《Frontiers in Earth Science》：A preliminary palynological and magnetic susceptibility record from the southern Sanjiang Plain, NE China: implications for orbital-scale monsoon variability since the Middle Pleistocene
编辑推荐：
三江平原以深厚的第四纪沉积序列和有限的人为扰动为特征，是区域古环境重建的理想档案。尽管已有大量研究聚焦于全新世变率，该地区更新世气候演化仍缺乏足够约束。本研究呈现了来自三江平原南部BWZK03钻孔、时间跨度约过去868 ka的初步古气候记录。采用AMS 1?C
三江平原以深厚的第四纪沉积序列和有限的人为扰动为特征，是区域古环境重建的理想档案。尽管已有大量研究聚焦于全新世变率，该地区更新世气候演化仍缺乏足够约束。本研究呈现了来自三江平原南部BWZK03钻孔、时间跨度约过去868 ka的初步古气候记录。采用AMS 1?C、光释光（optically stimulated luminescence, OSL）和电子自旋共振（electron spin resonance, ESR）测年相结合的方法建立了年代学框架。研究人员通过花粉分析和磁化率分析重建了植被与气候变化。研究结果表明，森林草原与以草原为主的景观之间存在持续交替，反映了冷干与暖湿气候阶段的反复转换。这些交替模式大致对应于冰期-间冰期旋回、海洋同位素阶段（Marine Isotope Stages, MIS）、北半球夏季太阳辐射量及全球海平面波动，表明东亚夏季风的轨道尺度强迫是区域气候变化的主要驱动力。值得注意的是，在中更新世转型（Mid-Pleistocene Transition, MPT）之后，冰期（冷干）阶段显著变长且更为稳定，暗示高纬度冰盖扩张和青藏高原隆升对东亚冬季风存在增强的正反馈效应。该记录为理解中更新世以来轨道尺度季风动态及其对高纬度强迫的敏感性提供了新的区域证据。
**中更新世以来三江平原南部植被与气候演化的轨道尺度记录——基于BWZK03钻孔的花粉与磁化率研究**
**1 研究背景与科学问题**
中国东北地处高纬度极地气候系统与东亚夏季风（East Asian summer monsoon, EASM）的汇聚地带，对全球变化高度敏感，是研究第四纪环境演化与气候动力学的理想区域。在古气候与古环境重建中，花粉组合与磁化率是两种广泛使用的代用指标，其与植被组成和气候条件的关系在中国东北已得到充分验证。三江平原位于东北黑土带核心区，是全球黑土资源最集中分布的区域之一，其沉积序列具有沉积连续性好、沉积速率高和人为扰动小的特点，为研究第四纪以来气候变化及其对全球气候事件的响应提供了高分辨率档案。然而，已有研究主要集中于全新世气候变率与湿地演化，更新世气候变率——特别是轨道时间尺度上植被与气候对冰期-间冰期旋回的响应——在三江平原仍未得到充分约束。连续覆盖整个更新世的沉积记录在该区域尤其匮乏。因此，研究人员利用南部三江平原BWZK03钻孔连续沉积序列，通过多种测年手段与多代用指标分析，旨在重建宝清地区晚早更新世以来的古植被演替，阐明轨道时间尺度的区域气候变化过程，并为中国东北及全球尺度气候变化对比研究提供基础数据。
**2 研究内容与主要结论**
研究人员对位于三江平原与完达山过渡带的BWZK03钻孔（132°47′26.92″E, 46°30′04.46″N，孔深60.60 m，取芯率96.07%）开展了系统的年代学与代用指标分析。钻孔沉积环境自下而上由半深湖相、浅湖相、三角洲相过渡至河流相和泛滥平原沼泽相，沉积序列连续完整。利用AMS 1?C、OSL和ESR三种测年方法建立的年代框架表明，该钻孔保存了过去约868 ka的连续古植被与古气候记录。花粉分析揭示了七个明显的花粉组合带，磁化率剖面显示了显著的深度变化。结合花粉与磁化率特征，研究人员将区域气候演化划分为七个阶段，呈现冷干与暖湿气候的交替格局，并表明东亚夏季风的轨道尺度强迫是区域气候变化的主要驱动力。中更新世转型后冰期阶段显著延长和稳定，反映了高纬度冰盖扩张与青藏高原隆升对东亚冬季风的正反馈效应。
**3 关键技术方法**
研究人员采集了8个测年样品，包括4个AMS 1?C样品、1个OSL样品和3个ESR样品。AMS 1?C测年采用酸-碱-酸标准预处理方法，使用NEC CAMS-500加速器质谱仪测量，使用OxCal v4.4.4软件和IntCal20校准曲线进行校正；OSL测年采用单片再生剂量法测定细颗粒石英等效剂量，ESR测年提取100–200 μm石英颗粒并采用人工辐照法测定等效剂量。花粉分析共采集221个样品，间隔0.25 m，采用HCl、NaOH、HF化学处理和重液分离法提取孢粉，使用Tilia软件绘图并进行CONISS聚类分析。磁化率测量同样采集221个样品，使用Bartington MS2B双频传感器在低频（0.47 kHz）和高频（4.7 kHz）下进行测量，计算质量磁化率（χlf、χhf）和频率磁化率（χfd）。测年分析在自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室完成，磁化率测量在中国地质科学院水文地质环境地质研究所完成。
**4 研究结果**
**4.1 年代学分析**
AMS 1?C和OSL测年结果显示年龄随深度一致增加。AMS 1?C年龄集中在钻孔上部1.9 m范围，最老年龄约28.1 cal ka BP；OSL测年获得87.60 ± 6.1 ka（深度12.42 m）；三个ESR年龄分别为198 ± 23 ka（深度15.55 m）、405 ± 42 ka（深度28.25 m）和856 ± 91 ka（深度59.60 m）。使用Bacon程序建立的年代-深度模型表明，花粉和磁化率样品的时间分辨率约为3–4 ka。
**4.2 花粉组合特征**
在221个样品中共统计陆生花粉25,961粒，平均每样117粒，平均总花粉浓度530粒/克，鉴定出64科属。自下而上划分出7个花粉组合带。
**4.2.1 Zone I（41个样品，60.60–46.25 m）** 乔木花粉平均43.65%，以Pinus和Betula为主；草本花粉平均56.35%，以Poaceae和Cyperaceae为主；蕨类孢子以Polypodiaceae为主。
**4.2.2 Zone II（55个样品，46.25–31.25 m）** 乔木花粉平均25.83%，以Picea和Betula为主；草本花粉平均74.17%，以Poaceae和Cyperaceae为主；蕨类孢子稀少。
**4.2.3 Zone III（11个样品，31.25–28.50 m）** 草本花粉占绝对优势（平均74.88%），以Cyperaceae、Poaceae和Artemisia为主；乔木花粉主要组成为Betula、Picea和Pinus。
**4.2.4 Zone IV（40个样品，28.50–18.50 m）** 草本花粉平均77.22%，占绝对优势，以Cyperaceae和Poaceae为主；乔木花粉以Picea和Larix为主。下部（28.50–21.00 m）Cyperaceae占优，上部（21.00–18.50 m）Poaceae占优。
**4.2.5 Zone V（15个样品，18.50–14.75 m）** 乔木花粉平均36.42%，以Pinus和Picea为主；草本花粉平均63.58%，以Poaceae为主。
**4.2.6 Zone VI（20个样品，14.75–9.75 m）** 乔木花粉超过草本花粉（平均57.21%），以Pinus、Picea和Betula为主；蕨类孢子显著增加，以Polypodiaceae为主。
**4.2.7 Zone VII（39个样品，9.75–0.00 m）** 乔木花粉平均45.69%，以Pinus为主；草本花粉平均54.31%，以Poaceae和Asteraceae为主。
**4.3 磁化率特征**
χlf值介于2.50 × 10?? m3/kg至32.8 × 10?? m3/kg之间，平均10.67 × 10?? m3/kg；χhf值介于2.20 × 10?? m3/kg至32.40 × 10?? m3/kg之间，平均9.70 × 10?? m3/kg；χfd值介于0.71%至52.08%之间，平均10.67%。χlf和χhf在剖面上变化趋势基本一致，χhf值始终略低于χlf值。
**4.4 古植被与古气候演化特征**
根据花粉与磁化率综合分析，研究区古植被演替和古气候演化可划分为七个阶段。
**Stage I（60.60–46.25 m；约868–620 ka BP）** 植被类型为Pinus-Betula森林草原。Artemisia和Chenopodiaceae含量高，AP/NAP比值低，水生草本花粉百分比较低，花粉浓度为全孔最低值，指示冷干气候，并逐渐向暖湿转变。该阶段对应昆仑冰期和希夏邦马冰期。
**Stage II（46.25–31.25 m；约620–480 ka BP）** 植被类型为稀疏森林-草甸草原。Artemisia和Chenopodiaceae百分比降至1.81%，水生草本花粉百分比增加，磁化率值持续偏高，指示暖湿气候，对应MIS 13–15。
**Stage III（31.25–28.50 m；约480–420 ka BP）** 植被类型为稀疏森林-草原。Artemisia百分比上升，AP/NAP比值、水生草本花粉百分比和磁化率值均指示冷干气候条件。该阶段对应中梁赣冰期，发生于MIS 12时期。
**Stage IV（28.50–18.50 m；约420–190 ka BP）** 植被类型为以草原为主、散布耐寒针叶树的稀疏森林-草甸草原。Artemisia和Chenopodiaceae百分比降至1.66%，水生草本花粉百分比增加，磁化率亦指示暖湿气候，对应MIS 7–11。
**Stage V（18.50–14.75 m；约190–130 ka BP）** 植被类型为稀疏森林-草原。Artemisia和Chenopodiaceae呈增加趋势，指示气候变冷；AP/NAP比值、水生草本花粉百分比和低频磁化率值均较低，指示冷干气候，可能对应古乡冰期（倒数第二次冰期）。
**Stage VI（14.75–9.75 m；约130–75 ka BP）** 植被类型为针阔混交林-草原。Artemisia和Chenopodiaceae百分比呈下降趋势，指示气候变暖；水生草本花粉百分比增加，AP/NAP比值总体上升，低频磁化率值持续偏高，指示总体湿润的气候条件，对应MIS 5。
**Stage VII（9.75–0.00 m；约75 ka BP至今）** 植被类型为以针叶林为主的针叶林-草原。Artemisia和Chenopodiaceae百分比波动增加，AP/NAP比值呈下降趋势，水生草本花粉百分比总体下降，磁化率值总体偏低，指示冷干气候，对应MIS 1–4。
**5 讨论**
花粉组合与磁化率代用指标的气候意义在中国东北水相沉积中已得到验证：磁化率高值对应暖湿气候，低值对应冷干气候。研究人员将BWZK03钻孔的花粉与磁化率特征与赤峰三把火剖面粒度记录、海洋氧同位素阶段、北半球夏季太阳辐射量和全球海平面变化进行综合对比。结果显示，三江平原南部的磁化率和花粉组合变化对冰期-间冰期旋回、海平面变化和北半球夏季太阳辐射量表现出强烈响应，这些变化主要由东亚季风系统的轨道尺度演化驱动。在冬季风主导的冰期阶段，区域受冷干气团控制，夏季风北界南退，降水减少，成壤作用减弱，磁化率值降低；在夏季风主导的间冰期阶段，暖湿气团可深入三江平原南部，降水增加，植被覆盖度提高，成壤作用增强，磁化率值升高。中更新世转型（MPT，约1.2–0.7 Ma）在三江平原的表现体现为气候振幅增大和冷干阶段延长。MPT之后，高纬度冰盖扩张和青藏高原阶段性隆升共同强化了对东亚冬季风的正反馈效应，使冰期冬季风的主导地位更加显著，即使夏季风在间冰期仍能深入中国东北。
**6 结论**
在现有年代学框架约束下，花粉和磁化率记录揭示三江平原南部自中更新世以来经历了七个冷干与暖湿交替的阶段。这些阶段大致为：冷干（约868–620 ka BP）、暖湿（约620–480 ka BP）、冷干（约480–420 ka BP）、暖湿（约420–190 ka BP）、冷干（约190–130 ka BP）、暖湿（约130–75 ka BP）和冷干（约75 ka BP至今）。过去868 ka三江平原南部的气候变化特征对冰期-间冰期旋回、海平面变化和北半球夏季太阳辐射量表现出强烈响应，表明东亚季风的轨道尺度强迫是三江平原南部气候演化的主导驱动机制。中更新世转型对三江平原气候变化的影响体现为冰期（冷干）阶段的显著延长和气候振幅的增大。MPT之后，北半球冰盖扩张与青藏高原阶段性隆升共同强化了对东亚冬季风的正反馈效应，使得冰期冬季风的主导地位更为显著，即使夏季风仍然能够深入中国东北地区。
