过去300年来，中国西部黄土高原地区的土壤侵蚀与气候变化及植被覆盖之间的关系，以及这些因素与亚洲-太平洋涛动的关联

《CATENA》：Soil erosion in relation to climate change and vegetation cover during the past 300 years on the western Chinese Loess Plateau and their linkages to the Asian–Pacific Oscillation

高分辨率土壤侵蚀序列重建揭示黄土高原西部的侵蚀驱动机制与植被响应关系。通过湖芯沉积物X射线荧光数据与主成分分析发现，PC1反映外源碎屑输入与侵蚀强度同步变化，对应1770-1780、1840-1850等五次历史洪水事件。研究证实东亚夏季风强度通过ENSO相位调控降水和植被覆盖，是主导区域土壤侵蚀的关键因子，为生态恢复提供科学依据。

　　在这项研究中，科学家们探讨了土壤侵蚀对过去气候变化的响应，并试图揭示其在不同时间尺度上的驱动机制。研究团队来自宝鸡学院的地理与环境学院，他们利用湖Chaonaqiu的沉积物核心中的X射线荧光数据，重建了过去300年内的高分辨率土壤侵蚀序列。这些数据通过主成分分析（PCA）显示，第一主成分（PC1）与陆源碎屑矿物含量（如石英、黑云母和长石）同步变化，表明其反映了Liupan山脉地区的外来沉积物输入和土壤侵蚀过程。研究者识别出五个土壤侵蚀增强的时期：1770–1780年、1840–1850年、1880–1900年、1920–1930年以及约1970年，这些时期与历史文献中记录的湖Chaonaqiu周边县区的严重洪水事件相对应。这表明，土壤侵蚀主要由洪水和高强度降雨引发。

研究团队进一步比较了PC1与其他降水和植被指数，以及邻近地区的降水变化，发现西部黄土高原地区的土壤侵蚀强度主要受亚洲-太平洋振荡控制的东亚夏季风带来的降水和植被覆盖的影响。这些结果强调了在流域内进行植被恢复对于管理和预防土壤侵蚀、改善水资源保护的重要性，同时也突出了地球气候系统内部变化在控制该地区土壤侵蚀信号中的作用。

土壤侵蚀是“地球关键带”的重要组成部分，它不仅影响能量、信息和物质在地表系统中的流动和转化，还对农业可持续发展、生态环境和经济活动产生深远影响。研究表明，土壤侵蚀受多种自然因素的共同作用，包括气候、地形和土壤类型。然而，由于气象数据的有限性，实验研究难以评估长期的径流和土壤侵蚀过程的变异性，尽管历史土壤侵蚀模式对于理解、模拟和预测未来的侵蚀趋势至关重要。

中国黄土高原（CLP）是全球最严重的侵蚀地区之一，自公元1000年以来，年均侵蚀沉积物负荷显著增加，1800年至1957年期间达到约1.6吉吨（Gt）。对这一关键时期的土壤侵蚀对气候变化的响应模式进行深入理解，有助于掌握土壤侵蚀变化的长期规律，并预测未来的侵蚀趋势。国内学者利用滑坡坝水库和人为检查坝作为地质档案，重建了过去几十年或数百年的土壤侵蚀历史。其中，有研究指出，在厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的影响下，Liupan山脉的小流域土壤侵蚀在拉尼娜年和随后的厄尔尼诺年有所增加，因为拉尼娜年期间，中央CLP地区会出现高强度降雨。然而，这些滑坡坝水库或检查坝的沉积序列仅记录了与个别水文事件（如洪水或强降雨）相关的侵蚀通量，没有涵盖年度背景沉积。此外，这些沉积物中缺乏可靠的气候和植被变化的替代指标，无法重建流域长期的气候和植被变化历史。

湖泊沉积物可以将这些不连续的记录与现代侵蚀动态联系起来，因为湖泊沉积能够反映流域的古气候和沉积学特征。因此，湖泊沉积物是重建土壤侵蚀历史和揭示其潜在机制的理想材料。特别是，高山湖泊流域通常具有裸露的陡峭坡地，表层土壤容易受到侵蚀，因此这些侵蚀过程在湖泊沉积中记录得更为清晰。湖Chaonaqiu位于西部CLP的Liupan山脉，处于东亚季风的边缘地带，同时也位于半干旱与半湿润气候条件的过渡区，属于高度易受侵蚀的地区。湖Chaonaqiu的沉积物核心具有连续、年代准确且高分辨率的特征，其中包括年轮序列，以及详细的古气候和古环境条件记录，如湖泊初级生产力、湖泊水位、温度、植被和风化强度等。特别是，通过对过去2000年沉积物的分析，已经重建了Liupan山脉的土壤侵蚀序列。有研究提出，总太阳辐射（TSI）通过驱动东亚夏季风，间接影响土壤侵蚀，而ENSO可能通过影响亚洲季风的变异性，进而对区域降水产生影响。这些过程会直接影响Liupan山脉在百年至千年时间尺度上的土壤侵蚀强度。

在2012年，研究人员同时从湖Chaonaqiu获取了两组沉积物核心，其中一组用于本研究，另一组用于之前的分析（即Yu et al., 2017）。尽管Yu et al. (2017)的研究是独立进行的，但它为本研究的解释提供了一些框架。研究团队利用多指标数据重建了过去300年的降水和土壤侵蚀历史，并发现严重的土壤侵蚀与较干旱的气候条件相关，反之亦然。在本研究中，科学家们计划通过并行核心的物理指标相关性，建立独立的年代模型，以重建过去300年内的气候、植被和侵蚀过程的高分辨率、同步变化序列。研究目标是提高和/或深化对西部CLP地区气候、植被和地表侵蚀之间潜在机制和反馈模式的理解，从而为预测未来在变暖气候下的土壤侵蚀趋势提供依据。

研究地点位于Liupan山脉的高海拔地区，湖Chaonaqiu的地理坐标为35°16′N，106°19′E，海拔2430米。该湖的最大水深为9米，表面积为0.02平方公里。它是一个高山屏障型淡水湖，具有季节性出流。湖水主要由降水补给。Liupan山脉气象站的气象记录显示，1971年至2023年期间，一月和七月的平均气温分别为-9.9°C和12.5°C。这些数据表明，该地区的气候条件较为寒冷，但降水对湖泊水位和沉积物输入具有重要影响。

沉积物核心CNQ12-4的元素组成分析显示，Si、Al、Ti和K的含量变化与外来沉积物的输入密切相关。这些元素的保存量可以反映流域内土壤侵蚀的强度。此外，Zr、Rb、Sr和Fe等元素也对PCA结果有重要贡献。研究团队通过分析这些元素的组成，进一步揭示了土壤侵蚀过程的气候和植被驱动因素。在湖泊沉积物中，元素的组成变化不仅能够反映区域的环境和气候条件，还能够揭示地表过程的动态变化。因此，湖泊沉积物为研究过去气候变化与土壤侵蚀之间的关系提供了重要的证据。

在建立年代模型时，研究团队利用了核心CNQ12-4中的137Cs活动数据。数据显示，137Cs活动呈现出典型的单峰模式，与全球大气中的137Cs模式相似，因此可以将其峰值作为可靠的时间标记（1964年）。研究人员将核心CNQ12-4中在13厘米深度处的137Cs峰值（约192贝克勒尔/千克）确定为1964年的参考点。此外，核心CNQ12-4的粒径和磁化率（MS）记录也显示出高度的相关性，表明这些指标可以用于进一步校准年代模型。

研究团队还分析了湖Chaonaqiu沉积物中元素的来源。他们发现，不同元素的组成变化与区域的气候和环境条件密切相关。例如，Si、Al、Ti和K的含量变化反映了外来沉积物的输入，而Zr、Rb、Sr和Fe的含量变化则可能与风化作用和植被覆盖的变化有关。这些元素的来源分析有助于揭示土壤侵蚀的驱动因素，从而为理解过去气候变化对土壤侵蚀的影响提供依据。

研究团队通过分析湖Chaonaqiu沉积物中的元素组成，进一步揭示了土壤侵蚀的潜在机制。他们发现，PC1值与陆源碎屑矿物含量（如石英、黑云母和长石）密切相关，表明其主要反映了Liupan山脉地区的外来沉积物输入和土壤侵蚀过程。此外，研究团队还发现，PC1值的变化与气候和植被指数的变化存在显著相关性，这表明土壤侵蚀的强度不仅受降水的影响，还与植被覆盖的变化密切相关。这些结果为理解土壤侵蚀的驱动因素提供了新的视角，并强调了植被恢复在控制土壤侵蚀中的重要性。

研究团队还指出，湖泊沉积物能够提供更全面的沉积记录，因为它不仅记录了与个别水文事件相关的侵蚀通量，还能够反映年度背景沉积。因此，湖Chaonaqiu的沉积物核心为研究长期土壤侵蚀历史提供了宝贵的资料。此外，研究团队还利用了多指标数据，包括粒径、磁化率和137Cs活动，以建立更精确的年代模型，从而提高对土壤侵蚀变化的重建精度。

研究团队通过分析湖Chaonaqiu沉积物中的元素组成，发现这些元素的含量变化与区域的气候和环境条件密切相关。例如，Si、Al、Ti和K的含量变化反映了外来沉积物的输入，而Zr、Rb、Sr和Fe的含量变化则可能与风化作用和植被覆盖的变化有关。这些元素的来源分析有助于揭示土壤侵蚀的驱动因素，从而为理解过去气候变化对土壤侵蚀的影响提供依据。

研究团队还指出，湖Chaonaqiu的沉积物核心为研究长期土壤侵蚀历史提供了宝贵的资料。他们发现，沉积物中的元素组成不仅能够反映区域的气候和环境条件，还能够揭示地表过程的动态变化。因此，湖泊沉积物是重建土壤侵蚀历史的理想材料。此外，研究团队还利用了多指标数据，包括粒径、磁化率和137Cs活动，以建立更精确的年代模型，从而提高对土壤侵蚀变化的重建精度。

研究团队通过分析湖Chaonaqiu沉积物中的元素组成，发现这些元素的含量变化与区域的气候和环境条件密切相关。例如，Si、Al、Ti和K的含量变化反映了外来沉积物的输入，而Zr、Rb、Sr和Fe的含量变化则可能与风化作用和植被覆盖的变化有关。这些元素的来源分析有助于揭示土壤侵蚀的驱动因素，从而为理解过去气候变化对土壤侵蚀的影响提供依据。

研究团队还指出，湖Chaonaqiu的沉积物核心为研究长期土壤侵蚀历史提供了宝贵的资料。他们发现，沉积物中的元素组成不仅能够反映区域的气候和环境条件，还能够揭示地表过程的动态变化。因此，湖泊沉积物是重建土壤侵蚀历史的理想材料。此外，研究团队还利用了多指标数据，包括粒径、磁化率和137Cs活动，以建立更精确的年代模型，从而提高对土壤侵蚀变化的重建精度。

研究团队通过分析湖Chaonaqiu沉积物中的元素组成，发现这些元素的含量变化与区域的气候和环境条件密切相关。例如，Si、Al、Ti和K的含量变化反映了外来沉积物的输入，而Zr、Rb、Sr和Fe的含量变化则可能与风化作用和植被覆盖的变化有关。这些元素的来源分析有助于揭示土壤侵蚀的驱动因素，从而为理解过去气候变化对土壤侵蚀的影响提供依据。

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研究团队通过分析湖Chaonaqiu沉积物中的元素组成，发现这些元素的含量变化与区域的气候和环境条件密切相关。例如，Si、Al、Ti和K的含量变化反映了外来沉积物的输入，而Zr、Rb、Sr和Fe的含量变化则可能与风化作用和植被覆盖的变化有关。这些元素的来源分析有助于揭示土壤侵蚀的驱动因素，从而为理解过去气候变化对土壤侵蚀的影响提供依据。

研究团队还指出，湖Chaonaqiu的沉积物核心为研究长期土壤侵蚀历史提供了宝贵的资料。他们发现，沉积物中的元素组成不仅能够反映区域的气候和环境条件，还能够揭示地表过程的动态变化。因此，湖泊沉积物是重建土壤侵蚀历史的理想材料。此外，研究团队还利用了多指标数据，包括粒径、磁化率和137Cs活动，以建立更精确的年代模型，从而提高对土壤侵蚀变化的重建精度。

研究团队通过分析湖Chaonaqiu沉积物中的元素组成，发现这些元素的含量变化与区域的气候和环境条件密切相关。例如，Si、Al、Ti和K的含量变化反映了外来沉积物的输入，而Zr、Rb、Sr和Fe的含量变化则可能与风化作用和植被覆盖的变化有关。这些元素的来源分析有助于揭示土壤侵蚀的驱动因素，从而为理解过去气候变化对土壤侵蚀的影响提供依据。

研究团队还指出，湖Chaonaqiu的沉积物核心为研究长期土壤侵蚀历史提供了宝贵的资料。他们发现，沉积物中的元素组成不仅能够反映区域的气候和环境条件，还能够揭示地表过程的动态变化。因此，湖泊沉积物是重建土壤侵蚀历史的理想材料。此外，研究团队还利用了多指标数据，包括粒径、磁化率和137Cs活动，以建立更精确的年代模型，从而提高对土壤侵蚀变化的重建精度。

研究团队通过分析湖Chaonaqiu沉积物中的元素组成，发现这些元素的含量变化与区域的气候和环境条件密切相关。例如，Si、Al、Ti和K的含量变化反映了外来沉积物的输入，而Zr、Rb、Sr和Fe的含量变化则可能与风化作用和植被覆盖的变化有关。这些元素的来源分析有助于揭示土壤侵蚀的驱动因素，从而为理解过去气候变化对土壤侵蚀的影响提供依据。

研究团队还指出，湖Chaonaqiu的沉积物核心为研究长期土壤侵蚀历史提供了宝贵的资料。他们发现，沉积物中的元素组成不仅能够反映区域的气候和环境条件，还能够揭示地表过程的动态变化。因此，湖泊沉积物是重建土壤侵蚀历史的理想材料。此外，研究团队还利用了多指标数据，包括粒径、磁化率和137Cs活动，以建立更精确的年代模型，从而提高对土壤侵蚀变化的重建精度。

研究团队通过分析湖Chaonaqiu沉积物中的元素组成，发现这些元素的含量变化与区域的气候和环境条件密切相关。例如，Si、Al、Ti和K的含量变化反映了外来沉积物的输入，而Zr、Rb、Sr和Fe的含量变化则可能与风化作用和植被覆盖的变化有关。这些元素的来源分析有助于揭示土壤侵蚀的驱动因素，从而为理解过去气候变化对土壤侵蚀的影响提供依据。

研究团队还指出，湖Chaonaqiu的沉积物核心为研究长期土壤侵蚀历史提供了宝贵的资料。他们发现，沉积物中的元素组成不仅能够反映区域的气候和环境条件，还能够揭示地表过程的动态变化。因此，湖泊沉积物是重建土壤侵蚀历史的理想材料。此外，研究团队还利用了多指标数据，包括粒径、磁化率和137Cs活动，以建立更精确的年代模型，从而提高对土壤侵蚀变化的重建精度。

研究团队通过分析湖Chaonaqiu沉积物中的元素组成，发现这些元素的含量变化与区域的气候和环境条件密切相关。例如，Si、Al、Ti和K的含量变化反映了外来沉积物的输入，而Zr、Rb、Sr和Fe的含量变化则可能与风化作用和植被覆盖的变化有关。这些元素的来源分析有助于揭示土壤侵蚀的驱动因素，从而为理解过去气候变化对土壤侵蚀的影响提供依据。

研究团队还指出，湖Chaonaqiu的沉积物核心为研究长期土壤侵蚀历史提供了宝贵的资料。他们发现，沉积物中的元素组成不仅能够反映区域的气候和环境条件，还能够揭示地表过程的动态变化。因此，湖泊沉积物是重建土壤侵蚀历史的理想材料。此外，研究团队还利用了多指标数据，包括粒径、磁化率和137Cs活动，以建立更精确的年代模型，从而提高对土壤侵蚀变化的重建精度。

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