浑善达克沙地近5000年来环境演变研究

研究生：武健伟导师：高尚玉教授浑善达克沙地近5000年来环境演变研究博士学位论文答辩论文提纲第一章绪论第二章研究区自然地理概况第三章剖面概况与地层年代序列第四章沙地环境演变的证据第五章近5000年来浑善达克沙地环境变化重建第六章中世纪暖期浑善达克沙地空间格局与景观特征第七章结论与讨论第一章绪论第一节选题背景近5000年是过去全球变化研究的重点时段之一，其重要意义在于该时段各种载体记录的信息丰富，有利于恢复气候与环境变化过程；近5000年又是与人类关系最密切的一个时期，在此期间环境演变过程在自然演变的基础上又叠加了人类对环境的影响，从而使环境演变过程变得更加复杂。位于内蒙古高原的浑善达克沙地是对环境演变响应强烈的生态脆弱带，沙地内分布有众多内陆封闭、半封闭湖泊和风沙露头剖面，都是记录环境变迁的重要载体，敏感的位置与丰富的信息记录使该区域成为环境演变研究领域关注的热点，本研究选定浑善达克沙地为研究对象。第二节沙漠演化与环境变化研究现状1国外研究现状（1）沙漠演化与环境变化背景研究（2）特征期沙漠空间格局与景观特征研究2国内研究现状图1-1中国北方现代沙漠、沙地分布1呼伦贝尔沙地2松嫩沙地3科尔沁沙地4浑善达克沙地5毛乌素沙地6库布齐沙漠7乌兰布和沙漠8腾格里沙漠9巴丹吉林沙漠10共和沙地11古尔班通古特沙漠12塔克拉玛干沙漠13贺兰山（1）沙漠演化与环境变化背景研究（2）特征期沙漠空间格局与景观特征研究第三节研究内容与方法1选题及拟解决的关键问题（1）风沙沉积记录的近5000年来浑善达克沙地环境演变序列；（2）湖泊沉积记录的近500年来浑善达克沙地环境演变序列；（3）浑善达克沙地现代土地沙漠化研究；（4）重建中世纪暖期浑善达克沙地空间格局与景观特征。2研究方法与技术路线本研究主要采用野外考察、野外采样、室内实验、数据处理与分析的研究方法开展。3创新点（1）风沙沉积、湖泊沉积、历史和考古文献、现代器测资料等多种代用资料综合分析，全面认识浑善达克沙地近5000年来环境变化规律；（2）恢复近500年来高分辨率浑善达克沙地环境变化时间序列；（3）重建中世纪暖期浑善达克沙地空间格局与景观特征。第二章研究区自然地理概况第一节地理位置浑善达克沙地位于内蒙古高原中东部，地理位置位于东经11222至11757，北纬4156至4424。沙地呈东西延长的椭圆形，东西延伸约450公里，南北宽约300公里，面积31540km2。第二节自然地理概况1地质地貌浑善达克沙地在地质构造单元的划分上是蒙古地槽古生代褶皱带的一部分。海西运动上升为陆地，燕山运动以来经历了振荡式的构造运动，第三纪早期，沉降为内陆湖盆，堆积了第三纪湖相沉积物，第三纪末和第四纪初，湖泊缩小，直至消亡，在强劲的风力作用下，形成沙地。固定、半固定，并含部分半流动和少量流动沙丘的沙丘群与丘间洼地、滩地、积水洼地或大小湖泊的镶嵌分布是沙地的显著特色。图2-1浑善达克沙地地貌图2气候浑善达克沙地属温带大陆性季风气候，具有气温较低、冷热剧变，降水少、变率大，风频高、风力大，蒸发量大、干燥度高等特点。3水文沙地东南部主要有闪电河、滦河等，东部和中部有公格尔音郭勒河、锡林河、高格斯台河等。沙地中湖泊也相当发育，约有110个，东部为淡水湖，较大的有查干诺尔等；西部多为盐碱湖，较大的盐湖有二连诺尔等。东部地下水丰富，西部地下水缺乏。4土壤与植被浑善达克沙地的主要土壤类型以栗钙土为主，其次为棕钙土，非地带性土壤主要为风沙土。浑善达克沙地植被以草原植被为主，针阔叶乔木、榆树疏林等超地带性植被明显。第三章剖面概况与地层年代序列第一节剖面介绍1湖泊沉积剖面白银库仑诺尔位于浑善达克沙地北部，湖泊经纬度为431620～431754N，1161047～11615E。湖泊主要依靠天然降水和地下水补给，湖泊沉积的碎屑物质主要来源于湖岸雨水冲刷、岸坡侵蚀和风力搬运堆积。研究者于2002年6月在北纬43175，东经1161420处开挖取样（编号BY1），取样间隔为1cm，共获取117个样品，样品以原始状态存放于自封塑料袋内运回实验室。剖面整体以淤泥、砂质淤泥和粉砂质淤泥为主（图3-1）。123456图3-1白银库伦诺尔BY1剖面岩芯柱状图1.1～14cm，灰黑色淤泥，胶结强；2.14～25cm，灰黑色粉砂质淤泥，见少量贝壳残体；3.25～75cm，灰黑色淤泥，水平层理清晰，大量植物、贝壳残体；4.75～91cm,灰黑色淤泥，少量植物、贝壳残体；5.91～98cm，黑色淤泥，胶结强；6.98～117cm，灰黑色砂质淤泥。柱状剖面深度（cm）2风沙沉积剖面2.1多伦剖面多伦剖面采自内蒙古自治区锡林郭勒盟多伦县上都河乡境内，地理位置为北纬4220.933，东经11630.179，海拔高度为1468米，地处浑善达克沙地南部。剖面出露厚度大于320cm，野外按5cm间隔连续采样，共取得62个样品。剖面详细描述如图3-2。1.现代风成砂。灰黄色，分选均匀，质地疏松，成分以中细砂、细砂为主，发现大量草根，厚约20cm。2.弱砂质古土壤。弱发育，深黄色，质地较疏松，略有胶结，厚约17cm。3.风成砂。风成层理发育，灰黄色，分选较均匀，厚约43cm。4.弱砂质古土壤。弱发育，灰褐色，略有胶结，厚约25cm。5.风成砂。灰黄色，分选较均匀，厚约15cm。6.弱砂质古土壤。淡褐色，弱发育，质地较疏松，厚约30cm。7.风成砂。灰黄色，分选较均匀，厚约10cm。8.古土壤。颜色为深褐色至黑色，颗粒粘性强，质地紧实，有机质含量高，厚约75cm。9.风成砂。黄色，未见底。图3-2多伦剖面实测图1050深度（cm）2.2哈登胡舒剖面哈登胡舒剖面采自内蒙古自治区锡林郭勒盟正蓝旗哈登胡舒乡境内，地理位置为北纬4235.496，东经11554.239，海拔1317米，地处浑善达克沙地中部。剖面厚度大于200cm，野外按5cm间隔连续采样，共取得40个样品。剖面详细描述如图3-3。1.现代风成砂。灰黄色，分选均匀，质地疏松，成分以中细砂、细砂为主，发现大量草根，厚约56cm。2.弱砂质古土壤。弱发育，深黄色，质地较疏松，略有胶结，厚约11cm。3.古风成砂。灰黄色，分选较均匀，厚约69cm。4.古土壤。颜色为深褐色至黑色，从上至下颜色逐渐变浅，颗粒粘性强，质地紧实，有机质含量高，厚约57cm。5.古风成砂，未见底。图3-3哈登胡舒剖面实测图EW深度（cm）2.3苏尼特剖面苏尼特剖面位于苏尼特右旗－二连浩特公路约40公里处，地理位置为北纬4306.418，东经11225.892，海拔高度为1079米。剖面厚度大于300cm，野外按5cm间隔连续采样，至砂砾岩顶部，共取得60个样品。剖面详细描述如图3-4。1.现代风成砂。灰黄色，分选均匀，质地疏松，风成微层理较发育，成分以细砂、微细砂为主，厚约60cm。2.弱砂质古土壤。弱发育，细砂质，颜色较上层风成砂变深，暗黄色，较紧实，厚15cm。3.古风成砂。灰黄色细砂，岩性特征与现代风成砂相似，厚约20cm。4.弱砂质古土壤。弱发育，浅灰褐色，厚约30cm。5.古风成砂。灰黄色细砂，分选均匀，厚约175cm。6.灰白色砂砾岩。图3-4苏尼特剖面实测图NS深度（cm）第二节地层年代测定1测定方法由于本研究所涉及的风沙沉积和湖泊沉积均为全新世以来的沉积物，常规14C测年和放射性核素如210Pb、137Cs测年即可满足测年要求。因此风沙沉积样品采用常规14C测年，湖泊沉积表层沉积物采用210Pb和137Cs测年。2沉积物定年2.1BY1沉积剖面1963年1952年210Pb强度（Bq/kg）137Cs强度（Bq/kg）图3-5BY1剖面测年综合137Cs、210Pb测定结果，计算该剖面平均沉积速率为2.3cm/a，根据平均沉积速率、剖面深度和分样间距，BY1剖面代表了分辨率约4.3年具有约500余年跨度的连续沉积序列（A.D.1500～1999），据此可推算不同深度的年龄。199919001800170016001500年代（A.D.）柱状剖面深度（cm）图3-6BY1剖面年代与深度关系2.2多伦剖面实验室编号深度（cm）样品材料14C测年（aB.P.）CG-4381120～122砂土1340±90CG-4380161～163粘土2200±100CG-4322230～232粘土4940±95图3-7多伦剖面深度与年代关系4940±952220±1001340±9014CAge(aB.P.)深度（cm）柱状剖面2.2苏尼特剖面实验室编号深度（cm）样品材料14C测年（aB.P.）CG-438770～72砂土1560±85CG-4386118～120砂土1890±901890±901560±8514CAge(aB.P.)柱状剖面深度（cm）图3-8苏尼特剖面深度与年代关系2.3哈登胡舒剖面下层古土壤发育时间约为2300～1900aB.P.，上层弱砂质古土壤发育时间约在1600～1000aB.P.。因此，该剖面反映出新冰期第三期（3200～2300aB.P.）以来浑善达克沙地环境变化过程。BA2163±80975±803614±807070±801402±801410±882077±874379±906.68m2.8m2mC图3-9哈登胡舒剖面与其它剖面年代对比其中A-哈登胡舒剖面（李森等1995）B-桑根达来剖面（梁玉莲1991）C-哈登胡舒剖面（本文）3地层年代序列年代沉积相1600～1000aB.P.古土壤1900～1600aB.P.古风成砂2300～1900aB.P.古土壤3200～2300aB.P.古风成砂5000～3200aB.P.古土壤根据浑善达克沙地地层沉积相特征、年代测定及与邻近地区地层对比，可大致建立浑善达克沙地5000～1000aB.P.地层年代序列，即5000～3200aB.P.、2300～1900aB.P.和1600～1000aB.P.为三次古土壤发育时期，3200～2300aB.P.、1900～1600aB.P.为古风成砂堆积时期（表3-1）。由于本研究缺乏1000～500aB.P.连续剖面资料，因此1000～500aB.P.浑善达克沙地环境变化将主要依据历史文献和考古资料获得。近500年来年代序列的建立则依据沙地内湖泊沉积BY1剖面测年结果。表3-1浑善达克沙地5000～1000aB.P.地层分布和年代第四章沙地环境演变的证据第一节代用指标分析测试1代用指标的气候或环境指示意义2代用指标分析测试方法第二节粒度特征1湖泊沉积物粒度特征1.1粒度组成259535250300120柱状剖面2µm（%）2～63µm（%）63～125µm（%）125～250µm（%）250µm（%）中值粒径深度（cm）15100图4-1BY1剖面粒度组成及变化y=326.45e-0.0332xR2=0.846104080120050100y=3.5806x+7.6114R2=0.7831040801200510152025y=-0.3792x+34.173R2=0.8970510152025050100图4-2粉砂、中值粒径与细砂的相关性（a-粉砂/中值粒径b-细砂/中值粒径c-细砂/粉砂）细砂主要反映了风力的搬运作用，而粉砂则主要反映了较为湿润时期的湖泊沉积物。细砂和粉砂变化大体分为117～91cm、91～44cm、44～23cm及23～0cm四段。abc1.2粒度参数图4-3BY1剖面粒度参数变化-111.22.803000.51.5柱状剖面平均粒径标准偏差峰态偏度340深度（cm）2风沙沉积物粒度特征图4-4多伦剖面粒度变化50501001001005000.53.5磁化率40µm含量(%)平均粒径（µm）标准偏差柱状剖面4940±952220±1001340±9014CAge(aB.P.深度（cm）40105001001005031柱状剖面磁化率平均粒径（µm）40µm含量（%）标准偏差深度（cm）图4-5哈登胡舒剖面粒度变