中国北方草原沙漠地区全新世植被对降水与人类活动的响应动态

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Holocene vegetation response dynamics to precipitation and human activity in steppe desert area of northern China

　　

霍慧玲|王伟|杨晨烨|郭晓阳|姜珊|王星烨|张子怡|吕长伟

中国内蒙古大学生态与环境学院内蒙古河湖生态重点实验室，呼和浩特市010021

摘要

在中国北方农牧交错带，全新世期间植被对气候与人类活动的响应动态以及社会-生态相互作用仍是研究热点。基于中国北方草原沙漠地区湖泊沉积物中的花粉和黏土矿物记录，重建了过去9260年的植被变化和水文气候变迁。结合人口密度与历史记载，进一步分析了植被响应动态与社会-生态相互作用。研究发现，由于季风降水减少，自6960校准年前起，草原逐渐转变为草原沙漠。在1200校准年前，降水一直主导着植被变化，之后则由人类活动成为主导因素，导致植被状况恶化。在2600–1200校准年期间，以放牧为基础的社会发展可能受到降水调控下的植被生物量限制。我们的研究为理解中国北方农牧交错带的植被动态与社会-生态相互作用提供了新视角。

引言

研究全新世时期植被、气候与人类活动之间的相互作用，有助于我们理解不同时空尺度上的机制-响应关系，同时也能为未来气候变化的影响提供重要启示（Birks, 2019; Ellis et al., 2021; Fan et al., 2019; Franklin et al., 2016; Jackson and Blois, 2015）。中国北方的农牧交错带受东亚夏季风、东亚冬季风以及西风影响，对气候变率极为敏感，且人类活动历史悠久，因此是研究植被响应动态与社会-生态相互作用的重要区域（An et al., 2001; Chen et al., 2015; Ding et al., 2022; Huang et al., 2021, Huang et al., 2025; Meng et al., 2024; Pei et al., 2019; Ren et al., 2022, Ren et al., 2024; Yong et al., 2020; Zhang, 2005; Zhang et al., 2021）。

多数研究表明，在全新世早期和中期，中国北方干旱半干旱地区的植被对季风降水变化十分敏感，因此人们通过花粉记录来重建全新世的降水变化情况（Chen et al., 2015; Wen et al., 2010, Wen et al., 2017; Xu et al., 2010; Zhang et al., 2025a, Zhang et al., 2025b; Zhang and Zhang, 2025）。然而，基于花粉得出的相对干燥的结论（Chen et al., 2015; Wen et al., 2010, Wen et al., 2017; Xu et al., 2010; Zhang et al., 2025a, Zhang et al., 2025b; Zhang and Zhang, 2025）与基于非花粉证据得出的湿润气候结论（Chen et al., 2024; Goldsmith et al., 2017, Goldsmith et al., 2022; Li et al., 2020; Liu et al., 2024; Ming et al., 2020）之间存在矛盾，这表明有必要进一步研究植被响应动态。有些研究认为，在中国北方边缘季风区，冬季温度而非降水量制约了全新世早期的植被演化（Cheng et al., 2021; Liu et al., 2014; Wu et al., 2023）。此外，复杂的山地景观所具备的高恢复力（Yin et al., 2013）以及山脉的阻挡效应（Cheng et al., 2018, Cheng et al., 2020）也降低了植被对降水的敏感性。另外，目前尚无关于中国北方草原沙漠地区植被响应动态的研究。这些矛盾现象以及知识空白表明，由于年代测定存在不确定性以及替代指标的敏感性不足，人们对中国北方农牧交错带植被响应动态的理解还不够全面。利用基于花粉的植被重建结果以及来自同一岩芯或沉积物的可靠非花粉降水序列，可以有效避免年代测定上的不确定性。

人类活动对植被以及社会-生态相互作用的影响也是重要研究课题。以往的研究认为，在全新世晚期，放牧和农业等人类活动是导致植被退化的主要因素（Ding et al., 2022; Huang et al., 2025; Ren et al., 2024; Song and Cao, 2026; Yong et al., 2020; Zhou et al., 2023）。不过，农牧交错带各地人类活动对植被产生显著影响的起始时间存在很大差异。此外，对于中国北方农牧交错带中气候、植被与人类社会之间的相互作用机制，目前仍缺乏统一认识，因为数千年来这里一直存在着游牧文明与农耕文明的互动（Pei and Zhang, 2014; Struck et al., 2022; Zhang, 2005; Zhang et al., 2021）。有些研究认为，受气候影响的植被生物量与游牧社会的兴衰密切相关（Pederson et al., 2014; Struck et al., 2022），而另一些研究则认为，人类活动导致的植被生物量下降可能引发了游牧群体为寻求资源而向南迁移，进而引发了社会冲突（Zhang, 2005; Zhang et al., 2021）。出现这些争议可能是因为在农牧交错带北部，即曾经有游牧民族生活的地区，缺乏可靠的全新世植被序列。这一区域全新世植被生物量变化方面的知识空白，阻碍了人们对社会-生态相互作用机制的理解。

总之，对于中国北方农牧交错带全新世时期植被对降水变化及人类活动的响应动态，目前尚无共识，这也影响了我们对过去气候变化以及社会-生态相互作用的理解。为此，我们重建了中国北方草原沙漠地区的全新世植被与降水序列，并分析了植被、降水与社会发展之间的关系，旨在回答以下问题：1）在整个全新世期间，植被是如何响应降水变化与人类活动的？2）人类活动何时取代降水成为影响植被变化的主导因素？3）在全新世中后期，农牧交错带的气候、植被与社会变化之间存在着怎样的关联？

章节节选

地理环境

研究区域位于中国北方的草原沙漠地带（图1a）。该地区受东亚夏季风、东亚冬季风以及西风的影响（An et al., 2001; Chen et al., 2015; Chiang et al., 2015; Gao, 1962; Kong et al., 2017; Lan et al., 2020; Nagashima et al., 2013），由于其远离海洋，加之地形屏障限制了水汽向北输送，因此现代气候属于典型的温带大陆性干旱气候（图1a）。夏季时，

采样情况

2014年，我们在干涸湖泊的中心位置获取了一个长度为804厘米的沉积物岩芯（简称HH岩芯），其坐标为北纬42°48′41″，东经111°05′38″，海拔高度为950米（图1a）。由于地下水渗出，我们通过挖掘沟渠获取了HH岩芯上部的250厘米样本，而下部554厘米的样本则是使用改良后的俄罗斯式泥炭取芯器采集的。我们根据现场拍摄的深度数据将岩芯各部分拼接起来。在岩芯上部250厘米范围内，我们以2厘米为间隔采集样本；而在下部区域，则以4厘米为间隔采集样本。

岩性与年代划分

根据肉眼观察和粒度数据，我们将HH岩芯划分为五个沉积单元（图2）。第1单元（804–730厘米）为灰色砂质粉砂层，其颗粒平均大小在8.36–62.36微米之间，平均值为19.60微米。第2单元（730–320厘米）为棕灰色黏质粉砂层，颗粒平均大小在2.65–25.97微米之间，平均值为12.68微米。第3单元（320–220厘米）为棕灰色粉砂层，颗粒平均大小在14.73–38.93微米之间，平均值为21.47微米。第4单元（220–158厘米）则恢复为

植被变化

基于花粉的植被序列显示，在约6960校准年前出现了显著变化（图5）。在6960校准年前，草原占比一直较高，之后逐渐下降，直至780校准年，此后又出现明显上升。沙漠占比则逐渐上升，在6300校准年前达到相对较高的水平，此后一直保持高位，这表明从6300校准年起沙漠化趋势持续存在。

在过去的7610年间，四种主要的沙漠植物花粉类群发生了显著变化。我们

结论

在本文中，我们利用中国北方草原沙漠地区湖泊沉积物中的花粉记录，重建了该地区过去9260年的植被变化情况。在7610校准年前，研究区域内以艾草和草类为主的草原为主，而在7610–6960校准年期间，植被逐渐转变为以麻黄为主的沙漠草原。自6960校准年起，植被进一步演变为草原沙漠，这一过程经历了三个阶段，即苋科植物为主的阶段、

作者贡献说明

霍慧玲：论文撰写——初稿撰写，数据整理。王伟：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿撰写，资金筹集，定量分析，数据整理，概念构建。杨晨烨：数据整理。郭晓阳：数据整理。姜珊：数据整理。王星烨：数据整理。张子怡：数据整理。吕长伟：论文撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明

我们声明， ourselves没有已知的、可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42362024、41962011）以及内蒙古自治区河湖重点实验室（项目编号：2025KYPT0020）的资助。