2015, Vol.35
1 引言
中国北方的黄土高原地区有机碳同位素(δ13CTOC)以及花粉、 植物硅酸体等研究结果表明，该地区第四纪以来的植被主要为C3和C4草本植物混合的草原植被[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]。研究一致认为，黄土有机碳同位素组成在冰期-间冰期时间尺度的变化主要受温度和/或亚洲季风作用下的季节性降水控制[4, 9, 11, 12, 13, 14, 15]。在季风增强的间冰期，由于温度相对较高，暖季节的降雨量增加，有利于C4植物生长； 而在冰期，温度的降低不利于C4植物的生长，C4植物比例下降[11, 16]，因此，在间冰期C4植物丰度增加，冰期C4植物丰度减少； 在空间尺度上，末次间冰期以来，随季风影响强度的增加，C4植物丰度由黄土高原西北向东南方向呈逐步增加趋势[4, 7, 8, 12, 13, 17]。黄土-古土壤序列δ 13 CTOC值被用来估算黄土形成时期上覆植被C3和C4植物生物量的相对丰度，并反映黄土堆积以来东亚季风的变化[10，11，16，18～20]；但研究也表明，在不同时期和气候背景下，温度和降水对植被的相对作用可能更为复杂[21, 22, 23, 24]。要更好地理解气候变化与植被演化之间的关系，就要进行同时段不同气候条件下植被变化的对比研究。对中国北方末次间冰期以来植被区域空间变化研究已经取得了一些成果[4，7，8，12，13，17，25～27]，但目前这些工作还主要集中在黄土高原地区。秦岭以南的黄土堆积区，由于气候和自然环境相对于黄土高原地区发生了明显的改变，植被类型不再以草地植被为主，乔木成分和一些喜暖物种在植被中大量出现，可能使得土壤中有机碳同位素与植被和气候之间的关系与黄土高原不同[28]。这些地区有机碳同位素的变化除了反映C3/C4植物生物量比例的变化，是否还受到植被生态类型(森林/草地)的影响？另一方面，从半干旱区到湿润区，随季风降水和温度的逐步变化，也可能影响C3和C4植物的碳同位素组成[12, 29, 30, 31, 32, 33]。因此，开展秦岭以南湿润区到黄土高原半干旱区的黄土堆积有机碳同位素对比研究，有望更深入理解不同气候背景下黄土δ 13 CTOC变化的成因机制。
在南方黄土沉积区，由于黄土的沉积速率普遍较低，花粉保存差，花粉分析难以全面反映黄土沉积的植被状况，需要其它指标验证。到目前为止，黄土δ13CTOC在秦岭以南的亚热带湿润地区的古植被和古气候意义还不明确，南方湿润地区有机碳稳定同位素的研究也有望为这些地区提供一个简捷的古植被和古气候代用指标。
另外，在未来全球温度可能变暖的条件下，东亚季风环流将增强，内陆地区的亚热带气候带有可能向北偏移，黄土高原南部甚至中部的半干旱区有可能向半湿润-湿润气候转变，黄土高原地区的植被也会随之做出响应。了解地质历史时期温暖背景下黄土沉积区的自然植被状况，也可以为黄土高原地区和中国南方湿润区农业发展应对气候变化提供科学依据。
2 材料与方法本研究选择位于半湿润区的秦岭地区洛宁和位于湿润区的长江下游镇江两地点末次间冰期以来的黄土剖面( 图1)，进行黄土δ 13 CTOC的研究，并将这些结果与前人研究的、 同时段的、 位于半干旱区的黄土高原陕西省榆林市镇北台剖面[34]、 甘肃省庆阳市西峰剖面[35]和陕西省洛川县洛川剖面[6]( 图1)的黄土δ 13 CTOC测试结果进行对比，从更大的空间范围分析黄土堆积δ 13 CTOC与植被的关系，重建冰期-间冰期环境变化条件下植被的演替，揭示位于湿润地区黄土沉积的δ 13 CTOC变化规律及其与植被演替和气候变化的关系。
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图 1 采样点和本文引用的黄土有机质碳同位素研究点 Fig.1 Sampling sites in this study and the related sites |
洛宁剖面(34°25′ 56.6″N，111°39′ 23.0″E； 顶部高程525m)位于河南省洛宁县境内，该采样点属于半湿润区的温带大陆性季风气候。洛宁地区现代年均温13.7℃，平均降雨量613mm，降水主要集中在7月。采样区现代植被多为次生植被，以灌木和草本为主。灌木主要分布在黄土沟坡部位，常见灌木有酸枣、 刺槐、 牡荆等，多为C3植物。黄土塬面以草本植物为主，常见植物有茅草、 黄背草、 菊科、 蒿草等，其中C4植物类型占相当比例。
洛宁剖面厚度3.8m。地层年代根据磁化率对比和该地区临近的已有黄土剖面的光释光测年结果[36]推断得出，底部大致相当于黄土标准剖面L1SS1的底，即60ka左右。地面以下50cm为扰动层，采样从50cm以下开始。 第一层:0～90cm，古土壤层(S0)，暗棕色，垂直裂隙发育，松散，虫孔根孔发育，土质较硬。底部出现少量钙质假菌丝体。第二层:90～210cm，黄土层(L1LL1)，浅黄棕色，150cm深度处开始出现钙结核，土质较疏松，虫孔发育。第三层:210～380cm，古土壤层(L1SS1)，红棕色，钙质假菌丝体、 垂直裂隙和钙结核发育好，多虫孔根孔，干状态下土质较硬且破碎。380cm深度为一层钙结核。以下黄土出露，未见底。
镇江黄土剖面位于江苏省镇江市以东20km处(32°12′N，119°39′E)，末次间冰期以来黄土沉积厚度8m左右； 剖面的详细地层描述见李徐生和杨达源[37]。依据李徐生和杨达源[37]以及弋双文等(未发表)对该地区黄土的初步光释光测试结果判断，该剖面底部相当于黄土标准剖面S1的底，即130ka左右。镇江地区属于湿润区，是亚热带季风气候，现代年均温15.4℃，年均降水量1050mm，降水主要集中在7月。典型的地带性植被为落叶、 常绿阔叶混交林，自然植被经过人类长期改造，多为次生植被。乔木以枹树、 栓皮栎、 马尾松和白栎等为主，灌木多为有刺种类，常见的有白檀、 山胡椒、 野山楂、 圆叶鼠李、 胡枝子、 杜鹃、 乌饭树、 茶条等。黄土沉积地貌上植被以草本植物为主，主要是禾本科以及桔梗、 沙参等。
对洛宁黄土剖面进行10cm间隔的有机碳同位素和磁化率样品采集，镇江剖面进行20cm间隔的有机碳同位素样品采集。
黄土有机碳同位素测试前处理流程为: 所有样品在40℃下烘干48小时，过筛，去除粗颗粒和未分解的植物根茎，研磨。之后取样5g，加入过量10 ％ 的稀盐酸在水浴锅中恒温50℃反应24小时，反复离心清洗至上清液接近中性(pH≈7)，50℃ 下烘干，磨散待测。有机碳同位素的分析在南京大学有机地球化学实验室的Flash HT-EA-ConFlo IV-Thermo MAT 253同位素比率质谱仪上进行。报告的结果相当于Vienna Pee Dee Belemnite(VPDB)。测试过程中，每10次测量加入两个实验室标准进行质量监控，多次测量所得的标准偏差<0.2 ‰ 。
3 结果洛宁黄土序列有机碳同位素δ 13 CTOC( 图2a)的变化范围为-21.8 ‰ ～-19.0 ‰ ，平均值为-20.2 ‰ ，且有机碳同位素与磁化率整体呈现相对一致的变化； δ 13 CTOC的相对高值在-20.2 ‰ ～-19.0 ‰ 之间，对应0～0.9m的S0古土壤层和2.1～2.8m的L1SS1古土壤层上部，并分别在0.4m和2.4m出现两个峰值；δ13CTOC的相对低值段为-21.8 ‰ ～-20.2 ‰ 之间，对应0.9～2.1m的黄土层和2.8m以下的L1SS1下部。
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图 2 洛宁(a)和镇江(b)黄土末次间冰期以来的地层、 δ13CTOC与磁化率 Fig.2 Loess stratigraphy， δ 13 CTOC and magnetic susceptibility of Luoning (a) and Zhenjiang (b) loess deposit since the last interglaciation |
镇江黄土δ 13 CTOC值的变化范围为-21.2 ‰ ～-15.6 ‰ ，δ 13 CTOC平均值为-18.0 ‰ ，有机碳同位素与磁化率也呈现一致的变化，并且δ 13 CTOC的高值区(-18.0 ‰ ～-15.6 ‰ )对应古土壤层，δ 13 CTOC的低值(-21.2 ‰ ～-18.0 ‰ )对应黄土层，在S0和S1时段出现两个明显的峰值，L1的底部出现一个明显的谷值( 图2b)。
洛宁黄土和镇江黄土的δ 13 CTOC和磁化率值具有良好的线性相关性，R2分别为0.54和0.75( 图3)。
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图 3 洛宁和镇江黄土δ13CTOC与磁化率值的相关分析 Fig.3 Correlation between the δ 13 CTOC and magnetic susceptibility of Luoning and Zhenjiang loess deposit |
黄土高原地区黄土-古土壤序列的磁化率变化与降水具有很好的相关性[38, 39, 40]，因此，磁化率被认为是夏季风强度的良好替代性指标[41, 42, 43]。已有研究也表明，黄土高原黄土有机碳同位素的变化主要受季风作用的影响，季风增强的间冰期，由于温度相对较高，生长季节的降雨量增加，有利于C4植物生长； 而在冰期，温度的降低，不利于C4植物的生长[5, 10, 11, 12, 13, 16, 18, 19, 20]。因此，δ 13 CTOC与冰期-间冰期尺度季风变化同步。把洛宁和镇江的δ 13 CTOC和磁化率结果与镇北台、西峰、洛川的研究对比[6, 34, 35]，结果表明半干旱-湿润区由西北向东南的5个黄土剖面的δ 13 CTOC值均与磁化率序列变化趋势一致，冰期δ 13 CTOC偏负，间冰期δ 13 CTOC偏正( 图4)。洛宁和镇江黄土剖面δ 13 CTOC与磁化率变化一致表明，中国东部半湿润-湿润区黄土δ 13 CTOC与气候的关系与黄土高原地区相同，是对冰期-间冰期尺度亚洲季风变化的响应。这个结果揭示出末次间冰期以来，湿润区黄土δ 13 CTOC在冰期-间冰期的变化机制可能与黄土高原的一致，受到温度和季风影响下的降水量的影响。值得注意的是，在相同比例下，相对于磁化率，洛宁和镇江剖面δ 13 CTOC在冰期-间冰期的变化幅度要比黄土高原地区其它3个剖面更加显著，尤其是镇江剖面在S1到L1转变阶段δ 13 CTOC变化幅度要明显大于磁化率。这可能指示在半湿润-湿润区，δ 13 CTOC作为气候变化的代用指标较磁化率更为敏感。
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图 4 半干旱-湿润区的镇北台[34]、 西峰[35]、 洛川[6]、 洛宁和镇江黄土δ 13 CTOC和磁化率变化 Fig.4 The δ13CTOC and magnetic susceptibility of loess deposit at Zhenbeitai[34]， Xifeng[35]， Luochuan[6]， Luoning and Zhenjiang， along a transect from semiarid to humid climates in China |
土壤脂类化合物烷烃同位素分析表明，土壤有机质大部分来源于其上覆植被，其碳同位素值继承了上覆植被的同位素特征[44]。 因此，土壤有机质碳同位素能够很好地反映土壤生成时期其上覆植被的碳同位素组成情况。黄土高原地区第四纪以来的植被为C3/C4混合的草地植被，其演化响应季风强度变化。
根据土壤有机碳同位素δ 13 CTOC值对黄土高原地区第四纪以来不同时段古植被进行重建，主要是利用二端元混合模型对C3/C4植物生物量相对比例的估算[4, 11, 13, 16, 45]，即：
δ13CTOC=F δ13C4＋(1-F)δ13C4
其中δ 13 CTOC、 δ 13 C4和δ13C4分别代表土壤有机质碳同位素组成和C4、 C3两种不同植被类型端元碳同位素组成。F代表C4植物生物量在植被中所占的比例。
采用二元混合模型计算C4植物相对生物量变化时，考虑到植物体在转化为土壤有机质的过程中，碳同位素发生了一定的分馏，并且现代植被碳同位素组成还受到工业革命以来大气CO2 的δ 13 C变化和CO2浓度变化的影响，一般地层中δ 13 CTOC会比其来源的植被的碳同位素组成偏正。因此，一些学者根据不同地区现代C3/C4植被及其对应的土壤剖面有机质碳同位素的研究，同时综合考虑了CO2 δ 13 C值变化的影响，提出了土壤δ 13 CTOC校正方法，所采用的校正值在1.00 ‰ 到3.49 ‰ 之间[33, 46, 47, 48, 49, 50]。
另一些学者把土壤有机质碳同位素看作是其上覆生态系统的综合产物，其中包括土壤形成时期生长的植被来源的有机质同位素组成、 土壤微生物本身对同位素的影响以及微生物分解植物残体过程中产生的有机碳同位素分馏等[4, 15]。参考美国大平原地区[51]以及澳大利亚现代表土[52]有机碳同位素的研究结果，根据表土有机质碳同位素与C4植物丰度的关系，直接选取-24 ‰ 和-14 ‰ 作为纯C3和纯C4植被类型下土壤有机质碳同位素的端元值，认为当土壤有机碳同位素小于-24 ‰ 时为纯C3植被，大于-14 ‰ 时为纯C4植被[4, 15]。这组端元值也与中国北方黄土区C3[53]和C4[54]植物碳同位素调查结果基本相符。
利用这两种端元值定量估算黄土高原地区C3/C4植被比例都取得了较为可靠的结果[53, 54]。为了更加便捷和统一，本研究选取后者，即取-24 ‰ 和-14 ‰ 分别作为C3和C4植物的端元值对研究区C4植被比例进行估算。结果显示，末次间冰期以来半干旱-湿润地区5个黄土沉积区植被均为C3/C4混合植被。末次间冰期以来(镇北台和洛宁为末次冰期以来)C4植物比例的平均值分别约为: 镇北台12 ％ ，西峰14 ％ ，洛川16 ％ ，洛宁38 ％ ，镇江60 ％ 。C4植物比例由半干旱区至湿润区递增。镇江剖面末次间冰期和全新世C4植物最高可达82 ％ 和84 ％ ，在末次冰期最高达到61 ％ 。
镇江剖面位于湿润区，根据现代植被区划，该地区地带性植被应为亚热带常绿阔叶林[55]，即以C3植物为主。但以上计算结果显示镇江黄土序列普遍高达60 ％ 以上的C4植物比例，与当地地带性植被不符。我们对这一现象做出如下解释: 在秦岭以南的湿润区，大部分植被以地带性的常绿阔叶林为主，但在一些具有厚层黄土堆积的丘陵或岗地上，受地貌部位和黄土沉积透水性的影响，乔木难以正常生长，植被以草本为主。而亚热带地区的温热条件又能够为C4植物的生长提供有利条件，故C4植物必然会占到一定比例。黄土δ 13 CTOC主要反映其上覆植被的C3/C4组成[44]，因此，末次间冰期以来镇江剖面δ 13 CTOC反映的高C4植物比例指示该地区黄土堆积地貌上主要发育非地带性的草本植被，即隐域性植被，并未受到地带性的木本植物的明显影响； 而洛宁地区则是湿润区和半湿润区之间的过渡植被类型。从现代植被来看[55]，洛宁和镇江地区黄土沉积地貌上都以草本植物为主，并且镇江地区黄土堆积上大量禾本科植物的出现也可以验证这一结果。
从半干旱至湿润区，土壤微生物以及黄土中可能含有的藻类等都会对δ 13 CTOC有不同程度的影响。本研究在对C4植物比例的估算时，端元值采取了统一的经验值，这一过程可能对半湿润和湿润区的C4植物比例造成高估。但是，根据黄土高原地区生物标志物单体碳同位素和全样有机碳同位素结果的对比[16, 44]，黄土中微生物等对全样有机碳同位素结果影响不大。因此，以上讨论可以得出，末次间冰期以来，秦岭以南的湿润区黄土堆积地貌上是以C4植物为主的C3/C4混合草地植被。根据这一结果推断，在较长时间尺度，即使气候变化导致亚热带北移，黄土高原塬面上的植被仍以草地植被为主，并且C4植物比例会有所增加。这个发现可能对黄土堆积区生态环境建设有参考价值。
4.3 湿润区黄土沉积C4植物增加的控制因素影响黄土δ 13 CTOC变化的因素主要有大气CO2分压(pCO2)、 温度和水分条件[29, 30, 31, 32, 56, 57, 58, 59]。一方面这些因素影响植被C3/C4植物相对比例:C4植物对CO2的吸收和利用率优于C3植物，因此pCO2降低的情况下有利于C4植物的生长[56, 57]； 温度的增加和干燥的条件都有利于C4植物的增加，相反，则有利于C3植物的生长[58, 59]。另一方面，pCO2和降水也可以影响C3和C4植物有机碳同位素组成的变化:pCO2与C3植物δ 13 C成负相关关系，pCO2每降低100ppm，C3植物δ 13 C偏正 2.0 ‰ ±0.1 ‰ [31]； 降雨量也与C3植物δ 13 C成负相关关系，平均降雨量每增加100mm，C3植物δ 13 C下降 0.33 ‰ ±0.07 ‰ [29, 30, 31, 32]。
末次间冰期到末次盛冰期(LGM)pCO2的最大变幅约为80ppm[60]，根据每降低100ppm，植物δ 13 C增加 2.0 ‰ ±0.1 ‰ [31]，并且植被以镇江剖面该时段C3植物最大比例57.0 ％ 计算，LGM时期的大气pCO2 降低量将最大导致黄土δ 13 CTOC上升0.91 ‰ ，但由 图4可以看出镇江黄土序列δ 13 CTOC在末次间冰期至末次冰期转变阶段明显偏负，并且最大变幅达到3.9 ‰ ，表明pCO2变化所导致的C3植物δ 13 C变化不是影响黄土δ 13 CTOC变化的主控因素。
随着由西北向东南降水量的递增，会导致C3植物δ 13 C偏负，但从 图1和 图4可以看出，从镇北台、 西峰到洛川，再到中部的洛宁和东部的镇江剖面，随年降水量的增加，黄土δ 13 CTOC反而呈现总体偏正趋势。且镇江剖面δ 13 CTOC反映植被以C4植物为主，而C4植物δ 13 C受降雨量变化影响很小[13, 33]，因此，可以认为降雨量变化对C3植物δ 13 C的影响也不是控制湿润区黄土有机质变化的主要因素。
以上分析表明，湿润区黄土δ 13 CTOC的变化主要反映的是土壤形成时期上覆植被C3/C4植物比例的变化。首先，由西北向东南，5个地点在末次间冰期以来的pCO2应该基本相当，即与全球pCO2[60]变化一致。而5个剖面的δ 13 CTOC在全球pCO2最低的LGM时期[60]一直表现为低值，排除了pCO2作为影响C3/C4植物比例的主控因素。其次，根据现代表土的研究结果，C4植物生长存在一个温度下限，当温度达到这个要求后，温度不再成为影响C4植物生长的主控因素[9, 58, 59]，一般认为当生长季节温度低于13～15℃时C4植物的生长就会受到抑制[58, 59]。在黄土高原地区，低温是导致末次冰期C4植物减少的主要因素[11, 16]。 图4中，镇北台→西峰→洛川→洛宁→镇江，由北到南，随纬度的降低，年均温和夏季(即C4植物生长季节)降水不断增加，不论在冰期还是间冰期，C4比例都在增加，洛宁和镇江剖面在末次冰期(L1阶段)的C4比例甚至高于西峰和洛川在间冰期(S1阶段)时的水平。这说明，半湿润区的南缘及其以南地区，即使在冰期，温度也能够基本满足C4植物生长的需求。由此我们可以推断，末次间冰期以来，半湿润区南缘和湿润区C3/C4比例的变化主要受季风影响下的季节性降水控制。在冰期-间冰期尺度，间冰期季风降水增强，C4植物增加，冰期季风降水减少，C4比例减小。在空间上，由西北向东南，受季风影响不断加强，C4比例整体增加。
印度 Kashmir 盆地年降雨量(650mm)和年均温(13.3℃)与洛宁地区基本一致，盆地内的薄层黄土有机质δ 13 CTOC研究结果也显示末次冰期以来C4植物在植被中一直占相当比例，在一些时段C4植物占主导[61]。末次冰期以来该地区黄土δ 13 CTOC最低值为-21.9 ‰ (除去表土可能出现的现代人为因素干扰)[61]，与洛宁剖面接近，但最高值为-15.1 ‰ [61]，比洛宁剖面明显偏高，可能是因为洛宁和Kashmir分别位于东亚季风区和印度季风区，降水和温度的季节性分布差异导致C4植物的生长季节长短不同引起的。这说明相似气候条件下，黄土沉积区的植被变化是可以对比的。美国佛罗里达州[62]与镇江地区地理位置相似，同样位于亚热带的大洋西岸，年降雨量1300mm，主要集中在夏季，年均温20～25℃。来自佛罗里达州中部Lake Tulane的62000年来的沉积物植物叶腊碳同位素及花粉证据表明，该地区从末次冰期极盛期到全新世大暖期植被发生了显著的变化，从末次冰期极盛期的C4植物占40 ％ 以上转变为全新世适宜期的C3乔木植被占主导，间冰期降雨的增加是C4植被减少的主要原因，即温度满足C4植物生长条件后，降雨是影响C3/C4植物比例的主要因素[62]。这也验证了季风降雨是我国半湿润-湿润地区黄土δ 13 CTOC变化的主要因素的结论。但由于佛罗里达地区较镇江地区更为湿润，加之土壤较镇江黄土有更好的持水性，水分条件在间冰期已经达到乔木生长的条件，因此，间冰期时段乔木取代了C3、 C4混合的草地植被。
由于洛宁和镇江地区目前还缺乏比较详细的黄土花粉分析数据，本研究对半湿润-湿润区的植被变化的控制因素等的讨论主要基于现有同位素分析的结果，这些结论还有待下一步对该地区黄土进行花粉、 生物标志化合物及单体碳同位素等多方面的研究来验证。
5 结论湿润区黄土δ 13 CTOC变化可反映冰期-间冰期下的温度和季风强度的变化，间冰期古土壤δ 13 CTOC偏正； 冰期黄土δ 13 CTOC偏负。有机碳同位素揭示，在湿润区的黄土堆积地貌下，植被为以C4植物为主的C4/C3混合的草地，显示了黄土堆积区隐域性植被的发育。末次间冰期以来C4植物比例由半干旱区至湿润区递增，平均比例从12 ％ ～16 ％ 增加至60 ％ 左右。冰期和间冰期黄土沉积区的C4植物比例都呈现从半干旱-湿润区逐渐增加的趋势。湿润区的镇江剖面在末次间冰期C4植物最高可达82 ％ ，末次冰期最高达到61 ％ ，全新世最高可达84 ％ 。受冰期-间冰期驱动的季风降水量变化可能是控制湿润区黄土沉积地貌上的C3/C4植物丰度变化的主要原因。
致谢 感谢编辑和匿名审稿人对本文提出的宝贵修改建议；感谢张恩楼研究员在实验测试中给予的指导和帮助。曾菁菁和李洋同学参加了本研究的实验前处理工作，巩伟明和弋双文工程师在样品测试过程中提供帮助，在此真诚地表示感谢。
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,LuHuayu① ,GuZhaoyan② ,LiXusheng① ,ZhangZhaohui③, ChenYingyong① ,ZhangWenchao① ,LüAnqi① ,ZhaoLiyuan① Abstract
Comparative studies of environmental factors and vegetation changes deduced from the organic matter stable carbon isotopic composition(δ 13 CTOC)of the loess deposit in semiarid to humid regions would provide clues to understand the vegetation dynamics, in particular under the future climatic changes. However, the relationships between soil organic carbon isotopic composition and vegetation or climate in the subtropical climate areas south of the Qinling Mountains remain unclear. In this study, we selected five loess deposit sections across semiarid to humid climates since the beginning of the last interglacial period at Zhenbeitai, Xifeng, Luochuan which have been reported by other researchers and Luoning(34°25' 56.6"N, 111°39' 23.0"E), Zhenjiang(32°12'N, 119°39'E) in this study to investigate the paleoclimatic and vegetation implication of the δ 13 CTOC. Luoning section located in the temperate sub-humid zones and is 3.8m in depth. The bottom of the Luoning section is about 60ka. Zhenjiang section located in the subtropical humid zones and is about 8m in depth. The bottom of Zhenjiang section is about 130ka. Loess samples were taken at 10cm interval in Luoning section and 20cm interval in Zhenjiang section. The results showed that δ 13 CTOC in Luoning section ranges from -21.8 ‰ to -19.0 ‰ and -20.2 ‰ on average. The δ 13 CTOC have a good correlation with the magnetic susceptibility, and the high values of δ 13 CTOC(-20.2 ‰ ~-19.0 ‰) corresponds to paleosols layers, low values(-21.8 ‰ ~-20.2 ‰)corresponds to loess layers. Values of δ 13 CTOC in Zhenjiang section ranges from -21.2 ‰ to -15.6 ‰ and -18.0 ‰ on average. The δ 13 CTOC also have a good correlation with the magnetic susceptibility and high values of δ 13 CTOC(-18.0 ‰ ~-15.6 ‰)corresponds to paleosols layers, low values (-21.2 ‰ ~-18.0 ‰) corresponds to loess layers. Since last interglaciation(Zhenbeitai and Luoning from the last glaciation)the proportions of C4 plant is 12 % in Zhenbeitai, 14 % in Xifeng, 16 % in Luochuan, 38 % in Luoning and 60 % in Zhenjiang on average. Percentage of C4 plant progressively increased from semiarid to humid regions. C4 plant once reached up to 82 % in last interglacial, 84 % in the Holocene and 61 % in the last glacial. Changes of δ 13 CTOC in the Luoning and Zhenjiang loess sections most likely reflect temperature and the East Asian monsoon intensity. Since the last interglaciation, areas mantled by loess in the sub-humid temperate zones and humid subtropical zones were covered by C4/C3 mixed grassland in which C4 plants were dominated. The monsoon precipitation plays a key role in controlling C3/C4 plant abundance in these areas. Our investigation presents direct evidence that the δ 13 CTOC of loess deposit in the humid climate in Southeast China can be used as a priority proxy indicator of the past monsoon precipitation and vegetation changes.