全新世泥炭 MBT'/MBT'5ME 记录的非热控制因素：两项中国新记录及全球筛选评估

《Quaternary Science Reviews》：Non-thermal controls on Holocene peat MBT'/MBT' 5ME records: Two new Chinese records and a global screening assessment

　　

**新全新世泥炭MBT'5ME记录跨越中国东北与华南地区**

**全球15条记录的汇编评估了泥炭MBT'/MBT'5ME的可靠性**

**老里克记录支持全新世变暖；赵公亭记录尚不确定**

**水文与沉积条件的变化可能覆盖泥炭MBT'/MBT'5ME趋势**

**气温记录支持亚洲全新世变暖**

**引言**

了解过去温度变率对于认识正在进行的全球变暖和提高未来气候预测的可靠性至关重要。仪器观测仅提供较短的时间尺度视角（约数十年），而沉积物古温度重建可将气候变化记录延伸至更长的时间尺度（从亚轨道尺度至更长期尺度）。全新世是最近一次间冰期，其边界条件比冰期更接近现代气候系统，并且与人类社会重大发展相重合（Erb等，2022年）。因此，全新世温度重建为量化自然温度变率范围和评估正在进行的变暖提供了重要基准（Kaufman等，2020年）。大量地质记录已被用于全新世温度重建，包括冰芯（如O'Brien等，1995年；Lecavalier等，2017年；Bao等，2025年）、黄土-古土壤序列（如Lu等，2004年；Peterse等，2014年；Duan等，2022年）、湖泊沉积物（如Willemse和T?rnqvist，1999年；Axford等，2013年；Sun等，2022年）以及泥炭沉积（如Andreev和Klimanov，2000年；Hong等，2009年；Wan等，2024年）。

支链甘油二烷基甘油四醚（brGDGTs）是一种细菌膜脂类化合物，最早在荷兰的泥炭中被鉴定（Sinninghe Damsté等，2000年），已被广泛用于陆地古温度重建。基于表层土壤（Weijers等，2007年；De Jonge等，2014年、2024年；Dearing Crampton-Flood等，2020年）、湖泊沉积物（Russell等，2018年；Martínez-Sosa等，2021年；Raberg等，2021年、2022年）和泥炭沉积（Naafs等，2017年；Guo等，2021年；Wei等，2022年）的现代校准研究支持了brGDGT甲基化指数的温度敏感性，其中最常用的指数是MBT及其衍生指数，包括仅使用5-甲基异构体计算的MBT'5ME。分子动力学模拟为brGDGT甲基化的温度敏感性提供了机制支持（Naafs等，2021年）。培养实验进一步表明，brGDGTs中的甲基化程度主要受温度调控，尽管pH和氧气供应也可调节这一响应（Halamka等，2023年）。

在陆地记录中，泥炭沉积是通过植物残体在水淹条件下不完全分解而积累形成的，可以保存适合构建放射性碳年代学的植物材料（Charman，2002年；Chambers等，2015年）。泥炭地从热带分布至高纬度地区，储存了全球陆地碳库中相当大的比例（Yu等，2010年；Nichols和Peteet，2019年），使得基于泥炭的古温度重建不仅对古气候研究重要，对理解温度变化与泥炭碳循环动力学之间的长期关系也具有重要意义（Yu，2012年）。全球表面数据集（包括土壤、湖泊沉积物和泥炭沉积物）表明，在酸性、低盐度和缺氧条件下，MBT'5ME与年平均气温（MAAT）表现出更强的相关性（Naafs等，2017年；Lin等，2024年）。因此，通常表现出这些环境特征的泥炭沉积物有可能作为重建过去温度变化的有效记录载体。严格来说，泥炭brGDGTs记录的是产生brGDGTs环境的热条件，而非直接记录气温（Huguet等，2013年）。最近，Shen等（2026年）提出，在全新世时间尺度上，泥炭沉积中的brGDGTs主要在泥炭表层（acrotelm）合成，表层来源的brGDGTs占brGDGTs总信号的比例超过87.2%。鉴于表层中空气与泥炭之间高效的热交换，该区域产生的brGDGTs可以为重建气温变化提供依据（Shen等，2026年）。因此，富含有机质的泥炭可能非常适合基于brGDGTs的古温度重建。

然而，已发表的泥炭MBT'/MBT'5ME记录可能显示出不同的长期趋势，即使在邻近地点也是如此。一个明确的例子是苏门答腊的Padang（2°12′S，101°31′E；海拔959米）和Diatas（1°04′S，100°46′E；海拔1529米），这两个地点地理位置相近但MBT'5ME趋势明显不同（图1a；H?llberg等，2023年）。这种差异本身不应被解读为区域气温趋势存在差异的证据，因为邻近地点通常预期会共享相同的区域温度变化长期方向。因此，H?llberg等（2023年）将这种差异主要归因于随时间变化的brGDGTs来源贡献和沉积环境差异。在Diatas，湖泊边缘沉积演化、来源输入变化和矿质成因影响可能覆盖了MBT'5ME记录。相比之下，Padang泥炭地更为富营养且富含有机质，其MBT'5ME记录保留了由气温驱动的变暖趋势。这一实例表明，泥炭MBT'/MBT'5ME记录中表观的"变暖"或"变冷"可能源于场地特有的沉积和来源效应。可靠的解释因此需要利用独立的来源证据、泥炭积累和沉积稳定性证据对MBT'/MBT'5ME变率进行筛查。与此需求一致的是，近期中国泥炭地的研究强调，水化学条件（如pH和氧化还原状态）可对brGDGTs分布产生显著的场地特异性调节，强化了MBT'/MBT'5ME的解释应与沉积和水化学变化的独立证据一同评估（Yang等，2026年）。

同样，中国全新世泥炭MBT'/MBT'5ME记录并不总是趋向相同的长期趋势。大多数已发表的中国泥炭记录显示全新世总体上升趋势，而中国东北的两个低海拔泥炭地——河泥（HN；42°13′N，126°31′E；海拔900米）和古山屯（GST；42°18′N，126°17′E；海拔500米）——显示出总体下降的MBT'5ME趋势（图1b；Zheng等，2017年、2018年）。这种区域差异背后的机制仍不充分约束，凸显了在中国东北地区增加更多高精度测年泥炭序列以及对场地特异性非热覆盖进行明确评估的必要性。

本文呈现了来自中国两个新全新世泥炭MBT'5ME记录：中国温带东北地区的老里克（LLK；42°28′48″N，126°40′12″E；海拔1475米）和中国亚热带南部地区的赵公亭（ZGT；26°24′40″N，114°04′40″E；约1790米海拔）（图1c和d），为评估两个气候对比区域的全新世泥炭MBT'5ME变率提供了新证据。随后，我们将这些记录与全球13条已发表的全新世泥炭MBT'/MBT'5ME记录进行整合。为最小化不同研究间校准依赖差异，我们仅关注指数的时间趋势，而不将其转换为绝对温度。我们利用沉积学、综合沉积物性质（包括总有机碳TOC）和场地特有环境背景方面的非brGDGTs证据，将记录或区间归类为气温型、非气温型或不确定型；泥炭积累率（PAR）和brGDGTs衍生指数（包括ΣIIIa/ΣIIa和群落指数CI）提供辅助信息。我们旨在确定哪些泥炭MBT'/MBT'5ME记录能可靠地表征气温变化，并识别关键的非热控制因素。本研究为改进基于泥炭的古温度重建的跨场站可比性以及解释中国东北地区观测到的区域差异提供了实用基础。

**研究场地**

老里克是一个小型山地泥炭地，长约800米、宽约300米，位于长白山的曾峰岭（图1c），面积约0.13平方公里。泥炭地海拔1475米，高于HN和GST。流域内高程差仅约60米，泥炭地主要靠降水补给（Dong等，2021年）。区域气候受东亚季风控制，夏季温暖湿润，冬季寒冷干燥。

**老里克（LLK）的年代学**

LLK17C岩芯的模型年龄随深度持续增加（图2a）。模型将0–1厘米区间定位为距今0年（校准），并将472厘米处的年龄定为距今11.2千年（校准）。该深度对应从底部河流-湖泊沉积物到上部泥炭的岩性转变。因此，年代学将LLK泥炭积累的开始时间定位在约距今11.2千年。

**赵公亭（ZGT）的年代学**

ZGT22D岩芯的所有六个AMS 14C测定结果均呈地层顺序排列（图2b）。最顶部年代样本……

**老里克（LLK）的MBT'5ME**

在距今约11.2千年之前，LLK的MBT'5ME急剧上升，与底部河流-湖泊沉积物向泥炭转变的岩性转变相吻合（图3a），表明沉积环境对跨该间隔brGDGTs分布存在强烈影响。与此转变一致的是，ΣIIIa/ΣIIa（图3b）、CI（图3c）和TOC（图3d）在距今约11.2千年之前均显示出协调一致的转变。具体而言，ΣIIIa/ΣIIa从约0.45降至0.20（图3b），记录了brGDGTs……

**结论**

本研究利用两个新的中国泥炭MBT'5ME记录和全球汇编数据，开发并应用了一种操作分类框架，将全新世泥炭MBT'/MBT'5ME记录归类为气温型、非气温型或不确定型记录。结果表明，泥炭地之间不同的全新世MBT'/MBT'5ME趋势可能源于场地特有的沉积、水文、来源相关和生态过程。

在LLK，距今约11.2千年以来的泥炭区间被归类为……

**作者贡献**

赵明华：开展实验室分析；收集、整理和处理数据；制作图表；起草论文；并参与论文编辑和修订。

沈中伟：收集数据；参与解释和讨论；修订论文；并监督研究工作。

董延敏：开展野外工作；参与解释和讨论；并修订论文。

喻志成：参与解释和讨论；编辑……

**利益冲突声明**

作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

**致谢**

本工作得到国家自然科学基金（批准号：42501191、42571186、42171156及42501117）、湖南省高校科技创新研究团队援助计划、湖南省研究生科研创新项目（批准号：LXBZZ2024083）、湖南省教育厅科学研究基金（24A0061）和湖南省自然科学基金（2025JJ60231）的资助。

赵明华 | 沈中伟 | 董延敏 | 喻志成 | 夏正雨 | 陈月苑 | 吴思宇 | 饶志国