过去3500年来，中国华北东部地区植被对气候变化和人类活动的动态响应：来自曹妃甸湿地的花粉记录

《CATENA》：Dynamic vegetation responses to climate change and human activities in the eastern North China region over the past 3,500 years: Pollen record from the Caofeidian Wetland

气候变化与人类活动对渤海湾曹妃甸湿地晚 Holocene 植被演替的影响机制及量化研究，通过 REVEALS 模型与 RoC 分析结合 WA-PLS 降水重建，揭示植被在 3500 年间总体稳定但存在两次 abrupt 变化（2.5ka BP 干旱/海平面下降驱动草本扩张，220 BP 人类活动增强导致乔木/蕨类增加），为多驱动协同作用研究提供新证据。

　　

柴世尧|王颖|王荣荣|宋洪宇|张冉|孔向月|杨云飞|葛亚文|李冰|李月聪

河北师范大学地理科学学院，石家庄，河北050024，中国

摘要

全新世晚期，气候变化和人类活动共同导致了生态系统和区域景观的显著变化；然而，这两种因素的相对重要性可能随时间而显著变化。REVEALS模型为定量重建优势区域植被的相对丰度提供了一个可靠的框架。利用曹妃甸湿地的花粉记录，我们将REVEALS模型与变化率（RoC）分析相结合，以推断植被动态，并应用WA-PLS模型定量重建过去的降水量。我们的结果表明，在过去的3500年里，曹妃甸的植被类型基本保持稳定，以栎树为主的落叶阔叶林和以藜属为主的草本植物群落占主导地位。森林覆盖率在3500–3200校正年前达到最大值，之后发生了两次突然的植被变化：一次在约2500年前，另一次在约220校正年前。约2500年前的变化特征是树木的相对丰度最低（12.8%），并且植被类型从森林转变为草原。这种植被变化可能是由长期干旱和降水量减少超过30%所驱动的。与此同时，藜属相对丰度的显著增加可能是由于海平面下降引起的。相比之下，约220校正年前的变化则表现为树木相对丰度的增加和蕨类孢子比例的上升，同时禾本科和藜属的相对丰度以及植被花粉浓度下降，这主要与人类活动的加剧有关。本研究为东亚沿海湿地生态系统对气候变化和人类活动的响应提供了新的证据，并可作为预测未来气候情景下植被生态系统变化的参考。

引言

植被作为生态系统的重要组成部分，既是气候变化的直接受影响者，也是其反馈机制（Hao等人，2020；Bergamo等人，2022；Satti等人，2024）。全新世晚期，气候变化和人类活动共同导致了生态系统和区域景观的显著变化（Xie等人，2021；Cao等人，2022；Ke等人，2023）。对过去18000年全球植被变化的研究表明，全新世晚期的植被变化速度比末次冰期由气候变化引起的变化速度更快（Mottl等人，2021a）。了解生态系统对当前和未来气候变化的响应对于人类生存和发展具有重要意义。重建全新世晚期的植被演替有助于区分植被对气候变化和人类活动的响应，阐明人类对环境变化的适应情况（Qiu等人，2020），并有助于预测植被对这些驱动因素的未来响应。

景观重建算法（LRA）是定量古植被重建的关键框架，尤其擅长估算优势植物类型的相对覆盖度。通过明确考虑花粉的生产力、传播、沉积和空间分布差异，基于LRA的方法能够近似动态重建。两种最广泛使用的实现方法是REVEALS（来自大范围的植被丰度区域估计）和LOVE（局部植被估计）模型（Sugita，2007a，Sugita，2007b）。REVEALS旨在重建面积约为10⁴–10⁵平方公里的区域植被组成（Sugita，2007a），并已广泛应用于东亚和欧洲等地区的植被和土地覆盖变化量化研究（Nielsen等人，2012；Marquer等人，2017，Marquer等人，2020；Li等人，2020；Sun等人，2022a，Sun等人，2022b）。在东亚，REVEALS的应用主要集中在内陆湖泊记录上（Sun等人，2022a，Sun等人，2026；Xiao等人，2025），尽管最近的研究开始将其扩展到沿海地区（Fan等人，2022a；Cao等人，2024）。

此外，植被生态系统的恢复力和生态阈值是植被变化研究的前沿问题（May，1977；Kéfi等人，2007；Liu等人，2007）。现有研究主要基于现代仪器观测数据，而关于地质过去的类似研究较少（Zhao等人，2025）。因此，气候变化或人类活动引发过去生态系统显著变化的压力阈值尚不清楚。花粉作为过去植被的直接记录，是重建过去植被的最有力工具之一（Rudaya等人，2016）。利用花粉记录来确定植被对外部驱动因素的响应阈值是孢粉学中的一个重要研究课题。现有研究使用变化率（RoC）分析来量化植被变化的速率和幅度（Mottl等人，2021b；Xu等人，2023；Chi等人，2025）。RoC分析可以量化植被组成随时间的变化速率，常用于生态重建中的植被更替研究。例如，Mottl等人（2021a）利用RoC分析量化了过去18000年的全球植被变化速率，并发现4.6千年至2.9千年前在气候变化和人类活动的共同影响下变化加速。中国西南部沙德科湖的花粉记录表明，在约0.5千年前，由于气候变冷和人类活动加剧，植被变化速率更高（Chi等人，2025）。在中国东部地区，约3–2千年前发生了突然的植被变化（Cao，2025）。中国东南部丛坪的花粉记录显示，在过去约3000年中，在气候变化和人类活动的共同影响下，RoC显著增加（Chen等人，2024）。同样，在河北省典型的沿海湿地海兴湿地，植被在约2.8千年前因突发气候事件而发生突然变化（Cao等人，2024）。由于不同地区的植被类型不同，植被变化的方向和时间不同，人类活动的影响程度也在不同地区有所差异。因此，需要进一步的详细研究来更好地理解全新世晚期植被生态系统对气候变化和人类活动的响应机制。

与内陆湖泊相比，沿海湿地植被的特点是受到气候变化、人类活动和海平面波动的综合影响。关于沿海湿地的研究主要集中在长江三角洲、莱州湾和辽东湾（Xiao等人，2025；Hao等人，2022；Yang等人，2022）。在河北，研究主要集中在渤海湾西部的泥质海岸（You等人，2024；Cao等人，2024）。位于渤海湾西北部的曹妃甸湿地是中国北部最大的沿海湿地，作为一个关键的海洋-陆地生态过渡带，为研究气候变化、人类活动和海平面波动之间的相互作用提供了理想的自然实验室。本研究利用曹妃甸湿地的沉积物花粉记录来解决以下研究问题：（1）全新世晚期中国东部地区的植被变化特征是什么？（2）该地区的植被生态系统如何响应气候变化、海平面波动和人类活动？我们希望回答这些问题有助于更深入地理解全新世晚期渤海湾地区植被演替的过程和驱动因素，从而为预测未来气候变化下的植被变化提供参考。

区域背景

曹妃甸湿地（118°15′–118°23′E，39°09′–39°17′N）位于渤海湾西北部，属于华北平原东部（图1）。其总面积为11,064公顷，是中国北部现存最大的沿海湿地。这片湿地是由于渤海沿岸流、潮汐作用和流入河流的共同影响而形成的，海拔高度为2.7米，地形平坦，包含青龙湖等水域。

沉积物岩芯

2021年6月，我们从曹妃甸湿地（39°10′32.450″N，118°18′20.908″E）采集了一个767厘米长的沉积物岩芯（CFD-E）（图1b）。该岩芯具有良好的沉积连续性，主要由粉砂和粘土组成（详细岩性特征见Wang等人（2024））。

年代学

CFD-E岩芯的年代学数据基于AMS ¹⁴C测年。测年材料包括三个贝壳残渣样本和三个整体沉积物样本。样本预处理及后续

过去3500年的区域植被变化

甲藻在半咸水中较为常见，是海洋影响的关键指标，在潟湖和浅海湾环境中最为丰富（Tang等人，2013）。在CFD-E岩芯中，过去3500年来甲藻浓度一直保持较高（图4），表明该地区与海洋的连接持续存在。这一点得到了粒径数据的支持：对3500–1400校正年前的分析表明，曹妃甸地区仍处于浅海湾或潟湖范围内（Wang等人，2024）。

结论

• 1)
  在过去约3500年里，曹妃甸地区的区域植被没有显著变化。森林以栎树为主的落叶阔叶林为主，草本植物群落以禾本科和艾属为主，盐沼则以藜属为主。
• 2)
  草本植物和树木的相对比例存在时间波动。在过去的3500年中，3500–3200校正年前的时期，曹妃甸地区的植被条件最为理想。经历了两次突然的

CRediT作者贡献声明

柴世尧：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，可视化，软件应用，方法论，数据分析，概念化。王颖：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，指导，软件应用，方法论，概念化。王荣荣：方法论，数据分析，数据管理。宋洪宇：软件应用，方法论。张冉：软件应用，方法论，数据分析，概念化。孔向月：软件应用，数据分析，

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（2023YFF0804600）和国家自然科学基金（U20A20116）的支持。我们感谢河北省曹妃甸湿地自然保护区在野外工作期间的支持，同时也感谢中国地质调查局天津中心的高级工程师徐勤冕和南京地理研究所的李春海教授在沉积物研究方面提供的帮助。