《Quaternary Science Reviews》:Shifting climate controls on vegetation dynamics at the southern boundary of the Xing'an-Baikal permafrost region since the Last Deglaciation
自上次冰期消退以来,北半球的气温发生了显著变化(Liu et al., 2025; Tierney et al., 2020),尤其是在分布着大面积永冻土的中高纬度地区(Huang et al., 2025; Zheng et al., 2017, 2025)。植被既可作为大气与地面之间的隔热层,又能阻挡降雪,因此在永冻土的形成、维持和退化过程中起着至关重要的作用(Schuur et al., 2015)。在阿拉斯加北部和加拿大的观测研究表明,活动层厚度与地上生物量及叶面积指数呈负相关关系(Fisher et al., 2016; Walker, 2007)。然而,其他地区的研究却发现植被可能对永冻土产生负面影响,较高的植被覆盖度可能会加速永冻土的退化(Jorgenson et al., 2013)。Herzschuh及其同事的研究表明,西伯利亚的落叶松林通过植被介导的环境调节与湖泊及永冻土的动态紧密相连,这体现了植被、永冻土和湖泊系统之间更为复杂的相互作用(Herzschuh et al., 2013)。
到了20世纪末,兴安-贝加尔永冻土区的永冻土状况出现了明显变化,尤其是中国东北部地区(Peng et al., 2022),该区域是欧亚大陆永冻土的南界。在此地区,永冻土的活动层深度波动极大,而年平均气温已接近融化的临界值。对中国东北部永冻土区的大量研究表明,气候、永冻土和植被构成了一个复杂的耦合系统,其中植被分布不仅受气候影响,还与活动层深度有关(Liu et al., 2025)。例如,Zhu及其同事利用花粉数据重建了中国东北部汉马自然保护区过去1000年的植被动态变化,从而间接反映了活动层的厚度(Zhu et al., 2021)。为了更全面地了解植被如何响应气候和永冻土的变化,有必要考虑长期的演化过程。自上次冰期消退以来,该地区的气温和湿度都经历了巨大波动(Jiang et al., 2024; Sun et al., 2023)。研究植被是如何适应这些变化的,对于揭示永冻土生态系统的长期动态具有重要意义。
花粉和支链甘油二烷基甘油四醚(brGDGTs)是研究陆地古环境与古气候的可靠指标,因为它们具有明确的特性,其高维数据中包含大量信息。花粉具有物种特异性且数量丰富,能够记录过去的植被组成及区域变化情况(Faegri and Iversen, 1989)。而brGDGTs的甲基化和环化程度则分别主要受温度和土壤pH值的影响(Weijers et al., 2007)。近年来,深度学习技术与brGDGTs方法的结合使得人们能够定量重建夏季气温(Zheng et al., 2022, 2024)。在本研究中,我们旨在阐明自上次冰期消退以来,永冻土边缘最南部地区的植被覆盖度与气候因素之间的长期关系。我们分别利用brGDGTs和花粉数据,重建了距今15千年以来的夏季气温(即6月、7月和8月的平均气温)、pH值以及植被覆盖度。此外,我们还纳入了该地区的其他气候和环境因素,包括二氧化碳浓度、降水量、年平均气温以及冬季气温(即12月、1月和2月的平均气温)。
本文所依据的数据可见于Chen et al. [2015](公海地区的降水量重建)、Zhu et al. [2023]、Leng et al. [2024]以及Zhan et al. [2026](阿尔罕湖的生长温度研究)、Sun et al. [2023](TFL湖通过Paq参数推断的湖面水位研究)。本研究中使用的TraCE21模拟输出数据可在NCAR的地球系统网格网站上获取(www.earthsystemgrid.org/project/trace.html)。本研究的原始数据集包含在本文及其补充材料中