《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Ostracod assemblages and their relationship with water depth in surface sediments of Nam Co, Tibetan Plateau
编辑推荐：
定量重建纳木错湖水位变化对理解青藏高原环境演变与气候动力学至关重要。通过整合多区域样本并应用比较建模与随机森林方法，构建了更稳健的 ostracod 基水位转移函数，揭示晚 Holocene 期间湿润-干旱相位交替，并与区域气候记录一致，证实模型对纳木错湖水位重建的高适用性，其波动受印度夏季 monsoon、冰川融水与西风带共同影响。
陶旭|张阳|谢满平|王俊波|胡华秀|葛定宽
中国云南省师范大学地理学院高原地理过程与环境变化重点实验室，昆明650500
摘要
对纳木错湖泊水位变化的定量重建对于理解青藏高原的长期环境演变和气候动态至关重要。基于介形虫的水深转换函数是进行湖泊水位定量重建的宝贵工具。然而，由于空间和深度覆盖范围有限、稳健性测试不足以及与独立区域代用指标的交叉验证较弱，纳木错地区这些转换函数的可靠性受到限制。为了解决这些问题，我们整合了来自多个地区的介形虫组合，并应用比较建模方法构建了一个更为稳健的纳木错转换函数。然后利用该函数重建了全新世中晚期以来的湖泊水位变化。研究结果表明，不同年份采集的介形虫样本在组成上没有显著差异，这有助于将其整合成一个全面的湖泊范围校准数据集，从而提高模型的代表性。通过各种统计方法得出的重建结果显示出大致一致的水位变化趋势，进一步验证了这些发现的可靠性。通过应用基于整合数据集的随机森林转换函数，我们定量重建了全新世中晚期以来纳木错的水位波动情况。这些变化显示出一个湿润-干旱阶段后再次回到湿润状态的过程，与其他区域古气候记录高度吻合。这些结果证明了该模型在纳木错地区的强大适用性。进一步分析表明，这些波动可能受到印度夏季风、冰川融水和西风影响的共同作用。
引言
青藏高原（TP）是西风和季风相互作用的关键区域（Li等人，2019；Pu等人，2021），其湖泊系统对区域生态和气候变化非常敏感。关于TP的古湖沼学研究主要集中在水深、温度、海拔和盐度等参数上（Garzione等人，2004；Guo等人，2016；Hou等人，2024；Sagwal等人，2023）。在这些参数中，湖泊水位的波动与湖泊生态系统和气候变化密切相关（Olsen，1984）。在像纳木错这样的封闭盆地湖泊中，湖泊的扩张和收缩反映了入流与蒸发之间的动态平衡，并与大规模大气环流和区域水分通量密切相关（Guo等人，2020）。
对纳木错古湖泊水位变化的研究采用了多种指标，包括颗粒大小和地球化学元素，以推断水文变化。证据表明，由于冰川融化加剧和降水量增加，近年来湖泊水位显著上升。例如，Kasper等人（2012）通过分析沉积物颗粒大小及相关代用指标重建了4000 cal yr B.P.以来的湖泊水位波动。同样，Doberschütz等人（2014）通过研究总有机碳（TOC）、总氮和几种元素浓度，以及介形虫丰度、物种组成和颗粒大小数据，重建了全新世纳木错的水位变化和相关的季风动态。这些研究强调了季风强度对湖泊水位和流域条件的显著影响（Schulze，2021）。其他研究利用沉积物岩芯中的花粉及相关代用指标重建了全新世纳木错的植被和气候历史（Li等人，2011；Qin，2021），从而间接反映了湖泊水位的波动。许多其他研究也利用地球化学代用指标研究了湖泊水位变化（B?rner等人，2022；Daut等人，2010；Mügler等人，2010；Wrozyna等人，2012；Yang等人，2014；Zhu等人，2008）。尽管这些研究揭示了湖泊水位变化的一般趋势，但系统性和定量的水深重建仍然很少，限制了对纳木错水文演变的更全面理解。
因此，另一个主要研究重点是纳木错湖泊水位变化的定量重建。湖泊沙滩沉积物和阶地是过去湖泊水位波动的可靠记录，提供了直接的地质形态学证据（Baedke等人，2004）。例如，最近的研究通过分析古海岸线的年代和海拔，重建了全新世及约25,000 cal yr B.P.以来的湖泊水位历史（Huang等人，2023b；Huang等人，2022）。然而，这样的重建可能会受到海拔测量误差和水深变化不连续性的影响。相比之下，湖泊沉积物记录提供了地层连续性和丰富的古环境信息，保存了硅藻、摇蚊、花粉和介形虫等生物代用指标。基于这些代用指标与环境变量之间关系的转换函数已成为定量环境重建的重要工具（Sun等人，2024a）。纳木错沉积物中介形虫数量丰富且保存良好（Schütt等人，2010），而水深是影响其组合组成的主要因素之一（Pérez等人，2011），这使得基于介形虫的转换函数在重建湖泊水位变化方面特别有价值。例如，Wrozyna等人（2009）使用21个表层样本（3.7–64.0 m）开发了纳木错的首个基于介形虫的转换函数，尽管这项研究受到样本量小和空间覆盖范围有限的限制。Frenzel等人（2010）通过增加2007年采集的样本，扩展了这项工作，构建了一个覆盖3.7–89.3 m的模型。Xie（2009）随后将2008年采集的样本与这些数据集整合，为同一深度范围构建了另一个模型。这些研究为纳木错湖泊水位的定量重建奠定了重要基础（Kasper等人，2013；Schütt等人，2010；Zhu等人，2010）。然而，中心深水区和西南流入区的采样有限，加上对模型稳健性和适用性的评估不足，继续限制了这些方法的有效性。这突显了进一步改进基于介形虫的水深重建转换函数的必要性。
尽管之前已有关于纳木错湖泊水位变化及其古环境影响的研究，但定量重建的可靠性仍然有限。在芬兰拉普兰（Siitonen等人，2011）、巴塔哥尼亚（Irurzun等人，2014）和加拿大（Laird等人，2011）进行的研究表明，使用枝角类、磁性颗粒大小和化石硅藻残骸等代用指标可以定量重建湖泊水位变化，从而为提高纳木错重建精度提供了框架。在现有的基于介形虫的水深转换函数中，大多数样本集中在特定区域和深度区间内，这降低了它们在整个湖泊尺度上的代表性，并可能使模型偏向某些生境。此外，以往的研究主要集中在开发转换函数上，而不是系统地评估其稳健性和适用性，并且往往缺乏与独立环境代用指标的交叉验证。这些限制限制了转换函数在从沉积记录中重建长期湖泊水位历史方面的广泛应用。随着最近从纳木错获取的深钻岩芯的恢复——深度超过510.2 m，可能记录了过去一百万年的湖泊演变（Han，2024）——优化基于介形虫的水深重建转换函数对于实现高精度的古水文重建变得至关重要。
本研究的主要目标是提高整个湖泊样本的代表性，并提高基于介形虫的水深重建转换函数在纳木错的适用性。我们从不同地区收集了表层沉积物样本，并将其整合以构建一个代表整个湖泊的全面转换函数。这项研究也是首次尝试将机器学习方法应用于基于介形虫的古气候重建转换函数。通过比较多种统计方法得出的结果，评估了模型的稳健性。利用这个转换函数，我们定量重建了全新世中晚期以来的纳木错水位波动，并将结果与以往的研究进行了比较，从而进一步验证了该模型在湖泊水位重建方面的适用性。此外，我们还探讨了这些波动的潜在驱动机制，以更深入地了解纳木错的水文演变。
研究地点
纳木错（30°30′–30°55′ N, 90°16′–91°03′ E）位于青藏高原的中南部，海拔4729 m。2019年，纳木错位于西藏自治区，因其文化和环境重要性而闻名，面积为2020 km2，是西藏第二大湖泊，也是中国第三大咸水湖（图1）（Song等人，2015）。该湖泊主要由来自南部和西南部的昂曲河和策曲河补给。
采样和年代测定
2007年、2008年和2024年，共从纳木错采集了69个表层沉积物样本，使用重力抓取采样器进行采集。这些样本取自水深6.6 m至95.8 m的沉积物柱顶部1–10 cm的部分（图1）。
2005年，从纳木错东部盆地59.5 m的水深处提取了一个长度为332 cm的沉积物岩芯（NMLC1）（图1）。沉积物主要由粉质粘土组成，岩性均匀。十二个样本使用了
纳木错表层样本中介形虫的物种分布及其沿水深的分布
2024年从纳木错采集的表层沉积物样本发现了属于7个属的15种介形虫。2007年和2008年采集的表层沉积物样本显示了相同数量的属和物种。在整合所有数据集后，分析仅关注多年间一致识别的物种。这些物种包括Leucocytherella sinensis Huang, 1982；Leucocythere dorsetoburosa Huang, 1982；Leucocythere postilirata Pang, 1985；Leucocythere parasculpta Huang整合不同年份样本的评估
研究表明，在深水环境中，介形虫群落的组成存在显著的年际变化，这与青海湖的发现类似，其中物种和群落结构的变化与水温、盐度等环境因素有关（Li和Jin，2013）。相比之下，较浅环境中的群落相对稳定，如拉曼查的浅水湖泊所观察到的（Castillo-Escrivà等人，2017）。PERMANOVA结果证实了显著的年际变化
结论
研究介形虫组合与水深之间的关系对于开发可靠的转换函数以重建纳木错湖泊水位变化至关重要。本研究对介形虫群落结构、多样性和时间稳定性进行了全面的多年分析。结果证实，不同年份采集的表层沉积物样本可以整合，以构建一个涵盖更广泛范围的基于介形虫的水深转换函数
CRediT作者贡献声明
陶旭：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，方法论，概念化。张阳：调查，数据管理。谢满平：撰写 – 审稿与编辑，资金获取，概念化。王俊波：监督，概念化。胡华秀：调查。葛定宽：调查。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了“研究陆地水环境中生物壳体聚集同位素温度重建误差的决定因素”（42561026）和“通过纳木错湖沉积物记录的过去一百万年的水文和气候变化”（42330514）项目的支持。
