基于古湖沼学记录揭示的立陶宛南部晚冰期至早全新世过渡期的环境变化

《Biology》：Environmental Changes During the Late Glacial and Early Holocene Transition Revealed by Palaeolimnological Record from Southern Lithuania Gra?yna Kluczynska, Neringa Gastevi?ien? and Vaida ?eirien?

　　

本研究基于立陶宛南部?epkeliai沼泽的枝角类（Cladocera）、植物大化石和硅藻集成分析，重建了晚冰期至早全新世过渡期的古环境。其目的是评估古环境变化，重点关注营养状态、酸化和水位波动，并探讨这些生物组合作为温度敏感指标的适用性。研究结果显示，沉积约始于13,200–13,000 cal yr BP（校正年），发生于一个较深、贫营养的冷水古湖盆。推断的古环境变化与GI-1b事件（Gertsenzee振荡）相关。约13,000 cal yr BP时发生了显著的生态转变，转为较浅、温暖、生态多样的环境，这与GI-1a（Aller?d）期一致。新仙女木期（12,850–11,650 cal yr BP）的特征是湖面上升、贫-中营养和高透明度水质。新仙女木期末（约12,000 cal yr BP）记录了气候变暖和水位下降。强烈的古湖盆沼泽化过程始于约9700 cal yr BP的北方期。一个短暂的“9.2”降温事件被记录在约9200–9000 cal yr BP。所得结果为波罗的海东南部地区冰后期古环境动态提供了新见解。

一、研究背景、问题与目的

当前，气候变化对生物多样性产生显著影响。为准确评估和预测这些变化的程度、成因及未来趋势，需了解这些过程在更长时间尺度上的演变。晚冰期至早全新世过渡期经历了短期、快速的气候变化，与当前世纪预测的情景类似，特别是新仙女木期末和全新世初的快速升温趋势，被认为可能是过去气候的相似型。为深入理解该时期的复杂自然过程，需要最精确的区域数据。尽管波罗的海东北部地区近期已开展了更多湖相沉积记录的详细研究，但绝大多数研究基于孢粉分析，硅藻、枝角类等生物指标可提供关于过去湖泊水位、营养状态和水生生态系统结构的宝贵信息。然而，立陶宛此前尚未开展基于枝角类的古生态学研究。本研究旨在填补该空白，通过集成枝角类、硅藻和植物大化石分析，重建?epkeliai沼泽晚冰期至早全新世过渡期的古环境变化，重点关注营养状态、溶解矿物盐、水位波动以及这些生物群落对气候变化的响应，以增进对波罗的海东南部地区冰后期古环境动态的认识。

二、主要技术方法概述

研究在立陶宛东南部?epkeliai湿地复合体（54°00′48.54″ N; 24°37′01.02″ E）进行。使用俄式泥炭钻获取了700–1500 cm深度的沉积岩芯。通过烧失量（Loss-on-ignition, LOI）分析评估有机质含量。年代框架基于16个放射性碳（¹⁴C）测年数据，使用IntCal20曲线校准。枝角类分析对112个1 cm³沉积样品进行处理，鉴定至少200个残骸。硅藻分析对样品进行酸碱处理去除碳酸盐和有机质，鉴定至少500个硅藻壳体。植物大化石分析对晚冰期段39 cm³样品进行湿筛和鉴定。数据分析使用TILIA软件，分区采用CONISS聚类分析。

三、研究结果

3.1 岩性与烧失量（LOI）

沉积序列主要由各类腐泥组成。剖面最下部（1500–1410 cm）为砂质黑色腐泥，富含陆源物质（约50–65%），有机质含量较低（约27–33%）。向上有机质含量逐渐增加，在1034–1050 cm处达85%，反映生物生产力提高和沉积环境稳定化。

3.2 年代学

700–1500 cm沉积段对应约13,200–7650 cal yr BP。年龄-深度模型显示，盆地沉积始于约13,200–13,000 cal yr BP，早期为富含矿物质的沉积，表明沉积环境不稳定。约10,900 cal yr BP后有机质增加指示环境稳定，约9200 cal yr BP后陆源输入增加反映沉积再度不稳定。

3.3 枝角类组合

鉴定出29个枝角类分类单元，归入4科。根据物种组成和丰度变化划分为8个局部枝角类组合带（LCAZ-1至LCAZ-8）。LCAZ-1（1489–1457 cm）以浮游类（尤其是Bosmina longirostris）为主。LCAZ-2（1457–1355 cm）转变为沿岸类优势。LCAZ-3（1355–1205 cm）浮游类再次占优。后续各带记录了物种丰度的复杂波动，反映了水位、营养状态和温度的连续变化。

3.4 硅藻组合

鉴定出92个硅藻物种，归入27属，划分为6个局部硅藻带（LDAZ-1至LDAZ-6）。LDAZ-1（1450–1352 cm）以附生类为主。LDAZ-2（1352–1159 cm）浮游类增加。LDAZ-3至LDAZ-6记录了从浮游优势到附生优势的转变，以及物种多样性的变化，反映了营养水平、水位和透明度的演变。

3.5 植物大化石组合

晚冰期段（1200–1490 cm）植物大化石分析划分出2个局部大化石组合带（LMAZ-1和LMAZ-2）。LMAZ-1（1490–1406 cm）中水生植物化石较少，以轮藻（Chara sp.）为主，存在Cristatella mucedo休眠芽。LMAZ-2（1406–1200 cm）中水生和湿地植物大化石丰度和分类丰富度降低。

四、讨论与结论

讨论部分总结：

研究综合多指标数据，详细讨论了晚冰期（13,200–11,650 cal yr BP）和早全新世（11,650–8200 cal yr BP）的环境演变序列。晚冰期初期（约13,200 cal yr BP），古湖盆为较深、贫营养的冷水环境，对应于GI-1b事件。约13,000 cal yr BP（GI-1a，Aller?d期），气候变暖导致水体变浅、变暖，生态多样性增加，沿岸生境发展。新仙女木期（12,850–11,650 cal yr BP）以湖面上升、贫-中营养和高透明度为特征，反映了气候变冷导致的蒸发减少和湿度增加。新仙女木期末（约12,000 cal yr BP）出现气候变暖和水位下降信号。早全新世初期，气候进一步变暖，水体变浅，营养水平呈现从中营养向富营养化发展的趋势。约9700 cal yr BP（北方期），强烈的沼泽化过程开始，反映在有机质含量剧增和生物组合的显著变化上。约9200–9000 cal yr BP记录了一个短暂的“9.2”降温事件。多指标结果相互印证，并与波罗的海区域其他研究记录具有良好可比性。

研究结论翻译：

近期在?epkeliai泥炭沼泽开展的枝角类、硅藻和植物大化石研究，为重建该地晚冰期和早全新世的环境历史提供了机会。古湖盆发育的初始阶段（13,200–13,000 cal yr BP）以较深、贫营养和冷水条件为标志，可与GI-1b事件（Gertsenzee振荡）对比。约13,000 cal yr BP观察到显著的生态转变，转向更浅、更温暖、生态更多样化的沿岸系统。这一转变由渐进的气候变暖驱动，并伴随着水生生产力和大型植物定殖的增加，与GI-1a（Aller?d）增温期一致。12,850–11,650 cal yr BP时期（GS-1；新仙女木期）初期以湖面上升和贫-中营养、高透明度水质条件的发展为特征。耐热物种与适应寒冷物种共存表明整个时期环境条件并不稳定。新仙女木期末，约12,000 cal yr BP，枝角类组成的变化记录了气候条件改善和水位下降。同时，硅藻群落的显著变化出现在约11,500 cal yr BP，即前北方期之初。这个过渡期的特征是改善的气候条件促进了浅水环境、低透明度和富营养化趋势。强烈的古湖盆沼泽化过程始于约9700 cal yr BP（北方期），这由所研究的动物区系和植物区系的变化以及有机质含量的增加所证明。枝角类和硅藻分类单元组成的变化使我们能够记录到一个短暂的“9.2”降温事件，约发生在9200–9000 cal yr BP。所得数据表明，使用多种生物指标进行古环境重建具有高度互补性，显著增强了每个指标所提供的信息，从而产生更可靠的解释。环境重建的结果与之前在立陶宛及邻近地区开展的研究完美吻合，增加了我们对波罗的海东南部地区冰后期古环境动态的认识。