全新世卡廷加干旱森林最干旱区植被与土壤演变：植硅体证据揭示的气候-生态系统耦合机制

本研究针对巴西卡廷加(Caatinga)干旱森林最干旱区的全新世环境演变难题，采用植硅体(phytolith)分析结合δ13C/δ15N同位素、放射性碳定年等多指标方法，揭示了8千年以来3个关键环境阶段：早期C3植物主导的湿润期（EM I）、中期C4草扩张的干旱化转型期（EM II）及现代稳定期（EM III），为理解半干旱区植被韧性机制和土地可持续利用提供科学依据。

　　

在气候变化加剧的背景下，季节性干旱热带森林作为全球最濒危的生态系统之一，其演化机制研究显得尤为紧迫。巴西卡廷加干旱森林作为新热带区最大且生物多样性最丰富的干旱森林，不仅是连接亚马逊、大西洋森林和巴西稀树草原的生态廊道，还承载着2700万人口的生产生活。然而，这片占巴西国土11%的脆弱生态系统，正面临自18世纪殖民时期开始的持续退化风险，其核心干旱区的环境演变历史却因缺乏针对结晶岩基底薄层土壤的研究而存在认知空白。

为破解这一难题，来自巴西多家科研机构的研究团队在《CATENA》发表了开创性成果。研究选取波尔博雷马高原(Borborema Plateau)结晶岩区的三个典型土壤剖面，创新性地整合植硅体形态学、稳定同位素地球化学和放射性碳年代学方法，首次系统重建了该地区8000年来的环境演变序列。关键技术包括：1) 植硅体组合分析鉴定古植被类型；2) δ¹³C和δ¹⁵N同位素示踪C₃/C₄植物比例及土壤有机质周转；3) AMS ¹⁴C定年建立年代框架；4) 与区域古气候记录对比验证。

研究结果揭示三个环境阶段：

1. EM I阶段（约8-2.7 cal kyr BP）：植硅体组合显示茂密C₃木本植被占优，δ¹³C值(-26‰至-28‰)和较高土壤有机质积累指示湿润气候，对应全新世气候最适宜期。
2. EM II阶段（2.7-1.1 cal kyr BP）：植硅体中短细胞形态增加反映C₄草扩张，δ¹³C值升至-14‰，结合土壤微形态显示的侵蚀特征，标志干旱化加剧和典型卡廷加植被的形成。
3. EM III阶段（1.1 cal kyr BP至今）：植硅体多样性指数稳定，同位素值接近现代，反映生态系统适应干旱的稳态重建。

讨论与意义：
该研究首次证实结晶岩区薄层土壤能完整记录全新世环境变迁，修正了以往仅依赖厚层沉积土壤的认知局限。发现的气候-植被耦合机制表明：1) 中期全新世干旱化触发C₄植物生态位扩张；2) 局部地形通过保持土壤湿度延缓生态系统转型；3) 现代卡廷加植被是千年尺度气候波动的产物。这些发现为预测半干旱区对气候变化的响应提供了历史参照，尤其对制定防止荒漠化的土地管理策略具有指导价值。研究强调必须结合地质背景解读古环境记录，为全球干旱区研究提供了方法学范式。