沼泽湿地演变受人类活动、气候变化等影响，赋存了大量的环境变化信息。通过对沼泽泥炭沉积的研究，可以探索沼泽形成过程及动力学机制，进而反演古气候变化历史^[1]。

沉积物的磁性特征直接反映磁性矿物的含量、类型和颗粒大小等信息，这些因子往往是沉积物物源、搬运和沉积动力以及沉积后次生变化等综合作用的结果，进而间接反映了气候变化与人类活动的信息^[2]。以沼泽泥炭为载体，利用环境磁学指标，前人在指示大气颗粒物污染方面做了较多的研究工作^[3~5]。在指示气候变化方面，何报寅等^[6]对神农架大九湖泥炭的研究发现，χ_lf/Fe可以较好地反映近2600年的气候变化信息；Xiao等^[7]对东北哈尼泥炭的研究则表明，磁化率可以很好地指示晚全新世以来的气候变化。

本文拟通过浙江望东垟亚高山沼泽泥炭的磁性特征，并结合其他环境代用指标，探讨中国东部亚高山沼泽泥炭磁学指标在古气候重建中的意义。

望东垟亚高山沼泽湿地(27°40′00″~27°44′19″N，119°34′28″~119°38′54″E)位于浙江省景宁畲族自治县，海拔1300m，总面积为40hm²，是华东地区发育较好的高海拔山地森林沼泽，生物多样性丰富，生长着以江南桤木(Alnus trabeculosa)为主要树种的亚高山湿地生态系统，沼泽内部则广泛生长禾本科植物。研究区域位于洞宫山脉中段，为华夏陆台华南地层区，主要出露地层有前震旦系变质岩、侏罗系火山岩、白垩系沉积岩和第四系松散沉积物，地质构造上位于江山-绍兴断裂带东南部的“浙闽隆起区”。地貌类型属于现代山地地貌，在海拔1000~1500m发育多级夷平面，其中海拔1500m左右的高夷平面上则分布着华东地区少有的高海拔沼泽湿地，沼泽盆地四周皆被低山环绕，周围没有河流汇入^[8](图 1)。研究区地处亚热带季风气候区，气候温暖湿润，水热资源丰富，年内月平均气温变化范围为12.0~21.8℃，年平均降水量1870mm^[9]。

图 1(Fig. 1)

图 1 WDY-2柱样取样点地理位置(a)和沼泽概况(b) Fig. 1 Sampling site of core WDY-2 (a) and photo of peatland (b)

野外用PVC管在望东垟(27°40′58″N，119°38′15″E；海拔高度1300m)获得1根122cm长柱样，编号为WDY-2，剖面岩性描述见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 WDY-2泥炭剖面岩性特征 Table 1 Lithological characteristics of core WDY-2 深度/cm 颜色 岩性特征 0~8 棕灰色 泥炭层，含少量植物根 8~20 黑棕色 泥炭层 20~43 灰黄色 细砂和淤泥混合层，含少量植物根 43~58 黑色 黑色腐殖泥 58~106 黑棕色 泥炭层，其中70cm、78cm、84cm、88cm、96cm、102cm处含腐朽木块 106~122 棕灰色 泥炭层，其中104cm、110cm、122cm处含腐朽木块

表 1 WDY-2泥炭剖面岩性特征 Table 1 Lithological characteristics of core WDY-2

实验室内按2cm间隔切割取样，共获得样品61个，40℃低温烘干后，进行磁学、粒度、腐殖化度和AMS ¹⁴C年代的测量研究。首先按次序进行磁化率、非磁滞剩磁和等温剩磁测量，并计算退磁参数和比值参数^{[10, 11]}，根据上述磁测结果，选取典型样品测量磁化率随温度变化曲线(χ-T曲线)；粒度分析采用库尔特激光粒度仪(Coulter-100Q)进行；腐殖化度测量采用碱提取溶液吸光度法^{[12, 13]}，数据以吸光度的百分率(Abs%)形式给出。

以上实验完成于华东师范大学河口海岸学国家重点实验室。

选取WDY-2剖面埋深18~20cm、68~70cm、98~100cm以及120~122cm的样品在美国BETA实验室(Beta Analytic Inc)进行AMS ¹⁴C年代测定，测试对象为泥炭。

根据测定结果(表 2)，结合年代-深度模式，计算了WDY-2泥炭柱样的沉积速率(图 2)。结果表明，在19~0cm和69~19cm之间沉积速率最快，分别达到0.048和0.046cm/a，在121~99cm之间最慢，为0.006cm/a，平均约0.028cm/a，达到高分辨率研究的要求。由4个测年数据计算得到的沉积速率，按照深度-年代模式进行内插，计算每个样品的校正年龄，从而构建整个剖面的年代序列。由于沼泽湿地目前仍在沉积，故可假定柱样表层的年龄为零，剖面底部122cm深度的推算年龄大约为7.6cal.ka B.P.，该孔主要为全新世中晚期以来沉积。

表 2(Table 2)

表 2 WDY-2柱样测年数据及日历年校正结果 Table 2 AMS 14C age of core WDY-2 柱样名称 样品编号 深度/cm 14C年龄/a B.P. 日历校正年代/cal.a B.P. WDY-2柱样 WDY2-10 18~20 280±30 393(430~355) WDY2-35 68~70 1500±30 1470(1475~1465) WDY2-50 98~100 3650±30 3950(4010~3890) WDY2-61 120~122 6510±30 7443(7465~7420)

表 2 WDY-2柱样测年数据及日历年校正结果 Table 2 AMS 14C age of core WDY-2

图 2(Fig. 2)

图 2 WDY-2泥炭柱样年代-深度模式及沉积速率 Fig. 2 Age-depth curves and accumulation rates of core WDY-2

沉积物的粒度特征是物源、搬运营力、堆积过程、区域沉积背景和气候环境变化的综合反映^[14~18]。WDY-2剖面粒度分析表明，沉积物砂(>63μm)平均含量16.6%，粉砂(4~63μm)为第一众数组，介于41.7% ~72.4%之间，平均值为58.3%，粘土( < 4μm)为次众数组，平均含量25.1%，属于粘土质粉砂。根据WDY-2粒度垂向变化特征(图 3)，自下而上可将其分为4层：

图 3(Fig. 3)

图 3 WDY-2柱样沉积物粒度组成垂向分布 Fig. 3 Vertical variations of particle size compositions of core WDY-2

层①：深度122~106cm，物质组成以粉砂质砂为主，具有明显的垂向波动。

层②：深度106~58cm，相比层①，该层粒度较细，物质组成较均匀。自底部向上，粘土和砂含量呈波动增加趋势，粉砂含量则相反。

层③：深度58~8cm，该层粒度较层②略粗，垂向变化大。根据物质组成含量的变化，可分为3个亚层：③-a(58~43cm)，粘土含量相比层②显著降低，粉砂含量处于全剖面高值，砂含量随深度减小呈下降趋势；③-b(43~20cm)，粘土含量处于全剖面高值，粉砂含量则相反，砂含量较③-a上升；③-c(20~8cm)，随深度减小，粘土、砂含量下降，粉砂含量则呈上升趋势。

层④：深度8~0cm，自底部向上，粘土、粉砂含量降低，砂含量上升，颗粒变粗，物质组成与层①相似。

热磁测量是鉴定样品中磁性矿物种类的有效方法^[19]。热磁曲线(图 4)显示了600℃左右的居里温度，与磁铁矿居里温度(580℃)较为接近，表明磁铁矿是WDY-2柱样的主要磁性矿物^[20]。其中，图 4a加热曲线在300~450℃之间呈现稍许下凹，反映了磁赤铁矿向赤铁矿的转化^[21]；图 4d加热曲线在500℃左右形成一个高峰，可能指示了类似菱铁矿之类的还原产物的存在^[22]。

图 4(Fig. 4)

图 4 WDY-2柱样典型样品的χ-T曲线(粗线代表加热曲线) Fig. 4 Thermomagnetic curves of typical samples of core WDY-2. Bold lines represent heating curves

WDY-2柱样沉积物磁性参数随深度存在不同变化，自下而上可分为4层(图 5)：

图 5(Fig. 5)

图 5 WDY-2柱样沉积物磁性特征的垂向变化 Fig. 5 Vertical variations of magnetic properties of core WDY-2

层①(122~106cm)：S_-100mT和S_-300mT反映不完整反铁磁性矿物(如赤铁矿、针铁矿)和亚铁磁性矿物(如磁铁矿)的相对比例，它们的值随着不完整反铁磁性矿物比例的增加而下降^[19]。该层S_-300mT接近饱和，表明亚铁磁性矿物主导了沉积物磁性特征。磁性参数χ和SIRM一般指示沉积物中磁性矿物含量，但SIRM不受顺磁性和抗磁性矿物的影响，主要反映亚铁磁性矿物的含量^[19]。χ_ARM对单畴(SD)亚铁磁性颗粒十分敏感，SD颗粒的亚铁磁性矿物χ_ARM显著高于多畴(MD)或超顺磁(SP)颗粒^[22]。自该层底部向上至116cm，χ、SIRM和χ_ARM上升，后下降保持稳定低值。χ_fd%对SP颗粒较为敏感，反映其对磁化率的贡献^[19]。χ_fd%在该层低于5%，说明SP颗粒亚铁磁性矿物含量较低。HIRM通常反映了样品不完整反铁磁性矿物的含量^[19]。该层HIRM表现为全剖面最低值，且垂向变化稳定。χ_ARM/χ常被用以指示磁性矿物颗粒的大小，χ_ARM/SIRM指示意义与χ_ARM/χ类似，但不受SP晶粒的影响^[22]。该层χ_ARM/χ与χ_ARM/SIRM随深度变化略有波动，但变化不大。

层②(106~58cm)：磁性参数χ、χ_fd%、χ_ARM和SIRM在该层变化趋势比较相似，在94cm处略有波动，后随深度变浅无明显变化。χ_ARM/SIRM、χ_ARM/χ、HIRM、S_-100mT和S_-300mT与层①相似，垂向变化稳定。

层③(58~8cm)：该层磁性参数垂向变化大，可进一步分为3个亚层：③-a(58~43cm)，χ_ARM/χ、χ_ARM/SIRM、S_-100mT和S_-300mT变化趋势类似，随深度减小总体呈下降趋势；χ_ARM和SIRM随深度减小迅速下降，后稍有波动；HIRM总体与层②趋势一致；χ_fd%在该层底部出现全剖面最高值，后随深度减小迅速下降；χ略有波动。③-b(43~20cm)，χ_ARM/χ、χ_ARM/SIRM、S_-100mT和S_-300mT处于全剖面低值；SIRM和HIRM略有波动，总体处于剖面高值，其中HIRM为全剖面最高；χ_ARM随深度变浅先减小后上升；χ较③-a略有上升。③-c(20~8cm)，χ、χ_ARM、χ_ARM/SIRM、S_-100mT和S_-300mT随深度减小呈上升趋势，HIRM随深度减小则呈下降趋势，其余各项参数垂向变化不大。

层④(8~0cm)：自底部向上χ迅速增加，达到剖面最大值，而SIRM、HIRM、χ_ARM/χ呈下降趋势，χ_ARM/SIRM、S_-100mT和S_-300mT呈明显增加趋势。

前人对我国湿润区的沼泽、湖泊沉积研究表明^[23~28]，降水是影响沼泽、湖泊沉积物粒度的重要因素。湿润期或夏季风强盛期，降水增多，水动力增强，水流剥蚀、搬运、沉积的颗粒粒径相对较粗，而在干旱期或冬季风强盛期，降水减少，流水搬运能力减弱，沉积物颗粒粒径也相应变细。

泥炭腐殖化度是描述泥炭分解程度的指标^[29]。由于区域气候环境本底差异的存在，腐殖化度对气候变化的指示意义并无固定模式。研究者^{[30, 31]}对欧洲平原泥炭腐殖化度的研究认为，相对干燥的气候条件会促进泥炭的分解，腐殖化度高；相反，当气候较湿润时，泥炭的还原过程会强于分解过程，腐殖化度较低。对中国哈尼泥炭^[7]以及千亩田、大九湖泥炭^[32]的研究发现，腐殖化度也显示了相同的指示意义。而对邻近研究区的福建北部仙山泥炭的研究则发现^{[33, 34]}，较高的腐殖化度，指示气候较暖湿，反之则指示气候较冷干。其他研究者^{[29, 35]}对青藏高原若尔盖地区红原泥炭的研究也体现了这一规律。这一解释的机制是，暖湿条件下，植被生长状况较好，可以有较多的植物残体参与腐解，与此同时，泥炭中微生物的分解能力提高，因此泥炭腐殖化度上升；而在冷干气候条件下，植被生长状况较差，微生物分解作用下降，泥炭腐殖化度下降。

相关分析表明，腐殖化度与粘土组分呈显著负相关关系，与粉砂组分呈显著正相关关系(表 3)。由于较高的粘土含量对应冷干气候条件，而较高的粉砂含量对应暖湿气候条件，因此本研究区样品较高的腐殖化度指示气候较暖湿，较低的腐殖化度则指示气候相对冷干。

表 3(Table 3)

表 3 WDY-2柱样磁学参数、粒度组成和腐殖化度的相关分析结果 Table 3 Pearson correlation coefficients between magnetic parameters, particle size and humification of core WDY-2 χ/×10-8m3kg-1 χfd/% χARM/×10-8m3kg-1 SIRM/×10-6Am2kg-1 HIRM/×10-6Am2kg-1 S-100mT/% S-300mT/% χARM/χ χARM/SIRM/×10-5mA-1 腐殖化度 < 4μm 0.04 -0.13 -0.09 0.52** 0.66** -0.63** -0.61** -0.30 -0.64** -0.81** 4~63μm -0.10 0.03 0.11 -0.38** -0.56** 0.47** 0.52** 0.27* 0.47** 0.44* ＞63μm 0.08 0.04 -0.07 0.09 0.20 -0.11 -0.19 -0.11 -0.11 0.08 平均粒径 0.01 -0.15 0.06 0.20 0.14 -0.19 -0.12 -0.06 -0.16 -0.50** 腐殖化度 -0.05 0.08 -0.04 -0.69** -0.63** 0.62** 0.56** 0.27 0.65** 1 注：*p < 0.05，* * p < 0.01，n=61

表 3 WDY-2柱样磁学参数、粒度组成和腐殖化度的相关分析结果 Table 3 Pearson correlation coefficients between magnetic parameters, particle size and humification of core WDY-2

物源和粒度是磁性矿物发生变化的重要因素^[36~41]。结合望东垟沼泽湿地所处的地形地貌环境特点考虑，WDY-2柱样的物源主要为周边风化壳，可以认为物源是相对稳定的。

WDY-2剖面磁性特征与粒度组成的相关关系表明(表 3)，SIRM、HIRM与 < 4μm呈显著正相关，S_-100mT和S_-300mT与 < 4μm呈显著负相关，表明亚铁磁性矿物和不完整反铁磁性矿物主要富集在粘土粒级中。S_-100mT和S_-300mT与4~63μm粒级组呈显著正相关，说明亚铁磁性矿物比例在粉砂中较高，而在粘土中较低。各项磁学参数与＞63μm粒级组均呈弱的相关性，表明砂粒级组分对磁性特征的影响不大，这可能与其总体含量较少有关。这表明，较高的SIRM与HIRM值指示了干冷的气候条件，即气候相对干冷时，流水搬运能力减弱，进入沼泽的沉积物颗粒较细，因而SIRM与HIRM较高；而气候相对暖湿时，流水搬运能力增强，进入沼泽的沉积物颗粒较粗，因而SIRM与HIRM较低。本研究中，SIRM与粒度、腐殖化度的垂向变化趋势对应很好，而在剖面54cm以下部分，HIRM的变化趋势并不明显，这可能说明磁铁矿相比赤铁矿等不完整反铁磁性矿物，能更灵敏地反映该区域的沉积动力变化。因此，在望东垟地区，SIRM是能更好反映环境变化信息的磁学指标。

一般而言，χ_ARM与沉积物中的粘土组分有很好的正相关性，但在本研究中，二者之间不存在显著的相关性，这可能与SD颗粒较细，容易遭受还原溶解有关^{[42, 43]}。

对比分析WDY-2泥炭沉积物粒度、腐殖化度与SIRM的垂向变化特征，大致可将研究区域的气候变化划分为如下5个阶段(图 6a和6b)：

图 6(Fig. 6)

图 6 WDY-2泥炭磁学参数(a)与粒度、腐殖化度(b)记录对比 Fig. 6 Comparison between magnetic parameters (a) and other indicators of climate change (b) of core WDY-2

(Ⅰ)7.6~3.6cal.ka B.P.(122~95cm)，该阶段SIRM总体处于低值，粘土含量向上呈下降趋势，粉砂含量则相反，腐殖化度总体处于高值，且均存在较明显的垂向波动。尤其在118~112cm段，SIRM和粘土含量出现峰值，而粉砂含量与腐殖化度出现谷值，表明气候短暂冷干化。就全阶段而言，季风降水增加，对应全新世大暖期(Holocene Megathermal)，期间存在较明显的气候波动，这也与前人研究一致^[44~46]。

(Ⅱ)3.6~1.2cal.ka B.P.(95~58cm)，该阶段SIRM高于阶段Ⅰ，粘土呈上升趋势，而粉砂与腐殖化度则呈下降趋势，说明气候向冷干发展。

(Ⅲ) 1.2~0.9cal.ka B.P.(58~43cm)，该阶段SIRM与粘土含量处于全剖面低值，粉砂含量与腐殖化度则相反，表明气候暖湿，尤其在1.1cal.ka B. P.左右达到了暖湿组合的鼎盛期。对应中世纪暖期(Medieval Warm Period, 简称MWP)^{[47, 48]}。

(Ⅳ) 0.9~0.4cal.ka B.P.(43~20cm)，该阶段SIRM总体高于阶段Ⅲ，但存在明显波动，粘土含量处于全剖面高值，粉砂含量与腐殖化度则处于全剖面低值。总体来看，此阶段季风降水减弱，以冷干气候为主，对应小冰期(Little Ice Age, 简称LIA)，期间出现的气候波动，也与前人研究一致^[49]。

(Ⅴ)0.4cal.ka B.P.以来(20~0cm)，该阶段SIRM与粘土含量向上呈下降趋势，腐殖化度和粉砂含量向上总体呈上升趋势，6~0cm段粉砂含量虽然下降，而砂含量上升，指示该阶段气候回暖，降水增加，趋近现代气候环境。

可以发现，WDY-2剖面腐殖化度、粒度与SIRM指标反映的气候变化趋势基本对应，与望东垟亚高山湿地的孢粉分析结果^[50]也基本吻合，孢粉分析结果指示了全新世早、中期温暖湿润气候，可与本文阶段Ⅰ对应，全新世中、晚期温暖偏干气候以及全新世晚期温凉偏干气候，则与本文Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段的气候总体偏干的特点吻合。

(1) WDY-2柱样沉积物粉砂组分(4~63μm)平均含量为58.3%，为第一众数组，粘土组分( < 4μm)平均含量25.1%，为次众数组，砂组分(＞63μm)平均含量16.6%，总体以粘土质粉砂为优势组分。磁学分析表明，沉积物磁性特征由亚铁磁性矿物主导，在柱样上部存在不完整反铁磁性矿物的显著贡献；SIRM、HIRM与 < 4μm组分呈显著正相关，S_-100mT、S_-300mT与 < 4μm组分呈显著负相关，表明亚铁磁性矿物和不完整反铁磁性矿物主要富集在粘土粒级中。

(2) SIRM能较好地指示环境变化，干冷气候条件下，流水搬运能力减弱，进入沼泽的沉积物颗粒较细，因而SIRM较高；气候相对暖湿时，流水搬运能力增强，进入沼泽的沉积物颗粒较粗，因而SIRM较低。

(3) WDY-2泥炭剖面粒度、腐殖化度与SIRM指标反映了7.6cal.ka B.P.以来的如下环境变化：7.6~3.6cal.ka B.P.，季风降水增加，对应全新世大暖期，期间存在明显气候波动；3.6~1.2cal.ka B.P.，气候转向冷干；1.2~0.9cal.ka B.P.，气候暖湿，对应MWP，尤其在1.1cal.ka B.P.左右达到了暖湿组合的鼎盛期；0.9~0.4cal.ka B.P.，季风降水减弱，以冷干气候为主，但也存在暖湿阶段，对应LIA；0.4cal.ka B.P.以来，气候回暖，降水增加，趋近现代气候环境。

致谢 感谢李文博士在数据分析过程中给予的有益建议，感谢审稿专家和编辑部老师建设性的修改意见；对野外采样及实验工作的所有参与者提供的帮助在此一并表示谢意。