亚马逊泥炭地杆状森林的全新世发育与气候敏感性：秘鲁新纽约

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Holocene development and climatic sensitivity of an Amazonian peatland pole forest: Nueva York, Peru

　　

摘要

现已知亚马逊地区几个部分存在广泛的泥炭形成湿地，但关于其特性的科学研究仍处于起步阶段。在此，我们展示了对秘鲁纽瓦约克泥炭地杆状森林遗址的一项新古生态学研究成果。我们利用 19 个放射性碳测年数据以及花粉、地球化学和沉积学指标，对跨度为 7800 年的 4.9 米长岩芯进行分析，以重建该遗址的历史。泥炭形成始于距今约 6200 校准年 BP（cal yr B.P.），但直到距今约 2300 校准年 BP 之前，表观积累速率一直较低，这可能是由于不利的水文气候条件和/或一次次生泥炭分解事件所致，自那时起已积累了约 4 米厚的泥炭。植被演替过程涉及开阔水体的陆化，首先被开阔沼泽植被定殖，随后是被淹的以Mauritiella-为主的棕榈沼泽，混合硬木沼泽森林，第二次棕榈沼泽（以Mauritiella-和Mauritia为主），最后是泥炭地杆状森林。明显的内源演替曾多次发生偏转，表明该遗址受到了异源因素的影响，这些因素可能包括河道迁移、人类影响和/或气候事件。年龄 - 深度模型强烈表明，与该地区的其他遗址不同，没有证据表明自 2300 校准年 BP 以来碳积累曾发生中断。我们的新记录增加了越来越多的证据，表明西亚马逊地区的湿地不仅在当前的生态系统特性方面，而且在历史和对外部强迫的敏感性方面也具有显著多样性。

引言

近年来，人们已经清楚地认识到泥炭土壤在亚马逊地区的部分地区十分丰富。然而，泥炭地绘制仍是一项正在进行中的项目（Hastie 等，2024 年）。亚马逊地区中研究最充分的泥炭形成地区是秘鲁东北部的帕斯塔萨 - 马腊尼翁前陆盆地（PMFB），估计有 44,000?km²的泥炭形成湿地储存了约 4（1.94–7.98）Pg 的碳，这在国家碳清单方面是一个重要的数量（Draper 等，2014 年；Hastie 等，2022 年）。这些泥炭地的高碳密度提供了一个理由，让我们去理解驱动其发展的过程及其对过去和未来气候变化的敏感性。泥炭地对当地社区具有社会、经济和文化重要性（Schulz 等，2019 年）。它们对区域生物多样性也很重要，但受到包括资源开采、基础设施开发和石油开采在内的人类活动的威胁（Roucoux 等，2017 年；Lawson 等，2022 年；Hergoualc'h 等，2024 年；Lawson 等，2026 年）。

目前，PMFB 泥炭地的古生态记录仅可用于少数遗址（Roucoux 等，2013 年；Lawson 等，2014 年；Kelly 等，2017 年；Swindles 等，2018 年；Kelly 等，2020 年；Sassoon 等，2024 年）。这些研究，结合对泥炭地现代生态学的研究（例如 Kalliola 等，1991b 年；Junk 等，2015 年；Wittmann 和 Householder，2017 年），表明泥炭地往往形成于废弃的河道中，并逐渐填充：最初是无机河流沉积物，随后通过水生演替过程，填充泥炭（在水渍、厌氧条件下积累的有机质；Dargie 等，2024 年）。PMFB 最古老的基底泥炭测年来自全新世早期（8650–8990?校准年 BP；L?hteenoja 等，2012 年），但大多数遗址来自全新世晚期（距今约 4000 校准年 BP 至现在；Lawson 等，2026 年）。因此，PMFB 景观可以概念化为不同生态演替阶段的相关植被类型的时空镶嵌（参见 Kalliola 等，1992 年），随着河流在平坦地形上迁移，泥炭地不断被创造和破坏。

本文将解决两个知识空白。首先，尽管水生演替在 PMFB 湿地中很重要，但其模式、时间和驱动因素仍知之甚少。现代植被包括一系列形式，研究人员正在积极记录、分类和讨论这些形式（Encarnación，1985 年；Kalliola 等，1991a 年；Draper 等，2018 年；Schulz 等，2019 年；Honorio Coronado 等，2021 年及在刊；Hastie 等，2022 年）。这些形式包括开阔植被（莎草、蕨类植物）；季节性淹水森林，具有混合和可变的硬木树和棕榈集合；广泛分布的、单优势种的、矿质营养型Mauritia flexuosa棕榈沼泽；以及寡营养型“杆状森林”，以特征性的细茎、矮生硬木树（例如Pachira nitida和Platycarpum loretense）为主，并散布着Mauritia棕榈。当地社区识别出更多的植被亚型，科学分类尚未充分纳入这些亚型（Schulz 等，2019 年；Honorio Coronado 等，2023 年）。通过分析保存在有机和矿物沉积物中的亚化石花粉产生的花粉记录，提供了一种了解这些植被类型随时间过渡的方法。尽管现有的花粉数据集中正在出现一些共同模式（例如 Kelly 等，2020 年），但迄今为止研究的两个 PMFB 遗址没有遵循相同的发展轨迹。例如，一些似乎由水生演替主导（Quistococha：Kelly 等，2020 年）；一些似乎受到过去气候事件的影响（San Jorge：Kelly 等，2017 年；Aucayacu：Swindles 等，2018 年；下文讨论）；而另一些则持续了数千年而未演替为闭林森林（Sassoon 等，2024 年）。需要更多的数据来发展对 PMFB 湿地发展历史的合理全面理解。

其次，泥炭地（特别是其碳储存功能）对气候变化的敏感性是一个关键关注的话题（例如 Garcin 等，2022 年）。两项关于 PMFB 泥炭地杆状森林的研究，San Jorge（Kelly 等，2017 年）和 Aucayacu（Swindles 等，2018 年），显示过去 2000 年内泥炭积累至少有 一个间断，初步归因于气候变化，其中干燥的气候和随之而来的低地下水位可能促进了泥炭分解的增加。然而，两个遗址的层序有实质性差异，且间断的时间不同步（San Jorge：距今约 1300–400 校准年 BP，Aucayacu：距今约 1800–1100 校准年 BP）。第三个遗址（Quistococha：Roucoux 等，2013 年；Kelly 等，2020 年）的大量记录没有显示这种间断的证据。复制这些数据对于理解 PMFB 碳储存在过去气候变化事件中是否稳健很重要。如果我们以气候变化作为驱动因素，我们期望记录之间具有同步性，而如果变化是由当地水文变化驱动的，则预期记录之间存在时间差异。

在此，我们展示了来自秘鲁泥炭地杆状森林 Nueva York 的新多重指标古生态记录。我们利用花粉、沉积学和地球化学分析，推进对 PMFB 泥炭地演替的理解，PMFB 是一个重要的碳储存和生物多样性区域，并评估过去气候变化干扰碳积累的证据。

章节摘要

研究地点

纽瓦约克泥炭地位于秘鲁亚马逊地区帕斯塔萨 - 马腊尼翁前陆盆地（PMFB）海拔 112 米处，位于 Tigre 河和 Mara?ón 河之间（4.401°S，74.271°W；图 1）。该遗址非正式地以附近一个建立于 20 世纪 60 年代的村庄命名。村民利用周围领土，包括泥炭地，开采对其生计至关重要的资源，既用于自给自足，也用于交易。一个 0.5 公顷的永久植被普查样地，NYO-03，是

材料与方法

2018 年 4 月，从纽瓦约克（图 1-E）以 50 厘米的增量，10 厘米的重叠，使用 5 厘米直径的俄罗斯型采样器（Jowsey，1966 年）获取了一个 490 厘米长的岩芯（NYO-03-2018）。该岩芯根据许可在圣安德鲁斯大学 4°C 下储存。

放射性碳测年在英国东基尔布莱德国家环境同位素设施放射性碳实验室进行。测年了 19 个泥炭样品（体积 = 3–4?cm³）；180?μm 的筛分去除了可见根系以最小化

结果

490 厘米长的岩芯由泥炭（0–454 厘米，定义为 >65% OM；参见 Hastie 等，2022 年）覆盖富含有机质的粘土（454–490 厘米，约 11–53% OM）。使用所有 19 个¹⁴C 测年数据（尽管其中一个，SUERC-101912，似乎顺序颠倒）开发了一个年龄 - 深度模型，表明基底年龄约为 7810?校准年 BP（1950 年 CE 之前的日历年），泥炭形成始于约 6175?校准年 BP（表 2，图 2）。模型化积累速率为 0.83–2.5?毫米/年（0–399 厘米；所有泥炭）和 0.085–0.42?毫米/年

古环境解释与讨论

纽瓦约克记录长达约 7800 年，泥炭形成始于约 6300?校准年 BP，仅次于 Aucayacu（两个记录都位于 Tigre 河沿岸，图 1-A）（L?hteenoja 等，2012 年；Swindles 等，2018 年），是 PMFB 可用的最清晰分辨的古生态记录之一。在此，我们按时间顺序解释记录，利用现有数据重建不断变化的古环境。我们将该记录与该地区的其他记录进行比较，

结论

来自秘鲁纽瓦约克的长达 7800 年的古生态记录是 PMFB 泥炭地中最古老的记录之一，也是仅有的三个杆状森林泥炭地记录之一。我们的记录支持了 PMFB 泥炭地植被演替的新兴模式，即遗址陆化始于开阔水域环境，经过莎草科沼泽和混合硬木沼泽森林，到棕榈沼泽，最终到泥炭地杆状森林（参见 Roucoux 等，2013 年；Kelly 等，2020 年）。内源过程（盆地

作者贡献

CM?，AB，GCD，PG，WH 和 KHR 进行了研究。CM? 分析了数据。CM?，ITL，KHR 撰写了手稿。TRB，AB，GCD，JAP，FCD，GF，PG，AH，WH，ENHC，TJK，ETAM，DS 和 MW 对手稿撰写做出了贡献。ITL，TRB，ENHC，ETAM，KHR 和 MW 构思了该项目。GCD，JAP 和 GF 进行了野外工作。

数据归档

本研究生成的数据集通过英国环境变化署环境信息数据中心向公众提供，秘鲁亚马逊帕斯塔萨 - 马腊尼翁盆地湿地站点的生态系统生产力数据，2018–2020 - EIDC。

CRediT 作者贡献声明

Christine M. ?kesson: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，可视化，软件，项目管理，方法论，调查，形式分析，数据整理。 Katherine H. Roucoux: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，监督，项目管理，资金获取，形式分析，概念化。 Arnoud Boom: 写作 – 审阅与编辑，方法论，形式分析。 Greta C. Dargie: 写作 – 审阅与编辑，方法论，调查，

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文报告的工作。

致谢

我们要向秘鲁人民和政府，特别是纽瓦约克社区，表示感激，感谢他们允许进入他们的土地并使得这项研究成为可能。我们感谢 NERC（ref. NE/R000751/1）对本研究的资金支持。放射性碳分析得到了 NERC 放射性碳设施 NRCF010001（分配编号 2121.0818 和 2420.0421）的支持。感谢 Julio Irarica 在野外提供的协助，以及 Instituto de Investigaciones de la

Christine M. ?kesson|Katherine H. Roucoux|Arnoud Boom|Greta C. Dargie|Jhon del Aguila-Pasquel|Gerardo Flores|Pauline Gulliver|William Hiles|Timothy R. Baker|Frederick C. Draper|Adam Hastie|Eurídice N. Honorio Coronado|Thomas J. Kelly|Edward T.A. Mitchard|Dael Sassoon|Mathew Williams|Ian T. Lawson

圣安德鲁斯大学地理与可持续发展学院，Irvine 大楼，North Street，圣安德鲁斯 KY16 9AL，英国