解析中国三门峡盆地山-盆系统地表花粉组合中区域性和局部植被信号的差异

花粉组合揭示陕县盆地气候梯度与人类活动的协同影响，通过42个地表花粉样本分析发现气候主导高地花粉分布，低地人类活动显著改变植被信号，但长期农耕用地在花粉记录中呈现低估现象。

杨嘉兴|曹宇|胡涵|周源|冯云志|王鑫

中国西部环境系统重点实验室（教育部），兰州大学地球与环境科学学院，黄河流域绿色发展研究所，兰州730000，中国

摘要

花粉记录被广泛用作重建过去植被和气候变化的代理指标，但在人类改造的山地-流域系统中区分气候驱动和人为影响的信号仍然具有挑战性。在这里，我们分析了位于东亚季风边缘的三门峡盆地42个地表花粉组合，该地区具有悠久的人类活动历史，以评估气候梯度和土地利用如何共同在不同空间尺度上塑造花粉信号。随着海拔的升高，花粉组合从以松属和栎属为主的森林转变为以蒿属和藜科植物为主的开阔植被，同时草本植物和人为指示物种的数量增加，花粉浓度降低，多样性及均匀性提高。RDA和NMDS的结果表明，气候变量主导了区域花粉梯度，而在低地人类改造的景观中，人类活动对花粉组合产生了次要但显著的影响。花粉-土地覆盖关系进一步表明，盆地尺度的整合提供了最有效的土地利用和土地覆盖模式表示方法，尽管人为土地利用（尤其是耕地）经常被低估。这些结果强调了在解释山地-流域系统的花粉记录时需要一个考虑空间尺度的框架，并表明仅依靠花粉数据进行的人类影响重建可能会过于保守。

引言

花粉记录被广泛用作重建过去植被动态和气候变化的代理指标（Chen等人，2015；Xu等人，2019；Chevalier等人，2020；Zhao等人，2020，Zhao等人，2025）。大量的校准研究已经建立了地表花粉组合与植被和气候之间的关系，为古环境重建奠定了基础（Salonen等人，2012；Salonen等人，2019；Li等人，2015；Lu等人，2020；Hunt等人，2025）。然而，自中全新世以来，人类活动的增加显著改变了植被格局（Gaillard等人，2010；Stephens等人，2019；Mottl等人，2021），使得气候驱动的植被信号的解释变得更加复杂。此外，现代花粉数据集常常受到土地利用和人为干扰的影响，可能在定量重建过去植被和气候时引入系统偏差（Ding等人，2017；Zapolska等人，2023；Cao，2025）。

为了解决这一挑战，人们一直在努力区分花粉记录中的人为和自然成分（Li等人，2013；Ge等人，2020；Ellis等人，2021；Birks，2023）。已经提出了一系列方法论方法，包括误差拐点-判别技术（EIPDT）（Fan等人，2024）、人类压力指数（HPI）（Zapolska等人，2023）以及基于人为指示物种的花粉阈值（Ni等人，2025）。尽管取得了这些进展，但目前仍不清楚地表花粉组合在哪些空间尺度上能够有意义地与土地利用和土地覆盖（LULC）联系起来，特别是在气候梯度和人类活动同时存在的异质景观中。

山地-流域系统在全球范围内广泛分布，并拥有大量的湖泊和泥炭地沉积档案，使其成为古环境研究的关键目标（An等人，2011；Joseph等人，2012；Street等人，2012；Kłapyta等人，2016；Ju等人，2025）。明显的高海拔梯度和空间异质性的土地利用使得这些系统能够整合来自相对受气候控制的高地和人类密集改造的低地的花粉信号。因此，山地-流域系统为评估气候和人为植被信号如何在不同空间尺度上被过滤和整合到以流域为中心的花粉记录中提供了关键的自然框架。

三门峡盆地位于东亚季风边缘，是一个具有悠久人类居住和农业发展历史的完整山地-流域系统（Jin等人，2024；Wang等人，2025a，Wang等人，2025b）。在这里，我们分析了沿盆地海拔梯度收集的42个地表花粉样本，并结合了高分辨率的土地覆盖和现代气候数据。我们的目标是评估气候梯度和人类土地利用如何共同在不同空间尺度上塑造花粉组成、浓度和多样性，并确定花粉组合在哪些空间尺度上最有效地代表不同地貌单元的土地利用和土地覆盖模式。通过实现这些目标，本研究为解释人类改造的山地-流域系统中的花粉信号建立了一个考虑空间尺度的框架，为基于花粉的古环境重建提供了现代参考。

研究区域

三门峡盆地（北纬34°27′–34°50′，东经110°15′–111°20′）位于中国黄土高原（CLP）的东南部，属于典型的东亚季风区。它南面被小山山脉和甘山山脉所环绕，北面被中条山脉所环绕（图1）。黄河自约125万年前以来一直流经该盆地（Wang等人，2022）。该地区具有温带季风气候，年平均降水量为531毫米，主要集中在

花粉组合和浓度

共鉴定出70种花粉和孢子类型。花粉组合主要由乔木类（松属、栎属）、草本类（蒿属、藜科植物、禾本科）以及少数灌木类（鼠李科、橄榄科）组成（图2）。不同地貌单元之间存在空间差异，根据人类干扰程度的增加，花粉组合的平均值如下：

GSN：该单元主要由乔木花粉主导（75.10%），其中

气候和人为花粉信号的海拔过滤

在三门峡山地-流域系统的海拔梯度上，花粉组合从以气候为主导逐渐转变为越来越多的人为影响的植被信号。在海拔较高的地区，人类干扰较小，花粉组合主要由松属和栎属等乔木类主导，反映了主要由水热条件决定的混交针叶林（Chen等人，2015；Cheng等人，2022）。随着海拔的降低，花粉

结论

本研究表明，山地-流域系统中的花粉组合记录了由气候和人为影响的空间依赖性整合所塑造的植被信号。气候决定了沿海拔梯度的花粉变化的主要区域框架，而人类活动通过减少植被生物量和增加组成异质性在选择性地改变低海拔地区的花粉组合。这些效应表现为从松属–

CRediT作者贡献声明

杨嘉兴：正式分析、数据管理、概念构思、撰写——初稿。曹宇：数据管理、撰写——初稿。胡涵：正式分析。周源：正式分析。冯云志：正式分析。王鑫：监督、资金获取、概念构思、撰写——审阅与编辑。

资助

本工作得到了国家自然科学基金（42072211）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢甘山森林保护区的张晓飞主任在本研究样本收集过程中提供的宝贵支持。同时，我们也非常感谢A. Ge教授在方法论方面的帮助，以及Miao玉松先生在野外工作中的辛勤协助。我们深深感激黄晓忠教授及其团队对这项研究的宝贵贡献。我们衷心感谢他们的宝贵反馈