2018, Vol.38
2 河北省环境演变与生态建设重点实验室, 河北 石家庄 050024;
3 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037;
4 河北省科学院地理科学研究所, 河北 石家庄 050011;
5 河北省地理信息开发应用工程技术研究中心, 河北 石家庄 050011)
早更新世是新生代地质历史的重要时期，特别是早更新世早期，环境发生了重大变化，气候显著变冷，出现了冰期与间冰期的交替，也出现了最早的古人类[1~3]。中国关于该时段的环境变化研究做了很多工作：特别是黄土高原地区，建立了250万年来最完整的陆相古气候记录，明确时间标尺及与东亚季风的关系[4~9]；青藏高原地区早更新世研究关注了高原的隆升对亚洲的大气环流模式以及内陆干旱气候的影响[2, 10~14]；在东部和南部海域，众多学者通过稳定同位素、有孔虫和孢粉等代用指标分析，重建了上新世以来至早更新世我国海域环境演化特征[15~18]。与其他地区相比，我国华北地区早更新世研究还相对较少，仅在北京天竺地区[19]、山西榆社盆地[20~22]和泥河湾盆地等[23~26]有相关报道，且分辨率不高。
阳原泥河湾盆地的泥河湾层，长期以来被视为我国北方下更新统的标准地层。关于早更新世泥河湾盆地的环境变化，前人已经做了大量工作[23~31]，如陈茅南等[23~24]通过孢粉分析认为整个泥河湾层内曾发生过15~16次气候冷暖的变化；周廷儒等[25]推测泥河湾地区上新世时是温暖偏干具有干湿季节之分的暖温带或亚热带气候，至早更新世早期有一个从温暖湿润气候向温凉干燥气候的转化过程；夏正楷和刘锡清[26]对红崖扬水站、郝家台、虎头梁等剖面的对比，认为泥河湾层是包含了早、中甚至晚更新世沉积的一个较大的地层单元，早更新世气候的变化可以分为3个阶段：早更新世早期温暖湿润，中期气候温凉半湿润，气候波动频繁，晚期温和半湿润；袁宝印和朱日祥[27]对大道坡剖面和洞沟剖面古环境的研究将泥河湾层分为3段，分别可以与黄土高原红粘土、午城黄土和离石黄土进行对比。同时，闵隆瑞等[28]、郑绍华等[29]、蔡保全等[30]和庞其清等[31]分别从地层、动物化石、介形类等对泥河湾层早更新世环境进行了探讨。通过前人的工作，对泥河湾盆地早更新世以来的古环境特征和古气候变化有了粗略的认识，但总体研究比较粗略，样品分析的数量较少，分辨率低，因此所得到的植被与气候演变序列只是大概框架，有关早更新世初期高分辨率的古植被与气候变化研究还比较缺乏。
本文选择泥河湾盆地早更新世郝家台钻孔，通过古地磁获得较准确年龄，在此基础上通过高分辨率的连续孢粉样品分析，建立泥河湾地区高分辨率的早更新世早期(2.6~2.1 Ma)的孢粉组合及变化序列，并结合主要花粉类型主成分分析结果，恢复植被演替及气候变化过程，以期更好地理解和揭示泥河湾盆地早更新世初期的环境特征，同时也为了解泥河湾地区早更新世古人类生存环境提供充分切实的资料和可供参考的科学依据。
1 研究区地理概况泥河湾盆地是发育于华北平原与内蒙古高原过渡带的晚新生代断陷盆地，北侧为熊耳山，南侧是六棱山，东侧为凤凰山，盆地总面积约2000 km2，平均海拔在1000 m左右；地理位置为40°05′~40°20′N，114°25′~114°44′E；植被具有暖温带落叶阔叶林向温带半干旱、干旱草原过渡的特点，盆地内部以半干旱、干旱灌丛草原为主，周边山地以森林为主(图 1)。该区为明显的大陆性季风气候，年均气温7~8 ℃，年均降水量在360~420 mm之间。泥河湾古湖发育始于上新世晚期，充填了厚层的上新统-更新统河湖相地层，晚更新世随着地块抬升和溯源侵蚀加剧，湖水外泄，湖相地层停止发育[25~26]。
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图 1 研究区地势简图及采样点分布位置示意 Fig. 1 Hypsometric map and sampling position of the study area |
沉积物样品采集自阳原县泥河湾盆地东部化稍营镇郝家台的NHA钻孔，钻孔坐标：40°13′0.4″N，114°38′32.3″E；938 m a.s.l.。2013年中国地质科学院地质研究所进行了打钻，取样深度共365.82 m。本文研究段厚33 m，深度在15800~12500 cm之间，顶部以青灰色粘土、粉砂为主，具水平层理，含软体动物化石、炭屑和大量钙板，属于滨、浅湖相；中下部以粉砂为主，夹砂砾层，含软体动物化石碎片和粘土团块，代表水动力较强的沉积环境，属于三角洲相沉积[32](图 2)。孢粉分析时每20 cm采集一个样品，共取样品165个。
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图 2 泥河湾盆地NHA钻孔15800~12500 cm段岩性及年代综合柱状图 Fig. 2 Lithology and paleomagnetic age diagram for NHA drilling core at 15800 cm to 12500 cm in Nihewan Basin |
根据古地磁测定结果[33~35]，在钻孔12500 cm和11300~10300 cm处，有两次短暂的正极性漂移事件，从15700 cm开始进入长时间的正极性期，结合已有古地磁年表及地层对比认为，15700 cm处与M/G界限吻合，年龄约2.59 Ma；12500 cm处与留尼旺极性亚时相当，年龄约为2.14 Ma(图 2)。据此推算15800~12500 cm沉积速率约14 ka/m，然后根据平均沉积速率和深度内插可获得15800~12500 cm段每个样品的年龄。
2.3 孢粉分析实验室孢粉提取采用常规的HCl-NaOH-HF处理法[36]，由河北师范大学资源与环境科学学院孢粉分析室完成实验分析，其中每个样品取重约50 g，并加入一粒现代石松孢子片(27637±563粒)做指示剂，以计算孢粉浓度。孢粉鉴定与统计在蔡司Imager A2显微镜下完成，多数样品鉴定统计孢粉400粒以上。孢粉鉴定主要参考《中国植物花粉形态》[37]、《中国第四纪孢粉图鉴》[38]和保存在河北师范大学资源与环境科学学院环境演变与生态建设重点实验室的现代孢粉标本。
2.4 主成分分析主成分分析(Principal Components Analysis，简称PCA)是被广泛应用于生态学及相关领域的一种数量分析方法[39~44]。其主要目的是将高维度数据转化成为低维度数据，使多变量的复杂问题简单化[45]。本文利用Canoco 5软件进行主成分分析。为了使花粉对环境的指示意义更加清晰和降低误差，选取孢粉组合中至少在10个样品中百分比高于1 %以上的花粉类型，作为代表性类型进行了主成分分析[46~47]。
3 结果与分析 3.1 孢粉分析泥河湾盆地郝家台NHA钻孔165个孢粉样品共鉴定出94个孢粉类型，其中包括26种乔木植物花粉类型、20种灌木植物花粉类型、37种草本植物花粉类型和11种蕨类孢子。共统计孢粉85940粒(不包括藻类)，平均每个样品统计521粒，孢粉总浓度平均每个样品为1158粒/g。其中常见的乔木植物花粉类型包括松属(Pinus)、云杉属(Picea)、栎属(Quercus)、榆属(Ulmus)、桦木属(Betula)、胡桃属(Juglans)、椴树属(Tilia)等；常见的灌木植物花粉类型有蔷薇科(Rosaceae)、绣线菊属(Spiraea)、木樨科(Oleaceae)、胡颓子属(Elaeagnus)、虎榛子属(Ostryopsis)等；草本植物花粉主要有蒿属(Artemisia)、藜科(Chenopodiaceae)、禾本科(Poaceae)、菊科(Asteraceae)、十字花科(Brassicaceae)、莎草科(Cyperaceae)、荨麻属(Urtica)和葎草属(Humulus)等；蕨类孢子以单缝孢(Monolete)、三缝孢(Triletes)、卷柏科(Selaginellaceae)、水龙骨科(Polypodiaceae)为主。根据孢粉鉴定统计分析结果，结合孢粉浓度的变化情况，使用CONISS软件对孢粉百分比数据进行有序聚类分析，将郝家台NHA钻孔自下而上划分为3个孢粉组合带(图 3和图 4)。
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图 3 泥河湾盆地NHA钻孔15800~12500 cm段孢粉百分比图 Fig. 3 Pollen percentages diagram of NHA drilling core at 15800 cm to 12500 cm in Nihewan Basin |
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图 4 泥河湾盆地NHA钻孔15800~12500 cm段孢粉浓度图 Fig. 4 Pollen concentrations diagram in the NHA drilling core at 15800 cm to 12500 cm in Nihewan Basin |
孢粉带1 (15800~14920 cm，2.60~2.47 Ma)：本带含45个样品，鉴定统计孢粉粒数平均为592粒，孢粉总浓度平均为2414粒/g。孢粉组合显示，乔木花粉占较大比例，平均含量为77.9 % (8.72 % ~99.58 %)，以松属花粉(平均含量为43.78 %，在1.60 % ~98.79 %之间)和云杉属花粉(平均含量为32.3 %，在0~97.91 %之间)为主，且两者在含量上存在明显的此消彼长；阔叶乔木含量约2 %，以榆属(1.21 %)为主；草本植物花粉平均含量为14.82 % (0.14 % ~52.44 %)，其中蒿属(5.05 %)与藜科(5.98 %)占优，禾本科(1.51 %)、菊科、荨麻属和葎草属等花粉常见；灌木花粉平均含量为1.92 %，主要为木樨科(1.51 %)等阔叶灌木；蕨类孢子含量平均为5.36 %，以水龙骨科(3.19 %)占优。根据孢粉组合变化，孢粉带1可以划分为1-1与1-2两个亚带。
1-1带(15800~15340 cm，2.60~2.53 Ma)：本亚带共包含样品24个，孢粉总浓度为2266粒/g。孢粉组合中，针叶树花粉多高于80 %，15620 cm以下部分(2.60~2.57 Ma)云杉属花粉多高于60 %，15620 cm(2.57~2.53 Ma)以上部分松属花粉多高于80 %；阔叶乔木含量在3 %左右，以榆属(2.08 %)为主；草本植物中蒿属和藜科花粉百分比多低于5 %。
1-2带(15340~14920 cm，2.53~2.47 Ma)：本亚带共有孢粉21个，孢粉总浓度为2582粒/g，较1-1带略有增加，为研究段最高值。与1-1带相比，本亚带乔木花粉平均值略有降低，约67.98 %，松属花粉在本亚带多低于60 %，蒿属(9.49 %)与藜科(7.55 %)含量明显上升。15220 cm之下(2.53~2.51 Ma)，云杉属花粉占较大优势，多高于50 %，松属在20 %以下，15220 cm之上(2.51~2.47 Ma)以松属花粉含量增加为主，多高于40 %，云杉常不足10 %。
孢粉带2 (14920~13860 cm，2.47~2.33 Ma)：本带共包含52个样品，鉴定统计孢粉粒数平均为574粒，孢粉浓度平均为998粒/g，较带1明显降低。乔木花粉含量平均含量为59.77 % (10.13 % ~98.93 %)，较上带有所下降，其中松属花粉含量多低于20 %，云杉花粉存在明显波动，多高于40 %，少数低于10 %；阔叶乔木含量较上带上升，达到3.51 %，其中榆属(1.62 %)和桦木属(1.34 %)占优；草本植物花粉与上带相比明显上升，平均含量达30.79 % (0.43 % ~89.02 %)，特别是蒿属与藜科花粉上升明显，两者含量均多高于10 %，禾本科(5.81 %)、菊科(2.86 %)和莎草科也达到研究段高值；蕨类孢子含量上升到8.21 %，以水龙骨科(5.69 %)为主。根据孢粉组合变化，可将孢粉带2细分为2-1和2-2两个亚带。
2-1带(14920~14500 cm，2.47~2.42 Ma)：本亚带共有20个样品，孢粉总浓度为944粒/g。乔木花粉平均含量为41.19 %，为研究段最低，其中松属花粉含量多低于10 %，云杉属花粉在亚带下部多高于40 %，藜科和蒿属含量较带1上升明显，多高于20 %，最高可达60 %以上；同时毛茛科(Ranunculaceae)和莎草科等湿生草本(3.45 %)也较为常见；蕨类孢子平均含量分别略有下降，为6.07 %。
2-2带(14500~13860 cm，2.42~2.33 Ma)：本亚带共包含32个样品，孢粉总浓度略升到1033粒/g。与2-1带相比，乔木花粉上升明显，平均达71.38 %，其中云杉花粉含量多高于40 %，松属含量也略有升高，多在10 % ~20 %之间；草本植物花粉明显降低，特别是藜科和蒿属多下降至5 %以下，禾本科和菊科也有明显下降；蕨类孢子含量上升到研究段最高，平均含量达9.55 %。
孢粉带3 (13860~12500 cm，2.33~2.14 Ma)：共包含样品68个，孢粉鉴定统计粒数平均为433粒，孢粉浓度继续降至450粒/g。孢粉组合中，乔木花粉平均含量上升到87.26 % (66.12 % ~99.84 %)，其中松属花粉占较大优势，含量多高于50 %，云杉属花粉较带2明显降低，其含量多低于20 %；草本植物花粉含量明显降低，平均为9.47 % (0~31.15 %)，其中禾本科(3.98 %)、蒿属(1.15 %)与藜科(2.2 %)较为常见；蕨类孢子含量为研究段最低，平均为2.11 %。其中孢粉带3也可划分为3-1与3-2两个亚带。
3-1带(13860~13180 cm，2.33~2.23 Ma)：本亚带共有34个样品，孢粉总浓度为41粒/g，为整个研究段最低。孢粉组合显示，乔木花粉平均含量达82.49 %，其中松属花粉含量多高于50 %，云杉属花粉含量在10 % ~20 %之间波动；阔叶乔木花粉含量为研究段最高值，达4.26 %，以栎属(2.23 %)为主；草本花粉含量为14.62 %，以禾本科(6.37 %)占优，蒿属与藜科花粉均不超过5 %。
3-2带(13180~12500 cm，2.23~2.14 Ma)：本亚带包括34个样品，孢粉总浓度相比3-1带上升到859粒/g。与3-1带相比，松属花粉含量进一步升高，多高于60 %，云杉属花粉含量进一步降低，多低于10 %；阔叶乔木含量也略有降低，平均为2.36 %；草本植物花粉含量为研究段最低，平均为4.31 %，以禾本科(1.58 %)和藜科(1.26 %)为主，其余草本植物花粉均不足1 %。
3.2 主要孢粉类型的生态意义为了更好揭示研究段孢粉组合的生态意义，我们对泥河湾盆地NHA钻孔165个孢粉样品中含量较高的14个花粉类型(松属、云杉属、榆属、栎属、桦木属、蔷薇科、蒿属、藜科、禾本科、菊科、莎草科、荨麻属、葎草属和水龙骨科)进行主成分分析，结果显示，前4个主成分轴的特征值分别是0.5372、0.2421、0.0849和0.0389，其中第一和第二主成分共解释了所有变量77.94 %的变化特征。如图 5所示，所有的阔叶树如栎属、桦木属、榆属与喜暖的松属和蔷薇科位于第一主成分轴(PCA axis 1)的负方向，喜冷湿的云杉属、喜冷干的蒿属和藜科等草本植物花粉均位于第一主成分轴的正方向；较耐干旱的蒿属、藜科、禾本科和菊科等位于第二主成分轴(PCA axis 2)的正方向，其他阔叶乔木、喜湿的针叶树、灌木以及草本花粉位于第二主成分轴的负方向。由此可见，第一主成分主要反映的是温度的影响，正值反映寒冷的环境，负值则反映较温暖的环境；第二主成分主要反映的为干湿度变化，正值表示干旱环境，指示草原或森林草原植被类型，负值表示湿润环境，指示针叶林或阔叶林等森林植被景观。
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图 5 泥河湾盆地NHA钻孔15800~12500 cm段主要花粉类型主成分(PCA)分析结果 Fig. 5 Principal Component Analysis of major pollen types of NHA drilling core at 15800 cm to 12500 cm in Nihewan Basin |
根据研究结果，泥河湾地区在研究段总体以松属和云杉属等针叶树花粉为主，乔木花粉含量多高于70 %，表明早更新世研究区主要以森林植被景观为主。但不同时期孢粉组合存在明显变化，根据孢粉组合的变化可以将植被及气候变化分为3个阶段：
第1阶段：2.47 Ma之前孢粉组合中以偏暖的松属和喜冷湿的云杉属交替出现为特点，各有2个高值段，阔叶树花粉含量总体较低，后期喜干的蒿属、藜科等旱生草本含量明显增加，反映研究区植被主要为松林和云杉林交替出现的针叶林景观，后期存在由森林向森林草原过渡的趋势。主成分分析显示(图 6)，整体第一主成分轴和第二主成分轴得分值多为负值，但波动明显，波动幅度为研究段最大，显示气候冷暖干湿变化剧烈，有2次较明显冷期和2次明显的暖期。其中2.60~2.57 Ma和2.53~2.51 Ma段，PCA axis 1得分值出现两个高值，显示气候寒冷，与深海氧同位素MIS 102和MIS 100两个冷期大体对应[48]；此外研究段中2.49~2.47 Ma时期，PCA axis 2得分值出现高值，显示气候干旱，大体对应于MIS 98阶段；2.57~2.53 Ma为温暖湿润阶段(图 6)。
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图 6 泥河湾盆地NHA钻孔PCA前2个主成分得分值与深海氧同位素阶段及黄土高原夏季风指数对比(a)第一主成分得分值；(b)LR04氧同位素[48]；(c)黄土高原夏季风指数[7]；(d)第二主成分得分值 Fig. 6 Comparison of PCA axis 1 and axis 2 scores of NHA drilling core at 15800 cm to 12500 cm with the oxygen isotope stage in the deep ocean and the summer monsoon index in the Loess Plateau. (a)PCA axis 1 scores; (b)LR04 oxygen isotope[48]; (c)Loess Plateau Summer Monsoon Index[7]; (d)PCA axis 2 scores |
第2阶段(2.47~2.33 Ma)：孢粉组合中松属花粉含量多低于20 %，云杉花粉含量多高于40 %，蒿属、藜科及禾本科花粉明显增加，显示气候整体为冷干。其中2.42 Ma之前的2-1带，蒿属、藜科及禾本科等旱生草本植物花粉含量多高于50 %，喜暖的松属多低于10 %，PCA第一主成分轴和第二主成分轴得分值均为整个研究段最为偏正时期，显示该阶段为研究段气候最为寒冷干旱时期，植被以森林草原或草原为主；2.42~2.33 Ma的2-2带，乔木花粉及蕨类孢子含量增加，蒿属、藜科、禾本科等喜干旱的草本植物花粉含量略有减少，且乔木花粉含量明显高于草本花粉，表明研究区湿度增加，气候从冷干向冷湿转化，植被类型总体为以云杉为主的针叶林，有少量的松及阔叶树存在。本段PCA第一主成分轴得分值与2-1带相近，但第二主成分轴得分值明显较2-1带偏负，也显示气候较2-1带变湿。其中2.47~2.42 Ma时期，PCA axis 2得分值出现高值，显示气候寒冷干旱，大体对应于深海氧同位素的MIS 96阶段(图 6)。
第3阶段(2.33~2.14 Ma)孢粉组合中松属花粉占绝对优势，为研究段最高，阔叶乔木花粉含量也较高，其中以栎属和桦木属为主，云杉花粉和蒿属、藜科等耐旱草本花粉含量明显降低并达到研究段最低，表明该时期研究区在植被上为以松林为代表的针叶林占优，另混有一定数量的栎属和桦木属等阔叶乔木或为松林与阔叶林呈斑块状分布于周边，气候为研究段最为暖湿时期。该时段PCA第一主成分轴和第二主成分轴得分值均整体偏负，也表明该时期为暖湿的气候，但时段内花粉浓度较低，可能与湖水碱性增强有关，不利于花粉的保存[49]。此外2.29~2.24 Ma时期，PCA第一主成分轴得分值明显增大，显示气候变冷，该时段的两个峰值与深海氧同位素的2个冷期MIS 88和MIS 86大体对应(图 6)。
4.2 区域对比泥河湾盆地郝家台地区NHA钻孔孢粉记录的早更新世植被和气候变化与中国北方地区及其他区域有一定的可对比性[4~7, 19, 21~22, 27, 50~55](图 7)。2.47 Ma之前的早更新世，研究区植被主要表现为以云杉林和松林交替出现的森林景观；气候整体偏冷湿，但冷暖变幅较大。其中2.56~2.53 Ma为一个明显温暖期，该温暖期及高含量的阔叶树在俄罗斯El'gygytgyn湖的孢粉记录也有显示[54]。中国黄土高原研究显示该时段为一季风强盛期[7]，但华北及青藏高原不少研究则认为该时段主要为气候变冷过程：如，Shi等[20]和Li等[22]在山西榆社上新世-更新世之交的张村剖面(2.7~2.5 Ma)研究指出，上新世末期该地为榆、鹅耳枥、栎、栲、山核桃等代表的落叶阔叶林植被景观，到早更新世转变为以云杉林、松林占优势的针叶林植被景观；李建国和周勇[56~57]通过对该时期西藏西部的札达盆地的孢粉分析认为，早更新世早期该地为针叶林代表的温带山地针阔混交林，气候温和半湿润；赵宏宇[52]在青海共和盆地进行介形类化石研究得出，2.59~2.48 Ma期间地层中喜暖水体的Ilyocypris数量急剧减少，说明本段地层当时的温度较低。造成这种差异的原因与样品分辨率有关，可能也受区域气候的影响，其驱动机制将是今后工作的努力目标之一。
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图 7 泥河湾盆地NHA钻孔早更新世气候特征与其他区域对比 Fig. 7 The comparison of Early Pleistocene climate change characteristics for Nihewan Basin and other areas |
2.47~2.33 Ma的寒冷干旱期在华北地区及其他多个地区有相关记录。如北京地区天竺TZ01钻孔岩芯孢粉分析显示，2.5~2.3 Ma植被为温凉偏干的疏林草原，湿度开始下降[19]；童国榜等[58]通过15个剖面孢粉分析结果的频谱分析认为，2.5~2.3 Ma为中国冬季风活跃期，气候偏冷干；袁宝印和朱日祥[27]在泥河湾大道坡与Liu等[21]在山西榆社盆地的孢粉研究均指出2.5 Ma之后，喜温的山核桃属、胡桃属和鹅耳枥属等花粉减少甚至消失，温度下降；张志忠等[18]在我国东部舟山海域研究发现，此时阔叶树种减少，草本植物花粉含量增高，显示偏冷干的气候环境。在我国中西部地区，江尚松等[59]、吴福莉等[60]通过孢粉研究认为该时段多以冷湿的云杉和耐旱的蒿、藜、禾本科为代表，植被表现为森林草原，气候温凉干燥。大体在该时段，黄土高原夏季风指数较低[7]，多个剖面记录黄土沉积厚度较大、粒度粗、磁化率较低，为持续时间较长的L32寒冷干燥期[61~64]。此外在国外的研究中，埃塞俄比亚南部奥莫河谷的Shungura组的化石哺乳动物也显示2.5~2.3 Ma期间气候干旱化程度进一步加深[53]。其驱动机制可能主要与夏季风减弱有关。
2.33~2.14 Ma的温暖期在国内外研究中也同样有较多报道。张志忠等[18]在舟山北部海域孢粉研究中得出本阶段喜冷的云冷杉花粉消失，阔叶类的树种丰富，含量上升，表明当时气候暖而湿润；赵宏宇[52]对青海共和盆地的介形虫研究表明，2.38~2.05 Ma期间喜暖属Ilyocypris再次在数量上占据绝对优势，且出现温度更高才能生长的Ilyocyrisgibba，表明当时气候较为温暖湿润；此时黄土高原夏季风总体强盛，与本阶段暖湿气候相对应[7]。另外，俄罗斯El'gygytgyn湖孢粉研究中认为2.2 Ma左右气候变得较为暖湿[55]，埃塞俄比亚南部奥莫河谷的Shungura组的化石哺乳动物也显示气候变暖湿，生物多样性增加[53]；Etourneau等[65]则通过对全球深海氧同位素和海水表面温度研究得出2.3 Ma之后气候与上新世3.5 Ma左右温暖期类似。
5 结论通过对泥河湾盆地郝家台NHA钻孔早更新世深度为15800~12500 cm段的165个孢粉样品进行分析，该地区早更新世植被及气候变化特征如下：
(1) 通过对泥河湾盆地NHA钻孔早更新世孢粉样品进行了主成分分析，第一和第二主成分共解释了所有变量77.94 %的变化特征。其中第一主成分主要反映的是温度的影响，正值反映寒冷的环境，负值则反映较温暖的环境；第二主成分主要反映的为干湿度变化，正值表示干旱环境，负值表示湿润环境。
(2) 泥河湾盆地早更新世(2.6~2.1 Ma)植被与气候变化过程可分为3个阶段：2.60~2.47 Ma为第1阶段，孢粉组合以偏暖的松属和喜冷湿的云杉属占优，且交替出现为特点，反映研究区植被主要为松林和云杉林交替，气候冷暖交替明显，2.60~2.57 Ma和2.53~2.51 Ma为两个寒冷期，2.57~2.53 Ma和2.51~2.47 Ma为温暖时期。2.47~2.33 Ma为第2阶段，总体云杉花粉含量较高，多高于40 %，松属花粉含量多低于20 %；蒿属、藜科等草本植物花粉含量明显增加，表明研究区当时植被类型主要为森林草原或云杉林，气候寒冷，其中2.47~2.42 Ma为研究段最寒冷干旱时期。2.33~2.14 Ma为第3阶段，孢粉组合中松属花粉多高于50 %，阔叶乔木花粉含量多高于5 %，云杉花粉含量多低于20 %，蒿属、藜科花粉含量多低于5 %，显示植被为松与阔叶树的混交林，或两者呈斑块状分布，云杉林仅出现于海拔较高的山地，气候为研究段最为暖湿的阶段。
(3) 泥河湾盆地NHA钻孔揭示的早更新世气候变化与深海氧同位素有一定的可比性，其中MIS 102、MIS 96阶段，以云杉及蒿属、藜科花粉含量较高，气候寒冷干旱为特点；MIS 100、MIS 88和MIS 86以云杉花粉含量较高，气候冷湿为特点；MIS 98阶段以蒿属、藜科花粉含量较高、气候干旱为特征。
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2 Key Laboratory of Environmental Change and Ecological Development of Hebei Province, Shijiazhuang 050024, Hebei;
3 Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037;
4 Institute of Geography Sciences, Hebei Academy of Science, Shijiazhuang 050011, Hebei;
5 Hebei Engineering Research Center for Geographic Information Application, Shijiazhuang 050011, Hebei)
Abstract
In this paper, 165 samples for 33 m cores(15800~12500 cm, 2.6~2.1 Ma) from Haojiatai area in the Nihewan Basin was used for high-resolution pollen analysis. Sediment sample collection sites are located in the NHA borehole at Haojiatai, eastern part of the Nihewan Basin, Yangyuan County, Hebei Province. The drilling coordinates are 40°13'0.4″N, 114°38'32.3″E and 938 m a.s.l. Combined with the paleo-magnetic dating, vegetation and climate change process was reconstructed from 2.6 Ma to 2.1 Ma based on pollen assemblages and PCA analysis. The results showed that:1) During the period of 2.60~2.47 Ma, the pollen assemblages were characterized by high percentages Pinus(more than 40%) and high percentages of Picea(more than 60%) alternation and the PCA axis 1 and axis 2 scores fluctuated significantly, suggesting that the vegetation also should be the alternating of the pine forest and spruce forest, and climate changed serious. It was cold at 2.60~2.57 Ma and 2.53~2.51 Ma, which generally corresponding to MIS 102 and MIS 100, and it was cool and dry at 2.49~2.47 Ma, generally corresponding to MIS 98, but it was warm period at 2.57~2.53 Ma. 2) During the period of 2.47~2.33 Ma, the pollen assemblages were characterized by high percentages of Picea(more than 40%), Artemisia and Chenopodiaceae(more than 20%) and the scores of PCA axis 1 were high, indicating that the vegetation in the study area were dominated by forest-steppe or spruce forest, and the climate was cold and dry, especially at 2.47~2.42 Ma, which generally corresponding to MIS 96. 3) During the period of 2.33~2.14 Ma, the pollen assemblages are characterized by high percentage of Pinus (more than 50%), and high percentages of broadleaved trees(more than 5%) and PCA axis 1 and axis 2 scores had the most negative values, indicating that the vegetation is a mixed forest or patches distribution of pine and broad-leaved trees, and the climate was the warmest and wettest, while from 2.29 Ma to 2.24 Ma, PCA axis 1 score became much higher, suggesting the climate became cold, which generally corresponding to MIS 88 and MIS 86.