内蒙古萨拉乌苏河米浪沟湾MIS5以来生态环境演变特征

1 区域概况
米浪沟湾位于毛乌素沙漠南缘的萨拉乌苏河流域 ， 跨于黄土高原和鄂尔多斯高原之间 ， 南缘与温带亚 、 、 ， － － 干旱晋 陕 甘区西北沿接壤 处于中温带干旱 半干旱区与南温带半干旱 半湿润区交错地带的西南段。 流域上游和下游分别具有黄土和风砂两种不同的地貌景观 。上游流域属黄土高原北部边缘的黄土高原 － 丘陵区。中下游流域属鄂尔多斯高原东南部洼地河谷区。 南端海拔 1300 余 m 向北呈微缓倾斜， 至与无 西、 东由黄土丘陵和梁地环绕的自南向北倾斜 定河交汇处的巴图湾海拔仅 1200 余 m。总体上生等 对米浪沟湾剖面大约 30 个年代分析及结果进行了详细讨论。 文中根据文献中 13 个 C 15 个 TL 年代和 1 个 OSL 年代进行米浪沟湾剖面年代模式建立 （ 图 2 ） 。 图 2 中表现出米浪沟湾剖 年代， 面年代模式具有很好的二次多项式关系 ： y = 0． 0372x2 + 0． 8295x + 1． 6221 ， Ｒ2 = 0． 9887
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第 29 卷
在我国季风区和非季风区的划分上 ， 萨拉乌苏河流域正好位于两者交界带。 现代多年平均气温为 6 7 月平均气温为 22℃ ， 7、 8 ～ 7℃ ， 极端最高气温 33． 5℃ ； 平均降水量 350 ～ 400mm， 极端降水量达 466mm， 月降水量占全年的 70% 左右。冬季， 该地区受蒙古 － 西伯利亚高压控制， 盛行偏北风， 降水稀少， 冬季风 ； ， ； 。 强且作用时间长 夏季 东南季风带来的湿润气流在本区产生大量降水 春季多有沙暴和尘暴
提 要： 通过对毛乌素沙漠南缘萨拉乌苏河流域米浪沟湾地层中有机质含量（ TOC ） 和饱和烃分布特征， 以及沉积物中碳酸盐碳氧同位素组成的分析， 讨论了该地区末次间冰期以来生态环境的演变特征和过程 。 MIS5 阶段为森林草原环境， 气候比较湿润， 河流径流量较大； MIS4 和 MIS2 阶段气候干冷， 以沙漠堆积为主， 但 MIS2 在 16． 9 － 18． 4kaBP 期间有一次持续大约 1． 5ka 的古环境适宜时期， 森林草原发育； MIS3 阶段气候温暖湿 森林草原环境， 湖泊发育； 全新世早中期总体上向干旱方向发展， 湖泊动荡短暂， 为较少森林的草原环境 。 润， 。 到晚全新世以沙漠沉积为主， 成为与目前生态环境相似的干草原环境 该地区的生态环境演变特征反映出主 但如果西风环流加强时期植被也相对发育 。 要受冬夏季风变化控制， 关键词： 米浪沟湾； 末次间冰期； TOC； 饱和烃； 碳酸盐碳氧同位素组成 中图分类号：S812 文献标识码： A
第 29 卷 第 1 期 2015 年 1 月
干 旱 区 资 源 与 环 境 Journal of Arid Land Ｒesources and Environment
doi：10． 13448 / j． cnki． jalre． 2015． 030
Vol． 29 No． 1 Jan． 2015
文章编号：1003 － 7578 （ 2015 ） 01 － 169 － 05
5 讨论
5． 1 TOC 特征
图 2 米浪沟湾剖面年代模式 Figure 2 Age model of Milanggouwan section in the Salawusu catchment in the south part of Mu Us Desert
湖泊沉积物中有机质主要来源于湖泊中的水生浮游植物 、 挺水植物、 沉水植物、 藻类生物， 以及陆源 C3 、 C4 、 CAM 植物有机质。在气候适宜的条件下， ， 水生生物和陆生植被繁盛 沉积物中有机质含量较高； 相 反， 沉积物中有机质含量较低。但是岩性特征对沉积物中有机质含量有较大影响 ， 较粗的沉积物不利于吸 附有机质， 造成了一种对有机质的" 稀释效应" 。米浪沟湾地层沉积物有机碳含量 （ TOC ） 在 ＜ 0． 01% － 2． 00% ， 由于沉积物粒度偏粗， 可能实际测定的沉积物有机质含量相对偏低 。 尽管如此， 从图 4 中还是非常 在温暖湿润时期的 TOC 含量相对较高， 与暖湿期湖沼相 明显地反映出与太阳辐射变化有明显的一致性 ， 发育一致。然而， 在 MIS2 中 16． 9 － 18． 4kaBP（ 10． 9 － 11． 8m） 层段有较高含量达 1． 68% ， 所属时期处于末 冰川面积增大、 气候寒冷。 米浪沟湾记录到 1500 次冰期最盛期之中。而该时期北半球各地降雨量减少、 ， B － A D － O 年左右的湖相沉积 这与末次冰期中 或者 事件可能没有直接关系。 从萨拉乌苏河源头陕西 ［13 ］ ［14 ］ 北部黄土高原较近的洛川黄土中无论是沉积物粒度 、 还是地球化学指标 Ｒb / Sr 等均没有发现在该时 段内有如此强烈而且事件较长的水动力增强事件 ， 表明米浪沟湾该段时期形成湖泊的水体与受季风影响 ［15 ］ 的陕北黄土高原可能无关。杨小平 发现在巴丹吉林沙漠地区大约在 31000aBP ，19000aBP，9000aBP 和 2000aBP 有 4 层雨量增加标志的钙质胶结层， 作者认为是西风环流在亚洲干旱区作用增强的信号 。 于 ［16 ］ 革等 认为在末次冰盛期西风带不仅位置向南移动 ， 其强度也有所增强， 影响范围东扩。 大气降水增加、 低温、 低蒸发作用有利于在我国西部形成相对冷湿气候 。 至于米浪沟湾 16． 9 － 18． 4kaBP 期间的湖相沉 积、 高 TOC 含量特征是否是西风带增强引起 ， 由于在周围地区未见有其它记录 ， 因此还需要做进一步的工 作。 5． 2 碳酸盐碳氧同位素组成特征 通常， 湖泊碳酸盐的氧同位素组成主要受到入湖径流 、 降水、 温度、 湿度、 大气 CO2 等的影响， 然而蒸 发 / 降水之间的水平衡对干旱 － 半干旱区封闭湖泊， 以及水体滞留时间较长的湖泊则起到更明显的作 ［17 ］ ［18 ］ 用 。对于以流 动 水 体 为 主 的 较 碱 性 淡 水， 沉积物中自生碳酸盐以方解石为主 ， 含量较低（ ＜ ［19 ］ 30% ） ， 碳酸盐碳氧同位素组成偏轻， 并且之间无相关性， 主要受径流水体氧同位素特征的影响 ； 而当水 体滞留时间增加、 或者水体迁移距离较远时， 水体中的氧同位素组成逐渐偏重 。
内蒙古萨拉乌苏河米浪沟湾 MIS 5 以来 生态环境演变特征
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1 1 2 2 2 4 Steffen Mischke3 ， 樊荣 ， 赵琦 ， 李保生 ， 温小浩 ， 牛东风 ， 张成君 （ 1． 兰州大学资源环境学院环境科学与工程研究所， 兰州 730000 ； 2． 华南师范大学地理科学学院， 广州 510631 ； 3． Institute of Earth and Environmental Science，University of Potsdam，Potsdam 14476 ，Germany； 4． 兰州大学地球科学与矿产资源学院， 兰州 730000 ）
图 1 萨拉乌苏河流域与米浪沟湾剖面位置 Figure 1 The location of Salawusu catchment and Milanggouwan section in the Inner Mongolia in China
积物中有机质饱和烃组分分析采用色质谱法 。样品在索氏抽提器中用二氯甲烷 － 甲醇混合液 （ v： v = 93 ： 7 ） 萃取 72h， 过滤分离萃取液。用正己烷沉淀沥青质， 过硅胶 － 三氧化二铝色谱柱进行族组分分离， 石油 苯萃取芳香烃， 酒精冲洗非烃组分。分析仪器为美国 Finnigan SSQ710 型色 － 质谱仪， 配置 醚萃取饱和烃， HP DB － 5MS 弹性石英毛细柱（ 30 m × 0． 25 mm × 0． 25 μm） 。 碳酸盐碳氧同位素组成分析采用质谱法 。从沉积物中提取出的小于 100 μm 沉积物样品。 在大约 1g 提取的样品中加入磷酸， 将前处理离线系统中反应产生的 CO2 气体收集、 纯化后转移至指状样品管中， 引 入 Finnigan MAT － 252 气体同位素质谱计双路进样系统进行分析。 采用 NBS － 19 标样进行分析误差控 制。所测得的结果采用 V － PDB δ 比值表示。样品分析误差小于 0． 3‰。
毛乌素沙漠处于现代冬夏季风过渡带 ， 目前沙漠化现象日趋严重， 生态环境成为该地区的主要环境问 ［1 ］ 题之一。孙继敏等 认为毛乌素沙漠至少在 50 万年前就已经形成， 在第四纪气候振荡的作用下，历经 " 沙漠 － 非沙漠" 的多次转变。冬季风强盛期间， 在大风与干早气候的耦合作用下 ，沙漠 － 黄土边界带的地 表风沙活动加剧， 沙漠 － 黄土边界带位置南移； 间冰期鼎盛时， 沙漠 － 黄土边界带北移， 温湿的气候使植 被覆盖度提高。在这种环境变迁过程中， 萨拉乌苏河流域沉积地层很好记录了古气候的演化 ， 连续的沉积 地层也成为了我国北方晚更新世以来的标准地层 ， 成为了国内外古环境研究的热点地区之一。 尤其是在 ［2 － 4 ］ ［5 － 9 ］ 、 、 河套人化石和萨拉乌苏动物群发现以来 ， 国内外众多学者对地层划分 古环境变迁 脊椎动物群 ［2 ， 10 ， 11 ］ ［2 ， 12 ］ ， 的演化 等进行了大量的工作。尽管米浪沟湾和滴哨沟湾已进行了一些孢粉分析研究 文中拟 通过对米浪沟湾末次间冰期以来地层中有机质含量 （ TOC ） ， 以及沉积物中有机质饱和烃、 碳酸盐碳氧同位 素组成的分析， 了解该地区河湖相水文变化、 有机质的来源和组成， 从而认识该地区末次间冰期以来的生 态环境演变过程。
2 样品采集及分析
2． 1 样品采集 37° 米浪沟 湾 剖 面 （ 108° 33' 05． 4″ E ， 45'47． 2″N） 位于萨拉乌苏河中游左岸的米 浪沟湾村东北 500m 处 （ 图 1 ） 。 剖面顶部 海拔 1290m 左右， 露出地层厚度约 83m， 包括全新统大沟湾组和滴哨沟湾组， 上更 新统城川组和萨拉乌苏组以及部分中更 ［3 ］ 新统离石 组 。 按 沉 积 剖 面 自 上 而 下 大 约每间隔 20cm 采集一个样品， 共采集 349 块样品。 地层厚度不足 20cm 时， 按单一 地层略着调 整。 该 剖 面 采 集 样 品 层 厚 大 约 52m， 共 85 个层序 6 种成因类型的沉 积， 为 0MD ～ 84S， 包括 1 层现代流动沙丘 37 层古流动沙丘砂、 3 层古固定 － 半固 砂、 、 15 、 定沙丘砂 层河流相 20 层湖沼相和 9 ［3 ］ 层古土壤（ 图 2 ） 。 2． 2 样品分析 TOC 分 析 采 用 重 铬 酸 钾 滴 定 法。 沉