摘要
圃田泽是位于黄河下游一级冲积扇顶部现已消失的古湖泊，其潜在的连续沉积序列为重建全新世区域古环境演变提供了理想载体。本研究在历史文献记载的圃田泽兴盛期潜在的边缘湖盆地区——中牟官渡镇钻取了长达9 m的连续沉积岩心，基于6个AMS14C年代控制点构建了可靠的深度-年代模式，综合运用岩相、岩性、粒度、孢粉、地球化学（碳、氮比例）等多指标对比分析方法，重建了圃田泽全新世沉积环境演化过程。沉积岩心总体呈现“粗粒河湖交替相—细粒湖相—冲积砂层/风成黄土”三段式结构，对应的沉积环境可大致划分为3个演化阶段：早全新世为河湖交替发育期；中全新世为湖泊鼎盛扩张期；晚全新世为湖泊萎缩—湮灭期。多指标PCA分析结果显示：黄河下游一级冲积扇的发育演化可能是圃田泽潴育的关键因素，东亚夏季风降水强度是整个周期湖泊水量演化的主控自然因素，而历史时期的人类活动可能是加速湖泊消亡的重要驱动因素。本研究为揭示黄河下游的河湖相演化过程及探讨中原古文明发展变迁提供了重要的自然环境背景和可靠的地质学依据。
Abstract
Putianze is a now‐vanished ancient lake located at the apex of the first‐order alluvial fan of the Lower Yellow River. Its potentially continuous sedimentary sequence provides an ideal archive for reconstructing regional paleoenvironmental changes throughout the Holocene. In this study, a 9-m-long continuous sediment core was recovered from the Zhongmu Guandu town area, which lies on the marginal lake basin that historically flourished during the peak period of Putianze as recorded in ancient documents. A reliable depth-age model was established based on six AMS 14C dating control points. Using a multi‐proxy approach combining lithofacies, lithology, grain-size distribution, pollen, and geochemical (C/N ratio) analyses, we reconstructed the sedimentary environmental evolution of Putianze over the Holocene. The core exhibits a tripartite sedimentary succession, i. e., a coarse-grained fluvial-lacustrine alternation unit at the bottom, a fine‐grained lacustrine unit in the middle, and alluvial sand/eolian loess at the top, corresponding to three major evolutionary stages: Early Holocene-fluvial-lacustrine interaction, middle Holocene-maximum lake expansion, and Late Holocene-lake shrinkage and eventual disappearance. Multi-proxy principal component analysis (PCA) reveals that the development and evolution of the first-order alluvial fan of the lower Yellow River may have been a key factor controlling the formation and persistence of Putianze, while East Asian summer monsoon precipitation was the primary natural driver controlling lake water-level changes throughout the entire period. Human activities during historical times likely acted as a crucial accelerating factor in the final demise of the lake. This study provides a robust natural environmental context and reliable geological evidence for understanding the fluvial-lacustrine evolution in the lower Yellow River basin and for exploring the rise and decline of ancient civilizations in the Central Plains of China.
Keywords
0 引言
黄河下游的“悬河”是全球独特的地质地貌现象，其形成是区域构造运动、气候波动、水沙条件与人类活动长期作用的结果（徐海亮，2001；李永飞等，2019；Li et al.，2021；Yu et al.，2023）。连续且完整的地质记录是解析悬河形成过程、反演区域环境长期演变的核心载体（姚维军等，2024），但黄河干流沉积极易受洪水冲刷、河道摆动与改道影响，造成沉积记录连续性差、地层缺失严重，往往难以精准重建长期的环境演化过程（Wang et al.，2018；Su and Kidder，2019；Zhang et al.，2024）。
相比之下，湖泊沉积具有沉积环境稳定、信息保存完整、时间分辨率较高等突出优势（Liu et al.， 2011；Shen，2013；Bradley，2015；何达等，2026），能够忠实记录流域气候变迁、水文过程、人类活动与环境变化的综合信息（邹亚菲等，2022）。位于黄河下游一级冲积扇顶缘的古湖泊，由于其形成、发展和演化与历史时期的黄河水沙变化过程直接相关，因此成为反演黄河下游环境演变、揭示河湖水系发展过程的理想研究载体（Wang et al.，2018；Tang et al.，2023）。
历史上的“天下九大泽”之一，现已消失的圃田泽是潜在的理想研究对象。它位于郑州东部，地处黄河下游一级冲积扇顶缘的核心部位（邹逸麟， 1993；徐海亮，2021），在历史时期是黄河下游典型的季节性浅水湖泊。众多研究显示，该湖泊的水文演变、淤积速率、兴衰过程与黄河水系变迁和区域气候波动高度相关（于革等，2016；李永飞等，2019； 徐海亮，2021；Chen et al.，2025）。同时，区域湖泊环境演化过程直接影响着古人类聚落选址、农业生产与文明发展的进程（张汉洁，1988；徐海亮，2021）。因此，探讨圃田泽的发展兴衰、区域环境演变过程以及人-地演化关系对于弘扬中原地区悠久灿烂的古文明具有重要的战略研究价值。
长久以来，学界对圃田泽的研究多集中于历史文献考证与考古学分析，以定性描述湖泊空间范围、历史兴衰与消亡过程为主，缺乏系统的沉积学、年代学与多环境指标定量研究支撑。近年来，有学者在郑州地区开展了晚更新世至早、中全新世黄河冲积扇顶部湖泊沉积环境的变化探讨，对“荥阳— 广武泽”、荥泽和圃田泽的历史遗迹进行了多点位的钻探和多指标印证分析，初步确认了郑州三大古湖沼群的客观存在（徐海亮，2021）。也有学者将郑州地区的多个地质钻孔资料进行系统整合，在此基础上探讨了该地区自末次冰盛期（距今约 20000 a） 以来的湖沼发育和环境演变特征（于革等，2016；李永飞等，2019）。最近的一项工作则聚焦圃田泽高分辨率的湖相孢粉记录，以此重建了中原地区晚全新世以来的季风降雨变化特征，并重点揭示了“2.8 ka”气候干旱事件对区域植被演替的影响（Chen et al.，2025）。
综合来看，已有研究虽然已经利用不同的代用指标初步构建了圃田泽的发展轨迹和区域环境演变特征，但仍存在以下 3 方面重大缺陷：第一，缺乏连续、标准的沉积钻孔控制。多数研究仍依赖分辨率较粗的工程学钻孔、零散剖面及地表调查，导致沉积序列的年代框架精度不足，难以建立完整、连续、可靠的沉积序列；另外，目前的研究多局限在郑州地区，这限制了对圃田泽时空演变格局的精确认识。第二，研究指标相对单一，目前多以磁化率、粒度或孢粉等单一指标开展分析，多指标之间的协同验证工作相对不足，而且这些代用指标的环境指示意义也不甚清晰。第三，有关驱动机制的研究较为薄弱，未能清晰厘定气候波动、黄河水沙过程与人类活动等三类因素对湖泊环境演变的动态影响及驱动机制。这些问题深度制约了对圃田泽演化全过程、黄河下游河湖相二元结构及“悬河”演化自然背景的精确认识。
籍此，基于历史文献中对于圃田泽空间范围的定性描述和以往圈定的圃田泽水盛时期延展的大致空间范围（陈隆文，2011），区别于以往侧重于郑州地区的湖泊沉积记录研究（于革等，2016；李永飞等，2019；Chen et al.，2025），笔者尝试在潜在的圃田泽古湖盆边缘区（中牟官渡镇）出露的疑似湖相沉积层布设控制性钻孔（图1），并钻取连续的沉积记录；利用 AMS 14C 测年方法建立高精度的沉积岩心深度-年代框架，结合岩相、岩性（粒度）、古生物（孢粉组合）、地球化学（C/N 含量）等多指标协同分析，试图重建圃田泽全新世沉积环境演变过程；进而明确湖泊演化的阶段划分、沉积相变特征与潜在的驱动机制，揭示圃田泽缘起、发育和消亡与黄河下游 “悬河”水系演变的内在关联；为黄河下游历史悠久的中原关键地区古环境演变、古人类环境适应与文明演化、现代流域生态修复与地质灾害防治提供科学依据。
图1研究区自然地理概况及沉积钻孔位置空间分布示意图
a—研究区自然地理概况、沉积钻孔及对比记录（岱海据Xu et al.，2010；公海据Chen et al.，2015；和尚洞据Hu et al.，2008）位置示意图；b—中牟官渡镇圃田泽沉积钻孔（GDC-23-1）空间位置示意图
1 研究区自然地理概况
研究区位于黄河下游一级冲积扇顶部，地理坐标范围为 34°40'~34°55'N，113°45'~114°05'E，行政区划涵盖郑州市东部城区、中牟县全域及开封市西部边缘地带，地处黄淮海平原西缘、豫东平原过渡带。区域地势整体呈现西高东低、南高北低的格局，海拔高度 70~110 m，地面坡降平缓。地表广泛覆盖黄河冲积物、风成黄土与湖沼相沉积物，地貌类型以冲积平原、泛滥洼地、古河道带与缓岗洼地为主。
圃田泽古湖盆主体位于黄河冲积扇前缘负向地貌单元，新生代以来受区域构造控制，长期处于周口—开封凹陷带内，持续稳定的沉降为湖泊发育与连续沉积提供了良好的构造条件与空间基础（Ma et al.，2019）。第四纪以来，黄河多次南北摆动、泛滥沉积，在研究区内形成巨厚的松散堆积层，相变复杂、沉积类型多样，构成了圃田泽发育的物质基础。
研究区隶属暖温带半湿润季风气候，四季分明，年平均气温 14.2℃，年均降水量约 640 mm，但降水季节分配不均，60% 以上集中于夏季，其主要受控于东亚夏季风降水的年际变率（Chen et al.， 2025）。本区现代地带性植被以温带落叶阔叶林与温带半干旱草原为主（Zheng et al.，2023），土壤类型以潮土、褐土与风沙土为主，对全新世长期环境格局具有明显继承性（Zhan et al.，2020）。
2 材料与方法
2.1 野外采样与钻孔布设
笔者于 2023 年 7 月在中牟官渡镇的排水施工现场发现疑似湖相沉积层的野外露头，该层位岩相整体为灰黑色黏土，粒度较细，其间夹杂大量不同形态的水生螺类完整壳体，特定层位夹杂未降解的纤维质水生植物根系，据此判断可能代表湖相沉积，上伏厚层黄土砂层，粒度变粗。8月于远离施工现场的未受扰动高地钻取沉积岩心（编号为 GDC-23-1，34°41'N，114°6'E，海拔 78 m），并完成了全部野外钻探工作。
采用 XY-100型液压冲击钻机进行无扰动连续取心，以确保岩心的完整性与原始沉积结构。钻取的沉积岩心总长 9 m（图2a~c），采样间距按分辨率要求控制，顶部人为耕作层与黄沙层以5 cm为间距进行取样，下部河湖相稳定沉积层加密至2 cm间距采样，以实现高分辨率的全层位连续采样。
所有采集岩心在现场进行详细描述与记录，包括岩相、岩性、色度、湿度、粒度结构、包含物（螺壳、植物残体、砾石、人工遗物等）、沉积构造与分层界面；现场编号、拍照、分层密封，使用低温冷藏箱运回实验室，在 4℃恒温条件下保存，避免样品氧化、有机质分解与二次污染。
2.2 年代学测试
为建立准确、可靠的深度-年代模型，在沉积岩心（GDC-23-1）等间隔层位，特别是河湖相沉积层中筛选全岩有机质样品作为测年材料，送至美国 Beta Analytic实验室完成AMS14C年代测试。实验室中共测得 6个较为可靠的有效年代控制点（表1）用于拟合该岩心的深度-年龄模式。需要说明的是，顶部约5 m的松散含沙层可能由于开放沉积体系的问题，有机质含量很低，仅获得1个有效的年代控制点（表1）。
采用 R软件“rbacon”包中的贝叶斯模型构建深度-年代序列，年代校正曲线为IntCal20（Blaauw and Christen，2011），最终确定官渡沉积岩心的底界年龄为 11181 cal. a B.P.（ Before Present，距今），其完整涵盖整个全新世时段，平均沉积速率为约为 20 a/cm （图2）。
表1圃田泽官渡沉积岩心（GDC-23-1）AMS14C年代测试结果
2.3 多指标测试分析与数据处理
2.3.1 粒度分析
粒度分析用于反演沉积的水动力强度、沉积相类型与物源变化。实验室内采用Mastersizer2000激光粒度仪进行测试，测量范围为0.02~2000 μm，重复测试误差<2%。参照 Udden-Wentworth 粒径分级标准，将沉积物划分为跳跃组分（2~0.02 mm）、跃移组分（0.02~0.002 mm）、悬移组分（<0.002 mm），分别计算中值粒径（Md）、分选系数与各粒级组分百分含量，综合辨识沉积环境与水动力条件。
2.3.2 地球化学指标
地球化学指标用于判识有机质来源、湖泊生产力与陆源物质输入强度。采用 Elementar Vario EL Cube 元素分析仪测定沉积物中的总碳（TC，Total Carbon）、总氮（TN，Total Nitrogen）百分含量，测试精度为±0.01%，平行样品相对误差<5%。通过公式计算 C/N 原子比，区分陆源植物（高 C/N 比值）与湖泊内源水生植物（低C/N比值）对有机质来源的相对贡献，其对于揭示湖泊营养状况、生产力水平与流域侵蚀强度具有一定的指示意义（Sampei and Matsumoto，2001；Laskov et al.，2002；Meyers，2003）。
2.3.3 孢粉分析
孢粉指标被广泛应用于重建区域古植被分布状况，并用于间接推断古气候变化特征。本研究采用常规的HCl-NaOH-重液浮选法提取孢粉，加入已知浓度的石松孢子用于定量估算孢粉浓度。每个样品统计陆生植物花粉≥300 粒，水生孢粉≥100 粒，在光学显微镜下鉴定至科/属水平，并分类计算各类群百分含量与浓度。在 Tilia软件中采用 CONISS聚类分析法对孢粉数据进行地层划分（Grimm，2019），结合花粉生态类型划分组合带，反演植被演替与气候干-湿、冷-暖的时序变化规律。
2.3.4 多元统计分析
将粒度组分、中值粒径、TC、TN、C/N、孢粉主要类型及浓度等环境指标纳入PCA主成分分析，提取调控湖泊演化的主控环境因子；结合对不同时代沉积样品的聚类分析，明确反映湖泊沉积环境的多因子动态变化过程和协同作用机制。
3 研究结果
3.1 沉积岩心岩相与年代框架
官渡沉积钻孔（GDC-23-1）的岩性自下而上呈现清晰的三段式结构（图2a~c）：
图2官渡沉积岩心（GDC-23-1）岩相变化（a~c）及深度-年龄模式（d）
（1）下段（9.0~7.0 m，11.2~8.5 cal. ka B.P.）：以灰白色、灰黄色砂-黏土互层为主，夹多层磨圆度良好的砾石与细砂层，局部含植物根系与少量螺壳，为河漫滩洪积相与间歇性浅湖相交替沉积，沉积速率较快，层理清晰。
（2）中段（7.0~5.0 m，8.5~5.8 cal. ka B.P.）：以灰黑色、深褐色富含有机质的湖相泥质黏土为主，质地均匀、黏性强，含大量完整淡水螺壳化石与水生植物残体，局部见水平层理，为稳定的浅湖相沉积层。
（3）上段（5.0~0 m，5.8 cal. ka B.P.—至今）：以黄色、褐黄色松散细砂、粉砂与风成沙为主，结构松散、分选较好，局部层位含人类活动扰动痕迹、砖瓦碎屑、陶片与耕作层，为风成沙、河流冲积砂及人类扰动混合沉积，代表湖泊逐渐萎缩—湮灭期的沉积环境。
构建的沉积岩心深度-年代模型（图2d）显示，钻孔底界年龄约为 11.2 cal. ka B.P.，沉积记录连续覆盖整个全新世并延续到现代，整体沉积速率较为稳定，未见明显的沉积间断。
3.2 孢粉组合特征
孢粉组合自下而上可划分为4个组合带（图3），与岩相变化（图2）基本对应：
图3官渡钻孔（GDC-23-1）全新世孢粉组合演化图谱
组合带Ⅰ（11.2~7.5 cal. ka B.P.）：草本植物占绝对优势（75%），以蒲公英属、大蓟属、禾本科、蒿属、莎草科、藜科为主，木本植物约占 15%，水生植物孢粉含量总体较高，平均百分含量约占8%。
组合带Ⅱ（7.5~5.8 cal. ka B.P.）：落叶栎、桦木属等阔叶树花粉占比升高，水生植物孢粉（如香蒲属、盘星藻科等）丰度显著升高，最高峰值达 10%。同时，指示湿润陆相沼泽和湖泊三角洲环境的三缝孢相对丰度也明显增加。相反，优势草本植物的百分比均呈显著降低趋势。
组合带Ⅲ（5.8~3.5 cal. ka B.P.）：木本与水生植物孢粉相比Ⅱ带显著降低，蒲公英属、蒿属、卷柏属等旱生草本植物丰度再次回升。
组合带Ⅳ（3.5 cal. ka B.P.—至今）：水生植物孢粉丰度持续降低并趋于消失，草本植物重新占据优势。最近2000 a来，谷物类花粉占比急剧升高，可能指示人类活动信号。
图4基于官渡沉积岩心（GDC-23-1）多个代用指标重建的圃田泽地区全新世环境演化过程
3.3 粒度指标特征
GDC-23-1 沉积岩心的粒度指标（包括不同的粒级组分和中值粒径）总体呈现出一致的“粗-细-粗”的3段式演化模态，粒径转换的时间节点与岩相变化高度吻合（图4）：
早全新世（11.2~8.5 cal. ka B.P.）：砂土、壤质砂土；跳跃组分（粒径2~0.02 mm）占绝对优势，含量为 60%~80%；中值粒径偏粗（平均值 Md=0.062 mm），分选较差，指示强水动力河湖交替环境。
中全新世（8.5~5.8 cal. ka B.P.）：砂质、粉砂质黏土；悬移组分与跃移组分显著升高，悬移组分峰值达41%，跳跃组分含量的平均值降至49%；中值粒径显著变细（平均值Md=0.021 mm），分选变好，总体指示相对稳定的静水湖泊沉积环境。
晚全新世（5.8 cal. ka B.P.—至今）：砂土、壤质砂土及粉砂质、砂质壤土；跳跃组分含量再次回升至55%~75%；中值粒径再次变粗（平均值Md=0.036 mm），砂层增多，指示水动力冲积作用再次增强、湖泊逐渐淤浅消失、风成沙堆积与人为耕作的混合信号。
3.4 地球化学指标特征
TC、TN 与 C/N 比值亦呈现出明显的阶段性变化，与岩相、孢粉浓度、粒度发生转变的时间基本一致（图4）：
早全新世（11.2~8.5 cal. ka B.P.）：TC、TN含量总体较低，TC 含量介于 0.37%~3.21%，TN 的平均含量为0.03%，反映陆源输入的有机质贡献较大，湖泊内源的生产力相对偏低。
中全新世（8.5~5.8 cal. ka B.P.）：TC、TN 均显著升高并达到峰值，TC 最高含量达 3.58%，TN 的平均含量为 0.06%，指示湖泊内源的生产力旺盛；C/N 比值降低，反映陆源有机质输入贡献有所降低。
晚全新世（5.8 cal. ka B.P.—至今）：TC、TN 含量均急剧下降并总体保持稳定变化，TC 含量保持在 0.88%~2.31%，TN的平均含量降至0.02%，反映陆源和湖泊内源的生产力均显著下降。
3.5 多指标PCA分析结果
针对不同类型孢粉组合（木本-草本-水生植物）及浓度、不同粒度组分（跳跃-跃移-悬移组分） 百分含量与中值粒径、地化指标（TC、TN、C/N比值） 的PCA主成分分析结果（图5）显示：第一主轴（PC1） 解释了约 44.18% 的指标方差变异，第二主轴（PC2） 解释了约16.57%的指标方差变异。其中，水生植物孢粉组合、孢粉总浓度、反映稳定湖泊静水沉积环境的悬移-跃移组分百分含量，以及反映湖泊内源生产力的 TN 含量均与第一主轴高度正相关（图5a），这可能代表了湖泊最为发育的阶段。这种状况在不同阶段的样品投影中更为明显，体现在第二阶段的样品均投影在第一主轴的正向，且与其他时段的样品高度离散（图5b）。
同时，木本-水生植物与草本植物孢粉组合分别投影在第二主轴的两侧，表明第二主轴可能代表了东亚季风降水驱动的干湿变化梯度，雨热配置的改变导致了区域植被的明显更替。另外，C/N 比值与草本植物孢粉百分含量高度正相关（图5a），表明湖区总体是一个半湿润的草原环境，落叶阔叶树的百分含量较低（图3），这也决定了陆源生产力的主要来源以及向湖泊进行碳输移的主要方式。
图5官渡沉积钻孔（GDC-23-1）全新世多指标（a）及沉积样品（b）PCA分析排序结果
4 讨论
4.1 “圃田泽”的前世今生——大湖缘起—兴盛—衰亡的动态演化过程探究
历史时期，圃田泽曾经承接黄河干流、汴河、贾鲁河、索须河等多条水系，水源多样、水量变化显著，湖泊面积随气候波动与黄河水情发生动态变化 （Ru et al.，2024）。据《汉书·地理志》《水经注》《元和郡县图志》等史料记载，圃田泽过去曾是黄河下游的重要汇水湖泊，历史时期曾与黄河故道直接相连，同时也接受古鸿沟水系的不断补给。它长期作为黄河的天然滞洪沉沙区，据载黄河在中牟西部决溢后的洪水与泥沙会直接灌入湖中。
作为黄河最直接的天然滞洪区，圃田泽直接承接着黄河决溢的洪水与悬移质泥沙，因此，其沉积序列可能完整记录了黄河下游的泛滥历史、水沙变化过程与导致悬河淤积的构造抬升信息，是解读黄河下游沉积环境演变的“天然档案”。同时，圃田泽地处中原腹地，紧邻裴李岗文化、仰韶文化、龙山文化、新砦文化与二里头文化等重要考古遗址密集分布区。人类活动强度、聚落分布与生产生活方式均与湖泊水文环境的变迁密切相关（Shen et al.，2024； Chen and Li，2025），湖泊的形成和演化进程也深刻影响着中原早期文明的发展路径与空间格局。
根据地质记录与史料复原结果，圃田泽形成于晚更新世末至全新世初期黄河下游的冲洪积扇迅猛发育期，属于黄河下游一级冲积扇顶缘的背河洼地湖沼群，其形成略晚于郑州西部的荥广泽和荥泽（徐海亮，2021）。据史料保守推断，圃田泽全盛时期东西长约40 km，南北宽10~15 km，水面面积最高可达 500 km2，是黄河下游规模最大的淡水湖泊与滞洪沉沙区。然而，晚全新世以来，受气候恶化、黄河泥沙、风沙持续充填淤积与人类活动不断改造的影响，湖泊逐渐萎缩、分裂，唐宋时期已解体为多个小型湖沼与洼淀，明清时期彻底干涸湮灭，现已被连片的农田、村庄与城镇建设区覆盖（徐海亮，2021）。
前人对圃田泽演化历史的研究手段主要依赖对历史文献记录的考证。例如，北魏地理学家郦道元所著的《水经注·河水注》中就有关于圃田泽的记载： “一名原圃，县西北七里。其泽东西五十里，南北二十六里，西限长城，东极官渡。”也有学者根据文献记录综合分析后认为：“圃田泽的地理位置大致应该是以今天中牟县城之西北的贾鲁河左、右两岸为中心，北至大孟镇南北地区，南不过西古城村—东古城村一线以南，西至青龙山魏长城一线，东至官渡镇以西，这一区域内应该是圃田泽水盛之时的最大范围” （陈隆文，2011）。但是，这些推测总体是较为主观的，缺乏可靠地质记录的实地验证和空间约束。
近年来，众多研究者以文献认定的圃田泽发育核心部位——郑州圃田地区为中心，利用工程钻孔和多个地质学钻孔的交叉研究，对比探讨了圃田泽可能的时空演化特征，并初步恢复了该湖晚全新世以来的沉积环境（Li et al.，2014，2019；Chen et al.， 2025）。但是，这些研究主要局限在郑州圃田地区，且研究对象涵盖了郑州地区的多个湖泊，研究时段也相对局限，这限制了对圃田泽发育历史和空间演化格局的深刻认识。
针对这些问题，笔者尝试在经过多个历史文献考证得出的圃田泽湖盆潜在的边缘地区——中牟官渡镇进行钻探，试图钻取完整、连续的湖泊沉积记录，通过对沉积岩心建立可靠的年代框架及岩相、粒度、孢粉和地化指标的多指标协同分析，探讨圃田泽全新世期间从缘起至湮灭的动态演化过程及其背后的动力学驱动机制，为追踪河湖环境演变历史提供科学的参考依据。
通过对官渡沉积岩心的岩相、岩性、年代学、古生物、地球化学等多指标协同证据的对比分析，结合区域集成记录及历史文献证据，可将圃田泽全新世的沉积环境演化过程总体划分为 3 个连续阶段，这系统揭示了湖泊从形成、鼎盛到最终消亡的全过程：
第一阶段：早全新世（11.2~8.5 cal. ka B.P.），湖泊形成期
黄河流域在经过末次冰消期的气候整体回暖，东亚夏季风逐步增强，区域降水量显著增加，位于黄河下游冲积扇顶部的洼地开始逐渐潴水，这便是圃田泽的缘起（徐海亮，2021）。但是，早全新世由于北半球高纬残余冰盖较多产生的气候效应（Xiao et al.，2004），轨道外强迫岁差导致的强烈季节性反差（Zou et al.，2025）以及季风的穿时性（Zhou et al.， 2016）等原因，导致本区的季风降雨量相对较低（Xu et al.，2010；Wang et al.，2014；Chen et al.，2015），同时气候的极端震荡较为频繁，这可能导致了黄河流域的洪水频发（徐海亮，2021），进而引发下游河道频繁改道与泛溢，最终导致这个时期的圃田泽难以形成稳定的水体，而以河漫滩与间歇性浅湖交替相为主要特征。这在沉积记录中表现为：砂泥互层普遍发育，夹杂砾石层的混杂堆积，这种情况在早全新世初期较为明显，沉积物的粒度以跳跃组分占绝对优势（60%~80%）（图4），中值粒径偏粗，分选较差，指示整体较强的水动力条件和频繁的河湖水系交换特征。同时，孢粉组合以旱生草本植物占绝对优势（约 75%），湖泊内源生产力整体较低（TN 含量平均约为0.03%）（图4）。这些代用指标共同指示此阶段黄河可能与湖泊直接连通，频繁的洪水导致大量粗粒碎屑物质在湖盆中沉积，为中全新世的湖泊扩张奠定了物质基础。
第二阶段：中全新世（8.5~5.8 cal. ka B.P.），湖泊鼎盛期
在测年误差范围内，该阶段大致对应全新世 “大暖期”（侯光良和方修琦，2011），此间本区古气候记录的集成重建结果（图6）显示：东亚夏季风达到鼎盛，降水丰沛、气候暖湿（Xu et al.，2010；Wang et al.，2014；Chen et al.，2015）。适宜的气候条件导致此时的圃田泽水域面积急剧扩大，逐渐形成稳定、连续的浅水湖泊，发育厚层灰黑色—深褐色湖相泥质沉积层，有机质含量丰富，含有大量完整的淡水螺壳与多种类型的水生植物残体（图2b），水平层理普遍发育。多指标协同证据共同指向湖泊发育的鼎盛环境：沉积物颗粒显著变细，悬移组分峰值达 41%，跳跃组分降至 49%，中值粒径最细（平均 Md=0.021 mm）（图4）；同时孢粉组合中落叶栎、桦木属等阔叶树花粉及水生植物孢粉（香蒲属、盘星藻科）丰度达到峰值（图3）；TC、TN含量为整个剖面的最高值（TC最高3.58%，TN平均0.06%），C/N比值显著降低，特别是在Ⅱ阶段（7.5~5.8 cal. ka B.P.）（图3），水生植物孢粉的浓度也达到最高峰值（图4），反映湖泊内源生产力达到鼎盛。多个代用指标在相变界面上的同期和一致性变化，增强了此时段湖相层判识的可靠性，避免了单一指标的片面性。同时，此鼎盛期与中原地区的仰韶文化、龙山文化等考古学文化繁荣阶段高度吻合，表明适宜的气候条件和稳定的湖泊资源可能为古人类文明的“黄金发展期”提供了重要的环境支撑。
第三阶段：晚全新世（约 5.8 cal. ka B.P.— 至今），湖泊消亡期
晚全新世以来，古气候集成记录（Xu et al.，2010；Wang et al.，2014；Chen et al.，2015）显示，本区东亚夏季风强度逐渐减弱，降水量显著减少（图6）。同时，黄河中游黄土高原人口密度的增加和土地利用方式的改变（游牧-农耕）导致水土流失加剧（Yu et al.，2023），下游泥沙输入大幅增加，河道摆动与决溢频率升高导致大量粗颗粒泥沙灌入湖盆，加速了湖泊的淤浅。沉积物由细粒的湖相淤泥向砂泥互层及风成沙转变，粒度逐步变粗，跳跃组分回升至 55%~75%，中值粒径再次变粗至平均 0.036 mm（图4）。同时，孢粉组合中阔叶树与水生植物比例下降，蒿属、蒲公英属、葎草属等旱生草本再度繁盛 （图3）。TC、TN 含量也显著下降，C/N 比值回升（图4），指示湖泊生产力显著降低。
进入历史时期，特别是秦汉以后，人类活动逐渐成为湖泊消亡的决定性因素。大规模围湖垦殖、引水灌溉工程（如鸿沟水系）、黄河堤防建设与人工改道，直接侵占湖面、拦截入湖径流等活动，可能大幅增加了入湖的泥沙通量，导致湖泊逐渐萎缩、淤浅（徐海亮，2001）。沉积记录中最明显的变化是谷物类花粉占比急剧升高，水生孢粉趋于消失（图3），人类活动扰动层，如人为耕作层在钻孔顶部发育，这些可能直观记录了农业活动对湖泊生态系统演化带来的深刻影响。但是，受限于笔者记录中此时段有效的年代控制点较少（图2d），测年偏差较大，无法为湖泊的转型和湮灭过程提供更加精确的时间节点。
综上，圃田泽的演化轨迹——早全新世的河湖交替孕育雏形，中全新世的适宜气候达成鼎盛，晚全新世气候、地貌、人类活动共同驱动消亡——完整对应了沉积岩心的“三段式”结构，为揭示该湖从缘起到湮灭的全过程提供了首个连续、完整的地质学框架。需要指出的是，本研究目前仅为基于单个钻孔的初步探索，所建立的演化框架尚需更多空间分布钻孔的验证与区域对比。未来工作应围绕古湖盆不同位置开展多钻孔关联对比研究，并结合更高分辨率的代用指标分析，以进一步检验和细化本文提出的演化模型。
4.2 全新世“圃田泽”兴衰演替的动力学机制及其与中原古文明发展的关联
由上可知，圃田泽自早全新世以来的形成、兴盛与消亡过程深受气候变化、流域水文过程与地貌演化、人类活动三大因素的影响。但是，这3个因素在不同时段湖泊发育和演化中所起的作用并不相同。
首先，气候变化，特别是东亚夏季风驱动的降雨量变化，贯穿圃田泽全新世发展演化的始终，是控制湖泊发育和区域环境演化的主要自然因素。对官渡钻孔多指标的 PCA 分析结果（图6）表明，季风降雨量是调控湖泊扩张与萎缩的根本驱动力。早全新世季风降雨强度逐渐增强，黄河径流量显著增加，湖泊开始发育并潴水；中全新世季风降雨强度达到鼎盛，湖泊面积也达到最大范围；晚全新世以来季风降雨量显著减少，气候条件逐渐恶化，湖泊也进入自然萎缩轨道。笔者利用多指标集成重建的圃田泽全新世演化趋势与基于岱海（Xu et al.， 2010）、公海（Chen et al.，2015）等湖泊孢粉定量重建的区域季风降雨量变化，黄土高原古土壤的发育轨迹（Wang et al.，2014），以及和尚洞石笋氧同位素 δ18O记录（Hu et al.，2008）揭示的季风强度变化趋势在年代误差范围内能够较好地匹配（图6），这进一步凸显了气候变化在区域环境演变中的核心地位。
其次，黄河流域的地貌演化和水沙过程是调控湖泊发育与消亡速率的关键因素。圃田泽作为紧邻黄河干流的滞洪沉沙型湖泊，其水文—沉积过程与黄河中下游的地貌格局和水沙配置密切相关。早全新世黄河与湖泊可能直接连通，为湖泊形成提供了最初的水源和沉积介质；中全新世黄河径流量相对稳定，河流下切效应加速，处于背河洼地的湖泊可能独立发育，继而形成了厚层的湖相沉积序列；晚全新世以来黄河泥沙含量大幅增加，河道摆动与决溢频率升高，可能导致大量的泥沙灌入与之毗邻的圃田泽湖盆，成为湖泊逐渐淤浅、萎缩的最直接原因。河湖关系的阶段性转变，从根本上决定了湖泊沉积相类型与淤积速率，因此是连接区域气候强迫与湖泊发育过程的关键中间环节。
图6全新世圃田泽沉积记录与区域古气候-环境记录对比图
a—官渡沉积钻孔（GDC-23-1）多指标PCA分析PC1组分样品得分（本研究）；b—黄土高原多剖面综合分析得出的古土壤发育概率密度（Wang et al.，2014）；c—官渡沉积钻孔（GDC-23-1）孢粉组合PCA分析PC1组分样品得分（本研究）；d—基于岱海孢粉定量重建的区域季风降雨量变化（Xu et al.，2010）；e—和尚洞石笋氧同位素δ18O（‰）（Hu et al.，2008）；f—基于公海孢粉定量重建的区域季风降雨量变化（Chen et al.，2015）
最后，历史时期的人类活动可能是导致湖泊最终消亡的决定性因子。在晚全新世气候总体干旱与黄河泥沙淤积的自然背景下，湖泊已处于萎缩状态。秦汉以来，中原地区人口增长与农业开发强度提升，人类对环境由被动适应转向主动干预，通过围湖造田、引水灌溉、河道改造、植被破坏等方式，显著改变了湖泊的水量平衡与泥沙收支（孟万忠， 2011）。沉积记录中谷物花粉的急剧增加与湖泊水生孢粉的消失在时间上高度同步（图3），直观印证了人类活动对湖泊生态系统的深刻改造。
但是，圃田泽的发育与中原古人类文明之间存在的关联是双向的。一方面，湖泊的演化深刻影响着区域古人类活动的时空分布格局：中全新世湖泊鼎盛期与仰韶文化、龙山文化等考古学文化繁荣期高度重合，表明稳定的湖泊水资源与周边肥沃的土壤为早期农业发展和聚落扩张提供了有利条件；晚全新世的湖泊萎缩与气候恶化，可能促使古人类不断调整土地利用方式与聚落分布格局。另一方面，历史时期人类活动通过围湖垦殖、引水灌溉、砍伐森林等方式，显著加速了湖泊的淤浅与消亡进程，成为湖泊最终消失的决定性因素。圃田泽从“天下九泽”之一到湮没于黄泛平原的演变历程，既是黄河下游水文—地貌系统演化的缩影，也是中原地区自然湖泊系统与古文明发展之间相互影响、协同演变的典型案例。
圃田泽的淤积历史直接对应了黄河下游泥沙在泛滥平原的沉积过程。晚全新世以来，特别是历史时期，湖盆快速被黄河泥沙和风成黄土充填，导致区域地面迅速抬高。这一过程不仅湮灭了湖泊，也是黄河下游河道相对两岸地面逐渐抬升、形成悬河的关键地质过程之一，因此可视为黄河下游“地上河”地貌体系演化过程的一个缩影。
5 结论
（1）本研究在中牟官渡镇钻取了一个连续覆盖整个全新世（约 11.2 cal. ka B.P.—至今）的沉积岩心，建立了较为可靠的深度—年代框架，首次提供了潜在的圃田泽边缘湖盆从形成、演化到消亡全过程的连续地质记录。沉积岩心岩相总体呈现“粗粒河湖交替相→细粒湖相→冲积砂—风成沙层”的典型三段式序列，分别对应于早—中—晚全新世的湖泊孕育—兴盛—衰亡过程。多指标（粒度、孢粉、地球化学）协同分析增强了湖相层判识的可靠性，为圃田泽演化历史的重建提供了可对比的地质学依据。
（2）研究结果显示：圃田泽全新世演化过程受 “气候变化—流域水文循环和地貌演化—人类活动”多重因素协同控制。东亚季风降水强度是控制整个阶段湖泊演化的基本自然驱动力；黄河下游的水沙过程、河湖水系交换及地貌演变是调控沉积速率与湖盆充填过程的关键因素；而历史时期的人类活动（围湖垦殖、引水灌溉、河道改造等）可能是湖泊最终消亡的决定性因素。研究还表明，圃田泽与中原古文明发展之间可能存在双向关联，同时为揭示黄河下游“悬河”发育的地质过程提供了关键证据。
致谢 感谢北京中勘安测公司在野外钻探工作中给予的设备支持和技术指导，感谢河北师范大学张生瑞教授在孢粉分析中提供的技术指导和宝贵意见。同时感谢刘嘉麒院士在论文成稿过程中给出的指导建议以及两位匿名审稿人提出的中肯修改意见。