基于正构烷烃与孢粉分析重建挪威Aura湖古湿度与植被条件

《The Holocene》：Past moisture and vegetation conditions at Lake Aura, Norway using n-alkanes and pollen

　　

湿地是宝贵的古环境档案，其中可采集孢粉和正构烷烃（n-alkanes）样品，用于重建局部植被格局与水文条件。然而，局部环境异质性对正构烷烃（n-alkanes）的具体影响仍缺乏约束。为此，研究人员采用正构烷烃与孢粉相结合的方法，以实现更精细的重建。本研究分析了挪威中部高山湖泊Aura湖周围三根独立泥炭岩心，以重建全新世植被与水文发展。该区域具有大量连续考古活动证据，研究中考虑了人类活动对植被的影响。记录显示总体上木本植物占优势，但晚全新世草本植物比例增加，可能与畜牧业的发生和强化有关。尽管孢粉与正构烷烃记录大致趋同，但在正构烷烃木本/草本比值上升而木本花粉下降的时段，表明两种代用指标捕捉了植被变化的不同方面，从而完善了整体重建。本研究证明了结合孢粉与分子标志物重建全新世植被与湿度格局的价值，并强调了这种串联方法在异质景观中细化古环境重建的广泛潜力。

湿地约占挪威陆地面积的9%，是支持多种物种的重要栖息地，同时作为古环境档案，尤其在提供过去湿度条件和植被格局方面具有关键作用。理解泥炭地如何响应过去的环境和气候条件，对于认识古代生态和文化过程至关重要。孢粉常被视为区域信号，而正构烷烃（n-alkanes，植物蜡质中的直链烷烃）则被认为受局地变化影响更大。n-alkanes是来自植物表皮的生物标志物，不同碳链长度（C_n）模式指示不同植被类型：木本植物以C₂₇和C₂₉为主，草本植物以C₃₁和C₃₃为主。然而，局地环境异质性对n-alkanes的具体影响仍未得到充分约束。为此，研究人员选择挪威中部高山湖泊Aura湖（62°19′35″N，8°41′29″E，海拔约856 m a.s.l.）周围的三个泥炭岩心，结合孢粉和n-alkanes方法，旨在实现更全面的植被发展重建，并探索人类活动影响。该区域位于亚高山-高山生态过渡带，具有连续考古活动证据，为评估人为因素提供了条件。

研究人员从Aura湖南端采集了三个泥炭岩心：AS4（长近3 m）、AS3（75 cm）和AW19（50 cm）。AS3和AS4属于Aura湖较大汇水区，AW19位于西部山区单独的小汇水区。共13个块状沉积物样品进行加速器质谱（AMS）放射性碳测年（10个在挪威科技大学NTNU，3个在乌普萨拉大学），用IntCal20校准，rbacon构建贝叶斯年龄-深度模型。孢粉样品（AS3 5个，AS4 5个）采用标准方法提取，加入石松孢子片定量，Zeiss显微镜计数，每样约1000粒陆生花粉。n-alkanes样品（AS4 11个，AS3 6个，AW19 6个）经加压溶剂萃取、皂化、硅胶柱色谱分离，用气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）鉴定和定量。计算碳优势指数（CPI）、奇偶优势指数（OEP）、平均链长（ACL）、水中贡献指数（Paq）、C₂₃/C₂₉、C₂₃/C₂₅及木本/草本比等指标。

研究结果：（1）孢粉记录显示，AS4岩心中乔木花粉在整个全新世占主导，五个样品均超过70%。约9500 cal. BP（POL_15），桦木（Betula）约占48%，松（Pinus）约16%，杜松（Juniperus）约13%，苔草（Cyperaceae）是最丰富的非乔木类群；炭屑（>10 μm）达到最大约15%。约8180–7490 cal. BP期间，松先增至68–75%，后降至约51%；桦先降至10–12%，后升至27%。约6760 cal. BP（POL_11），泥炭藓（Sphagnum sp.）和苔草约占7%。AS3岩心显示中晚全新世乔木花粉优势（>70%），松逐渐减少，桤木（Alnus sp.）在中全新世达到峰值，泥炭藓在晚全新世显著增加。晚全新世后期（约615 cal. BP），松降至约38%，桦约31%，泥炭藓降至约17%，苔草增至约12%，同时出现酸模（Rumex sect. acetosa）、荨麻（Urtica sp.）和毛茛（Ranunculus acris-type）。粪生真菌孢子Sporormiella sp.在晚全新世达到最大（0.45%）。（2）n-alkanes记录显示，所有样品总浓度（∑C₁₅–C₃₅）范围为18.4–96.0 μg/g，C₃₁最丰富，其次C₂₇。OEP和CPI总体反映奇数碳优势。AW19两个样品（BIO4、BIO5）OEP为0.4和0.7，指示偶数碳优势，可能降解严重，被排除。ACL平均值AS4为29.4，AS3为29.0，AW19为29.3。AS4中Paq范围0.1–0.7，C₂₃/C₂₉为0.1–2.1，木本/草本比为0.5–3.3；AS3中Paq为0.2–0.9，木本/草本比为0.6–1.7；AW19中Paq为0.1–0.6，木本/草本比为0.5–3.0。AS4的n-alkanes显示从早全新世至中全新世倾向于更多草本输入且湿度较低；AS3指示中全新世较湿、木本贡献较多，随后下降，晚全新世再次增加；AW19显示与AS3相似的中全新世信号，但晚全新世木本贡献较少。

讨论部分，研究人员按时间顺序整合了区域孢粉信号与局地n-alkanes信号。早期全新世（约9530 cal. BP），花粉中绿藻（Botryococcus sp.）和眼子菜（Potamogeton sp.）的存在，结合Paq升高、ACL降低、OEP最小以及C₂₃/C₂₉峰值，指示当时为浅水湿地环境。但相应花粉记录中无泥炭藓孢子，故C₂₃富集可能来自沉水或挺水植物，也可能与桦木产生较多中链n-alkanes有关。炭屑约15%指示局地火灾，但无法区分自然或人为原因。中全新世，花粉显示松树扩张，松树气孔的存在证明松树在当地生长，指示当时松树线高于现今。n-alkanes显示草本贡献增加，可能反映区域与局地尺度差异，因为松树产生较少奇数碳烷烃。三个岩心在中全新世大致一致，但湿度指标存在差异，如AS3（约7260 cal. BP）比AS4（约7520 cal. BP）更湿，AW19在约6760 cal. BP显示较高Paq。晚全新世，AS3和AW19记录显示湿度波动，AS3约2683 cal. BP时Paq下降，指示较干条件，草本贡献增加；但随后泥炭藓增加，湿度再次升高。粪生真菌Sporormiella在约1760 cal. BP达到最大，与酸模、毛茛等共存，结合考古证据，可能反映放牧活动加强。但Sporormiella作为湿地中食草动物代理曾受质疑，且最大孢子数低，也可能反映局地水文变化。总体而言，气候是植被动态的主要驱动力，但人类活动（如放牧）可能叠加影响。特别是AW19中晚于Suess效应的样品显示草本贡献增加，而同时期AS3未出现，可能反映空间异质性的人类影响或时间不一致。

研究结论翻译：结合孢粉与n-alkanes代用指标，研究人员推断，约9500 cal. BP时现今Aura湖西南区域以桦木林为主，松树仅少量存在。炭屑浓度在湖泊南端泥炭累积开始时达到峰值，指示早期火灾事件。约8200 cal. BP时松树成为稳定组分，与区域研究一致。8.2 ka事件在高海拔地点抑制松树花粉生产，但在本研究较低海拔（856 m a.s.l.）地点未留下可检测信号，表明气候对当地松树生产力影响有限。约7200 cal. BP时区域乔木覆盖增加，以松树为主，而湖泊南端的水文变化促进了沼泽发育。约6700 cal. BP时桦木在松树为主的森林中扩张，形成混交林，并发育林下植被。在此期间，较高的炭屑水平与指示较干环境的生物标志物指标同时出现。湿度指标在三个泥炭岩心间存在差异，但每个岩心均在发育早期记录到最高湿度。AS4和AW19在中全新世逐渐变干，而AS3显示出更大的湿度变率，指示更动态的局部水文条件。在所有岩心序列中，乔木花粉始终占组合的70%以上，以松树和桦木为主；苔草是最丰富的非乔木类群。约1760 cal. BP时AS3孢粉记录显示明显的草本峰值，可能反映放牧等人类影响。与此一致的是，AW19中晚于Suess效应的样品n-alkanes指标显示草本贡献增加，而同时期AS3样品中未出现该模式，可能反映空间异质性的人类影响。但这也可能反映两个岩心之间的时间不一致和/或活跃的沉积过程。尽管如此，局地特定的小规模人为影响仍是草本覆盖增加的合理驱动因素。将孢粉分析与n-alkanes代用指标相结合——两种独立但互补的方法——使研究人员得以重建Aura湖周围全新世环境，从淹没/浅水起源，经森林阶段，到具有空间变异的更开阔景观。各岩心之间以及单个孢粉和n-alkanes记录的差异，凸显了这些代用指标捕捉环境变化不同方面，从而比单独使用任何一种方法产生更稳健的重建。未来工作应进一步量化局部环境异质性和高海拔土地利用方式对n-alkanes特征的影响，并评估物种特异性蜡质产量效应。