《Quaternary Science Reviews》：A 14 500-year multi-proxy reconstruction of climate and environmental change in Eastern Baltics
作者列表：
瓦拉瓦拉·巴库门科（Varvara Bakumenko）|安娜·兰卡（Anna Lanka）|安内莉·波斯卡（Anneli Poska）|尤里·瓦西里耶夫（Jüri Vassiljev）|奥利弗·海里（Oliver Heiri）|西蒙·贝尔（Simon Belle）|蒂乌·阿利克萨尔（Tiiu Alliksaar）|西姆·韦斯基（Siim Veski）
研究机构：
塔林理工大学地质系，地址：Ehitajate tee 5, 19086, 塔林, 爱沙尼亚
摘要
本研究基于爱沙尼亚南部纳克里湖（Lake Nakri）的沉积物，利用14,500年的高分辨率多代理数据重建了过去的气候与环境变化。爱沙尼亚地处海洋性气候区和大陆性气候区的交界处，同时拥有北方森林生物群落和温带森林生物群落，这使得该地区非常适合研究即使是相对较小的气候波动。我们通过研究摇蚊科（Chironomidae）、枝角类（Cladocera）、花粉以及燃烧损失分析（Loss-on-ignition），重建了7月份的平均气温，探讨了年温度范围（ATR）所反映的大陆性变化，并追踪了冰期末期至全新世期间流域（土地覆盖、土地利用）和湖泊（营养状态、pH值等）的环境变化。摇蚊科和花粉分析结果一致地显示，在9.0–8.0 ka、7.5–7.0 ka、6.0–5.5 ka、1.0–0.5 ka校正年前，气候发生了显著变化。然而，摇蚊科数据表明全新世早期变暖的开始时间比花粉数据提前。这种差异可能源于当地花粉产量较低以及冰后期植被恢复缓慢。基于摇蚊数据的重建结果显示，新仙女木期（Younger Dryas）的气候特征是夏季气温下降3°C，年温度范围增大。尽管基于摇蚊的大陆性指标重建方法仍在发展中，但我们首次提出了一个初步的年温度范围重建结果，发现冰后期气温呈持续下降趋势。枝角类分析用于评估湖泊的营养状态变化，未发现营养状态或湖泊生产力有显著变化，因此可以确认基于摇蚊的重建结果未受到这些因素的干扰。这些重建结果为了解东部温带-北方生态过渡带过去的气候变率和生态系统响应提供了重要线索。我们的新古温度曲线可为未来的区域气候研究提供参考。
引言
过渡性地区由于气候和生物群落的变化而具有较高的气候敏感性（Fu, 1992）。波罗的海东部地区就是一个典型的过渡带，位于北方森林植被区和温带植被区之间，从海洋性气候向大陆性气候有明显的东西向变化（Team, 2008; Heikkil? and Sepp?, 2010; Edvardsson et al., 2016）。此外，Stonevicius等人（2018）报告称，在过去50年中，波罗的海东部地区的年温度范围（ATR）发生了显著变化。鉴于欧洲近期气候变化已导致生长季节气温升高和降水量减少，且这种趋势预计会持续，因此了解这些变化对过渡性气候区敏感生态系统的影响至关重要。
作为区域植被变化和人类影响的优秀指标，花粉是最常用的古气候重建方法之一（Ilyashuk et al., 2009; Salonen et al., 2012; Chevalier et al., 2020）。在波罗的海东部地区，古气候重建主要依赖于花粉分析（例如Niinemets and Saarse, 2009; Poska et al., 2022; Saarse and Veski, 2001; Sepp? and Poska, 2004），仅有少数研究使用其他生物指标（Heiri et al., 2014; Stansell et al., 2017; Druzhinina et al., 2020; ?eirien? et al., 2021）。然而，这种方法在北欧和东欧的第四纪气候重建中也存在局限性。例如，研究表明冰川消退后植物的迁移可能滞后于气候变化（V?liranta et al., 2015），某些时期（如新仙女木期）在现代植被中可能没有对应物（Magny et al., 2001）。此外，北方森林对轻微的气候变化具有抵抗力（Stralberg et al., 2020），这意味着基于花粉的气候重建可能无法准确反映过去的气候变化。因此，有必要在北欧尤其是波罗的海东部地区进行长期的多代理气候和环境重建。
亚化石摇蚊（属于摇蚊科的非叮咬型蚊类）被广泛用于重建过去的7月份气温（Tóth et al., 2015; Hájková et al., 2016; Jiménez-Moreno et al., 2023; Rigterink et al., 2024），并在评估大陆性变化方面显示出潜力（Self et al., 2011; Bakumenko et al., 2025）。大陆性是一个复杂的气候参数，在本研究中用作年温度范围或季节性的参考指标。尽管最近的研究（Bakumenko et al., 2025）确定了与大陆性条件相关的摇蚊种类，但基于摇蚊的长期（冰川消退-全新世）大陆性重建仍较为缺乏。巴库门科等人（2025）指出，大陆性通过改变生长季节和冰盖期的时间长度间接影响摇蚊群落，进而影响pH值和溶解氧水平（Nishimura and Laroque, 2011; Bakumenko et al., 2025; Preston et al., 2016; Zdorovennova et al., 2021）。某些摇蚊形态类型（如Glyptotendipes pallens型和Polypedilum sordens型）具有较高的大陆性适应能力，表现为色素沉着和能够穿透冰层/雪层的能力（Bakumenko et al., 2025）。
摇蚊对湖泊内部因素（如pH值、溶解氧浓度和营养状态）的变化非常敏感（Brooks et al., 2001; Luoto, 2011; Nazarova et al., 2011; Ursenbacher et al., 2020）。因此，使用互补的代理指标来辅助摇蚊基气候重建是非常有帮助的。本研究结合了枝角类分析和燃烧损失分析（LOI），以评估湖泊内部过程，并补充基于花粉和摇蚊的气候重建结果。枝角类分析是检测湖泊过去环境变化的成熟古湖沼学方法（Van Damme and Kotov, 2016; Pastukhova et al., 2024），因为枝角类对湖泊水pH值、营养状态、电导率等敏感（Lanka et al., 2024; Zawiska et al., 2025; Wang et al., 2024）。燃烧损失分析（LOI）常用于多代理研究，可反映沉积物中有机和无机碳含量的变化，从而间接指示湖泊的营养状态（Hamerlík et al., 2016; Yao et al., 2017; Sapelko et al., 2019）。这些方法有助于厘清摇蚊与气候之间的关系，识别影响纳克里湖摇蚊群落组成的关键因素。结合摇蚊（气温/大陆性）、枝角类（营养状态/PH值）、花粉（土地覆盖/土地利用）和LOI（营养状态）的数据，我们可以区分由气候驱动的摇蚊变化和由湖泊内部因素（如富营养化）驱动的变化，从而生成更全面的古生态学数据集，补充基于摇蚊的古气候重建。
纳克里湖（面积0.9公顷，海拔48.5米，坐标57° 53.703′ N, 26° 16.389′ E）位于爱沙尼亚南部（图1）。该地区属于北方森林-温带森林生态过渡带，主要植被为苏格兰松（Pinus sylvestris）、挪威云杉（Picea abies）、两种桦树（Betula pendula和Betula pubescens）以及其他阔叶落叶树（Paal, 1998）。纳克里湖是一个小型浅湖（最大深度3米）。
使用俄罗斯钻探器（直径10厘米、长度1米的定制不锈钢钻探器）从湖泊最深处采集了1346厘米长的沉积物样本。采样工作分别于2007年、2009年和2018年进行。最上层的58厘米未固结沉积物通过Wilner沉积物采样器采集。沉积物样本根据燃烧损失曲线和放射性碳测年结果进行分类。
纳克里湖的年龄-深度模型基于17个放射性碳测年数据（表1）。根据SFAP分析，放射性碳测年结果Poz-124700被认为过于古老，未纳入年龄-深度模型。虽然批量沉积物中的Poz-124704和Poz-124705测年结果与附近有年代记录的宏观遗骸一致，但未被采用。最上层沉积物的年龄已进行校正。
湖泊的营养状态会影响基于摇蚊的温度重建结果，富营养化湖泊通常被重建为比贫营养化湖泊更温暖（Heiri et al., 2003, 2014; Tóth et al., 2015）。指示贫营养化条件的摇蚊种类通常是冷水物种，而与富营养化环境相关的种类则偏好温暖的水域，这反映了它们对富营养化和气候变化的共同适应性。
本研究基于纳克里湖的沉积物，利用多代理方法（包括摇蚊科、枝角类、花粉和燃烧损失分析）重建了冰期末期至全新世的气候与环境变化。该地点位于波罗的海东部大陆性气候向海洋性气候的过渡带，记录了过去14,500年的气候变化。多代理方法的综合应用使我们能够更全面地了解这一时期的气候与环境动态。研究结果有助于理解全球气候变化模式，为波罗的海地区提供了新的高分辨率环境变化记录，同时揭示了当地环境和生态系统对气候变化的响应，为评估未来变化的影响提供了依据。这些气候重建结果可为东欧地区的气候研究提供参考。
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
