毛乌素沙地东南缘L3 、S3 黄土-古土壤色度特征及古气候意义

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00118

摘要/Abstract

摘要：

通过对毛乌素沙地东南缘的榆林横山柳树峁剖面L₃、S₃黄土-古土壤地层等间距采集的229个样品进行色度分析，并通过与碳酸钙和全氧化铁（TFe₂O₃）含量的对比研究，以期揭示毛乌素沙地东南缘地区L₃、S₃黄土-古土壤的色度特征及其与气候变化的关系。结果表明：（1）亮度L^*和色调角h^*的峰值出现在风沙层（L₃F、S₃F），红度a^*、黄度b^*和饱和度C^*的峰值出现在古土壤层（S₃-1、S₃-2），黄土层（L₃-1、L₃-2）的各色度参数介于风沙层与古土壤层两者之间。（2）亮度 L^*受红度a^*和黄度b^*的影响较大，而受碳酸钙含量影响微弱。红度a^*和黄度b^*表现出一致性变化，具有良好的相关性，且与TFe₂O₃含量密切相关。（3）柳树峁剖面L₃-S₃层段色度参数指标记录了L₃黄土堆积时期存在一个极冷期、两个较冷期和一个暖期，S₃古土壤发育时期存在两个暖期和一个冷期。

关键词: 色度, 黄土-古土壤, 气候变化, 毛乌素沙地

Abstract:

By analyzing the chromaticity parameters of 229 samples sampled at equal intervals from the L₃ and S₃ loess-paleosol strata of the Liushumao section in Hengshan area where in the southeast margin of Mu Us Sandy Land， and combining with the content of calcium carbonate and total iron oxide （TFe₂O₃）， a comparative analysis was carried out in order to reveal the chroma characteristics of L₃ and S₃ loess-paleosol and its relationship with climate change. The results showed that：（1） The peaks of brightness L^* and hue angle h^* appeared in the aeolian sand layer （L₃F， S₃F）， the peaks of redness a^*， yellowness b^* and saturation C^* appeared in the paleosol layer （S₃-1， S₃-2）， and the chromaticity parameters of the loess layer （L₃-1， L₃-2） were between the aeolian sand layer and the paleosol layer. （2） Brightness L^* was greatly affected by redness a^* and yellowness b^*， but weakly affected by calcium carbonate content. The correlation between redness a^* and yellowness b^* is well， and showed consistent changes， and they were closely related to the content of total iron oxide. （3） The chromaticity parameters of L₃-S₃ layers in Liushumao section recorded that there was an extremely cold period， two colder periods and a warm period in L₃ loess accumulation period， and there were two warm periods and a cold period in S₃ paleosol development period.

Key words: chroma, loess-paleosol, climatic change, Mu Us Sandy Land

中图分类号:

P532

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图/表 10

图1 研究区地理位置及采样点位置红色方块为本文剖面位置；灰色方块（YL：榆林；SM：石峁）为已发表的剖面；流动沙地、半固定沙地以及固定沙地数据来自中国科学院西部环境与生态科学数据中心

Fig.1 Geographic location of the study area and sampling point location

表1 柳树峁剖面L3 -S3 层段地层特征描述

Table 1 The stratigraphic characteristics of the L3-S3 layers in Liushumao section

地层	厚度/m	地层特征描述
L₃-1	14.0	极细砂质黄土，灰黄色，较为疏松，存在裂隙和孔洞，垂直节理发育，质地均一，稀疏可见分布有碳酸钙结核
L₃S	1.3	极细砂质古土壤，灰黄略发棕色，团块状结构，粒度较上一层偏细，质地较为紧实，土块中可见有暗色斑点，为发育弱的古土壤
L₃-2	1.3	极细砂质黄土，灰黄色，较为疏松，存在裂隙和孔洞，垂直节理发育，质地均一，土壤粒径较上一层偏粗
L₃F	2.0	极细砂-细砂风沙层，灰黄色沙层，颜色较浅，颗粒较粗，非常松散
S₃-1	0.6	含细砂-极细砂质古土壤，黄褐色-浅红棕色，颗粒较细，成壤特征强，质地紧实坚硬，主要呈棱柱状、团块状结构，含少量铁质胶膜
S₃F	0.7	细砂-极细砂风沙层，黄棕色沙层，颗粒较粗，质地较为疏松，比较松散
S₃-2	2.9	含细砂-极细砂质古土壤，黄褐色-浅红棕色，团块状结构，颗粒较细，成壤明显，质地紧实坚硬，主要呈团块状结构，有黑色斑点和碳酸钙结核

图2 柳树峁剖面地层年代与其他剖面对比榆林剖面引自文献［27］；石峁剖面引自文献［28］；黄土-古土壤序列时间标尺引自文献［29-30］

Fig.2 Comparison of stratigraphic age of Liushumao section with loess sections in other regions

图3 柳树峁剖面L3-S3层位中值粒径、磁化率值与其他气候代用指标对比A、B：柳树峁剖面；C、D：石峁剖面［28］；E：靖边剖面［31］；F：灵台剖面［32］；G：深海氧同位素记录［33］

Fig.3 Compared with the median size and magnetic susceptibility values of L3-S3 layers in Liushumao section with other climatic proxies

表2 柳树峁剖面L3 -S3 层段色度参数垂直变化特征

Table 2 Vertical changes of parameters for the L3-S3 layers in Liushumao section

层位

L^*

a^*

b^*

h^*/（°）

C^*

L₃-1

范围

63.26~68.19

65.97

2.59~3.96

3.25

10.89~14.01

12.47

73.13~76.99

75.41

11.19~14.48

12.89

平均值

L₃S

范围

63.09~65.33

63.97

3.46~3.99

3.78

12.01~13.24

12.72

72.98~74.21

73.44

12.50~13.83

13.27

平均值

L₃-2

范围

64.56~65.92

65.25

3.11~3.49

3.27

11.73~12.65

12.13

74.39~75.43

74.94

12.14~13.12

12.56

平均值

L₃F

范围

68.02~74.86

70.42

1.53~2.94

2.47

9.02~12.89

11.40

76.74~80.65

77.85

9.15~13.22

11.67

平均值

S₃-1

范围

60.76~64.51

62.71

4.22~5.65

4.86

13.57~14.81

14.01

69.12~72.73

70.92

14.21~15.85

14.83

平均值

S₃F

范围

63.51~67.23

65.40

2.92~3.82

3.47

10.74~12.78

11.93

73.10~74.79

73.83

11.13~13.34

12.43

平均值

S₃-2

范围

58.58~68.33

62.35

3.13~6.08

4.89

11.31~15.17

13.84

68.16~74.53

70.63

11.74~16.34

14.68

平均值

图4 柳树峁剖面L3-S3层段色度参数、TFe2O3、CaCO3含量和平均粒径Mz变化曲线

Fig.4 Variation curves of chromatic parameters， TFe2O3， CaCO3 contents and mean size for the L3-S3 layers in Liushumao section

表3 柳树峁剖面L3 -S3 层段色度参数与TFe2O3 、CaCO3 含量及平均粒径 Mz 的相关性（ n=229）

Table 3 Correlation between chromaticity parameters and TFe2O3， CaCO3 contents and mean size for the L3-S3 layers in Liushumao section （ n= 229）

	TFe₂O₃	CaCO₃	M_z	L^*	a^*	b^*	h^*	C^*
TFe₂O₃	1
CaCO₃	0.38^**	1
M_z	-0.90^**	-0.45	1
L^*	-0.86^**	-0.13	0.79^**	1
a^*	0.67^**	-0.11	-0.59^**	-0.87^**	1
b^*	0.64^**	-0.05	-0.58^**	-0.73^**	0.89^**	1
h^*	-0.67^**	0.06	0.61^**	0.90^**	-0.98^**	-0.79^**	1
C^*	0.65^**	-0.07	-0.59^**	-0.77^**	0.93^**	0.99^**	-0.84^**	1

图5 柳树峁剖面L3-S3层段亮度L*与红度a*、黄度b*之间的线性关系

Fig.5 Linear relationships among L*， a* and b* for the L3-S3 layers in Liushumao section

图6 柳树峁剖面L3-S3层段沉积物a*、b*、h*与TFe2O3含量之间的线性关系

Fig.6 Linear relationships among a*， b*， h* and content of TFe2O3 for the L3-S3 layers in Liushumao section

图7 柳树峁剖面L3-S3层段色度参数同其他古气候记录对比A~C：柳树峁剖面；D：兰州西津黄土［18］；E：NorESM-L模拟的华北地区夏季降水距平［45］；F：三宝洞石笋［45］

Fig.7 Comparison of chromaticity parameters for the L3-S3 layers in Liushumao section with other paleoclimate records

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毛乌素沙地东南缘L₃ 、S₃ 黄土-古土壤色度特征及古气候意义

Chroma characteristics and its paleoclimatic significance of L₃ and S₃ loess-paleosol in the southeast margin of Mu Us Sandy Land

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