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干旱区研究 >

2025 , Vol. 42 >Issue 7: 1323 - 1332

DOI: https://doi.org/10.13866/j.azr.2025.07.15

生态与环境

中国东北季风边缘区沙地风成沉积剖面光释光定年研究及其古环境意义

  • 黄龙 , 1 ,
  • 古斯乐图 2 ,
  • 周彩婷 1 ,
  • 杨夏瑶 1 ,
  • 司月君 1 ,
  • 黄日辉 1 ,
  • 杭晓菊 2 ,
  • 牛东风 , 1
展开
  • 1.岭南师范学院地理科学学院，广东 湛江 524048
  • 2.萨拉乌苏考古遗址公园管理局，内蒙古 乌审旗 017300
牛东风. E-mail:

黄龙（1993-），男，博士，讲师，主要从事光释光年代学与地貌学研究. E-mail:

收稿日期: 2024-10-11

  修回日期: 2025-04-30

  网络出版日期: 2025-08-13

基金资助

国家自然科学基金项目(42302212)

萨拉乌苏考古遗址公园管理局校地合作项目(slws20230508)

收起

Optically stimulated luminescence dating of aeolian sediment profiles in the sandy areas of northeastern China near the edge of the monsoon zone and its paleoenvironmental significance

  • HUANG Long , 1 ,
  • Gusiletu 2 ,
  • ZHOU Caiting 1 ,
  • YANG Xiayao 1 ,
  • SI Yuejun 1 ,
  • HUANG Rihui 1 ,
  • HANG Xiaoju 2 ,
  • NIU Dongfeng , 1
Expand
  • 1. School of Geographical Sciences, Lingnan Normal University, Zhanjiang 524048, Guangdong, China
  • 2. Sjara-osso-gol Archeological Site Park Authority Administration, Wushen Banner 017300, Inner Mongolia, China

Received date: 2024-10-11

  Revised date: 2025-04-30

  Online published: 2025-08-13

Fold

摘要

中国东北季风边缘区沙地对气候变化响应敏感，是研究风沙演化历史的理想场所。本文对科尔沁沙地（KE）和浑善达克沙地（HS）的两个典型风成沉积物剖面进行光释光定年分析，结合剖面沉积相所指示的环境信息，重建区域风沙演化历史，并探讨影响风沙堆积的因素。结果表明：（1） KE剖面在9.8~3.0 ka期间发育深黑色砂质古土壤，指示了风沙活动较弱；近0.2 ka以来剖面发育了较厚的浅灰色砂质古土壤，暗示了区域风沙活动较强，导致表层较厚的沉积物不断地被“翻新”而难以形成沉积年代较老的沉积物。（2） HS剖面在13.4 ka、1.2~0.5 ka及0.5 ka以来沉积灰黄色风沙层，指示了风沙活动较强；在11.6~1.9 ka前后发育深黑色砂质古土壤，指示了风沙活动较弱。（3） 13.4 ka以来研究区域古气候与风沙演化大致经历了三个阶段：13.4 ka至早全新世整体转暖，风沙活动较强；早-中全新世温暖湿润，风沙活动弱；晚全新世气候波动转冷，风沙活动较强。（4） KE与HS剖面深黑色砂质古土壤发育时间差异可能反映了沙地边缘区局地地形、气候等因素对风沙堆积和古土壤发育具有重要影响。

关键词： 风成沉积; 光释光定年; 古环境演化; 科尔沁沙地; 浑善达克沙地

本文引用格式

黄龙 , 古斯乐图 , 周彩婷 , 杨夏瑶 , 司月君 , 黄日辉 , 杭晓菊 , 牛东风 . 中国东北季风边缘区沙地风成沉积剖面光释光定年研究及其古环境意义[J]. 干旱区研究, 2025 , 42(7) : 1323 -1332 . DOI: 10.13866/j.azr.2025.07.15

Abstract

The sandy lands of northeastern China, located near the edge of the East Asian monsoon zone, are highly sensitive to climate change, making them ideal for investigating the evolutionary history of regional aeolian processes. This study presents optically stimulated luminescence dating of aeolian sediments from two representative profiles situated near the edge of the Horqin Sandy Land (KE) and the Otindag Sandy Land (HS). By integrating sedimentary facies data from the two profiles with additional regional paleoenvironmental records, we reconstructed the regional aeolian evolution history and examined the factors influencing sand and paleosol formation. The results revealed that: (1) The KE profile indicated the development of dark black sandy paleosols between about 9.8 and 3.0 ka, likely reflecting weak aeolian activity. In contrast, thick light gray sandy paleosols formed from around 0.2 ka, indicating intensified aeolian activity and continuous reworking of surface sediments, preventing older deposit formation. (2) In the HS profile, gray-yellow aeolian sand layers were deposited around 13.4 ka, 1.2-0.5 ka, and since 0.5 ka, indicating episodes of strong aeolian activity. Dark black sandy paleosols formed between about 11.6 and 1.9 ka, corresponding to a period of weaker aeolian activity. (3) Since about 13.4 ka, the region has undergone three stages of climatic and aeolian evolution: (i) a warming period from 13.4 ka to the early Holocene, associated with relatively strong aeolian activity; (ii) a warm and humid midHolocene, marked by reduced aeolian activity; and (iii) a late Holocene period of fluctuating cooling, during which aeolian activity increased again. (4) Variations in the timing of dark black sandy paleosol development between the KE and HS profiles, compared with records from the central parts of these sandy lands, suggest that regional topography and paleoclimatic differences may significantly influence aeolian sediment development.

Key words： aeolian sedimentation; OSL dating; paleo-environmental change; Horqin Sandy Land; Otindag Sandy Land

科尔沁沙地与浑善达克沙地均位于我国东北季风边缘区，生态环境较为脆弱，对气候变化响应敏感[1]，且堆积了大量的风成沉积物，是研究环境演化的理想区域[2-3]。裘善文[4]通过对科尔沁沙地沉积物的年代学与环境代用指标分析等，发现沙地的演化受气候变化与人类活动的共同影响。李森等[5]基于浑善达克沙地沉积物环境代用指标分析，揭示了沙地全新世以来经历了升温波动期、温暖期和温干冷干频繁波动期的气候演化阶段。李明启等[6]通过进一步对浑善达克沙地地层古气候代用指标分析，发现全新世以来沙地气候演化经历了5个阶段，并揭示了气候演化与全球气候变化具有较好的一致性。鹿化煜等[7]通过对浑善达克沙地和科尔沁沙地大量风成沉积剖面的研究，进一步验证了沙地风沙-古土壤等沉积序列受轨道尺度气候变化的影响，表现出干冷期沙地流沙广布，而暖湿期发育砂质古土壤，并伴随着沙地的扩张/收缩。周亚利等[8]通过对中国北方沙地沉积剖面的年代测定与地层特征分析，揭示了晚第四纪气候在千年至百年尺度上的变化可能是沙丘活化与固定的主导因素。随着研究的不断深入，学者们发现沙地古气候演化经历了多次更小时间尺度的干湿变化，揭示了沙地演化对气候变化具有高度敏感性[9-11]。通过综合分析沙地现有的研究成果，学者们观察到沙地沙丘在全新世早期由流动向半固定、固定转变，而在全新世中期以固定沙丘为主，到了全新世晚期则重新活化，且不同沙地的演化过程表现出明显的差异[12-14]。如中国东北季风边缘区沙地从南向北的10个代表性剖面的深黑色砂质古土壤的起始与停止发育时间存在显著差异[15]。即使在较小区域范围内不同风成沉积剖面的风沙-古土壤序列发育的时间也出现明显差异[16]，这可能揭示了沙地的演化与气候变化之间存在非线性关系。此外，沙地受风蚀与沙丘迁移等因素的影响，难以保存晚第四纪以来相对完整的沉积序列，需综合分析沙地不同区域多时间尺度的沉积剖面，整合多剖面数据以重建长而连续的气候环境演化记录。尤其值得注意的是沙地边缘区相较于核心区对沙地扩张/收缩更为敏感，其沉积特征往往反映了古环境系统维持稳态的临界阈值。因此，对沙地边缘开展相应的研究，对于深入理解气候环境变化与风沙演化的关系具有重要的科学意义。
鉴于此，本研究在科尔沁沙地和浑善达克沙地边缘区，选取两个气候背景相似（季风边缘区）、微地形基本一致（河谷阶地高处），但纬度差异明显的风成沉积剖面开展研究，使用已被广泛用于中国北方沙地风成沉积物年代测定的光释光定年技术[8-9,14-17]，结合沙地剖面不同风成沉积地层所指示的环境信息，以重建研究区域近期的风沙演化历史，探讨影响剖面风沙堆积的因素，并为理解沙地的演化过程和丰富区域古气候与古环境特征等提供新的信息。

1 研究区域与样品采集

1.1 研究区域概况

科尔沁沙地位于东北与华北交界地带（图1），邻近西拉木伦河的北侧，由巴林右旗、翁牛特旗、敖汉旗、通辽市部分地区以及兴安盟部分地区等共同组成，总面积可达2.38×104 km2[18]。沙地地貌特征显著，风沙广泛覆盖。区域地势整体呈西北向东南倾斜，北部多山地，中部多丘陵，而南部多平地，是我国东北典型的季风边缘过渡区，属于温带季风型大陆性气候[19]。沙地多年平均气温约6~7.5 ℃，多年平均降水量接近400 mm。两处站点记录结果表明沙地全年显著霜冻期达5个月，无霜期仅3~4个月[18]。
图1 研究区域示意图

Fig. 1 Schematic map of the study area

浑善达克沙地位于内蒙古中部锡林郭勒草原南端（图1），由锡林郭勒的部分地区与赤峰的克什克腾旗等地区组成，为西拉木伦河和叶力根河的发源地[20]。沙地地势整体呈东南高、西北低，高程由东南部山麓约1500 m下降至西北部1000 m左右，起伏和缓[18]。沙地为我国典型的季风边缘过渡区，降水波动明显，生态环境较脆弱，以干旱半干旱气候为主。区域年均降水量为380~140 mm，自东南向西北递减[21]。年均气温约3~5 ℃，霜冻期达7个月[18]。整体而言，科尔沁沙地和浑善达克沙地具有相似的气候环境特征。

1.2 样品采集

基于对科尔沁沙地和浑善达克沙地的野外考察，选取了沙地边缘两个具有相似气候特征但地理位置明显不同的典型河谷谷坡高处的风成沉积剖面作为研究对象，系统地采集了风成沉积物样品。其中科尔沁沙地研究剖面（43°48′59.27″N，118°18′03.49″E）被命名为KE，位于沙地西部西拉木伦河支流查干木伦河的东侧，为乡道公路与铁路施工过程中出露的厚层深黑色砂质古土壤的风成沉积剖面（图1和图2）。该剖面距离现代河床远，地势较高，风成沉积物堆积较厚且涵盖了风沙-砂质古土壤等序列沉积（图2）。浑善达克沙地研究剖面（42°24′42.30″N，116°54′16.31″E）位于沙地东南部，超格都尔河河谷东部，为高速公路与乡道公路修建过程中出露的风成沉积物剖面（图1和图2），被命名为HS。该剖面位于远离现代河床的较高处山坡上，包含多个风沙-古土壤等沉积序列。
图2 采样剖面示意图

Fig. 2 Schematic diagram of the sampling profiles

采集样品前先清理出新鲜剖面并进行剖面描述，随后重点采集剖面深黑色砂质古土壤顶底部样品及不同沉积层交界处的样品。采样时使用不锈钢管（直径5 cm）平行插入目标地层中，开口端用黑色塑料袋密封以隔绝阳光，待样品管从目标地层取出后将另一端口密封以避光，同时详细做好采样记录和贴好标签, 待进一步室内处理。其中，在科尔沁沙地剖面（KE）自上而下采集了3个样品（KE-1~KE-3）；在浑善达克沙地剖面（HS）自上而下共采集了5个样品（HS-1~HS-5）。HS剖面受地貌形态限制呈现半圆形特征，近道路侧深黑色砂质古土壤层未出露，故在其向内部延伸4~5 m处采集底部样品（HS-4和HS-5）。具体采样点的沉积物划分、特征描述和采样深度等信息见图2和表1。
表1 研究剖面沉积物划分、特征描述和采样深度

Tab. 1 Deposits division, characterization and sampling depth in the study profile

剖面 深度/m 地层沉积学特征描述
KE 0~4.3 浅灰色砂质古土壤，较松散，颗粒较粗，125 μm粒径较多，有植物根系穿插其中，采样KE-1，采样深度为2 m
4.3~8.3 深黑色砂质古土壤，较松散，颗粒较细，90 μm粒径较多，于该层顶部和底部分别采样KE-2（4.3 m）和KE-3（8.3 m）
>8.3 浅灰色砂质古土壤，较松散，颗粒较粗，未见底
HS 0~0.3 灰黄色风沙层，有大量植物根系穿插其中，沉积物非常松散，颗粒粗
0.3~0.7 浅灰色砂质古土壤，较松散，颗粒较粗，125 μm粒径较多，采样HS-1（0.6 m）
0.7~0.9 灰黄色风沙层，较松散，颗粒粗
0.9~1.6 浅灰色砂质古土壤，较松散，颗粒较粗，125 μm粒径较多，采样HS-2（1.1 m）
1.6~2.6 深黑色砂质古土壤，较松散，颗粒较细，90 μm粒径较多，于该层顶部和底部采样HS-3（1.7 m）和HS-4（2.6 m）
>2.6 灰黄色风沙层，较松散，颗粒粗，125~150 μm粒径较多，采样HS-5（3.1 m），未见底

2 样品释光定年研究

2.1 样品前处理

前处理工作均在弱红光条件下完成，主要步骤如下：（1） 收集样管两端深度约3 cm的样品用于环境剂量率和含水量等测试；（2） 将样品管中剩余的样品分为两份，分别用作备份和后续的处理分析工作；（3） 将处理分析的样品进行初步清洗后，用浓度为10%的盐酸和20%的过氧化氢分别去除样品中的碳酸盐和有机质等；（4） 接着把样品进行低温烘干并筛分，以分离出90~125 μm的样品颗粒；（5） 使用多钨酸钠重液分离出90~125 μm组分中的石英颗粒，并用浓度约为40%的氢氟酸对分离的石英颗粒进行刻蚀，以去除可能混杂的长石杂质以及受α射线影响的石英颗粒最外层。最后将已刻蚀的石英颗粒进行洗涤和烘干，以备后续的仪器测试。

2.2 样品光释光定年分析

样品的等效剂量使用释光仪（Risø TL/OSL-DA-20）进行测试，该仪器配备有90Sr/90Y人工β辐射源及LED激发光源（470±30 nm）。石英光释光信号主要通过滤光片（Hoya U-340）过滤后由光电倍增管检测。等效剂量测试方法主要使用单片再生剂量法进行测试[22-23]，其中测试样片直径约9.8 mm，涂抹石英样品的直径范围约2 mm，每个样品的测片数量约为20片。
样品的年剂量主要根据样品埋藏环境中放射性元素U、Th和K的含量、宇宙射线的辐射量并结合含水量等因素综合计算获得。其中样品U和Th的含量使用电感耦合等离子体质谱仪测定，K的含量使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定。宇宙射线贡献量则通过样品经纬度、海拔高度和埋藏深度计算获得[24]。样品含水量主要根据实测值以5%±0.05%进行合理估算。
为了检验样品的释光属性和单片再生剂量法测试流程对本研究样品的适用性，选取了埋藏位置适中、样品等效剂量处于中等水平的深黑色砂质古土壤样品HS-3进行预热坪实验和剂量恢复实验。预热实验中将预热温度从180 ℃增加到280 ℃，增温间隔为20 ℃，以探究不同预热温度下样品的等效剂量值。结果表明，样品在180~280 ℃之间等效剂 量值不随温度的变化而发生明显改变，说明在此温度范围内预热温度的差异对样品测试结果影响小（图3a）。因此，本研究选择了240 ℃作为样品等效剂量测试的预热温度，而淬火温度为200 ℃。剂量恢复实验中以预热温度为240 ℃对样品进行实验测试，测试结果表明样品恢复剂量与实验剂量的比值在0.9~1.1之间，揭示了样品的剂量恢复情况较好。整体上研究样品具有典型的风成沉积物光释光特性。例如良好的光释光信号特征，包括光释光信号强、快组分信号占主导、剂量响应曲线近原点线性分布，且重复剂量点与再生剂量点基本重合，自然剂量点位于响应曲线较好区间内（图3b）；其次，同一样品不同样片的等效剂量值分布较为集中，整体呈正态分布（图3c）；此外，雷达投影图显示不同样片的等效剂量值分布相对集中（图3d），指示了研究样品在沉积埋藏前信号“晒退”相对均一。
图3 HS-3样品的预热实验测试（a）、光释光信号衰减曲线与剂量响应曲线（b）、等效剂量频率分布图（c）和雷达投影图（d）

Fig. 3 Preheat plateau test (a), OSL decay curve and dose response curve (b), equivalent dose distributions in histogram (c) and radial plot (d) for a typical sample HS-3

3 结果与讨论

3.1 研究剖面的年代框架

本研究在科尔沁沙地KE剖面和浑善达克沙地HS剖面中共采集了8个样品。样品在预热实验、剂量恢复实验和自然剂量测试过程中均表现出较好的释光属性，揭示了样品的光释光定年结果可信度高。样品的年代测试结果显示KE剖面深黑色砂质古土壤层底部KE-3样品（深度约8.3 m）的沉积年代约为9.8 ka，顶部KE-2样品（深度约4.3 m）的沉积年代约为3.0 ka，表明该剖面深黑色砂质古土壤发育时间为9.8~3.0 ka。此外，KE剖面表层较厚的浅灰色砂质古土壤层中部KE-1样品（深度约2.0 m）的沉积年代约为0.2 ka，可能为近期沉积。在HS剖面中，底部灰黄色风沙层HS-5样品（深度约3.1 m）的沉积年代约为13.4 ka；中部深黑色砂质古土壤层底部HS-4样品（深度约2.6 m）的沉积年代约为11.6 ka，顶部HS-3样品（深度约1.7 m）的沉积年代约为1.9 ka，表明该古土壤层的发育时间约为11.6~1.9 ka；上部两层浅灰色砂质古土壤层的沉积年代较为接近，其中，下层HS-2样品（深度约1.1 m）的年代约为1.2 ka，上层HS-1样品（深度约0.6 m）的年代约为0.5 ka。样品的光释光定年结果详见表2。总体而言，KE剖面与HS剖面样品的沉积年代自下而上逐渐变年轻，符合地层沉积的基本规律。
表2 科尔沁沙地和浑善达克沙地剖面样品的光释光定年结果

Tab. 2 OSL dating results for two profiles from Horqin Sandy Land and Otindag Sandy Land

样品号 Th/(μg·g-1)a U/(μg·g-1)a K/%a 含水量/%b 宇宙射线/(Gy·ka-1)c 埋藏深度/m 年剂量率/(Gy·ka-1) 等效剂量/Gy 年龄/ka
KE-1 4.16 0.98 2.08 5 0.18 2.0 2.64±0.11 0.46±0.03 0.2±0.1
KE-2 4.54 1.00 1.92 5 0.14 4.3 2.47±0.11 7.37±0.33 3.0±0.2
KE-3 4.93 1.23 2.33 5 0.09 8.3 2.89±0.13 28.37±1.34 9.8±0.6
HS-1 2.33 0.71 2.07 5 0.24 0.6 2.51±0.11 1.29±0.10 0.5±0.1
HS-2 2.00 0.53 2.08 5 0.23 1.1 2.44±0.10 2.87±0.23 1.2±0.1
HS-3 3.32 0.93 2.09 5 0.21 1.7 2.61±0.11 5.08±0.18 1.9±0.1
HS-4 2.64 0.82 2.14 5 0.19 2.6 2.56±0.11 29.78±2.60 11.6±1.1
HS-5 1.71 0.62 2.19 5 0.18 3.1 2.49±0.11 33.25±2.26 13.4±1.1

注：a样品U、Th和K含量的相对误差（RSD）估计为5%；b样品含水量的误差估计为±0.05%；c宇宙射线剂量率的误差估计为±0.02 Gy·ka-1。

3.2 沙地剖面区域风沙活动历史

中国北方沙地的环境变化主要受到东亚季风环流的影响[25-26]，夏季风的增强为沙地带来了更多的降水，促进了植被的生长和土壤的发育，沙丘得以固定并发育沉积古土壤，反之植被退化，沙丘易流动、活化而堆积灰黄色风沙层等[27]。因此，沙地风成沉积相的变化（风沙层和古土壤层等）与东亚季风演化密切相关，揭示了沉积相的变化与沙地环境解释的关联是合理的[8-9]。在科尔沁沙地KE剖面中，深黑色砂质古土壤开始发育的时间约为9.8 ka，可能与该期间太阳辐射强度较高[28]（图4a）以及全新世早期区域气候总体温暖湿润有关，如中国东北公海湖沉积物的树孢粉等古气候代用指标表明该时期年降水量显著增加[29]（图4b）。此外，沙地其他剖面如XZB[30]（图4c）、TY-4[30]（图4d）和MTG[31]（图4e）等也发育了深黑色砂质古土壤，进一步支持了该时期区域环境相对适宜、植被生长良好，且植被参与的成壤作用较强，从而促进了深黑色砂质古土壤的发育。因此，KE剖面深黑色砂质古土壤的发育可能反映了区域相对温暖湿润的气候环境，揭示了该时期区域风沙活动较弱，沙丘处于固定状态。约3.0 ka前后KE剖面深黑色砂质古土壤停止发育，应与该时期较低的太阳辐射量值[28]和逐渐减弱的夏季风[29]有关。此时区域气候从全新世大暖期向干冷方向过渡，导致植被生长受限，成壤作用减弱，剖面沉积的浅灰色砂质古土壤可能反映了区域风沙处于半固定状态，表层沉积物因不断被“翻新”而沉积年代较年轻（约0.2 ka），难以形成年代较老的风成沉积物。然而，沙地其他区域剖面如Caishachang（CSC）[16]、XZB[30]、TY-A[30]和MTG[31]的深黑色砂质古土壤发育直至约1~2 ka才停止，与研究剖面KE停止发育的时间（约3 ka）存在差异，可能与剖面所在区域的纬度梯度引起的热力条件差异、地貌格局控制下的物质运移过程与人类活动扰动等多因素的协同作用有关[31]。
图4 研究剖面地层序列与其他相关的记录对比

注：图（a）为65°N太阳辐射量值[28]，图（b）为公海湖沉积物中树孢粉记录[29]，图（c）、图（d）和图（e）为科尔沁沙地剖面地层序列图[30-31]，图（f）、图（g）和图（h）为浑善达克沙地剖面地层序列图[31,33]，图（i）为浑善达克沙地东南部附近的剖面地层序列图[37]。

Fig. 4 Comparison of stratigraphic sequences in the study profiles with other related records

浑善达克HS剖面底部的灰黄色风沙层沉积年代约为13.4 ka，形成于末次冰消期阶段。公海湖沉积物中的树孢粉等气候代用指标揭示了该时期气候整体呈现相对干冷的特征[29]。在这种气候条件下沙丘易于流动并堆积风沙层，如BLS剖面[32]、BN和SX剖面[33]等（图4f），均有风沙层堆积的现象，支持了该时期沙地植被生长环境差、植被参与的成壤作用弱的推论，从而导致剖面沉积了灰黄色风沙层。这一沉积特征可能指示了区域风沙活动较强。约11.6 ka太阳辐射量处于高值[28]，气候向全新世大温暖期过渡。区域植被生长环境可能得到较大的改善[29]，植被参与的成壤作用增强，导致剖面开始形成深黑色砂质古土壤。这一现象与沙地BLS剖面[32]、BN和SX剖面[33]等古土壤起始发育的时间基本一致，可能指示了区域风沙活动开始减弱，流动沙丘逐渐趋于固定。直到1.9 ka前后，HS剖面深黑色砂质古土壤停止发育，这一变化与太阳辐射量的减少以及夏季风强度的减弱相一致[28-29]。同时，沙地WLCB[31]、XLHT[31]、SX[33]、BN[33]和H4[34]等剖面沉积了风沙层或浅灰色砂质古土壤层（图4），表明该时期沙地气候环境较差。因此，在1.9~1.2 ka期间剖面发育的浅灰色砂质古土壤层可能反映了区域植被生长受限，植被参与的成壤作用减弱，区域风沙活动可能处于半固定状态。0.5 ka前后剖面发育灰黄色风沙层及向浅灰色砂质古土壤过渡的渐变层，可能与小冰期风沙活动影响有关。自0.5 ka以来剖面表层沉积了较薄的松散灰黄色风沙层，表明近期风沙活动活跃，即表层风沙能够持续被“翻新”，导致埋藏年代较年轻。
综合分析表明，研究区域的风沙-古土壤等沉积序列主要受到东亚季风的影响。如图4所示，深黑色砂质古土壤层主要发育于温暖湿润的全新世中期，而风沙层则主要形成于相对干冷的早全新世和晚全新世。这一沉积特征揭示了自13.4 ka以来区域气候变化与风沙演化可分为三个阶段：13.4 ka至早全新世为气候整体转暖阶段，风沙活动较强；中全新世为温暖湿润期，风沙活动弱；晚全新世为波动转冷期，风沙活动显著增强。

3.3 影响沙地剖面地层发育的因素

科尔沁沙地KE剖面和浑善达克沙地HS剖面的深黑色砂质古土壤起始与停止发育的时间存在明显差异。HS剖面深黑色砂质古土壤起始发育的时间约为11.6 ka，明显早于KE剖面的9.8 ka；同时，HS剖面深黑色砂质古土壤停止发育的时间约为1.9 ka，明显晚于KE剖面的3.0 ka（图4）。由此可见，HS剖面深黑色砂质古土壤不仅开始发育的时间较早，且终止发育的时间较晚。KE剖面与HS剖面所在区域的气候类型相似，均属于温带大陆性季风气候。如图5所示，KE剖面位于大兴安岭山脉的核心地带，四周几乎被山地环绕。地形屏障效应显著削弱了来自东南部水汽的输送，加之其深处沙地西部内陆，距离海洋较远，导致该局部区域降水量可能低于科尔沁沙地其他地区。相比之下HS剖面位于大兴安岭与燕山山脉的交汇处，山脉对来自东南部海洋的湿润气流具有显著的抬升作用。同时该剖面距离东南海域较近，海洋水汽输送较为充足，使得该区域年降水量较多，最高可达近500 mm[35-36]，显著高于浑善达克沙地中西部地区（图5）。因此，HS剖面深黑色砂质古土壤起始发育的时间早于KE剖面，且发育停止的时间晚于KE剖面，这可能与 HS剖面所在区域降水等气候条件较好有关。例如浑善达克沙地东部的BLS剖面[32]和附近的DTG剖面[37]，以及大兴安岭东部的科尔沁沙地CSC[16]、TY-A和XZB剖面[30]等（图4和图5），其古土壤起始发育时间均较早，可能与区域地形及其距离东南部海洋较近有关，较充足的水汽输送为降水提供了重要来源。此外，沙地内部地势较低洼、水文条件可能较为优越的WLCB剖面和XLHT剖面[31] （图4和图5），其古土壤起始发育时间也较早。特别是浑善达克沙地较大丘间低谷内的SX剖面[33]和四周被固定沙丘包围的湖相沉积盆地的BN剖面[33]（图4和图5），其古土壤的发育均较早（约11 ka）。这些现象表明地处沙地边缘区的局地地形、气候等因素对区域风沙堆积具有显著影响，进而对区域古土壤的发育起到了重要作用。
图5 研究区域地形图

Fig. 5 Topographic map of the study area

4 结论

本研究采用光释光年代学方法对科尔沁沙地和浑善达克沙地边缘的两个典型风成沉积剖面进行了定年分析，并结合剖面不同沉积相的环境指示意义，得出以下主要结论：
（1） 约9.8~3.0 ka期间科尔沁沙地KE剖面沉积了深黑色砂质古土壤，指示了该时期区域风沙活动较弱；而近0.2 ka以来剖面发育了较厚的浅灰色古土壤，可能反映了区域风沙活动较强。
（2） 约13.4 ka、1.2~0.5 ka以及0.5 ka以来浑善达克沙地HS剖面沉积了灰黄色风沙层，指示了区域风沙活动强烈；而在1.2 ka与0.5 ka前后剖面分别沉积了浅灰色古土壤，可能表明区域风沙活动较强；在11.6~1.9 ka期间剖面形成深黑色砂质古土壤，指示了区域风沙活动较弱。
（3） 自13.4 ka以来研究区域的气候变化与风沙演化总体经历了三个阶段：13.4 ka至早全新世为气候整体转暖阶段，风沙活动较强；中全新世为温暖湿润期，风沙活动弱；晚全新世为波动转冷期，风沙活动较强。
（4） KE剖面与HS剖面深黑色砂质古土壤起始与终止发育时间存在差异，可能与剖面所在区域的地形、气候等因素引起的环境条件不同有关，进而影响了区域古土壤的发育过程。

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