全新世中期中国横断山脉地区气候变冷导致的大规模植被退化

《Global and Planetary Change》：Large-scale vegetation deterioration in response to mid-Holocene cooling across China's Hengduan Mountains

中全新世横断山脉湖泊花粉记录揭示该地区9.4–4.0 ka期间经历了热带植被衰退、降温及干旱趋势，证实了中全新世降温与亚洲夏季风减弱的关联。

　　

江文英|杨晓晓|黄晓芳|唐凌宇|张恩楼|杨世玲

中国科学院地质与地球物理研究所，岩石圈与环境协同演化国家重点实验室，中国北京

摘要

自中全新世以来，模型模拟与全球年平均温度的代用指标重建之间存在差异，这需要进一步研究。本文基于中国西南部横断山脉的西门龙潭湖（XMLT）的高分辨率花粉记录，该记录的年代精确测定为约9.4万年前至0年前。研究结果表明，在9.4万年前至5.5万年前，该湖泊周边以热带和亚热带常绿阔叶树为主的山地雨林盛行。在5.5万年前至5.0万年前，植被发生了显著变化，热带物种减少而亚热带物种增加。随后，在5.0万年前至4.0万年前，热带和亚热带常绿物种均有所减少，表明这一时期气温明显下降。在此期间，落叶阔叶树和草本植物开始扩张，表明气候趋于干燥。通过对横断山脉各地已发表数据的综合分析，发现5.5万年前至4.0万年前生态系统发生了显著变化，表现为适应温暖气候的植物逐渐消失，而耐寒和耐旱植物逐渐增多。这一变化表明中全新世期间亚洲夏季季风强度减弱。来自这一低纬度山区的有力证据强烈支持了基于代用指标的全新世降温趋势假说，并强调了温度与夏季季风强度之间的密切正相关关系，这对于预测未来季风行为至关重要。

引言

关于全新世温度趋势的重建结果与模型模拟结果之间存在显著差异（Liu等人，2014年；Kaufman等人，2020年；Zhang等人，2022年）。一些重建结果显示，由于温室气体增加，全新世早期全球年平均温度呈长期上升趋势（Marsicek等人，2018年；Bova等人，2021年），这与模型模拟结果一致（Liu等人，2014年）。然而，其他重建结果表明，中全新世之后气温呈现下降趋势，原因是北半球夏季太阳辐射减少（Marcott等人，2013年；Zhang等人，2022年）。这种重建结果与模型模拟之间的差异被称为“全新世温度谜题”（Liu等人，2014年）。沉积物中的花粉记录有助于澄清区域温度变化，因为不同植物物种对寒冷冬季和温暖夏季的敏感性不同（Shakun，2018年）。然而，全新世温度重建的数据在空间分布上存在不均衡，且亚洲低纬度地区的花粉记录相对较少（Zhang等人，2022年）。

东南亚低纬度地区的山区在短时间内经历温度、湿度、植被和土壤类型的显著变化，使得山地生态系统对气候变化极为敏感。横断山脉（北纬21–34°，东经97–104°）（Wen，1989年）位于青藏高原、云贵高原和四川盆地之间的过渡带，由一系列几乎呈南北走向的山脉和峡谷组成（图1a、b），海拔高度从291米到7556米不等。从北到南，植被类型依次为：亚热带山地寒温带针叶林、中亚热带常绿阔叶林和南亚热带季风常绿阔叶林（中国科学院植被图编辑委员会，2007年）。除了这些地带性的植被类型外，高山和峡谷还形成了复杂多样的垂直植被谱（Zheng等人，1986年；中国科学院植被图编辑委员会，2007年）。该地区拥有超过1.2万种植物（Li，1988年），被认定为全球生物多样性保护的热点区域（Myers等人，2000年）。此外，横断山脉的高山和深峡谷给交通运输带来了巨大挑战，但同时也形成了天然的屏障，有助于保持相对原始的生态环境，减少了人类活动的影响。因此，横断山脉是重建全新世植被变化的理想地点，此类研究可为制定旨在维护和保护山地生态系统的可持续发展政策提供科学依据。

在本研究中，我们利用横断山脉西门龙潭湖（XMLT）的沉积物重建了植被分布，并整理分析了该地区先前发表的古植被记录。我们的目标是确定全新世期间横断山脉的植被变化及其控制因素，从而了解全新世温度变化及该地区未来植被变化的可能性。

章节摘录

横断山脉

横断山脉的地貌单元主要包括高原表面、山脉和深河流谷，海拔从西北向东南逐渐降低（Yang和Zheng，1989年）。北部高原保存较好，海拔在4500至3500米之间。从西向东依次耸立着七座著名山脉：博舒拉-高黎贡山、塔尼安塔翁-努山、芒康山、沙鲁里山、大雪山、琼莱山和岷山（图1b）。

材料与方法

XMLT-1岩芯（长度10.6米）从云南省西南部XMLT湖的18米深处采集（图1）。使用Bacon软件处理了12个AMS ^14C测年数据，建立了年龄模型（Ning等人，2017年）。共分析了265个样本，每个样本间隔4厘米进行花粉分析。花粉颗粒通过依次使用HCl、NaOH、HF处理，再次使用HCl处理，随后进行丙酮溶解，并通过7微米筛网筛选获得。花粉残余物悬浮在甘油中。

结果

XMLT-1岩芯中含有多种类型的花粉，共鉴定出127种：64种乔木类和63种非乔木类（包括35种草本植物、10种水生植物、15种蕨类孢子类型和3种藻类）。根据花粉组合，将9.4万年前至今的花粉记录分为三个时期（图2）。

XMLT湖的植被与气候变化

XMLT-1岩芯的花粉记录显示，在整个全新世期间，该地区以常绿阔叶树为主，物种多样性高，占植物群的50%以上。从9.4万年前到5.5万年前，森林主要由Altingia、Castanopsis、常绿Quercus、Macaranga、Mallotus、Osmanthus、Trema、棕榈科植物和Platea组成（图2）。其中，热带常绿植物（包括Altingia、Mallotus、Osmanthus、棕榈科植物和Platea）达到了最高比例。

结论

对XMLT湖沉积物岩芯的花粉分析表明，自9.4万年前以来，该地区主要为森林覆盖，以亚热带和热带常绿阔叶树为主，同时伴有落叶阔叶植物。在9.4万年前至5.5万年前，热带山地雨林繁荣发展。然而，在5.5万年前至5.0万年前，热带树木数量显著减少，而亚热带常绿树木数量增加。随后，在5.0万年前至4.0万年前，热带和亚热带常绿树木的数量均有所减少。

作者贡献声明

江文英：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法论设计、数据收集、数据分析、概念构建。杨晓晓：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法论设计、数据分析。黄晓芳：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据收集。唐凌宇：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法论设计。张恩楼：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据收集。

未引用参考文献

Huang等人，2023年Li等人，2024年Wang等人，1996年

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了第二次青藏高原科学考察与研究（STEP）计划（2024QZKK0301）、国家自然科学基金（42025707）、国家重点研发计划（2020YFA0607703）以及中国科学院地质与地球物理研究所重点研究计划（IGGCAS-201905）的支持。