中国宁绍平原全新世早期至中期期间,植被动态对环境变化的基于花粉的响应模式

时间:2026年3月27日
来源:Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology

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宁绍平原 Holocene 时期植被演替受气候波动、海平面变化及人类活动共同影响,基于 HMD13 核心高分辨率花粉记录分析显示植被从落叶栎、松混合林过渡为常绿阔叶林,后期因人类活动加剧出现乔木花粉减少和 Poaceae 增长,但 5900–5500 cal yr BP 期间 Poaceae 骤降可能因极端气候事件。植被更替速率与生物多样性呈正相关,而人类活动呈现负相关。

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李臻|马春梅|佘志静|李海燕|邵孔兰|周斌|胡竹君|杨青|孙国平|迈克尔·梅多斯|郑洪波
南京大学地理与海洋科学学院,中国南京210023

摘要

作为河姆渡文明的发源地,宁绍平原在全新世期间经历了显著的植被变化,这些变化受到气候波动、海平面变化和人类活动的影响。了解植被对环境变化的长期响应对于评估未来气候情景下的生态系统韧性至关重要。本文利用姚江谷HMD13岩芯中的高分辨率花粉记录来重建早至中全新世的植被变化,特别关注生物多样性模式和更替速率。研究得出以下重要结论:(1) 在8600–8400校正年前,藻类指标表明研究区域附近的海平面上升,随后在7800–7300校正年前又出现了一次海洋影响的阶段。(2) 在7900–7100校正年前,植被从以落叶橡树和松树为主的混交林转变为以常绿橡树为主的亚热带常绿-落叶阔叶林。(3) 7100校正年后,树木花粉减少,而禾本科植物(>38微米)和木炭浓度增加,反映了人类活动的加剧。然而,在5900–5500校正年前,禾本科植物(>38微米)急剧减少,可能是由于极端气候事件(如洪水)所致。(4) 7100校正年前,植被变化主要由气候驱动,在7100–6000校正年间达到峰值,之后逐渐减弱。河姆渡文化出现后,植被多样性也有所下降。(5) 植被变化率、多样性指数和树木花粉百分比之间存在强烈的正相关关系,而禾本科植物(>38微米)的花粉则呈现负相关。

引言

全新世(约11,700年前至今)是地球历史上一个重要的地质时期,植被动态、气候变化和人类活动之间的联系已成为全球环境变化研究的焦点。观察到了多次气候波动,包括早全新世变暖、中全新世热极值和晚全新世降温,这些变化对全球植被的分布和组成产生了显著影响(Birks等人,2005年)。最近的研究表明,东亚季风地区的植被对全新世气候变化反应强烈,植被响应存在明显的空间异质性(Chen等人,2024b;Xiao等人,2025年)。高分辨率花粉记录为揭示植被对环境动态的敏感性提供了重要证据(Chen等人,2025年;Liu等人,2025年)。随着农业文明的兴起,人类活动逐渐成为影响植被分布和组成的重要因素,农业扩张、土地利用变化和城市化深刻影响了区域植被格局(Li等人,2024a;Ouyang等人,2019年;Wang等人,2018a)。中国东部的低洼宁绍平原是最早的稻米栽培中心之一,保存了大量的花粉档案和考古遗迹,为研究全新世植被动态和人与环境的相互作用提供了极好的记录。花粉分析是一种强大的手段,可以重建过去的植被,揭示植物群落的组成及其随时间的变化。除了记录长期的生态趋势外,这些记录还有助于预测未来生态系统对环境变化的响应。当与考古证据结合时,花粉数据还可以阐明人类对植被影响的时间和范围,揭示在较短时间序列记录中往往被掩盖的相互作用(Qiu等人,2025年;Tarasov等人,2022年)。
植被变化率(RoC)是生态系统变化速度和幅度的定量指标,具体估计单位时间内的组成和数量变化幅度(Mottl等人,2021年)。这一指标常用于古生态学研究(例如,Correa-Metrio等人,2012年;Grindean等人,2019年),反映了植被对外部干扰(包括气候变化和人类活动)的自然演替过程。将区域地层花粉数据与RoC结合使用,可以有效揭示多种特征,如古环境条件、气候变化和人类活动的影响(Pinek等人,2020年;Xu等人,2023年)。例如,Mottl等人(2021年)利用全球花粉数据集计算了欧洲全新世记录的变化率,并得出结论:4600校正年后植被动态的显著加速主要由人类活动驱动。Zhang等人(2023年)研究了中亚干旱地区的全新世植被组成变化率,发现高海拔地区的变化率主要受火灾活动调节,而中低海拔地区的变化率则归因于较冷湿润的气候和加剧的火灾活动。Wang等人(2023年)分析了浙江省的全新世花粉记录,发现考古遗址的变化率具有更大的幅度和频率波动,而自然遗址的变化率则不那么明显且相对稳定。植被多样性是生态系统健康和韧性的关键指标,全新世期间植物多样性的变化反映了生态系统对气候和人类干扰的适应能力(Yue等人,2026年)。量化生物组成和多样性的时空变化对于追踪当前的生物多样性危机及其根本驱动因素至关重要,包括气候变化、土地利用变化、污染和入侵物种的传播,以及由生态相互作用形成的内部种群动态(例如,Dornelas等人,2014年;Monchamp等人,2018年;Richardson等人,2006年)。通过计算RoC和多样性,可以识别出由气候事件和人类活动引起的突然环境变化时期(Chen等人,2024a;Chi等人,2025年)。
因此,本研究旨在重建宁绍平原的全新世植被演替,并探讨其与气候变率和人类影响之间的关系。该研究依赖于HMD13岩芯中的高分辨率花粉数据,结合RoC和植被多样性指数的分析。研究结果有望为理解区域生态演化机制和人类活动对生态系统的影响提供科学依据。

区域背景与材料

区域背景

姚江谷位于宁绍平原的东南部,长度约为40公里,宽度约为6公里,平均海拔约3米(Tang,2019年;宁波水利年鉴编委会,2006年)。它北邻慈南山,南接四明山,形成了一个位于区域高地内的低洼盆地。姚江是该山谷最大的水道,向东流淌后汇入宁波平原的奉化河。

岩石学与年代学

HMD13岩芯的岩石学特征如图2所示,14C年龄及相应的年龄模型见图2和表1。我们采用线性外推法估算了HMD13岩芯上部1.0米地层的年龄,这些地层经历了强烈的人类干扰(图2)。大约11.77米(7880±40校正年前)至5.00米(5700±30校正年前)之间的沉积单元缺乏年代控制点,其年龄模型是通过

区域植被与环境历史

风传花粉(AP)可以长距离传播,并携带区域植被信息,在古植被和古气候重建中起主导作用(Li等人,2024b)。相比之下,陆地草本植物生长较低,受到上层树冠的遮蔽,导致近地表风速极弱。因此,它们的花粉传播距离远短于AP,且它们的浮力和水流传输能力也较弱

结论

宁绍平原HMD13岩芯中的花粉记录详细重建了早至中全新世的植被演变、生物多样性和变化率。总体而言,这些结果揭示了宁绍平原从受气候调节的森林生态系统向逐渐受人类活动影响的生态系统的长期转变。早至中全新世的森林更替——表现为落叶橡树和松树的减少以及常绿阔叶植物的扩散——与此过程一致

作者贡献声明

李臻:可视化、软件开发、方法论、数据管理、概念构建、撰写——审稿与编辑、初稿撰写。马春梅:监督、资源协调、项目管理、方法论、资金获取、数据管理、概念构建、撰写——审稿与编辑。佘志静:可视化、数据验证、撰写——审稿与编辑。李海燕:数据管理、撰写——审稿与编辑。邵孔兰:数据管理、撰写——审稿与

利益冲突声明

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工作。

致谢

本研究得到了国家社会科学基金(资助编号20&ZD247)、国家自然科学基金(资助编号42271173)和国家重点研发计划(资助编号2023YFF0804701)的支持。我们感谢中国科学院南京地质古生物研究所的研究员唐凌宇在孢子和花粉鉴定方面的指导和帮助。

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