灌木和草本花粉仍以蒿为主但藜科花粉含量上升沼泽植物以杜鹃花科花粉!泥炭藓孢子为主∀4沼泽形成!发育与古环境演变过程本区全新世沼泽形成!发育!植被演替!气候变化与古环境演变可以划分为个时期∀411早全新世富营养沼泽孕育期早全新世中!晚期相当于)°树木年轮校正)°乔木植物花粉占优势以桦为主松及云杉!冷杉含量达到昀大值图∀推断当时洼地周围主要生长以桦树为主含有少量松的针阔混交林分水岭上生长着云杉!冷杉针叶林∀当时气候寒冷湿润气温比现在低得多∀粘土矿物分析表明当时为蒙脱石!伊利石!高岭石组合带∀反映寒冷的伊利石占绝对优势含量达到∀多水环境下形成的蒙脱石居剖面次高值含量为∀高岭石!绿泥石所占比重不大∀这表明当时环境寒冷湿润表∀孢粉组合特征与小兴安岭更新山剖面的松!桦花粉组合带相似尹怀宁与毗邻的三江平原勤得利剖面松和小型桦为主的孢粉组合带基本相同杨永兴只是本区云!冷杉孢粉含量略多表明当时气候要比三江平原冷∀孢粉分析和植物残体鉴定均发现有少量挺水植物香蒲花粉反映当时洼地已有水体存在处在沼泽的孕育期∀期杨永兴小兴安岭东部全新世森林沼泽形成!发育与古环境演变表1汤洪岭林场12支线沼泽剖面粘土矿物含量变化估算参数×∞׃≤类别深度编号伊利石蒙脱石高岭石绿泥石水平变化)2)2)2)2)2)2垂直变化)2)2)2)2)2)2412中全新世早期富营养沼泽萌发期中全新世早期相当于)°树木年轮校正为)°孢粉组合中针叶树花粉减少以云!冷杉下降幅度昀大∀阔叶树花粉增多以桦!桤上升昀为明显图∀推断低洼地!沟谷周围生长桦树林其间阔叶树种数量增多周围分水岭地区的云!冷杉林更加稀疏面积缩小∀更新山剖面和勤得利剖面亦有同样反映尹怀宁杨永兴∀推断当时处在大暖期的起始阶段施雅凤等时间约为°∀粘土矿物组合有大量水解作用生成的蒙脱石表反映当时有些地段地表积水或过湿泥炭植物残体发现很多松!桦等木本植物残体和棉花莎草Εριοπηορυµ残体说明沼泽起源于森林沼泽化过程∀从沼生植物孢粉种类!数量均很少推测当时沼泽分布不广数量很少∀泥炭基底≤年代测定证实沼泽发育始于?°树木年轮校正为?°为迄今为止本区发现的形成昀早的沼泽进一步证实中国北方全新世泥炭沼泽形成时期/南老北新0周昆叔的观点是值得商榷的杨永兴等!!∀413中全新世中期富营养沼泽旺盛!中营养沼泽孕育期中全新世中期相当于)°树木年轮校正为)°孢粉组合仍以桦居优势榆!胡桃和桦等阔叶植物达到剖面昀高值还出现分布在暖温带及亚热带的枫杨Πτεροχαρψα花粉图∀植被演替为以栎!榆!胡桃等为主的阔叶林∀湿生!沼生草本植物也明显高于其他孢粉带图这表明气候较温暖湿润年均温高出现今)ε∀更新山剖面和勤得利剖面也为阔叶树昀高值时期尹怀宁杨永兴本期前段)蒙脱石增加绿泥石减少伊利石含量稳定少变表反映较前期温度略下降湿度增加∀本期后段)高岭石!蒙脱石和绿泥石均大幅度增加高岭石达到剖面次高值表矿物结晶度又好反映气候转为暖湿∀沼泽面积扩大地点增多分布于部分谷地及坡麓有地下水补给的区域如更新山坡麓沼泽形成于?°尹怀宁汤北林场支线谷地沼泽发育始于?°海洋与湖沼卷汤洪岭支线沼泽发育始于?°树木年轮校正分别为?°!?°!?°∀此外绥棱县泥尔河乡永发大队两处沼泽分别形成于?°!?°绥棱县吴长海沼泽形成于?°树木年轮校正分别为?°!?°!?°∀这些沼泽均起源于森林沼泽化泥炭植物残体多为棉花莎草!睡菜Μενψαντηεσ和草残体沼泽多处在富营养阶段∀后期部分沼泽向中营养阶段发展如本剖面后期发现少量笃斯越桔!狭叶杜香植物残体和花粉更新山沼泽剖面出现很多泥炭藓植物残体已发育接近中营养沼泽阶段尹怀宁!∀414中全新世末期富营养沼泽扩大!中营养沼泽形成期中全新世末期相当于)°树木年轮校正为)°孢粉组成中桦!松!云!冷杉略有增多栎!榆!胡桃等阔叶植物明显减少图推测当时气温下降接近或略高于现今植被为以桦为主的阔叶林和以红松为主的针阔混交林∀粘土矿物组合的突出特点为伊利石仍居优势地位蒙脱石增加二者含量在剖面垂直变化上均上升并