全新世湿润期结束时，东亚夏季季风的快速消退加速了中国北方从阔叶林向松林景观的转变

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Rapid retreat of the East Asian summer monsoon at the end of the Holocene humid period accelerated the transition from broadleaf to pine forest landscapes in northern China

本研究利用花粉分析和REVEALS模型，重建了中国北方森林-草原交错带湖泊沉积序列的植被历史。结果显示，6-5ka BP东亚夏季风的快速南撤未引起简单森林-草原转换，而是 moisture-dependent 广叶林向 drought-tolerant 松林转变，复杂地形缓冲了环境压力，但快速干化加剧了干旱胁迫，导致植被类型变化。这些发现对预测未来快速气候变化下的植被响应具有重要启示。

　　

刘林静|毛欣|宋磊|刘星琪|万德军|姜高雷|杨静松|赵红梅|王成民|赵华|马荣

中国地质科学院水文地质与环境地质研究所，石家庄050061

摘要

了解植被在过去对突发气候变化的响应对于预测其在快速变化条件下的未来动态至关重要。结束全新世湿润期的气候转变提供了一个理想的案例研究，用于研究植被对突发干燥和长期干旱压力的响应。在这项研究中，通过高分辨率的花粉分析以及基于相对花粉生产力的“大尺度植被丰度区域估计”（REVEALS）模型，我们定量重建了中国北方森林-草原生态过渡带湖泊沉积物序列中的植被变化历史。通过综合区域花粉数据，我们发现6000至5000年前东亚夏季季风（EASM）的快速南退并没有导致简单的森林向草原的转变，而是促使植被从依赖水分的阔叶林转变为耐旱的松树林。我们假设该地区的复杂地形在不利气候条件下缓冲了植被的消失。然而，从湿润到干燥的快速气候转变加剧了植被的干旱压力，推动了植被类型的改变。这些发现表明，在未来的快速气候变化中，植被的响应可能不会遵循简单的前进或后退模式，而是可能出现与现代森林不同的植被类型。

引言

全球变暖的加速导致了植被分布以前所未有的速度发生剧烈变化，特别是在温带半干旱地区（Allen和Breshears，1998；Allen等人，2010；Liu等人，2013）。通过动态全球植被模型（DGVMs）的模拟预测，在当前变暖趋势下，这些生态脆弱地区的森林将被草原取代（Lucht等人，2006）。为了提高模型模拟的准确性并增强我们预测未来植被动态的能力，理解植被对过去气候变化的响应模式至关重要（Birks，2019；Liu和Yin，2013）。

生态系统之间的边界，如半干旱地区的森林-草原生态过渡带，对气候变化具有极高的敏感性（Peteet，2000）。来自包括亚洲（Shen等人，2008；Zhao等人，2009）、北美洲（Williams等人，2009）、南美洲（Mancini，2009）、西班牙南部（Carrión等人，2001）和北非（Kr?pelin等人，2008）在内的多个地区的证据表明，植被变化对气候干燥非常敏感，在全新世的某些时期，森林被草原甚至沙漠所取代。然而，这种由干旱引起的快速森林向草原的转变可能不会必然发生在中国的森林-草原生态过渡带。尽管全新世晚期东亚夏季季风（EASM）的强度迅速减弱，但几项局部案例研究和区域研究表明，中国北部的森林-草原生态过渡带的位置并没有显著变化，这表明该生态过渡带在干旱加剧时最初具有韧性（Cheng等人，2018，Cheng等人，2020；Hao等人，2014；Liu等人，2014；Yin等人，2013）。

与欧洲和北美洲相似纬度的生态过渡带不同，中国北部的森林-草原生态过渡带因其山区地形而具有显著的地形差异（Cheng等人，2018）。一些研究表明地形因素对该生态过渡带内植被迁移有深远影响（Cheng等人，2020；Hao等人，2016；Liu等人，2010；Yin等人，2013）。例如，Hao等人（2016）报告了中国北方森林-草原生态过渡带在不同地区和时期的植被响应模式不一致，突显了地形对该地区森林垂直迁移的强烈影响。基于对全新世期间中国北方整个森林-草原生态过渡带变化的探索，Cheng等人（2020）进一步强调EASM和地形共同影响了这些变化。虽然这些研究表明森林的前进和后退不仅仅受气候变化的影响，因为地形等非气候因素也具有重要作用，但显然气候条件在塑造各种森林类型的迁移模式中起着关键作用（Hao等人，2016；Liu等人，2014）。例如，Liu等人（2014）报告说，桦树和栎树物种因干旱加剧而向上迁移到中高海拔地区，而松树物种则迁移到半干旱地区的更湿润区域。这些不同的响应可能反映了全新世期间不同森林类群对气候的敏感性差异，揭示了气候与植被动态之间的复杂相互作用。

气候变化对植被的影响主要表现为长期的压力（Zhao等人，2009）。尽管仍受到气候压力的影响，但在气候稳定的时期，如末次冰盛期和中全新世期间，植被比在气候过渡期更加稳定（Sandel等人，2011；Zhao等人，2017）。在中国北部的许多古气候研究表明，全新世湿润期结束时发生了显著的气候转变，其特征是EASM的迅速减弱，伴随着从湿润到干燥的气候转变（Chen等人，2015；Dong等人，2018；Goldsmith等人，2022；Hou等人，2024）。这种气候转变导致中国北部的湖泊水位急剧且单向下降，这些湖泊至今尚未恢复到6000年前的规模（Goldsmith等人，2022）。就其持续时间和特征而言，全新世湿润期结束时的气候转变通常被认为是一个突然的阶跃或模式转变，而不是一个事件或振荡（Hou和Wu，2021；Wanner等人，2008）。全新世湿润期结束时的这种独特气候转变为研究植被对突发气候干燥和随后长期干旱压力的响应提供了极好的机会。然而，尽管这一时期不同植被类型，特别是森林对气候变化的具体响应尚未得到充分探索。

在这项研究中，我们调查了中国北方森林-草原生态过渡带的一个全新世湖泊剖面，并重建了其区域植被动态。通过将我们的发现与中国北方最近发表的全新世花粉序列进行比较，我们旨在确定植被，特别是森林，是否立即响应了全新世湿润期结束时的气候转变。此外，我们旨在确定发生了哪些类型的变化，以及这些变化是否包括植被带的移动或物种组成的转变。

部分摘录

区域背景

查干诺尔湖（115°31′，42°44′，海拔1270米）位于内蒙古东部的森林-草原生态过渡带内，南侧毗邻燕山山脉，东侧毗邻大兴安岭山脉（图1a和b）。现代湖泊的表面积约为7.3平方公里，最大深度约为1.5米（Tian等人，2022）。查干诺尔湖的水质呈碱性，pH值在8.94到9.73之间（Tian等人，2022）。作为水文...

取芯和放射性碳测年

2016年11月，当湖面结冰时，使用在中国制造的活塞取芯系统从查干诺尔湖中心约1.5米深的地方采集了一个695厘米长的沉积物岩芯（CGN岩芯）（图1c）。岩芯在实验室中以1厘米的间隔进行分样。这些样本被密封在塑料袋中并储存在4°C的环境中。

由于沉积物中不含植物大化石或木炭，因此使用批量有机碳进行了加速器质谱（AMS）¹⁴C测年。

沉积物岩性

岩性序列可以分为两部分：下部（深度>620厘米）由灰色均匀的粗粒风成沙组成，上部（深度0-620厘米）主要由深灰绿色粘土质粉砂与灰黑色粉砂质粘土和/或浅灰色粉砂交替构成（图2）。在620厘米深度处，风成沙转变为湖沉积物，标志着湖泊形成的时间。

查干诺尔湖花粉来源区域及其对植被的影响

查干诺尔湖盆地的现代自然植被主要由典型的草原群落组成，以禾本科植物为主，同时还有其他常见植物如蒿属、苋科、菊科和莎草科（Zhao等人，2025）。花粉分析表明，全新世时期的查干诺尔湖花粉组合主要由苋科和蒿属的草本植物组成，而禾本科、菊科和莎草科的花粉相对较少

结论

本研究基于对中国内蒙古东部查干诺尔湖的花粉分析，提供了过去11.6千年的高分辨率植被动态记录。花粉数据显示，6000至5000年前东亚夏季季风的快速南退并没有导致森林向草原的转变，而是引发了从依赖水分的阔叶林向耐旱松树林的相对组成变化。复杂的地形通过...

CRediT作者贡献声明

刘林静：写作——审稿与编辑，撰写——初稿，方法学研究，资金获取，正式分析，概念构思。毛欣：写作——审稿与编辑，监督，项目管理，调查，资金获取，概念构思。宋磊：写作——审稿与编辑，监督，项目管理，调查，资金获取，概念构思。刘星琪：写作——审稿与编辑，正式分析。万德军：写作——审稿与编辑，

资助

本工作得到了国家自然科学基金（资助编号：42177428和42377448）、河北省自然科学基金（资助编号：D202450411）、中国地质调查局地质调查项目（资助编号：DD20221929和DD20221773）以及鄂尔多斯地区地下水环境调查（第二阶段）（资助编号：ESZC-G-F-220140）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢杨光林、王英、范宝硕、丁国强和袁秋月在场地和实验室分析方面的协助。