过去14.2千年间，中国西南部横断山脉地区植被和植物多样性对气候变化的响应

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Response of vegetation and plant diversity to climate change over the past 14.2?ka in the Hengduan Mountains, southwestern China

　　

曾辉|秦峰|大卫·K·弗格森|王宇飞|姚一峰

中国科学院植物研究所植物多样性与特色作物国家重点实验室，北京，中国

摘要

了解气候变暖如何影响山区生态系统的植物多样性是研究过去全球变化的核心问题之一。然而，这一问题仍然没有得到充分理解，尤其是在生物多样性热点地区。在这里，我们通过对来自中国西南部横断山脉的一段170厘米深的土壤样本进行多指标分析——包括花粉分析、颗粒大小测量和燃烧损失测试——来阐明过去14.2千年间植被和植物多样性的变化情况。研究结果表明：1）太阳辐射和印度夏季季风影响了该地区的气候变化，导致针叶林和阔叶林（主要是Pinus、Abies和常绿硬叶Quercus）以及湖岸草本植被之间的交替；2）植物多样性对三次自然变暖事件（B?lling-Aller?d温暖期（14.2–12.8千年前）、新仙女木期结束（12.8–11.5千年前）和全新世气候最适期（6.7–5.3千年前）做出了复杂的响应，具体表现为物种丰富度增加，而Simpson指数、Shannon-Wiener指数和均匀度下降；3）气候变暖通过改变植被结构和组成影响了植物多样性，导致物种在群落中的分布更加不均匀。这些发现不仅为中国西南部山区在未来的气候变暖情景下的生物多样性保护和可持续发展提供了科学依据，也为研究全球类似山区生态系统对气候变暖的响应提供了宝贵的参考。

引言

地球复杂的地形和气候条件造就了山区生态系统极高的生物多样性（Hughes和Atchison，2015；Perrigo等人，2020），这些生态系统占据了全球36个生物多样性热点中的近一半。这些生态系统特别容易受到气候变化的影响（Koenig，2016；Manes等人，2021）。现代观测和建模研究表明，植物物种可能会向高海拔地区迁移以应对气候变暖（Gottfried等人，2012；Moradi等人，2025），这导致低海拔地区的特有物种减少，而高海拔地区的特有物种增加（Moradi等人，2025；Steinbauer等人，2018；Telwala等人，2013），并可能引发山区特有物种的灭绝（Dullinger等人，2012；Kidane等人，2019）。总体而言，这些研究表明植物多样性对气候变化的响应具有线性特征，这突显了理解这种动态对于有效保护工作的重要性。

目前地球生物多样性的分布被广泛认为是生物进化与环境变化相互作用的结果，当代的多样性是历史过程的延续。因此，仅关注近期变化无法全面理解其背后的驱动因素；长期视角对于理解随时间变化的生物多样性过程至关重要（Liang等人，2019）。鉴于当前全球变暖带来的严重威胁（Malcolm等人，2006），研究过去的气候变暖事件至关重要。此类研究可以为预测未来的生物响应和制定有效的保护策略提供宝贵的科学见解和实践工具（Connor等人，2024；Fordham等人，2020）。

横断山脉位于青藏高原的东南边缘，被认为是世界上最重要的生物多样性热点之一（Koenig，2016）。该地区拥有泛青藏高原（包括青藏高原、喜马拉雅山脉、横断山脉和中亚山脉）最高的维管植物和特有物种多样性（Liu等人，2022）。横断山脉既是独特生物多样性的“泵”也是“汇”（Cao等人，2025），在维持区域和全球生态稳定方面发挥着关键作用。以往的研究主要集中在第四纪晚期的植被演替（Jarvis，1993；Xiao等人，2014；Yao等人，2015，Yao等人，2017）、东亚和印度夏季季风的演变（Trivedi等人，2020；Zhang等人，2016）、古气候和古环境重建（Chen等人，2014；Song等人，2012；Wang等人，2016；Yao等人，2020），以及近期气候变化和人类活动的影响（Kramer等人，2010；Wang等人，2020；Yao等人，2023）上。然而，关于植物多样性如何应对过去的气候变暖事件的研究相对较少（Li等人，2025；Wang等人，2018）。

花粉分析是重建过去植被和气候变化的有效工具（Figueroa-Rangel等人，2010；Ivory等人，2018；Yue等人，2024）。现代花粉研究表明，花粉多样性与区域植物多样性之间存在一定相关性（Connor等人，2021；Jantz等人，2014；Jiang等人，2025）。这种关系使得可以利用沉积序列中保存的化石花粉多样性来推断沉积时的历史植物多样性（Wang等人，2018；Weng等人，2007）。通过分析地层序列中的花粉组合，我们可以了解植物群落随时间的变化情况，从而帮助我们重建过去的环境条件，并加深对生态系统对气候变化响应的理解。

本研究采用了一种综合的多指标方法——花粉分析、沉积物颗粒大小测量和燃烧损失测试（LOI）——对横断山脉南部玉龙雪山的一个土壤样本进行了分析，以重建14.2千年以来的环境变化。通过结合这些指标，研究旨在阐明这一时期的植被动态、植物多样性、气候变率和生态条件。此外，将这些发现与其他横断山脉地区的记录相结合，有助于我们更好地理解气候变暖对山区生态系统的影响，特别是在植被组成和生物多样性方面。预计这些结果将为全球在当前和未来气候变暖情景下的生物多样性保护工作提供重要的科学见解。

章节摘录

研究地点

文海（北纬26°59′48″，东经100°10′10″，海拔3089米）位于中国西南部横断山脉东南部的丽江市以北的玉龙雪山南坡（图1a，b）。该地区具有明显的垂直植被带谱（图1d）。在2400米至3100米之间，植被以Pinus森林为主（主要是Pinus yunnanensis Franch.），生长在相对温暖干燥的气候条件下。

年代学和沉积作用

使用R 4.2.0中的Bacon包2.2的贝叶斯年龄-深度建模函数（Blaauw和Andres Christen，2011）基于五个AMS ¹⁴C测年数据（表S1）构建了WH1的年龄-深度模型（图2）。该模型显示：170–140厘米深度范围内的沉积速率为0.11毫米/年，140–75厘米为0.13毫米/年，75–50厘米为0.37毫米/年，50–25厘米为0.04毫米/年，25–10厘米为0.95毫米/年。极低的沉积速率可能表明在50–25厘米深度处存在沉积间断。

14.2千年以来文海的植被、气候和环境变化

WH1样本位于文海村，海拔3098米，毗邻一个封闭的冰川湖——文海湖，该湖泊的水源来自降雨和周围山脉的冰川融水（Yao等人，2015）。WH1中的花粉组合以乔木类（例如Pinus、Abies、Quercus、Betula）和非乔木类（例如Artemisia、Cyperaceae、Polygonaceae、Ranunculaeae）为主，总体反映了针叶林和阔叶林以及湖岸草本植被的混合特征。

结论

基于对WH1土壤样本中的花粉、颗粒大小和LOI的综合分析，我们重建了14.2千年以来玉龙雪山南坡的植被、植物多样性、气候和环境的变化。主要结论如下：

(1)

研究地点周围的植被经历了从森林扩张和湖岸植被收缩（14.2–6.7千年前）到森林收缩和湖岸植被扩张（自6.7千年前至今）的过程。

CRediT作者贡献声明

曾辉：撰写——初稿、方法论、正式分析、数据管理。秦峰：撰写——审稿与编辑、方法论、调查、正式分析。大卫·K·弗格森：撰写——审稿与编辑。王宇飞：撰写——审稿与编辑、监督。姚一峰：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、监督、项目管理、调查、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

我们感谢丽江森林生物多样性国家观测与研究站提供的野外工作支持。本研究得到了国家自然科学基金（项目编号42472005、42077416）的资助。