瓦窑沟剖面记录的早中全新世毛乌素沙地东南缘气候变化

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00058

摘要/Abstract

摘要：

毛乌素沙地位于中国东亚季风边缘区，对气候变化响应敏感。区域内分布着大量河湖相沉积地层，忠实记录了全新世以来气候变化状况。选取毛乌素沙地东南缘河湖相沉积地层为主的瓦窑沟剖面（WYG），在光释光（OSL）和¹⁴C（AMS ¹⁴C）测年基础上，对粒度、色度和有机质环境代用指标进行分析，反演得出毛乌素沙地早中全新世气候经历了3个阶段：约9.8 ka BP前气候干冷，广泛沉积沙层；9.8—9.6 ka BP气候逐渐回暖，为气候干冷转为暖湿的过渡期；9.6—5.2 ka BP气候相对暖湿，发育砂质泥炭层。推测计算得出，剖面地层沉积速率沙层>过渡层>砂质泥炭层，且各地层均存在次一级旋回，曲线旋回周期砂质泥炭层（480 a）>沙层（150 a）>过渡层（130 a），指示砂质泥炭层沉积速率最慢、形成时期气候相对稳定。研究结果与东亚季风区域古气候记录具有很好的可比性，是对东亚冬夏季风强度变化的全球性响应。

关键词: 瓦窑沟剖面, 早中全新世, 毛乌素沙地, 东南缘, 气候变化

Abstract:

Mu Us Desert is located in the edge of East Asian monsoon in China， which is sensitive to climate changes. There are a large number of fluvial and lacustrine sedimentary strata in the area， which faithfully records the climate change since the Holocene. We analyzed the section of fluvio-lacustrine sediments （WYG） in the southeastern edge of Mu Us Desert， based on OSL and AMS ¹⁴C dating， in combination with environmental proxy indicators including grain size， chromaticity and organic matter. The results showed that the climate of Mu Us Desert experienced three stages in the early and middle Holocene： Before 9.8 ka BP， the climate was cold-dry， with extensive deposition of sand； 9.8-9.6 ka BP， the climate warmed up gradually， which was the transition period from cold-dry to warm-wet； 9.6-5.2 ka BP， the climate was warm-wet relatively， and peat developed. It is calculated that the order of sedimentary rate of the section is sandy > transition layer > sandy peat layer. And there are secondary cycles in each layer， The cycle length of each layer is sandy peat layer （480 a/time）> sand layer （150 a/time） and > transition layer （130 a/time） from large to small， indicating that the sedimentary rate of sandy peat layer is the slowest and the climate is relatively stable during the formation period. The results of this study are in good contrast with the paleoclimatic records of other deserts in the East Asian monsoon region， which is a global response to the changes in the intensity of the East Asian winter and summer monsoon.

Key words: Wayaogou section, early and middle Holocene, Mu Us Desert, the southeast edge, climate change

中图分类号:

P531

马晓慧, 庞奖励, 刘小槺, 丁丹, 岳晓晓, 贾飞飞. 瓦窑沟剖面记录的早中全新世毛乌素沙地东南缘气候变化[J]. 中国沙漠, 2021, 41(5): 71-80.

Xiaohui Ma, Jiangli Pang, Xiaokang Liu, Dan Ding, Xiaoxiao Yue, Feifei Jia. Early and Middle Holocene climate change inferred by Wayaogou Section in the Southeastern Mu Us Desert[J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(5): 71-80.

图/表 11

图1 研究区概况（修改自［32］）

Fig.1 The general situation of research area （modified from ［32］）

图2 瓦窑沟剖面图与地层特征描述

Fig.2 Profile view and stratigraphic description of WYG section

表1 剖面14C测年结果

Table 1 The 14C dating results of section

样品编号	实验室编号	深度/cm	沉积物类型	测年材料	¹³C/¹²C 比率/‰	放射性碳年龄 /a BP	校正年龄 2σ/cal a BP
WYG-¹⁴C-02	Beta-547352	20—22	砂质泥炭	全样有机质	-23.4	4810±30	5537.5±63.5
WYG-¹⁴C-09	Beta-547353	76—78	砂质泥炭	全样有机质	-25.1	8250±30	9247±152

表2 剖面光释光（OSL）测年结果

Table 2 The OSL dating results of section

样品编号	深度/cm	U含量 /（mg·kg^-1）	Th含量 /（mg·kg^-1）	K含量 /%	剂量率 /（Gy·ka^-1）	等效剂量 /Gy	释光年龄 /ka BP
WYG-OSL-01	98—100	2.5±0.4	3.50±0.4	1.94±0.04	3.02±0.24	31.6±1.4	10.4±0.9
WYG-OSL-02	136—138	3.33±0.5	4.15±0.5	1.82±0.04	3.18±0.24	34.3±1.0	10.8±0.9
WYG-OSL-04	194—196	3.37±0.4	2.81±0.4	1.92±0.04	3.16±0.24	37.2±4.4	11.8±1.7

图3 深度-年代拟合

Fig.3 Fitting of depth-aging

图4 指标随深度的变化

Fig.4 Variation of indices with depth

表3 瓦窑沟剖面不同地层粒度组成（%）

Table 3 Grain size composition of different stratum in WYG section （%）

地层	<2 μm 黏粒	2—16 μm 细粉砂	16—63 μm 粗粉砂	>63 μm 砂
A生草层	3.2	6.94	6.03	83.82
B砂质泥炭层	3.68	8.62	6.85	80.83
C过渡层	2.83	5.63	4.51	87.02
D沙层	2.49	4.22	2.96	90.31

图5 沉积物粒度分布曲线

Fig.5 Grain size distribution curve of sediment

图6 黏粒（<2 μm）、亮度（L*）和有机质之间的相关性分析

Fig 6 Correlation analysis between clay particle， brightness and organic matter

图7 全新世沙漠温暖时期对比a1：WYG剖面；a2：三道沟剖面［41］；a3：锦界剖面［42］；a4：大柳塔剖面［9］；a5：牛滩剖面［20］；b1：锡林浩特剖面［16］；b2：BN剖面［43］；b3：LW剖面［47］；c1：HLA剖面［43］；c2：磋岗剖面［48］；d1：陶尔·勒拉图剖面［44］；d2：高台盐湖剖面［49］；d3：BLA剖面［50］

Fig 7 Comparison of desert warm period during Holocene

图8 全新世以来各指标对比情况A：董哥洞石笋D4氧同位素记录［55］；B：公海年降水量记录［56］；C：65°N夏季（JJA）平均日照［57］；D：全新世毛乌素沙地泥炭沉积速率［7］；E：SDG剖面风成沉积序列黏粒含量曲线［58］；F：WYG剖面黏粒含量

Fig 8 Comparison of indicators since Holocene

参考文献 60

1	Lowell T V，Heusser C J，Andersen B G，et al.Interhemispheric correlation of Late Pleistocene Glacial events［J］.Science，1995，269（5230）：1541-1549.
2	魏志巧.古居延泽全新世湖泊演化过程及其影响机制［D］.兰州：兰州大学，2019.
3	李华章，刘清泗，汪家兴.内蒙古高原黄旗海、岱海全新世湖泊演变研究［J］.湖泊科学，1992，4（1）：31-39.
4	Wünemann B，Chen F H，Riedel F，et al.Holocene lake deposits of Bosten Lake，southern Xinjiang，China［J］.Chinese Science Bulletin，2003，48（14）：1429-1432.
5	Peng Y J，Xiao J L，Nakamura T，et al.Holocene East Asian monsoonal precipitation pattern revealed by grain-size distribution of core sediments of Daihai Lake in Inner Mongolia of north-central China［J］.Earth and Planetary Science Letters，2005，233（3/4）：467-479.
6	Chen F H，Wu W，Holmes J A，et al.A mid-Holocene drought interval as evidenced by lake desiccation in the Alashan Plateau，Inner Mongolia China［J］.Chinese Science Bulletin，2003，48（14）：1401-1410.
7	Liu X K，Lu R J，Du J，et al.Evolution of peatlands in the Mu Us Desert，Northern China，since the Last Deglaciation［J］.Journal of Geophysical Research：Earth Surface，2018，123（2）：1-10.
8	李保生，高全洲，阎满存，等.150 ka BP以来巴丹吉林沙漠东南区域地层序列的新研究［J］.中国沙漠，2005，25（4）：457-465.
9	韩瑞，苏志珠，李想，等.粒度和磁化率记录的毛乌素沙地东缘全新世气候变化［J］.中国沙漠，2019，39（2）：105-114.
10	舒培仙，李保生，牛东风，等.毛乌素沙漠东南缘滴哨沟湾剖面DGS1层段粒度特征及其指示的全新世气候变化［J］.地理科学，2016，36（3）：448-457.
11	Liu X K，Lu R J，Jia F F，et al.Holocene water-level changes inferred from a section of fluvio-lacustrine sediments in the southeastern Mu Us Desert，China［J］.Quaternary International，2018，469：58-67.
12	Liu X K，Lu R J，Lü Z Q，et al.Magnetic susceptibility of surface soils in the Mu Us Desert and its environmental significance［J］.Aeolian Research，2017，25：127-134.
13	杨帆，靳鹤龄，李孝泽，等.中晚全新世毛乌素沙地东南部气候变化过程［J］.中国沙漠，2017，37（3）：431-438.
14	李想，苏志珠，韩瑞，等.风成沉积地层化学元素记录的毛乌素沙地气候变化［J］.冰川冻土，2019，41（3）：563-573.
15	尚媛，鲁瑞洁，贾飞飞，等.青海湖湖东风成剖面化学元素特征及其环境指示意义［J］.中国沙漠，2013，33（2）：463-469.
16	靳鹤龄，苏志珠，孙忠.浑善达克沙地全新世中晚期地层化学元素特征及其气候变化［J］.中国沙漠，2003，23（4）：32-37.
17	杨林海，赖忠平，周杰，等.光释光测年和孢粉分析揭示的晚冰期以来科尔沁沙地演化过程［J］.地理科学，2011，31（6）：695-701.
18	李宜垠，吕金福.松嫩沙地晚更新世以来的孢粉记录及古植被古气候［J］.中国沙漠，1996，23（4）：11-17.
19	王丰年，李保生，牛东风，等.毛乌素沙漠东南缘DGS1层段CaCO₃记录的全新世气候变化［J］.地球环境学报，2015，6（3）：145-153.
20	李想，苏志珠，马义娟，等.毛乌素沙地东南缘全新世气候不稳定性［J］.中国沙漠，2020，40（2）：109-117.
21	徐志伟，鹿化煜，弋双文，等.末次盛冰期和全新世大暖期毛乌素沙地的空间变化［J］.第四纪研究，2013，33（2）：218-227.
22	牛东风，李保生，魏建国，等.萨拉乌苏河流域MGS1 Rb和Sr记录的全新世千年尺度气候变化［J］.地球化学，2016，45（2）：155-163.
23	刘荔昀，鲁瑞洁，刘小槺.风成沉积物色度记录的毛乌素沙漠全新世以来气候变化［J］.中国沙漠，2019，39（6）：83-89.
24	Liu B，Jin H L，Sun L Y，et al.Winter and summer monsoonal evolution in northeastern Qinghai-Tibetan Plateau during the Holocene period［J］.Chemie der Erde-Geochemistry-Interdisciplinary Journal for Chemical Problems of the Geosciences and Geoecology，2013，73（3）：309-321.
25	Niu D F，Li B S，Du S H，et al.Cold events of Holocene indicated by primary elements distribution of the high-resolution sand dunes in the Salawusu River Valley［J］.Journal of Geographical Sciences，2008，18：26-36.
26	Lu Y X，Li B S，Qiu S F，et al.Millennial-centennial scales climate changes of Holocene indicated by magnetic susceptibility of high-resolution section in Salawusu River Valley，China［J］.Chinese Geographical Science，2010，20（3）：243-251.
27	陈渭南，高尚玉，邵亚军，等.毛乌素沙地全新世孢粉组合与气候变迁［J］.中国历史地理论丛，1993（1）：39-54.
28	马冀，岳乐平，杨利荣，等.毛乌素沙漠东南缘全新世剖面光释光年代及古气候意义［J］.第四纪研究，2011，31（1）：120-129.
29	刘海霞，李晋昌，苏志珠，等.毛乌素沙地西南缘灌丛沙丘沉积物的粒度和元素特征［J］.中国沙漠，2015，35（1）：24-31.
30	曹红霞，张云翔，岳乐平，等.毛乌素沙地全新世地层粒度组成特征及古气候意义［J］.沉积学报，2003，21（3）：482-486.
31	冯玉静，隆浩，黄银洲，等.毛乌素沙地东南缘全新世湖相地层石英和钾长石释光测年对比［J］.湖泊科学，2015，27（3）：535-547.
32	Liu X K，Lu R J，Jia F F，et al.The strategy and environmental significance of Neolithic subsistence in the Mu Us Desert，China［J］.Quaternary International，2020，574：68-77.
33	杨丹，庞奖励，周亚利，等.汉中盆地军王村黄土-古土壤剖面的色度特征及机理［J］.中山大学学报（自然科学版），2018，57（1）：93-101.
34	Lai Z P，Zöller L，Fuchs M，et al.Alpha efficiency determination for OSL of quartz extracted from Chinese loess［J］.Radiation Measurements，2008，43：767-770.
35	杨胜利，方小敏，李吉均，等.表土颜色和气候定性至半定量关系研究［J］.中国科学（D辑：地球科学），2001，31（B12）：175-181.
36	Ding Z，Lu R，Wang L，et al.Early-Mid Holocene climatic changes inferred from colors of eolian deposits in the Mu Us Desert［J］.Geoderma，2021，401：115172.
37	张娅璐，春喜，周海军，等.沙漠沙地风沙与湖相沉积物粒度判别方法及环境指示意义［J］.中国沙漠，2020，40（5）：1-9.
38	李勋光.农药在土壤中的分布：DDT、BHC量与土粒粒径、有机质量之间的关系［J］.土壤学报，1993，30（1）：88-93.
39	高尚玉，陈渭南，靳鹤龄，等.全新世中国季风区西北缘沙漠演化初步研究［J］.中国科学（B辑：化学生命科学地学），1993，23（2）：202-208.
40	冯玉静.毛乌素沙地东南缘沉积物光释光测年与环境变迁研究［D］.兰州：兰州大学，2015.
41	王攀，董秋瑶，巩雪娇，等.黄土高原-毛乌素沙漠过渡带靖边地区全新世土壤元素地球化学特征及其环境意义［J］.地球科学与环境学报，2020，42（5）：678-687.
42	刘振宇，靳鹤龄，刘冰，等.粒度特征揭示的中全新世以来毛乌素沙地演化过程［J］.中国沙漠，2019，39（1）：88-96.
43	杨小平，梁鹏，张德国，等.中国东部沙漠/沙地全新世地层序列及其古环境［J］.中国科学：地球科学，2019，49（8）：1293-1307.
44	张律吕.巴丹吉林沙漠全新世湖泊沉积记录及其演变机制探讨［D］.兰州：兰州大学，2019.
45	Xu Z W，Mason J A，Xu C，et al.Critical transitions in Chinese dunes during the past 12，000 years［J］.Science Advances，2020，6（9）：8020.
46	徐志伟，鹿化煜.毛乌素沙地风沙环境变化研究的理论和新认识［J］.地理学报，2021，76：1-23.
47	周亚利，鹿化煜，Mason J A，等.浑善达克沙地的光释光年代序列与全新世气候变化［J］.中国科学（D辑：地球科学），2008（4）：452-462.
48	杨利荣，岳乐平，弓虎军.呼伦贝尔沙地末次冰盛期晚期至全新世风成沙表面矿物特征及环境意义［J］.地理研究，2015，34（6）：1066-1076.
49	伏梦璇，于世永，吴金甲，等.巴丹吉林沙漠南缘高台盐湖记录的中晚全新世气候变化［J］.海洋地质与第四纪地质，2020，40（4）：192-203.
50	姜高磊，聂振龙，刘哲，等.巴丹吉林沙漠南缘冲洪积物的光释光年代及其水文学意义［J］.地球科学，2020（6）：1-18.
51	任国玉.中国东北全新世干湿状况的演变［J］.地质论评，1999，45（3）：255-264.
52	李取生.东北泥炭和沙地古土壤发育的对比与全新世干燥度变化［J］.科学通报，1993，38（12）：1109-1111.
53	Zhao Y，Yu Z C，Tang Y，et al.Peatland initiation and carbon accumulation in China over the last 50，000 years［J］.Earth-Science Reviews，2014，128：139-146.
54	An Z S，Porter S C，Kutzbach J E，et al.Asynchronous Holocene optimum of the East Asian monsoon［J］.Quaternary Science Reviews，2000，19（8）：743-762.
55	Dykoski C A，Edwards R L，Cheng H，et al.A high-resolution，absolute-dated Holocene and deglacial Asian monsoon record from Dongge Cave，China［J］.Earth and Planetary Science Letters，2005，233（1）：71-86.
56	Chen F H，Xu Q H，Chen J H，et al.East Asian summer monsoon precipitation variability since the last deglaciation［J］.Scientific Reports，2015，5：1-11.
57	Laskar J，Robutel P，Joutel F，et al.A Long-term numerical solution for the insolation quantities of the Earth［J］.Astronomy & Astrophysics，2004，428（1）：261-285.
58	鲁瑞洁，王亚军，张登山.毛乌素沙地15 ka以来气候变化及沙漠演化研究［J］.中国沙漠，2010，30（2）：273-277.
59	Ding Z Y，Lu R J，Lyv Z Q，et al.Geochemical characteristics of Holocene aeolian deposits east of Qinghai Lake，China，and their paleoclimatic implications［J］.Science of The Total Environment，2019，692：1-14.
60	李东，谭亮成，安芷生.我国季风区5 ka BP气候事件［J］.地球环境学报，2016，7（5）：468-479.

[1]	张小梅, 靳鹤龄, 刘冰. 末次盛冰期以来库布齐沙漠环境变化[J]. 中国沙漠, 2021, 41(5): 81-93.
[2]	石麟, 赵雨兴, 哈斯额尔敦null, 张萍, 许映军, 王卓然. 毛乌素沙地沙障环境下的沙丘迎风坡植被及土壤养分变化[J]. 中国沙漠, 2021, 41(5): 140-146.
[3]	樊瑾, 李诗瑶, 余海龙, 黄菊莹. 毛乌素沙地不同类型生物结皮与下层土壤酶活性及土壤碳氮磷化学计量特征[J]. 中国沙漠, 2021, 41(4): 109-120.
[4]	马永桃, 任孝宗, 胡慧芳, 刘敏, 孟琪. 基于地理探测器的浑善达克沙地植被变化定量归因[J]. 中国沙漠, 2021, 41(4): 195-204.
[5]	韩兰英, 张强, 马鹏里, 王有恒, 黄涛, 贾建英, 王鑫, 王小巍, 刘卫平, 李丹华, 卢国阳, 黄鹏程, 白冰. 气候变暖背景下黄河流域干旱灾害风险空间特征[J]. 中国沙漠, 2021, 41(4): 225-234.
[6]	王有恒, 谭丹, 韩兰英, 李丹华, 王鑫, 卢国阳, 林婧婧. 黄河流域气候变化研究综述[J]. 中国沙漠, 2021, 41(4): 235-246.
[7]	贺晓慧, 司建华, 赵春彦, 王春林, 周冬蒙. 西藏沙棘（*Hippophae thibetana*）潜在地理分布及其对未来气候变化的响应模拟[J]. 中国沙漠, 2021, 41(3): 101-109.
[8]	何远政, 黄文达, 赵昕, 吕朋, 王怀海. 气候变化对植物多样性的影响研究综述[J]. 中国沙漠, 2021, 41(1): 59-66.
[9]	王姣月, 秦树高, 张宇清. 毛乌素沙地植被水分利用效率的时空格局[J]. 中国沙漠, 2020, 40(5): 120-129.
[10]	周虹, 吴波, 高莹, 成龙, 贾晓红, 庞营军, 赵河聚. 毛乌素沙地臭柏*（Sabina vulgaris）*群落生物土壤结皮细菌群落组成及其影响因素[J]. 中国沙漠, 2020, 40(5): 130-141.
[11]	邓迪, 赵泽斌, 马媛. 基于GIS的柠条锦鸡儿（*Caragana korshinskii*）分布模型[J]. 中国沙漠, 2020, 40(5): 74-80.
[12]	许明静, 吕萍, 肖南, 杨军怀, 刘铮瑶, 冯淼彦, 梁准. 毛乌素沙地西北部植被覆盖对沙丘移动的影响[J]. 中国沙漠, 2020, 40(4): 71-80.
[13]	韩超, 肖生春, 丁爱军, 滕泽宇. 腾格里沙漠南缘青海云杉(Picea crassifolia)和油松(Pinus tabulaeformis)年轮记录的气候变化[J]. 中国沙漠, 2020, 40(2): 50-58.
[14]	李想, 苏志珠, 马义娟, 张彩霞, 柳苗苗. 毛乌素沙地东南缘全新世气候不稳定性[J]. 中国沙漠, 2020, 40(2): 109-117.
[15]	赵泽芳, 卫海燕, 郭彦龙, 栾文飞, 赵泽斌. 气候变化下的孑遗植物裸果木(Gymnocarpos przewalskii)适宜生境分布[J]. 中国沙漠, 2020, 40(2): 125-133.