《Quaternary International》：The Holocene hydroclimatic changes, palsa peatland development and vegetation history in the inner part of the Central Siberian Plateau (Russia)
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西伯利亚中科米亚高原Gornoye泥炭地通过植物化石、花粉、测试管藻类、稳定同位素及碳定年法重建了全新世水文气候变化与泥炭地演化，揭示冻融循环驱动泥炭地周期性抬升与退化，并指出现代变暖可能影响其碳汇功能。
埃琳娜·尤·诺文科（Elena Yu. Novenko）|阿纳托利·S·普罗库什金（Anatoly S. Prokushkin）|娜塔莉亚·G·马泽伊（Natalia G. Mazei）|埃利亚·P·扎佐夫斯卡娅（Elya P. Zazovskaya）|德米特里·A·库普里亚诺夫（Dmitry A. Kupriyanov）|安东·E·沙图诺夫（Anton E. Shatunov）|罗迪昂·A·安德烈耶夫（Rodion A. Andreev）|叶卡捷琳娜·A·马卡罗娃（Ekaterina A. Makarova）|玛丽亚·V·库西尔曼（Maria V. Kusilman）|亚历山大·A·科马罗夫（Alexander A. Komarov）|顾秀媛（Xiuyuan Gu）|安德烈·N·茨加诺夫（Andrey N. Tsyganov）|尤里·A·马泽伊（Yuri A. Mazei）|彭成（Peng Cheng）|郑彦宏（Yanhong Zheng）|范玉坤（Yukun Fan）|赵海燕（Haiyan Zhao）|侯晓琳（Xiaolin Hou）
俄罗斯科学院地理研究所第四纪古地理学部门，Staromonetny Lane 29号，莫斯科，119017
摘要
西伯利亚中部的永久冻土泥炭地是重要的碳汇，但它们对气候变暖非常敏感。然而，全新世期间这些泥炭地的变化过程仍知之甚少。本研究通过对西伯利亚中部高原Gornoye palsa泥炭地的高分辨率、多指标重建，分析了水文气候变化、泥炭地发育及植被历史。通过分析植物宏观化石、花粉、有壳变形虫、稳定同位素（δ13, δ15N）和放射性碳测年数据，我们揭示了全新世期间泥炭地的演变过程。研究结果表明，泥炭地的发育过程具有非线性特征，区域气候与局部条件之间存在复杂的反馈机制。湿地落叶松林在约8700年前开始沼泽化，在全新世温暖期（7800–5300年前）演变为富营养化的沼泽。首次永久冻土堆积发生在约5500–5000年前。中晚全新世（5380–600年前）期间，由于气候变化，泥炭地经历了永久冻土抬升（泥炭高原阶段）与退化（沼泽状态）的周期性波动。2250年前后，随着新冰期的到来，泥炭地进入持续生长阶段。约600年前，泥炭地突然转变为积水融冻坑，表明多年冻土结构发生了重大崩塌。研究结论表明，泥炭地的演变对水文气候变化极为敏感，其碳和氮循环直接受到冻融过程的影响。当前稳定与退化的泥炭地格局表明，该系统正在对现代气候变暖作出响应。本研究为理解西伯利亚泥炭地碳储量的长期脆弱性提供了参考。
引言
极地和高纬度生态系统对环境变化极为敏感。近几十年来，北极和西伯利亚北部地区经历了最明显的气候变暖（Previdi等人，2021年；Malik等人，2025年），这导致了永久冻土泥炭地动态的多种变化（MacDonald等人，2006年；Yu，2011年；Magnan等人，2019年；Sim等人，2021年）。目前冻结的泥炭地中储存的碳量约为200 Pg（Hugelius等人，2020年），永久冻土融化可能导致大量碳释放到大气中，加剧全球变暖。研究过去在较温暖或较寒冷气候条件下的环境变化，对于准确预测泥炭地动态至关重要。通过泥炭档案中的古环境重建，可以了解全新世不同地区泥炭积累、水文和植被变化之间的关系（Charman等人，2013年；Heinemeyer和Swindles，2018年；Feurdean等人，2019年、2022年；Pastukhov等人，2022年；Tikhonravova等人，2023年）。多项研究表明，泥炭序列中碳、氮和氧稳定同位素比值存在显著变化，反映了栖息地环境条件的变化（Vasil'chuk等人，2008年、2014年、2021年；Tillman等人，2010年；Loisel等人，2010年；Wang等人，2015年；Budantseva等人，2017年；Gro?-Schm?lders等人，2022年）。
在北美和欧亚大陆的研究表明，永久冻土泥炭地对全新世气候波动非常敏感（Vasil'chuk等人，2008年；Sepp?l?，2011年；Borge等人，2017年；Fewster等人，2023年；Leppiniemi等人，2023年）。通过对植物宏观遗骸、花粉、有壳变形虫以及泥炭的地球化学和同位素成分的分析，发现冻结泥炭地的发育过程并非单调，而是经历了多个抬升和退化阶段，这些过程受到气候变化和人类活动的影响（Matthews等人，1997年；Zuidhoff和Kolstrup，2005年；Sepp?l?，2011年；Teltewskoi等人，2016年；Treat等人，2016年；Ga?ka等人，2017年）。寒冷地区的泥炭序列提供了重要证据，显示在冷却时期永久冻土发生堆积，在变暖时期多年冻土结构发生崩塌（Borge等人，2017年；Markkula等人，2019年；Olvmo等人，2020年；Sim等人，2021年；V?liranta等人，2021年；Leppiniemi等人，2023年）。对泥炭序列中元素和稳定同位素含量的分析表明，植物组成与矿化/腐殖化过程之间存在强相关性。这可能反映了永久冻土内部自我发育过程以及水文气候条件的变化（Bridgham等人，1998年；Wang和Moore，2014年；Wang等人，2015年；Vasil'chuk等人，2021年；Novenko等人，2024a）。然而，作为永久冻土堆积（冻结）的关键标志，特定形态的冻结泥炭地（称为palsa高原）及其相关植被演替、泥炭组成和水文动态仍不甚明了。在本研究中，我们使用泥炭地转化（从沼泽到湿地）、植被变化（矮灌木、地衣和特定Sphagnum物种的出现，表明干燥或酸性条件）、分解程度（较少分解的泥炭）作为永久冻土融化（解冻）的指标；同时使用水文变化（从干燥到湿润条件的转变，由苔藓和有壳变形虫指示）、泥炭同位素组成的变化以及由于坡度不稳定和侵蚀导致的陆地物质输入增加（Alewell等人，2011年；Pelletier等人，2017年；Krüger等人，2017年）作为永久冻土解冻的指标。
本研究聚焦于西伯利亚中部高原内部、下通古斯卡河中游流域的一个永久冻土湿地（中央埃文基地区）。尽管由于地形崎岖，该地区的泥炭地面积不大，但它们对当地的水文系统、氮循环和碳循环具有重要意义（Prokushkin等人，2006年；Kirdyanov等人，2020年；Palviainen等人，2020年；Hupperts等人，2025年）。关于这些难以到达的高平地和河阶地上的植被、泥炭序列、泥炭形成时间、泥炭积累速率及永久冻土特征的证据十分有限（Karpenko，2011年）。
除了研究泥炭地对气候变化的响应外，冻结泥炭地还是区域植被、火灾和人类影响的独特自然档案。西伯利亚的许多地区，包括西伯利亚中部高原，都是俄罗斯研究最不足的区域之一。过去30-40年间，古环境重建工作主要集中在西伯利亚和雅库特的极地地区以及北冰洋大陆架（Andreev和Klimanov，2000年；Andreev等人，2003年；Pestryakova等人，2012年；Nazarova等人，2013年；Klemm等人，2013年、2016年；Murton等人，2017年；Glückler等人，2021年；Kostrova等人，2021年；Baisheva等人，2024年）。而西伯利亚南部和外贝加尔地区的泥炭地和湖泊中的生物及地质代用指标则进行了详细的全新世气候和环境历史研究（例如Blyakharchuk和Kurina，2021年；Kobe等人，2022年；Tarasov等人，2022年；Bezrukova等人，2025年），但西伯利亚中部的永久冻土地区（Putorana高原西部除外）仍研究不足（Andreev等人，2004年；Self等人，2015年；Novenko等人，2022年）。关于全新世植被和气候变化的证据较少，且时间分辨率较低，这主要是由于古档案的性质和现有的研究方法所致。最近基于南埃文基地区（中央通古斯卡高原）湖泊沉积物的高分辨率气候、古环境和火灾重建仅涵盖了晚全新世时期（Rogozin等人，2025年）。
本文提供了来自下通古斯卡河中游流域山地高原永久冻土湿地的新多指标高分辨率古生态数据（植物宏观遗骸、燃烧损失、泥炭腐殖化程度、稳定同位素、有壳变形虫、花粉和非花粉孢子形态）。本研究的目标是：（1）重建该平坦palsa泥炭地的局部植被历史和古生态学；（2）探讨研究区域内泥炭地植被变化与永久冻土过程及水文气候变化之间的关系；（3）重建区域植被和景观变化；（4）将获得的数据与西伯利亚和极地地区全新世植被和气候变化及永久冻土动态的主要阶段进行比较。
研究区域
研究在克拉斯诺亚尔斯克地区埃文基区的图拉（Tura）附近进行（图1）。研究区域位于西维尔马高原（西伯利亚中部高原内部），处于下通古斯卡河（Nizhnyaya Tunguska）和科切丘姆河（Kochechum River）的交汇处。该地区地形为低矮的山地，类似高原，被深谷和河流切割，坡度陡峭且均匀，海拔高度在250米左右。
野外工作和泥炭地植被调查
2021年和2024年的8月至9月期间，通过无人机（UAV）对Gornoye泥炭地进行了地表调查、植被描述、Sphagnum和羽苔采样以及泥炭钻探。选取了一个10米×10米的代表性样地，记录了泥炭地内12个地点的植物群落组成及季节性解冻层的深度。Gornoye泥炭地的现代植被
Gornoye泥炭地是一片8.5公顷的平坦palsa泥炭地，由起伏的永久冻土高原（1——括号中的数字对应地图上的等高线编号，图2）和各种类型的洼地组成，包括冻结的（2）和融化的（3-5）。泥炭地的北部边缘地带被烧毁的积水落叶松林占据（6）。泥炭层紧邻陆地土壤上的落叶松林（7）。讨论
关于多年冻土丘的研究表明，它们的发育过程包括初始堆积、持续堆积、稳定状态的palsa形成、退化的palsa以及退化palsa形成的池塘（Zuidhoff和Kolstrup，2005年；Sepp?l?，2011年）。目前Gornoye泥炭地尚未出现多年冻土丘的早期阶段，但后三个阶段已经清晰可见。该地区最大的泥炭高原高度可达1.5米（图2），属于寡营养型且排水良好。
结论
对西伯利亚中部高原Gornoye泥炭地的多指标研究表明，该地区全新世水文气候变化、泥炭地发育和植被历史得到了高分辨率的重建。通过整合植物宏观化石、花粉、有壳变形虫、稳定同位素和泥炭特性的分析，我们确定了过去约1030年间泥炭地演变的关键阶段和驱动因素。
我们的发现表明……
作者贡献声明
埃琳娜·尤·诺文科（Elena Yu. Novenko）：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，项目管理，概念构思。阿纳托利·S·普罗库什金（Anatoly S. Prokushkin）：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，项目管理，概念构思。娜塔莉亚·G·马泽伊（Natalia G. Mazei）：数据管理。埃利亚·P·扎佐夫斯卡娅（Elya P. Zazovskaya）：方法论研究，数据管理。德米特里·A·库普里亚诺夫（Dmitry A. Kupriyanov）：数据可视化，研究。安东·E·沙图诺夫（Anton E. Shatunov）：研究。罗迪昂·A·安德烈耶夫（Rodion A. Andreev）：研究。叶卡捷琳娜·A·马卡罗娃（Ekaterina A. Makarova）：
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了俄罗斯联邦科学与高等教育部（协议编号075-15-2024-554，2024年4月24日）和中国科学院国际合作项目（132B61ZYLH20230013）的资助。
