刚果盆地中部泥炭地中两种截然不同的沼泽森林演替路径

《Quaternary Science Reviews》：Two contrasting swamp forest succession pathways in central Congo Basin peatlands

泥炭地生态系统演化研究：刚果盆地四个采样点的花粉分析与δ13C同位素证据揭示不同水文环境下的植被演替模式与气候敏感性。摘要结束分隔符

　　中央刚果盆地（CCB）是世界上热带泥炭沼泽森林最广阔的区域之一，其分布范围涵盖了刚果河及其支流周围的河间地和泛滥平原。这片区域以硬木林和棕榈林为主，但关于这些森林是如何发展以及何时形成的了解仍然有限。本文通过分析四个研究地点的泥炭柱中的花粉和δ13C_TOC数据，揭示了泥炭沼泽生态系统和森林发展的历史。这些地点包括两个位于刚果河以东泛滥平原上的地点（Bolengo和Bondamba），以及两个位于刚果河以西河间地上的地点（Ekolongouma和Boboka）。研究结果表明，泥炭的形成和森林的建立在三个地点发生在最后一次冰期大暖（LGM）之前或期间，分别在26,750年、19,600年和19,400年前，而在第四个地点则发生在13,350年前。这些发现支持了早期关于CCB可能作为雨林物种避难所的假设。研究还发现，不同地点的植被演替时间存在差异，表明自生过程（即泥炭地内部的自然变化）在植被演替中起着重要作用，同时受到气候等外生因素的影响。通过比较四个地点的花粉记录，本文揭示了CCB泥炭沼泽森林发展的两种不同轨迹，一种与河间地相关，另一种与泛滥平原相关。研究强调了CCB泥炭地的生物多样性和复杂性，以及其对气候变化的敏感性。晚全新世的降水减少影响了所有地点的泥炭积累和森林结构，某些地点比其他地点更为敏感。本文的研究成果为保护和维护这一全球重要的生态系统提供了重要的背景信息，表明泥炭沼泽森林在过去的环境压力下表现出高度的脆弱性。

中央刚果盆地的泥炭沼泽森林不仅在生态上具有重要意义，而且在碳储存方面也扮演着关键角色。据估计，该地区的泥炭地储存了约29.0皮克克（Pg C）的碳，这一数值超过了刚果民主共和国（DRC）地表生物量的碳储存量（约23.0 Pg C）。这表明CCB的泥炭地在维持全球碳平衡方面具有重要作用。然而，这些碳储存及其覆盖的森林可能对气候变化非常敏感。初步的古环境重建研究表明，从约5000年前到约2000年前的古降水减少导致了泥炭地的干旱化，从而显著降低了泥炭碳储存量，并改变了森林结构。这一发现引发了对未来气候变化可能对泥炭地造成威胁的担忧。

在CCB，目前已知的泥炭地主要覆盖三种植被类型：硬木沼泽森林，包括Uapaca mole、Carapa procera和Xylopia rubescens等树种；以及两种以棕榈为主的沼泽森林，其中一种广泛分布，以Raphia laurentii为主导；另一种则较为罕见，仅见于最近废弃的河流通道，以Raphia sese为主导。尽管这些植被类型的存在已被确认，但它们的发展时间及分布是否受到气候、水文、地貌过程和泥炭厚度等因素的影响，仍然需要进一步研究。在东南亚和亚马逊地区的相关研究已经表明，这些因素在植被演替过程中起到了重要作用，其影响范围从几十年到千年不等。因此，理解CCB泥炭地的时空生态模式及其驱动因素，对于保护这一全球重要的生态系统具有重要意义。

本研究选取了三个未发表的泥炭地地点，结合之前对第四号泥炭柱CEN-17.4的研究，对CCB泥炭地的形成时间和植被演替模式进行了大规模评估。Bolengo和Bondamba两个地点位于刚果河以东的Busira河泛滥平原上，而Ekolongouma和Boboka两个地点则位于刚果河以西的河间地。在这些地点，研究人员提取了泥炭柱，并对其进行了放射性碳测年以确定泥炭的底部年龄。同时，通过花粉、失重（LOI）和δ13C_TOC分析，研究人员探讨了植被和泥炭如何从形成至今发展变化。这些数据被用来评估CCB泥炭地在LGM期间是否存在避难所森林，并分析了可能的生态变化驱动因素。

在地理背景方面，CCB泥炭地覆盖了约167,600平方公里，横跨刚果共和国的东部和刚果民主共和国的西部。每个研究地点的泥炭柱都从边缘延伸至内部，其底部由黏土、淤泥和/或沙组成。所有研究地点均以附近的村庄命名，以便于识别和讨论。研究发现，不同地点的泥炭地形成过程和植被演替模式存在显著差异，这可能与它们所处的地理位置、水文条件和气候环境有关。

在泥炭柱的采集过程中，研究人员在每个地点仅选取一个采样点，使用直径为5厘米、长度为50厘米的俄罗斯型取芯器，在两个平行孔中进行取芯，以获得连续的泥炭序列，并减少对泥炭柱上部和下部的干扰。取芯工作持续进行，直到遇到下方的黏土基底。每个泥炭柱样本在采集后被妥善包装，并在获得许可的情况下运送到英国进行进一步分析。

失重（LOI）数据用于确定每个地点的泥炭厚度。研究发现，位于刚果河以东的两个泛滥平原地点Bolengo和Bondamba的泥炭样本在泥炭柱底部（分别在410厘米和569厘米处）显示出较高的有机质含量（>65%），这表明泥炭柱的底部可能未被完全采样，因为俄罗斯型取芯器的尖端可能未能穿透最古老的泥炭层。因此，这些地点的泥炭记录可能无法完全反映其最古老的沉积历史。

讨论部分综合了四个地点的数据，揭示了CCB泥炭地在植被演替过程中表现出的多样性。研究发现，泥炭在两种泛滥平原地点（Bolengo和Bondamba）中是在森林冠层下形成的，而在两种河间地地点（Ekolongouma和Boboka）中则是从开放的草本湿地发展而来。这表明不同地理位置的泥炭地可能经历了不同的形成过程。在三个地点，泥炭地在LGM期间依然存在并持续形成，而在第四个地点则是在LGM之后才开始形成。这一发现支持了早期关于CCB可能作为雨林物种避难所的假设，同时也表明泥炭地的形成和维持可能受到多种因素的影响。

此外，研究还发现，不同地点的植被演替时间存在差异，这可能反映了自生过程（即泥炭地内部的自然变化）在植被演替中的重要性。然而，这些自生过程可能受到气候等外生因素的影响。例如，降水减少可能导致泥炭地的干旱化，从而改变植被组成和结构。这种变化在不同地点表现出不同的敏感性，某些地点对气候变化的反应更为迅速和显著。

本研究的结果不仅揭示了CCB泥炭地的复杂性和多样性，还强调了其对气候变化的敏感性。这为未来保护和维护该地区泥炭沼泽森林提供了重要的科学依据。泥炭地的脆弱性意味着任何环境变化都可能对其生态系统产生深远影响，因此需要采取有效的保护措施，以确保这些生态系统能够继续发挥其在全球碳循环和生物多样性维持中的作用。

研究团队的贡献部分表明，该研究是由多位科学家共同完成的。Simon L. Lewis、Ian T. Lawson、Greta C. Dargie、Susan E. Page、Arnoud Boom、Paul J. Morris、Enno Schefu?等研究人员提出了研究的构想，并参与了数据的收集和分析。Donna Hawthorne、Bart Crezee、William Hiles、Yannick E. Bocko、Corneille E.N. Ewango、Yannick Garcin、Pauline Gulliver、Suspense A. Ifo、Joesph T. Kanayama、Christopher A. Kiahtipes、Katherine H. Roucoux等研究人员参与了泥炭柱的采集和实验室分析工作。所有研究人员都对数据的整理和分析提供了重要支持，并对论文的撰写和修改进行了审阅和讨论。

在包容性声明中，研究团队提到，该研究汇集了来自多个国家的科学家，其中包括在刚果共和国和刚果民主共和国工作的研究人员。这些研究人员基于他们对刚果盆地沼泽森林植被类型和演替过程的了解，为研究提供了重要的专业知识。研究团队还努力引用了该地区科学家发表的文献，特别是在当地语言中撰写的论文，以确保研究的全面性和文化敏感性。

最后，研究团队声明他们没有已知的与该研究相关的竞争性财务利益或个人关系。这一声明表明研究的客观性和公正性，确保了研究结果的可信度。同时，研究团队感谢了刚果民主共和国和刚果共和国的政府机构，包括环境与可持续发展部、环境部以及équateur省和Likouala省的相关管理部门，这些机构为研究的开展提供了必要的支持和协助。此外，研究团队也感谢了Boboka、Bolengo和Bondamba等地点的当地社区，以及Ekolongouma地点的居民，在野外工作期间给予了热情的接待和帮助。这种合作不仅有助于研究的顺利进行，也促进了当地社区与科研机构之间的交流与理解。

综上所述，本研究通过综合分析四个地点的泥炭柱数据，揭示了CCB泥炭地的形成历史和植被演替模式。研究结果表明，泥炭地的形成和植被演替受到多种因素的共同影响，包括自生过程和外生气候因素。这一发现为理解CCB泥炭地的生态复杂性提供了新的视角，并为未来的保护和管理措施提供了科学依据。研究还强调了泥炭地对气候变化的高度敏感性，这提醒我们，在全球气候变化日益加剧的背景下，保护这些生态系统的重要性不容忽视。通过深入研究泥炭地的形成和演替过程，我们可以更好地预测和应对未来可能的环境变化，从而确保这些全球重要的生态系统能够持续发挥其生态功能。