鄱阳湖南矶山湿地植硅体沉积分布特征及气候反演_胡克龙.pdf

收稿日期:2022 07 20;修订日期:2022 09 19作者简介:胡克龙(1997)，男，硕士研究生，研究方向为河湖健康评价。基金项目:江西省教育厅科技项目(GJJ180927);江西省科技厅项目(20212BDH81002，20202BBGL73094);江西省“双千计划”资助项目(JXSQ2019201021);江西省研究生创新计划资助项目(YC2021 S806)。*通信作者:计勇(1979)，男，教授，研究方向为生态水利工程理论与技术。E mail:Jiyong nit edu cn。第 41 卷第 1 期2023 年 2 月江西科学JIANGXISCIENCEVol 41 No 1Feb 2023doi:1013990/j issn1001 3679 202301015鄱阳湖南矶山湿地植硅体沉积分布特征及气候反演胡克龙，计勇*，刘星辰，史艳萍，蔡高堂，张洁(南昌工程学院水利与生态工程学院，330099，南昌)摘要:为揭示南矶山湿地植硅体沉积分布特征并反演气候变化过程，通过采集沉积柱状样和 17 处表土样品，基于210Pb 放射性元素测年建立了沉积芯年代序列，提取并分析了表土和沉积柱中植硅体组合分布特征。结果共鉴定出植硅体类型 19 类，其中表土中主要代表类型是示暖型的扇型、方型、长方型、哑铃型和示冷型的尖型、平滑棒型等，其平均占比分别为 2443%、11 21%、9 85%、6 95%、6 50%、8 82%。柱状样沉积物测年共计 74 a，沉积柱中代表类型是示暖型的方型、长方型、扇型，示冷型的帽型、尖型、平滑棒型等，其平均占比分别为7 20%、1041%、2081%、7 69%、7 71%、8 62%。沉积样中示暖型植硅体平均占比66 19%，示冷型植硅体平均占比 31 65%。结合气候温度数据，气候温暖指数 Iw与干旱指数 Iph结果表明南矶山近百年温度呈升高趋势，环境经历了由湿润到干燥再到湿润的变化过程。构建的南矶山湿地沉积植硅体 气候因子转换模型表明，南矶山湿地近百年气候环境特征可以分为 3 个阶段，19452003 年，气候环境温凉湿润，20032012 年气候环境温暖偏干，20122018 年气候环境温暖湿润。关键词:南矶山湿地;植硅体;沉积特征;气候反演中图分类号:P532;Q914文献标识码:A文章编号:1001 3679(2023)01 080 07Phytolith Deposition Distribution and Climate Inversionin Nanjishan Wetland of Poyang LakeHU Kelong，JI Yong*，LIU Xingchen，SHI Yanping，CAI Gaotang，ZHANG Jie(School of Hydraulic and Ecological Engineering，Nanchang Institute of Technology，330099，Nanchang，PC)Abstract:In order to reveal the sedimentary distribution characteristics of phytolith in Nanjishan wet-land and reverse the climate change process，the sedimentary column sample and 17 topsoil sampleswere collected，and the sedimentary core chronological sequence based on210Pb radioactive elementdating was established，and the phytoliths were extracted from the samples and their distributioncharacteristics of combination were analyzed in this paper The results showed that a total of 19 phy-tolith types were identified The main representative types in topsoil were fan type，square，rectan-gle，dumb bell of the warm types and point，smooth elongate of the cold types，which accountedfor 24 43%，11 21%，9 85%，6 95%，6 50%，8 82%，respectively Columnar sedimentswere dated for 74 years，and the representative types in sedimentary column were Square，ectan-gle，Fan type of the warm types and Trapezoid，Point，Smooth elongate of the cold types，whichaccounted for 7 20%，10 41%，20 81%，7 69%，7 71%，8 62%，respectively The average pro-portion of warm phytoliths was 66 19%and that of cold phytoliths was 31 65%Combined with cli-mate temperature data，climate warmth index(Iw)and drought index(Iph)results showed that thetemperature in Nanjishan has been increasing in the past 100 years，and the environment has experi-enced a change process from humid to dry and then to humid The constructed deposited phytolith climate factor conversion model of Nanjishan wetland showed that the climatic environment character-istics of Nanjishan Wetland during the past 100 years can be divided into three stages:the climaticenvironment was cool and humid from 1945 2003;the climatic environment was warm and aridfrom 2003 2012;the climatic environment was warm and humid from 2012 2018Key words:Nanjishan wetland;photolith;sedimentary characteristics;climate inversion0引言植硅体是高等植物通过其输导组织输送根系吸收的可溶性单硅酸，在细胞内或细胞间隙形成的非晶质二氧化硅矿物质1 2。植物腐烂后，植硅体沉积在土壤中，其具有稳定的物理化学性质、量大分布广、原地沉积等特征，可较好地反映植硅体沉积时期的气候和环境的变化3。在恢复古气候、古植被方面，植硅体分析可作为一种重要手段使用，对其形态、大小、分布组合特征等进行分析是恢复古环境的重要途径，可以为古气候、古植被的研究提供重要信息4。植硅体形态和大小与温度、环境湿度及不同环境下的植被类型关系密切，导致植硅体组合不同，研究者们根据我国现代表土植硅体的空间分布状况，定性出示冷型植硅体和示暖型植硅体5 6。两类特征植硅体的出现可以定性反映植硅体沉积时期的气候条件，运用温暖指数和干旱指数可半定量反映剖面的冷暖和干湿状况7，但结果并不能较精确地反映古环境的状况。当前，利用植硅体组合带及现代气候参数建立转换函数模型是恢复古气候的常用方法，结合年代序列测定，可准确地推测植硅体沉积年代及其对应的古气候状况8，研究结果对于古气候的重建具有重要意义。目前，对于鄱阳湖区域植硅体的探讨，大多集中在古气候环境变化及其环境指示意义的研究上，而对于该地区利用植硅体转换函数定量重建古环境、古气候的报道较少9。本文以鄱阳湖南矶山湿地为研究对象，研究南矶山湿地中植硅体组合分布特征，构建植硅体 气候因子转换模型，结合植硅体气候指数，定量探讨该区近百年的气候环境变化规律，进一步丰富鄱阳湖沉积物中植硅体所反映的气候环境特征及其指示意义的资料。1研究区域及方法1 1区域概况如图 1 所示，南矶山国家级湿地自然保护区位于鄱阳湖西南部，北纬 285221 290646、东经 1161024 1162350，是赣江入鄱阳湖的三角洲水域10。南矶山自然保护区隶属南昌市新建县，全区总面积 3 33 万 hm2，因受湿润季风气候的影响，该地雨量丰沛，多年平均降雨量可达到 1 500 mm，植被多为亚热带常绿阔叶林，降水季节性变化明显，湖泊、洲滩等纵横交错，水陆交替显现11。图 1南矶山湿地采样点分布图1 2样本采集结合南矶山湿地的地理、地貌及交通等特征，并综合考虑到人为干扰、取水、排污口等，本研究于 2019 年 3 月在研究区内的战备湖、常湖、南深湖、北深湖、上北甲湖、下北甲湖及三水汇集处设置采样点(见图 1)，共收集 17 处表层土样(记为B)和 1 处 40 cm 深的上北甲湖沉积柱状样(记为S)。沉积柱状样在野外按 1 cm 间隔进行分层。18第 1 期胡克龙等:鄱阳湖南矶山湿地植硅体沉积分布特征及气候反演1 3理化性质选取分层好的柱状样，观察每层的土壤性质，测定其中的总有机碳含量(TOC)、pH 及氧化还原电位。分层土壤中的总有机碳含量测定方法采用重铬酸钾容量法 外加热法，pH 及氧化还原电位的测定采用电位法，利用雷磁 PHS 3C 数显台式pH 计实现12。1 4植硅体分析采用湿式灰化法提取样本中的植硅体，并借助 Olympus BX43 光学显微镜放大 400 倍观察，至少统计 200 粒植硅体13。在进行植硅体分析前，参考王永吉等13 对于植硅体的分类命名及ICPN1 0(International Phytolith Code Nomenclature1 0)的命名建议，对样本中提取观测到的植硅体进行命名。1 5年代测定采用放射性核素(210Pb、137Cs)测定比活度累积量。用 CS 模型计算沉积年代14 15，计算公式如下16 17。柱状样本分层的年代学计算表达公式:t=1lnChC0(1)式中:Ch为柱状分层样本在一定深度的210Pbex比活度累积值(Bq/cm2);C0柱状分层样本210Pbex总累积值(Bq/cm2);为210Pb 衰变常数(0 031 14)。每层的比活度累积量通过下式计算:Ch=C P T 11 000(2)其中:C 为 h 层比活度(Bq/kg);P 为 h 层干密度(g/cm3);T 为 h 层的厚度(cm)。因此质量沉积速率 S 为:S=bt(3)1 6数据分析数据记录、处理采用 Microsoft Excel 2010、Or-igin 2018、CoreDAW X8 等软件进行，并使用SPSS 软件进行多元统计分析，以对实验数据进行进一步的分析解释。研究区图使用 ArcGIS10 2进行绘制。气象资料来源于中国气象科学数据服务平台。2植硅体分布特征2 1沉积样年代分析根据沉积柱 S 的测定结果，210Pbex比活度垂直剖面分布及对应年代关系如图 2