基于蒙古阿尔泰山塔尔湖枝角类记录的末次冰消期以来湖泊水位变化的定量重建

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》:Quantitative reconstruction of lake level changes since the Lateglacial based on cladoceran records from Tal Lake in Mongolian Altai

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月03日 来源:Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 2.6

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   摘要蒙古阿尔泰山的湖泊水位记录仍然有限,限制了我们对于长期水文气候演化的理解。在此,我们利用塔尔湖的子化石枝角类群落,定量重建了晚冰期以来的湖泊水位变化。结果表明,冰期及全新世早期(17.4–11.3 校正千年前)湖泊水位总体较低,尽管由于寒冷条件下耐寒枝角类群落占主导地位,

  

摘要

蒙古阿尔泰山的湖泊水位记录仍然有限,限制了我们对于长期水文气候演化的理解。在此,我们利用塔尔湖的子化石枝角类群落,定量重建了晚冰期以来的湖泊水位变化。结果表明,冰期及全新世早期(17.4–11.3 校正千年前)湖泊水位总体较低,尽管由于寒冷条件下耐寒枝角类群落占主导地位,冰期阶段的重建结果可能不确定。在全新世早期至中期(11.3–6.4 校正千年前),塔尔湖保持浅水状态,并经历了约 2.8 千年的沉积间断。6.4 校正千年前之后发生了显著的湖泊水位上升,随后整个全新世晚期保持相对稳定且较高的状态,平均重建水深约为 5.7 米。这一转变可能与区域降水增加有关。区域比较揭示了中至全新世晚期水文模式的显著对比:高海拔山地湖泊普遍表现出高水位,而大型低地盆地湖泊则经历了长期的下降趋势。这些差异可能反映了山地 - 盆地地形对气候变化水文响应的控制作用,特别是海拔和蒸发差异。我们的结果提供了干旱山地系统中湖泊响应空间异质性的定量证据,并证明了枝角类群落在区域多代代用指标框架内重建过去湖泊水位变化的有效性。

引言

干旱和半干旱地区的高海拔湖泊是水文气候变化的敏感记录者,因为它们的水平衡对有效湿度、流域径流和冰冻圈过程的迅速变化作出反应(Dehecq et al., 2019; Luo et al., 2020)。在亚洲干旱内陆地区,湖泊水位波动因此为重建长期环境变化和评估区域水文对气候强迫的响应提供了重要证据(An et al., 2008; Klinge and Sauer, 2019; Xiang et al., 2023)。蒙古阿尔泰山脉位于蒙古西部边缘,处于亚洲大陆干旱内陆,构成了调节西风水汽传输的主要地形屏障(Chen et al., 2019, Cheng et al., 2024)。该山脉系统中分布着众多亚高山湖泊,通常具有表面积小、贫营养状态、环境缓冲能力低和生物群落相对简单等特点(Orkhonselenge et al., 2022)。由于其对气候变化的敏感性,这些湖泊被广泛视为全球环境变化的哨兵(Huang et al., 2018; Pauli, 2016; Rudaya et al., 2025; Rudaya et al., 2009; Tian et al., 2022)。同时,它们也为当地农业和牧业活动提供必要的水资源,并调节区域生态系统功能。除了这些山地湖泊外,蒙古西部还拥有大型盆地湖泊,其水文补给、流域环境和响应时间与山地湖泊不同(Klinge and Sauer, 2019)。然而,山地湖泊和盆地湖泊水位历史的系统比较仍然有限,限制了我们对该区域空间异质性水文气候演化的理解。
自晚冰期以来,蒙古西部及更广泛阿尔泰地区的湖泊水位研究主要依赖于光释光测年、地貌学和遥感证据(Grunert et al., 2000; Klinge et al., 2017; Klinge and Lehmkuhl, 2013; Wolf et al., 2025)。尽管这些方法为过去湖泊范围提供了有价值的约束,但它们很少产生连续、高分辨率和定量的湖泊水位变化重建(Klinge and Sauer, 2019)。蒙古阿尔泰山亚高山湖泊基于微化石的重建尤其稀缺。因此,区域降水、温度、流域径流和蒸发在调节湖泊水位动力学中的相对作用仍然知之甚少。阿尔泰山脉由于其高海拔、寒冷气候以及西风带来的水汽供应,支持大陆冰川发育(Strand et al., 2022)。在持续变暖的情况下,冰川退缩和融雪可能会改变下游径流并影响湖泊水位(Demberel et al., 2023; Ganyushkin et al., 2022; Krumwiede et al., 2014)。区域降水与大气环流及当地地形一起,可能在调节整个阿尔泰地区的水分可用性和湖泊水位变化方面发挥主要作用(Hu et al., 2024; Li et al., 2025; Tian et al., 2022)。这些因素导致区域水文气候响应具有显著的空间异质性,凸显了对独立、定量代用指标记录的需求,以能够解析单个山地湖泊流域尺度的湖泊水位变化。
保存在湖泊沉积物中的子化石水生生物提供了过去湖泊生态条件的直接证据(Farqan et al., 2025, Farqan et al., 2026; Li et al., 2021b; Wang et al., 2024; Xiang et al., 2021, Xiang et al., 2024, Xiang et al., 2025, Xiang et al., 2026b)。其中,枝角类对于湖泊水位重建特别有用,因为许多物种具有与水深度、滨岸发育、大型植物覆盖和开阔水域条件相关的明确栖息地偏好(Battarbee, 2000; Hofmann, 1998; Jin et al., 2025; Korhola, 1999; Nevalainen et al., 2011)。它们的几丁质外骨骼遗骸通常保存在湖泊沉积物中(Kattel et al., 2007),使其成为推断过去水生栖息地和水文条件的宝贵代用指标。枝角类对环境变化和人为强迫敏感(Luoto et al., 2013; Xiang et al., 2026a),已被广泛用作淡水系统栖息地变化的指标(Battarbee, 2000)。最近的研究进一步证明了它们对水深变化的强烈响应(Cheng et al., 2025; Paw?owski et al., 2025; W. Wang et al., 2026a)。因此,枝角类群落已被成功用于过去湖泊水位的定量或半定量重建(Karachurina et al., 2023; Korhola et al., 2005; Li et al., 2022; Li et al., 2021a; Nevalainen et al., 2013; Nevalainen et al., 2011; Rudaya et al., 2025; Rudaya et al., 2021; Suo et al., 2026)。因此,它们为仪器观测和地貌约束有限的亚高山湖泊重建湖泊水位历史提供了一种有效的代用指标。
在此,我们基于沉积岩芯中保存的子化石枝角类群落,提出了蒙古阿尔泰山塔尔湖自晚冰期以来的首次定量湖泊水位重建。我们的目标是:(1)重建塔尔湖自晚冰期以来的湖泊水位变化;(2)比较蒙古西部山地湖泊和盆地湖泊的水文演化;(3)评估气候强迫、冰川相关径流和流域过程对湖泊水位变化的综合影响。通过提供来自高海拔干旱山地湖泊的定量生物代用指标记录,本研究改善了对亚洲内陆湖泊对气候变化空间异质性响应的理解,并为保护亚高山湖泊生态系统提供了长期背景。

章节片段

研究区

阿尔泰山脉位于大陆内陆深处,远离直接的海陆湿气源,其特征是具有大陆性温带气候,季节性和月度温度变化大,降水少,风大,相对湿度低(Schwikowski et al., 2009)。阿尔泰山脉从西向东逐渐变窄,海拔降低,降水减少,导致景观相应地从森林过渡到

年代学

岩芯 TA19A 的 18 个 AMS 14C 测年数据通常显示出随深度增加的趨勢(表 1)。然而,在 173 和 180.5 cm 之间出现明显的年龄异常,尽管沉积深度仅相差 7.5 cm,但两个由 APR 得出的年龄表现出巨大的年龄偏移。这两个层位之间的年龄差对应于约 3200 个 14C 年。岩石学特征和平均粒径分析表明,180.5–184.8 cm 层段以深灰色砂质

塔尔湖过去 20000 年的环境演化

现代校准研究表明,中国北部和蒙古西部各湖泊中的枝角类群落主要受水深控制(W. Wang et al., 2026a, Wang et al., 2026b),为塔尔湖的古环境重建提供了基础。
在约 22 至 17.4 kyr BP 期间,枝角类遗骸极其稀缺,物种丰富度保持低位(图 3),表明生态条件不利和水生生产力低。细粒沉积物与

结论

我们重建了塔尔湖自晚冰期以来的长期湖泊水位变化,并利用区域记录评估了其水文气候背景。晚冰期以寒冷条件和相对较低的重建湖泊水位为特征,尽管由于严酷生态条件下耐寒枝角类群落占主导地位,冰期阶段的定量重建结果仍不确定。在全新世早期至中期(~11.3–6.4 校正千年前),塔尔湖

CRediT 作者贡献声明

王文佳:方法论,资金获取,数据整理,写作 - 初稿。黄晓忠:监督,调查,写作 - 审查与编辑。象立雄:方法论,调查,写作 - 审查与编辑。李原:方法论,形式分析,写作 - 审查与编辑。陈宏明:软件,方法论,写作 - 审查与编辑。Muhammad Farqan:形式分析,写作 - 审查与编辑。Natalia Rudaya:形式分析,写作 - 审查与编辑。Otgonbayar

竞争利益声明

作者声明,他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本论文中报告的工作。

致谢

这项工作由 国家自然科学基金委员会(42530501,黄晓忠),中央高校基本科研业务费(lzujbky-2025-it25,王文佳),以及 甘肃省教育厅:2026 研究生创新星项目(2026CXZX-083,王文佳)资助。Rudaya N. 得到项目号 FWZG-2025-0005 的支持。
王文佳 | 黄晓忠 | 象立雄 | 李原 | 陈宏明 | Muhammad Farqan | Natalia Rudaya | Otgonbayar Demberel | 张军
西方环境系统教育部重点实验室,地球与环境科学学院,兰州大学,兰州 730000,中国
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