全新世海平面波动与三角洲演化驱动下日本西部宍道湖盐度变化的硅藻与硅鞭毛虫记录

本研究针对日本西部宍道湖地区，通过HK19岩芯的硅藻和硅鞭毛虫等硅质微体化石分析，重建了全新世以来由海平面波动、三角洲进积和气候变化共同驱动的水体盐度与地貌演变历史，揭示了从河口、海湾到湖泊的完整环境演变序列，为理解沿海生态系统对自然与人类活动的响应提供了高分辨率古环境档案。

　　

在日本西部的岛根县，坐落着著名的宍道湖。这片如今以夕阳美景著称的湖泊，其形成和演变历史却深深烙印着地球环境变化的痕迹。全新世（约11700年前至今）以来，全球海平面经历了显著波动，这对沿海地区的环境产生了深远影响。位于日本海沿岸的宍道湖和出云平原地区，作为典型的溺谷海岸，其演化过程更是受到相对海平面变化、河流三角洲发育以及人类活动的共同塑造。然而，尽管前人对该区域的地质演化已有一些研究，但大多局限于沉积结构或地球化学分析，对于能够直接指示古环境条件，特别是水体盐度变化的微体化石证据，尤其是高分辨率的硅质浮游植物（如硅藻和硅鞭毛虫）记录，仍然较为缺乏，这使得对该地区全新世环境演变细节和驱动机制的理解存在空白。

为了更精确地重建出云平原和宍道湖地区的全新世环境演变历史，特别是水体盐度的变化过程及其与海平面波动、三角洲发育和气候事件的关系，一支由日本岛根大学的研究人员Iori Miura、Kota Katsuki、Toshimichi Nakanishi、Koji Seto和Yoshiki Saito组成的研究团队，在《Quaternary International》上发表了一项系统性研究。他们通过对取自宍道湖附近Hii河三角洲的HK19岩芯进行详细的沉积学、年代学和硅质微体化石分析，揭示了该地区过去一万年间波澜壮阔的环境变迁史。

研究人员运用了几个关键的技术方法来支撑这项研究。首先是高精度的年代框架构建，他们结合了加速器质谱（AMS）¹⁴C测年（对19个植物残体）和火山灰（tephra）层位鉴定（识别出K-Ah等关键层位），利用Bacon年龄-深度模型生成了可靠的年代序列。其次是系统的硅质微体化石分析，从岩芯中系统采集了75个沉积物样品，通过过氧化氢处理去除有机质后，在光学显微镜下对硅藻和硅鞭毛虫进行鉴定、计数和生态属性归类。此外，还结合了沉积相分析（描述岩性、结构）和基于Horn相似性指数的聚类分析，对硅藻群落进行分区，以识别不同的古环境阶段。

4.1 HK19岩芯的年代地层框架

研究建立了HK19岩芯贯穿整个全新世的年代序列。岩芯底部（34.71-34.04米）为砾石、砂和粉砂的混合沉积，缺乏有机质定年。最底部的¹⁴C年龄样品（32.99米深处）显示为10,119 cal BP。岩芯顶部的泥层（10.36米深处）定年为152 cal BP。沉积速率显示出自下而上减小的趋势，在10,119至7517 cal BP期间沉积速率相对恒定（约0.41厘米/年），而在7517至152 cal BP期间平均沉积速率降至0.17厘米/年。

4.2 沉积相与硅质浮游植物组合

HK19岩芯的沉积序列厚34.71米，主要由粉砂和砂互层组成。硅质浮游植物遗骸，尤其是硅藻，在粉砂层中保存完好。硅藻是优势类群，共鉴定出61属148个分类单元。硅藻瓣浓度变化很大，平均值为25.6 × 10⁶ 瓣/克干重。硅鞭毛虫主要出现在28.48至16.22米深度之间，在16.22米以上未见，其最大丰度出现在25.96米深处（1.1 × 10⁶ 个体），相对硅质浮游植物总量的平均丰度为3.8%。

主要的硅藻类群包括：淡水浮游性的Aulacoseira属（平均18.0%）、海洋-半咸水的Cyclotella litoralis/striata（平均5.4%）、富营养化淡水-半咸水的Cyclotella atomus（平均4.0%）、海洋-半咸水的Cocconeis scutellum（平均3.5%）以及淡水Cymbellaspp.（平均3.2%）。聚类分析将硅藻组合划分为三大群（A、B、C），其中群A又可进一步划分为四个亚群（A1-A4），分别对应不同的沉积环境和盐度条件。

4.2.1 亚群A1（34.71–26.91米；>8600 cal BP）的古环境特征

该段下部为向上变细的砾砂泥混合沉积，指示河道废弃相，但硅藻组合显示为低能量的半咸水环境，存在一定比例的海洋硅藻（>20%），并含有少量硫。上部为灰绿色砂质粉砂和黑色泥炭质粉砂层。硅藻组合以淡水Aulacoseira为主，但Cyclotella litoralis/striata等半咸水种类持续出现，海洋硅藻零星出现。约9200 cal BP起，硅鞭毛虫开始持续出现。这些特征表明该时期HK19点位处于一个表层淡水、底层有海水入侵的层状河口环境。

4.2.2 亚群A2（26.91–23.03米；约8600–7500 cal BP）的古环境特征

此段为深灰色块状泥质沉积。硅藻组合发生显著变化，海洋硅藻Thalassionema nitzschioides和半咸水硅藻Thalassiosira tenera丰度增加并向上占优势，硅鞭毛虫丰度达到峰值。这反映了随着海平面上升，海水入侵加剧，古宍道湾形成，HK19点位处于开阔海湾环境。

4.2.3 亚群A3（23.03–12.69米；约7500–2100 cal BP）的古环境特征

此段为纹层状深灰色粉砂沉积，包含了K-Ah火山灰等标志层。约7550 cal BP时，T. nitzschioides突然消失，代之以Cyclotella atomus占优势。C. litoralis/striata、T. tenera和C. scutellum等半咸水种类交替出现。硅鞭毛虫丰度逐渐下降并在约4000 cal BP后消失。纹层结构和硅藻组合表明，随着海平面上升速率减缓，湾口可能因沙坝发育而变浅，古宍道湾转变为半封闭的潟湖，水体分层，底层缺氧。

4.2.4 亚群A4（12.69–10.34米；约2100–155 cal BP）的古环境特征

此段下部为深灰色-灰色泥质沉积，下部纹层不明显，上部为块状。下部海洋硅藻Grammatophoraspp.等出现峰值，而上部则以淡水Aulacoseira为主。这表明HK19点位的环境从高盐度半咸水向湖泊条件转变。

4.2.5 群B和C（10.34–1.00米；约150 cal BP以来）的古环境特征

10.34米处存在不整合面，之上为砂泥互层，向上砂层变厚变粗。硅藻总浓度极低，优势种类为Cymbella等河流生活的淡水硅藻。这些特征被解释为Hii河三角洲快速进积的沉积物，反映了人类活动（如制铁业导致大量花岗岩风化土输入）引起的快速埋藏和三角洲推进。

5.1 出云平原全新世河口环境变化

5.1.1 从层状河口到半封闭湾的转变（10,100–4000 cal BP）

研究揭示，约10,100 cal BP，在切割谷中形成了一个通过潮汐河与日本海相连的层状河口。随着海平面快速上升（约9200 cal BP起），河口盐度逐渐增加，并向潟湖过渡。约8600-7550 cal BP期间，海水入侵达到高峰，形成开阔的古宍道湾。约7550-7450 cal BP，随着海平面上升速率减缓，湾口可能因沙坝发育而变浅，导致古宍道湾迅速咸化，转变为半封闭的潟湖，并形成水体分层和底层缺氧。约4000 cal BP，Hii河三角洲推进至岛根半岛，将古海湾分割为两个湖泊（东部的宍道湖和西部的湖泊），严重限制了海水流入宍道湖，导致硅鞭毛虫和有孔虫等海洋-半咸水生物消失。

5.1.2 宍道湖形成后的水环境变化（约4000–150 cal BP以来）

4000至2100 cal BP期间，宍道湖盐度在低-中盐度半咸水之间波动，可能与局地海平面波动有关。2100至1100 cal BP期间，宍道湖盐度再次升高，可能与海平面较高以及通过米子附近的峡口加强的海水入侵有关（历史文献《出云国风土记》记载弓滨半岛当时为岛屿）。1100至750 cal BP期间，发生了Hii河东流改道事件，导致淡水输入急剧增加，宍道湖快速咸化，沉积物粒度变粗，磁化率升高，总硫含量急剧下降。此后的几百年间，由于人类活动（特别是江户时期因锁国政策而兴盛的制铁业，导致大量花岗岩风化土流入Hii河），三角洲快速进积，宍道湖东部平原迅速淤涨，湖泊面积急剧缩小。

5.2 气候变化对古宍道湾和宍道湖生态系统的影响（7500 cal BP以来）

研究发现，在古宍道湾和宍道湖处于半封闭潟湖状态期间（7500-2000 cal BP），硅藻总浓度和Cyclotella atomus的丰度出现多次峰值。这些峰值与厄尔尼诺（El Ni?o）高频期（以 Laguna Pallcacocha 的红色强度为指标）以及东亚夏季风（EASM）强盛期、西风急流早期北跳（以日本西海岸石英ESR强度降低为指标）的时期有很好的对应关系。这表明，在厄尔尼诺事件频发、西风急流北移和东亚夏季风增强的时期，台风等极端降水事件可能更频繁地影响该地区，带来了丰富的淡水和陆源营养物质，导致了古宍道湾和宍道湖的反复富营养化（eutrophication）事件。

这项研究通过高分辨率的硅质微体化石记录，清晰地勾勒出日本出云平原和宍道湖地区一万年来的环境演变画卷：从一个与海相连的层状河口，演变为开阔的海湾，再因海平面变化转变为半封闭的潟湖，随后因三角洲推进而被分割成湖泊，并最终受到人类活动的深刻改造。研究不仅精细刻画了海平面波动和三角洲发育主导的长期环境演变序列，还揭示了千年尺度的气候波动（如厄尔尼诺、西风急流移动）如何通过调控降水，影响着沿岸水体的盐度和营养状态。这项成果为理解沿海生态系统对自然驱动力和人类活动的响应提供了宝贵的案例，对预测未来海平面上升和气候变化背景下类似海岸带环境的演变趋势具有重要的参考价值。