全新世植被动态的空间异质性揭示巴斯海峡古气候驱动机制的复杂性

《Quaternary Research》：Spatial heterogeneity in Holocene vegetation dynamics across Bass Strait and its regional paleoclimatic implications

本研究针对东南澳大利亚巴斯海峡岛屿全新世古气候与植被演替关系不明的问题，通过对比西部的金岛与东部的巴伦角岛孢粉记录，揭示了晚冰期至全新世植被轨迹的同步性与中全新世后的区域分异。研究发现，中全新世海平面上升、弱李温洋流（LC）、正印度洋偶极子（IOD）与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）共同驱动了海峡两侧干湿格局的差异，为理解南半球中纬度气候演化提供了关键证据。

　　

在东南澳大利亚的巴斯海峡区域，星罗棋布的岛屿如同散落的时空胶囊，封存着晚第四纪以来气候与生态系统演变的秘密。尽管现代气候呈现出“西湿东干”的鲜明梯度，但全新世期间这一区域的气候驱动机制及其对植被的影响仍存在争议。早期研究认为中全新世为统一的湿润期，但近年证据暗示东西部岛屿可能响应了不同的气候强迫因子。更复杂的是，海平面波动、人类用火与自然火灾的交互作用，进一步模糊了气候信号的辨识。为此，剑桥大学领衔的国际团队在《Quaternary Research》发表最新研究，通过对比巴斯海峡西部金岛（King Island）与东部巴伦角岛（Cape Barren Island）的高分辨率孢粉与炭屑记录，揭示了全新世植被动态的空间分异及其对区域古气候重建的启示。

关键技术方法

研究团队在金岛的玛莎拉文尼亚湖（Lake Martha Lavinia）钻取3米沉积岩芯，通过加速器质谱（AMS）放射性碳定年（使用SHCal20校正曲线）建立年龄-深度模型，并利用“rbacon”软件进行贝叶斯校正。孢粉样品经盐酸、氢氧化钾和醋酸解法处理，每样本统计至少300粒陆生花粉，通过平方弦距离（SCD）分析植被群落更替阈值（SCD>0.2指示显著转变）。炭屑通量（颗粒数/cm2/年）与火灾频率使用CharAnalysis程序识别峰值，同时结合湿地藻类（如接合藻纲Zygnemataceae）和真菌（微盾菌科Microthyriaceae）指标重建水文变化。东西部岛屿植被轨迹的对比通过去趋势对应分析（DCA）和Procrustes分析实现。

研究结果

1. 金岛晚冰期至早全新世：从草原到湿润森林的转型

孢粉记录显示，金岛在晚冰期（15–13 cal ka BP）以禾本科（Poaceae）为主的草原景观为主，伴生桉树（Eucalyptus）和班克木（Banksia），暗示开阔的稀树草原。约13 ka起，桉树和白千层（Melaleuca）快速扩张，形成封闭森林，反映气候增温增湿。炭屑通量表明人类用火活动持续，但火灾频率较低（<2次/500年）。早全新世金合欢（Acacia）的增加指示局部湿润环境加强，湿地藻类繁盛则印证湖泊水位稳定。

2. 中全新世干旱与火灾驱动的植被转型

约7.5 ka起，金岛出现显著干旱信号：湿地藻类减少、喜干真菌增多，湖泊水位下降。同时，热带浮游有孔虫Globigerinoides ruber含量降低指示李温洋流（LC）减弱，减少海洋性水汽输送。干旱背景下，炭屑通量在7.2–5.5 ka达到峰值（150颗粒/cm2/年），火灾频率升至>2次/500年，导致桉树衰退而耐干扰灌木（单序花属Monotoca、鳞毛蕨Dicksonia antarctica）扩张。SCD分析显示约5.5 ka植被发生显著更替（SCD>0.3），森林转为开阔灌丛。

3. 东西部岛屿轨迹对比：气候与海平面驱动的分异

DCA与Procrustes分析表明，东西部岛屿植被在14–6 ka高度相似（相关性强=0.65，p=0.001），均响应冰后期增温增湿。但中全新世后分异加剧：东部巴伦角岛受海平面上升主导，桉树林被海岸石楠灌丛取代；而西部金岛主要受气候干旱与火灾控制。晚全新世，东部持续受ENSO强化影响趋向干旱，西部则可能因负IOD相位和强西风带（Westerlies）恢复湿润，植被多样性升至30个类群/最小计数。

结论与意义

本研究首次系统揭示巴斯海峡岛屿全新世植被动态的东西部分异，挑战了中全新世统一湿润模式的传统认知。关键发现包括：（1）晚冰期-早全新世气候增湿为区域同步现象；（2）中全新世干旱由LC减弱、正IOD与ENSO共同驱动，而非单一西风带控制；（3）海平面上升对小型岛屿（如巴伦角岛）植被的影响远超大型岛屿（如金岛）。这些结果深化了对南半球中纬度气候系统（如IOD与ENSO的跨半球耦合）的理解，为预测未来气候变化下生物多样性响应提供了古生态学基准。此外，人类用火与自然火灾的交互作用凸显了多尺度因子对生态系统演变的复合影响，呼吁在古气候模型中整合 anthropogenic forcing（人为强迫）。