全 文 ：第18卷第4期
1 9 9 8年 7月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1．18，NO．4
Ju1．， l998
烧失量数值波动对北京地区过去
1 气候和环境的特征响应
(中国科学院遥感应用研究所 北京 100101)
五 蟹 杜乃秋
(中国科学院植物研究所 北京 100093)
摘要 通过对北京地区房山东甘池剖面所取的197十样品的烧失量测定．结合“C测年 剖面岩性特征盈孢粉
序列分析．初步回菩丁烧失萱作为沉积物有机质古量的代用指标，其数值波动对北京地~_1500Oa以来环境
变迁和气候变化的特征响应．同时针对房山东甘池剖面的6十带的烧失量变化特征．提出其在反映气候异常、
沉积物地貌单元等的意卫，从而为更好地重建过去气候和环境提供依据．
关键词：盐兰垦 壅笪垫型亘．整圭 垄； 堡堑堑．
THE RESP0NDENCE 0F L0SS一0N—IGNIT10N RANGE T0
PAST CLIM ATE AND ENVIR0NM ENT IN BEIJING
Zhang Jiahua
(1mtitute ofRemote Sen．~ng Application~．Academia Sinlca．B ng，lOOlOl，China)
Kong Zhaochen Du Naiqiu
(1nst~ute Botany，Academia Sinlca，B 曲 g，100093，China)
Abstract The loss—on—ignition(LOI)at 600℃ of 197 samples obtained from a 820 em pro
file at Dongganchi of Fangshan in Beijing．Accorrding to the continuos records of LOI，with
the pollen analysis，the profile lithology，and C radiocarbon dating，the respondence of
LOI range to past climate and environment since 1 5000 aB．P in Beijing was discussed．In
the meantime，to understand the characteristics of LOI range of six zones in Dongganchi
profile，the indications of LOI range to abrupt climate event and sediment landf0rm unit
were considered．This gives a basis to reconstruct past climate and past environment．
Key word8： loss—on—ignition，Dongganehi profile，Paleo~climate and Paleoenvironmet．
8O年代以来，全球环境变化影响下的陆地生态系统研究 日益引起国际上的广泛关注 ，其中 IGBP和
EOS(对地观溟I系统)中又特别强调了陆地生态系统中过去全球变化研究的重要性，专门设立PAGES项
目。过去的气候和环境变化均受到地球系统中物理、化学和生物等过程的影响．其中许多变化又可以从海
洋、陆地、湖泊、冰川、古土壤等记录中获得依据，从而在时间和空间上重建过去环境和生态环境状况。烧失
* 国家 自然科学基金资助项 日(39470132．49571066)．中国科学院古生物与古^类学科基础研究特别支持珥 目
SAPPAS 9214．
收稿日期：1996-07-18．修改穑收到 日期：l996 12 15．
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生 态 学 报 18卷
量是对高温燃烧之后土壤有机质的损失量(1oss On—ignition)的测定 近年来的研究表明，通过对地层剖面
的有机质损失量的测定 ，可 反映出过去气候和环境状况 。固而烧失量的数值披动所对应的环境状况和气
候特征具有明显的指示意义 在一定程度上烧失量和其他古环境记录标志将为人们更准确地恢复过去环
境变化提供依据 。
1 区域概况
北京地处华北地台燕山沉降带，地形起伏多变，在山麓沉积了以砾石为主的山麓相和急流相 组成山
地的基质主要是石灰岩，发育的土壤有棕壤和古红壤}平原海拔3o～50m，发育有古红壤和冲积土，平原河
流众多，并有一定面积的沼泽。
本区属暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，年平均气温为l0～11_c。最玲月
1月均温一4．7_c，最热月7月均温26．1℃ 年降水量500～700ram，降水季节分配不均，6～8月降水量占全年
的70 以上，且年际变率大，夏季降水集中，多暴雨且易发生山洪、泥石流等灾害。
2 工作方法
采样点位于北京房山县长沟镇东甘池(39。32 N，115。47 E)，地表层主要是晚更新世或末次冰期以来形
成的松散沉积物，在山前洼地和古河道中发育有丰富
的埋藏型泥炭和淤泥沉积f在山前和平原中的台地顶 加
部发育有1～2m厚的风积物 t类似黄土沉积t其中夹1 1825士l85
． 100
～ 2层古土壤 ，中、下部为一套湖?召相粉砂、淤泥和泥炭 24004-80 0
沉积，沉积纹理清晰。野外剖面揭露挖掘厚度为8．2m， ⋯
实验室共取样197块，间距为2cm，分别做烧失量测定 200
(600℃)和孢粉分析。
烧失量测定是将样品先经100c下烘干后称重 ，之
后将样品放人马福炉 中控制温度600℃，时间为Bh 然 300
后通过下式 }P 一 (G-占)／(G—A)×100 (P为烧 350
失量，G为坩埚重一100】c下烘干样重．A为坩埚重，占
为600_c下烘干样重+坩埚重)。依烧失量结果作出剖 ⋯
面饶失量变化曲线图 “c测年共取样l1块，深度从800 萎 4．50
～100cm，然后通过插值确立每一剖面深度样品与 ‘C 。 趵士 如。 5D口
年龄的对应。孢粉统计分析在显微镜下进行 ，统计结果 10180：i：250-鞋
辅人计算机井应用Tilia软件成图a 11o2o士580
．
”
3 结果与讨论 11470~E250- 600
通过对82O唧 剖面岩性分析、烧失量测定、 C测 15350：[：310．
650
年以及孢粉统计结果分析见表1 图l给出东甘池剖面 13130：i=370．
烧失量的数值波动 曲线 。 13730：1：~65． 700
本次实验对197个样品做了有机质烧失量的测定， 0
~6ooc 6h的条件下，燃烧的绝大多数是有机质．由于 ‘ 。。士。 。’
有机质的元 素主要由 c、H、N、O、S等组成 当植物有 ∞。士‘ 。’ 肋。
机体死亡后受到微生物的作用，使植物残体经缓慢的 850
素不断积 聚而明显地增加，氢、氧和氯的含量逐渐减 图 北京房山东甘池剖面烧失量
少。因此有机碳的含量可代表有机质的含量 沉积物中 Fig, Lo s-on-ig叫no“‘ ¨ ∞ ’ ‘ ⋯ a吕 m
有机碳含量与烧失量呈现一致的变化关系 A．莱尔曼 “ ’ 竺 rich Be ng
研究美国明尼苏达湖不同类型沉积物有机碳含量与烧 I兰 烧失量数值放大 倍
失量测量结果 ．表2 L0ss一曲一ignition×5 time
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4期 张佳华等：烧失量数值波动对北京地区过去气候和环境的特征响应 345
表1 东甘池剖面岩性、 测年、饶失量、孢粉厦植被和气候特征分带表
Table 1 The depth， ‘C radicarbon dating，LOI，polen assemblages，veget8tt0n 蛆 d
climate change in six zones from Dongganchi profile
3 烧失量反跌 同的环境和气候特征 在6个带中，气候特征的变化较明显地表现在烧失量的变化上
【带中烧失量平均为7·j4 ，而这一时期的气候为干净
。干燥的气候条件下，降水量较步，土壤湿度低 ，目
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346 生 态 学 报 18卷
衰2 美国明尼苏选湖沉积物中有机质含量与烧失量
Table 2 Contents of organic matter and weight loss—on-iginltion of the sediment
in the Minnesota inke，USA
作者注t引自A．莱尔曼l湖泊的化学地质擘和物理学，．I~rman．A．LekesChemistryGe~ogy Physl∞．
币有机质的分解速率大于积累速率，烧失量呈现低值．而在 I带中虽然气候仍然寒玲，但由于湿润的气候
条件，水生植物增多，沼泽相广泛发育，因而有机质积累增多，明曼地呈现出烧失量的高值，最高值达到了
55．91 ．而且约有1o样品的烧失量均在40 以上．平均达到29．56 ．为本剖面的最高值．以后由于水分条
件的变化．使得有机质的积累下降，烧失量始终没有达到10 。呼伦湖的研究也表明了半干旱区谈水一半咸
水半封闭湖中，湿润条件对应于有机质丰度的提高_1]。M．M．科诺诺娃认为．微生物在土壤温度为20～
30"C，湿度达到60 ～80 时，活动能力强·不是或超过这种水热状况时，微 生物活动能力逐渐减弱嘲。
Raimpino M R在讨论岩芯中有机碳分布与古气候波动的信息时，得出有机碳含量的低值与较寒冷相对应
的结论 ]。黄麒等在讨论柴达术盆地察尔汗盐湖古气候波动时得出了有机碳相对古量高阶段代表相对温
湿的气候环境．而低剥代表相对干冷的气候_．]．巴里坤湖研究表明气候发展阶段不同 有机质累积与气候
指标明显差异。气温高，植被生长茂盛．其残体积累增多，这样有机质古量就增多}气温低．不利于植物生
长，进而导致有机质古量的下降阱．白光润从分析 中国东部和 日本1万年来的干湿变迁，对泥炭分布影响
后，建立了泥炭形成的水热系统指数关系式“】 z一5．7K+12一丁( 为湿润系数 ．丁为≥10"C期同平均气
温)．由上可见．烧失量的高低与气候有多种对应关系。湿润的环境是有机质富积的最重要的条件，从温度
来看，高温和寒玲都有有机物的积累．
3．2 烧失量指示气候异常和突变性气候事件 笔者在研究东甘油剖面中已结合多种指标初步确定了气
使异常的存在，其中有机质的损失量作为重要的依据啪。在 I带中烧失量最低值仅为7．51 ，而且从14100
~14000aB．P．烧失量的平均值低于15 ，对东甘池剖面地球磁场特性的研究也表明，此时出现近似于哥越
堡漂移(gothenburg drift)相对应的事件“]，而且此时的气候异常，呈现为更加干玲 的气候特征．在 Ⅳ带中
的10620~10310aB．P，烧失量平均仅为4．“ ，最低为3．37 ，低于前后几个样品的值。因此推知．此段气
候特征可能与气候突变事件新仙女木期相对应(younger dryas)，新仙女木期是一个全球性的百年尺度的
气候寒玲事件。最早发现在挪威剖面上出现有耐寒的植物八瓣仙女木(Dry~时叫 “ )。在 V带中
5770aB．P和4560aB．P，前后均出现了烧失量的极低值，亦可解释为高温期(climatic optimum)的突然降温
事件。Levesque等人对加拿大的st湖泊的比较研究中，证明了气候异常年代中烧失量(LOI)均有显著的
碱步 I¨]．北京颐和团昆明胡1000aB．P前后的干玲期研究中．烧失量也出现明显的低值口 。新疆艾比湖沉积
橱6”c异常反映出两起低温事件1000aB．P和500aB P在 LOI上也有两个相应低值。
3．3 烧失量指示泥炭发育阶段和泥炭积累的中断 本剖面中泥炭积累阶段从14700~I3170aB．P，此时的
烧失量平均为29．56 ．最高达到55．9l ．剖面岩性可明显看出黑色的泥炭层。但在泥炭层中却出现了明
显的灰白色夹层．有两个异常值分别为14060aB．P和13520aB．P．其岩性颜色为灰白色，在黑灰色 的泥炭层
中形成一明曼的夹层．其中烧失量分别只有9．07 和7．51 ．反映出泥炭积累的中断。对东北地区的泥炭
税累分析得知湿度增加．有机质积 累增大，山区的山麓地带上的泥炭地 向西扩展到松辽平原东 部．而
25000a．B．P-气候变暖变干．台地和山麓地带上的泥炭向东撤退，呈现减少和中断的状态 ．
3+4 烧失量反映沉积物 的地貌特征和区域地貌单元变化的特征 从剖面分析看 ，东甘池剖面海拔高程
41m，剖面处于北京西山山前两洪积扇的扇间，上游且有一台地泉。这样 ．东甘池剖面劓处于一流水地貌中。
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4期 张佳华等 ：烧失量数值波动对北京地区过去气候和环境的特征响应 347
在泥炭形成期中，此处可能为一扇间洼地，沉积物易于积累，但随着有机质的积累，洼地逐渐被填平 。这样
沉积物中有机物的积累减步，从 6十分带中可知 ，除 I带中烧失量平均值高于2O ，其他5个带的均值低于
10 。本来从9600aB，P以后，随着气温升高。植物残体积累增多，应当有较高的烧失量值，但结果却明显地
显示出烧失量的低值。柴岫认为，泥炭沼泽中有识水并处于停滞状态。造成水质的毒化，对微生物活动极其
不利，泥炭积累加强 流动的水，有新鲜氧的不断供给，则不利于有机物的积累0·。一般认为排水良好通畅
时温度升高 ，有机质分解增强。排水不良时，温度升高，有机质分解下降。由此可从烧失量中判断有机物积
累状况，进而可了解沉积物的地貌特征 ，同时依烧失量数值的波动，可判断区域地貌单元的变化状况。
3．5 烧失量反映植被生长状况及胡沼生产力状况 本剖面在14700~1 3170aB．P，曾出现有广泛发育胡沼
相，从当时泥炭积累状况和烧失量的反映来看，当时，植被中沼生植物十分繁盛 。这也可从这一带中的大量
水生、沼生的植物花粉出现略见一斑。大量的植物提供了丰富的有机物来源，使之大量堆积形成泥炭 。巴里
坤潮研究表明孢粉浓度高，木本植物孢粉增多的冷湿期。有机质总量有明显的增加。Wetzel认为湖泊沉积
物中有机化台物主要来源于微生物，幸免于微生物侵蚀的浮游动植物残体和排泄物 及从沿岸带和陆地
输入的有机物。这些来源的有机质相对量取决于湖泊形态与生产力，小而浅的潮泊，其有机质可能主要来
源于沿岸带 ]，这样看来。有机质含量多少反映了湖泊的生产力状况。Keh也认为沉积物中有机碳的含量
多寡不仅取决于陆源有机质输入量 ，而且与潮泊自身的初始生产力有关0 。West认为，水生类型花粉的数
量波动反映出湖泊里水生演替系列的连续填充和湖水面的小的变化，沉积物类型、有机质含量和水生类型
花粉数量有一很好的对应关系 。
4 结论
4．1 烧失量变化反映沉积物中有机碳含量变化 ，进而反映沉积物中有机质含量变化 烧失量变化与气候
有多种对应关系。一般湿润的环境是有机质积累最重要条件 ，高温和寒冷情形也都有有机物的积累。
4．2 烧失量的波动不仅可 指示气候变化和环境特征，也可显示气候异常和突变性气候事件。同时可反
映沉积环境的植被生长状况和沼泽相中初级生产力。再者依北京东甘池剖面的特殊地貌单元，烧失量的数
值亦可间接反映沉积物的地貌单元变化特征。
4．3 应当指出，烧失量的数值波动只是从一十侧面反映过去环境和过去气候特征。由于其本身数值变化
影响因素很多 ，因此在更准确地恢复和重建古气候、古环境时必须结合其他古环境记录一起来讨论。
参 考 文 献
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6 白光润 从泥炭分布的演化过程分析中国末部和 It车一万年来的干湿变迁．地理科学，1995，15(1)：3o～38
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