过去四千年间的水文气候变化与植被响应：来自印度东北部马朱利岛的多重代用指标记录

《Review of Palaeobotany and Palynology》：Hydroclimatic variability and vegetation response over the last four millennia: Multiproxy records from Majuli Island, Northeast India

本研究通过花粉分析和沉积物分析，重建了印度布拉马普特拉河 Majuli 岛 4000 年来的气候植被变化，揭示了季风波动、洪水事件及人类活动对湿地生态系统的影响，为热带系统气候韧性评估提供了依据。

　　

阿丽亚·潘迪 | 斯瓦蒂·特里帕蒂 | 萨丹·库马尔·巴苏马塔里 | 萨尔曼·汗 | 赫玛·辛格 | 比斯瓦吉特·塔库尔 | 阿努帕姆·夏尔马

比尔巴尔·萨赫尼古生物科学研究所（BSIP），印度勒克瑙大学路53号，邮编226007

摘要

本研究整合了来自阿萨姆邦马朱利岛一个濒危湿地150厘米深沉积物剖面的生物（花粉）和非生物（粒度）指标，该地区位于印度-缅甸生物多样性热点区域，并受到印度夏季季风（ISM）的影响。通过分析25个表层样本中的现代类似花粉，利用共存方法（CA）重建了五个花粉带（SW-I至SW-V）的年平均温度（MAT）和年平均降水量（MAP）。最早期阶段（SW-I；公元前2090–310年/距今4040–2260年）表现为温暖湿润的气候条件（MAT约30°C；MAP约3000毫米），伴有茂密的森林覆盖，表明在全球干旱的4.2千年事件期间该地区具有气候韧性。Rhododendron和Castanopsis的存在表明在不稳定条件下曾发生过周期性洪水。公元前310年至公元490年（SW-II；距今2260–1460年），植被变得更加开阔、温暖且相对湿润，洪水活动也有所波动。随后的湿润期（公元850–1450年；SW-IV；距今1100–500年）对应于中世纪气候异常（MCA），其特征是落叶林的重新出现和降水量增加（约2750毫米）。公元1450年后（SW-V；距今500年至今），年平均温度和降水量下降，表明气候相对干燥，这与小冰期降温及人类活动的增强相一致，这一点通过人类活动产生的花粉和类似稀树草原的植被得到证实。粒度变化揭示了河流能量从低到高的转变过程。总体而言，该记录突显了全新世中期至晚期该地区的季风变化特征，并强调了马朱利岛沉积物档案在评估热带系统对过去和未来突发气候变化适应能力方面的重要性。

引言

作为农业国家，印度高度依赖季风降雨来保障农业生产、经济稳定和社会福祉（Gadgil和Gadgil，2006年）。该国拥有多样化的气候区和植被类型（Quamar和Kar，2020年），季风驱动的降水是塑造植被分布的主要因素。然而，气候变化也对印度和南亚地区产生了深远的社会经济影响，许多文明在长期干旱期间经历了压力、适应甚至崩溃（Prasad等人，2014年）。在这种背景下，基于植被的古气候重建成为解码过去水文气候变化、评估人类对古代景观影响（Sugita，1993年；Quamar等人，2024年）以及通过植被覆盖变化评估陆地碳平衡变化（Zhang等人，2020年）的重要工具。这些见解不仅丰富了我们对过去气候-植被-人类相互作用的理解，也为预测依赖季风的地区未来的气候韧性提供了关键基础。

印度东北部是东南亚和印度次大陆之间动植物迁徙的重要生物地理走廊（Tripathi等人，2020年；Tripathi等人，2021年；Basumatary和Tripathi，2021年；Basumatary等人，2018年；Basumatary等人，2025年）。在该地区的河流中，布拉马普特拉河最为重要，它是世界上最大的热带河流之一，发源于西藏，流经约2900公里，滋养了该地区的肥沃土壤、生态系统、社会文化结构及生计，因此被称为“母亲河”（Lahiri和Sinha，2012年）。尽管该河具有丰富的生物多样性价值，但水文灾害和人类压力日益威胁着这一地区，而关于晚全新世季风变化和生态影响的定量记录仍然稀缺。值得注意的是，来自东喜马拉雅山脉和印度东北部的现有古气候记录显示过去几千年间季风模式存在差异（Bhattacharyya等人，2007年；Bera等人，2011年；Dixit和Bera，2011年；Agrawal等人，2015年），这可能部分源于时间序列的不确定性及年龄分辨率较低（Dixit和Tandon，2016年；Dixit等人，2021年）。

为了填补河流岛屿古生态学研究的空白，我们研究了阿萨姆邦马朱利岛上一个150厘米深的沉积物剖面，该岛是世界上最大的河流岛屿，属于东喜马拉雅生物多样性区域。尽管马朱利在生态和地貌上具有重要意义，但目前尚无利用地表和沉积物记录重建植被和气候变化的全面孢粉学研究，这一缺口在全球河流岛屿环境中普遍存在（Vis等人，2010年；Ladd等人，1992年；Wang等人，2014年）。有限的研究关注了现代和古洪水事件背景下的水/沉积物样本（Yan等人，2002年；Xiaochun等人，2009年；Wang等人，2014年），或侵蚀活动（Kotoky等人，2003年）、地貌（Bezbaruah等人，2003年；Sarma和Phukan，2004年）以及土壤特征（Bhaskar等人，2007年）。由于马朱利靠近梅加拉亚地区的Krem Mawmluh洞穴地质年代标尺，它为重建植被-气候动态提供了独特的环境（Kathayat等人，2018年）。本研究提供了马朱利岛的首个全面孢粉学和粒度数据集，填补了了解上布拉马普特拉河流域全新世环境变化的关键空白。

全新世是地球历史上的一个关键时期，其显著的气候变化对人类社会的形成和主要文明的兴起起到了关键作用。相对温暖的时期包括罗马温暖期（RWP；约公元前250年至公元400年）和中世纪气候异常（MCA；约公元850年至1350年），这两个时期都与农业扩张和文化发展相关。相比之下，较冷和干燥的时期如迁移期冷却（MPC；约公元400年至850年）和小冰期（LIA；约公元1500年至1850年）带来了巨大的环境压力和社会变革（Graham等人，2011年）。这些气候变化归因于多种因素的复杂相互作用，包括太阳活动的变化、海洋-大气相互作用、火山爆发、大气气溶胶、海冰范围的变化、海表温度（SSTs）以及温室气体（GHG）浓度（Bard和Frank，2006年；Dixit和Tandon，2016年）。印度的气候变化与季节性变化的季风风密切相关，这导致不同地区和时间的降雨量发生显著变化（Krishnamurthy和Shukla，2008年）。在全球范围内，太阳辐射和火山活动的变化被认为是全新世百年至千年时间尺度上自然气候变化的关键驱动因素（Lee等人，2014年）。

在区域层面，厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和北大西洋涛动（NAO）等内部气候变率模式在几十年至几百年时间尺度上具有显著影响（Kundzewicz等人，2019年）。通过多指标分析识别这些快速气候变化的痕迹是本研究的主要目标。因此，本研究旨在：（1）校准现代花粉样本以重建植被、气候和沉积历史，同时追踪过去约4000年的的人类活动痕迹；（2）结合粒度分析来减少花粉保存偏差，推断马朱利湖系统的沉积物输送动态、沉积环境和来源。此外，还致力于重建自中晚全新世以来人类活动对植被的影响，包括农业实践在该岛上的起源和发展。为了定量重建过去2090年五个花粉带（SW-I-V）的温度和降水量，采用了植被覆盖的共存方法（CA）（Mosbrugger和Utescher，1997年）。估算了两个参数：温度（MAT）和降水量（MAP）（见补充表1）。

马朱利岛是世界上最大的有人居住的河流岛屿（北纬26°45′–27°22′；东经93°39′–94°35′），位于印度阿萨姆邦的布拉马普特拉河中，海拔约25.75米（Mahanta等人，2024年）（图1）。该岛面积约为92,460公顷，形成于16世纪布拉马普特拉河从北向南流动的重大河流重组之后（Sarma和Phukan，2004年；Lahiri和Sinha，2014年）。与典型的沙洲不同，马朱利是一个由Kherkutia Suti河、Subansiri河和布拉马普特拉河环绕的大陆碎片，岛上分布着70多个季节性扩张和消退的湿地（如Sakali、Garamur、Pharam）。作为阿萨姆邦的“文化之都”，它被列入联合国教科文组织暂定的世界遗产名录，其地貌反映了活跃的河流过程和可能的新构造活动（Takagi等人，2007年），附近的地层可追溯到古新世-始新世（Ranga Rao，1983年）。然而，森林砍伐、城市化和频繁的洪水威胁着其脆弱的生态系统。本研究重点关注Sakali湿地，旨在重建中晚全新世的环境和生态变化，以解决过去植被、气候和湿地动态的不确定性。

该地区的气候受到西南季风和东北季风的影响。在东部地区，它处于一个过渡带，来自孟加拉湾的湿润印度夏季季风（ISM）与来自高喜马拉雅山脉和青藏高原的寒冷干燥空气相互作用（Ali等人，2018年；O'Neill等人，2017年）。夏季通常炎热湿润，气温在22°C至38°C之间，而冬季寒冷干燥，气温在10°C至12°C之间。该地区年降水量丰富，平均在250至300厘米之间，相对湿度很高，经常超过80%（Mahanta等人，2013年）。马朱利的土壤主要是细粒冲积土，由最近的河流沉积物形成（Bhaskar等人，2007年）。该地区的植被包括热带半常绿林和热带湿润落叶林，其间散布着小型湿地生态系统、草原型森林和竹林。蕨类植物也很丰富，常见的属包括Adiantum、Selaginella、Lycopodium和Pteris。

野外工作

从Sakali湿地（SW）（北纬26°51′ 36″；东经94°10′ 12″）采集了一个150厘米深的沉积物剖面，经过多次试掘达到了所需的深度。为了高分辨率的古气候和生态重建，每隔5厘米对沉积物序列进行采样以进行花粉分析。此外，还沿着从散布的森林（S-1–7）、开阔地/湿地（S-8–15）和农田（S-16–25）的剖面收集了25个表层土壤样本，以建立现代

花粉/植被关系

从南向北沿着散布的森林到农田/开阔地的剖面收集了25个表层土壤样本，编号为S-1至S-25（图3）。

Sakali湿地及其周边地区的现代花粉和降水量

现代花粉-植被研究提高了基于化石花粉数据的古环境重建的准确性（Cao等人，2014年；Liu等人，2023年）。在马朱利岛的Sakali湿地，由于森林覆盖稀疏，现代花粉组合主要由非树木植物组成（60.21%）。然而，这些组合中的本地树木植物频率和多样性也相对较高（21.47%），

结论

对阿萨姆邦马朱利岛沉积物序列的多指标分析揭示了自公元前2090年以来的五个不同的植被-气候-沉积阶段，反映了印度夏季季风区域的降水量变化。Sakali湿地（公元前2090–1450年）的花粉显示了气候变迁、河流动态以及与洪水相关的外来植物入侵（如Rhododendron、Tsuga、Castanopsis）。相对较弱的季风阶段（SW-III和SW-V）导致了生物多样性的丧失和扩张

未引用的参考文献

Bera和Dixit，2011

Bronk Ramsey，2001

Bronk Ramsey，2008

Dixit等人，2014a

Reimer等人，2013

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

作者感谢BSIP主任提供的实验室设施和发表论文的许可（编号BSIP/RDCC/出版物编号59/2025-26）。本研究属于BSIP内部项目6的一部分。我们感谢BSIP的放射性碳实验室对沉积物样本的年代测定工作。AP感谢DST提供的INSPIRE奖学金。我们还要感谢马朱利岛的当地居民在野外调查和采样过程中给予的帮助