GDGTs揭示的青藏高原阿里地区夏达错晚全新世古水文波动历史

李秀美，王芸，范宝伟，刘苏涛，王一涵，闫军辉，王明达; Li Xiumei; Wang Yun; Fan Baowei; Liu Sutao; Wang Yihan; Yan Junhui; Wang Mingda

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GDGTs揭示的青藏高原阿里地区夏达错晚全新世古水文波动历史^*

doi: 10.18307/2025.0354

李秀美¹ ，王芸¹ ，范宝伟¹ ，刘苏涛² ，王一涵¹ ，闫军辉¹ ，王明达³

1. 信阳师范大学地理科学学院，河南省水土环境污染协同防治重点实验室，信阳 464000

2. 兰州大学资源环境学院，西部环境教育部重点实验室，兰州 730000

3. 辽宁师范大学地理科学学院，大连 116029

基金项目: 国家自然科学基金项目（41901105）；河南省自然科学基金项目（242300421371）；河南省高等学校青年骨干教师培养计划项目（2023GGJS096，2020GGJS158）；河南省本科高校研究性教学改革研究与实践项目（2022SYJXLX062）；河南省软科学研究计划项目（252400411087）；信阳师范大学研究生科研创新基金项目(2024KYJJ086) ；信阳师范学院“南湖学者奖励计划”青年项目联合资助

Late Holocene paleohydrological history of Xiada Co in Nagri Prefecture of Tibetan Plateau revealed by GDGTs^*

Li Xiumei¹ ， Wang Yun¹ ， Fan Baowei¹ ， Liu Sutao² ， Wang Yihan¹ ， Yan Junhui¹ ， Wang Mingda³

1. School of Geographical Sciences, Xinyang Normal University, Henan Key Laboratory for Synergistic Prevention of Water and Soil Environmental Pollution, Xinyang 464000 , P.R.China

2. Key Laboratory of Western China's Environmental Systems (Ministry of Education), College of Earth and Environmental Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000 , P.R.China

3. School of Geography, Liaoning Normal University, Dalian 116029 , P.R.China

摘要

近几十年，全球气候变暖日益加剧，极端气候事件频发，导致区域水文过程和能量平衡发生显著变化，对人类的生存和社会的可持续发展造成极大的威胁。青藏高原湖泊水位变化对人类活动和气候变化响应极为敏感。重建该区湖泊古水位变化，并探究其与气候变化和人类活动的关系，对妥善应对高原地区未来气候变化具有重要意义。本研究以青藏高原西部人类活动遗址边缘的夏达错为研究对象，通过对湖泊沉积物中的甘油二烷基甘油四醚（GDGTs）进行分析，基于crenarchaeol在isoGDGTs中的相对丰度重建了夏达错地区晚全新世的古水位波动记录；结合湖芯GDGTs重建的温度记录以及粪甾烷醇重建的人类活动记录，探究晚全新世夏达错流域水文气候变化对人类活动的影响。结果表明：（1）在4700—950 cal a BP期间，湖泊水位整体呈上升趋势，在2750 cal a BP、2220 cal a BP和1000 cal a BP左右观察到了3个较高的湖平面；在950 cal a BP左右湖水位突然降低并维持在较低水平，在约300 cal a BP达到最低值。（2）夏达错地区过去4700年的水文变化主要受控于印度夏季风强度变化，与降水和温度等气候条件密切相关。（3）夏达错地区湖泊水位变化对人类活动产生了较大影响，湖泊水位的急剧上升和频繁波动可能会导致流域人口数量的降低。本研究可以丰富青藏高原西部地区晚全新世气候环境变化的信息资料，为人类有效应对未来气候变化提供经验借鉴。

关键词

GDGTs / 夏达错 / 晚全新世 / 古水文 / 青藏高原

Abstract

Increasing global warming and frequent occurrence of extreme weather and climate events in recent decades have led to significant changes in regional hydrological processes and energy balances, posing a great threat to the survival of human and the sustainable development of societies. Lake level changes in the Tibetan Plateau are extremely sensitive to human activities and climate change responses. Reconstructing the palaeohydrological changes of lakes in the region and exploring their relationship with climate change and human activities are of great significance for properly addressing future climate change on the Tibetan Plateau. In this study, we selected Xiada Co at the edge of human activity relic on the western Tibetan Plateau as the research subject, and reconstructed record for paleohydrological fluctuations in the Xiada Co based on %cren by analyzing glycerol dialkyl glycerol tetraether lipids (GDGTs) in lake sediments. Combined with the temperature record reconstructed from GDGTs and human activity proxies by analyzing modern fecal stanol compounds, investigating the impacts of late Holocene hydrologic climate change on human activities in the Xiada Co. The main conclusions of this study are as follows: (1) During 4700-950 cal a BP, Xiada Co has an overall upward trend. There were three higher lake planes observed around 2750 cal a BP, 2220 cal a BP, and 1000 cal a BP. The lake level suddenly lowered around 950 cal a BP and remained low, reaching a minimum at about 300 cal a BP. (2) Hydrological variations over the past 4700 years in the Xiada Co have been largely controlled by changes in the intensity of the Indian summer monsoon, which are closely related to climatic conditions such as precipitation and temperature. (3) Lake level changes in the Xiada Co have greatly impacted human activities, and sharp increases and frequent fluctuations in lake levels may lead to a decrease in the number of people in the watershed. This study can enrich the information of the late Holocene climate and environmental changes in the western part of the TP and provide experience for human beings to respond to future climate change effectively.

Keywords

GDGTs / Xiada Co / late holocene / paleohydrology / Tibetan Plateau

1 材料与方法 1.1 研究区概况 1.2 样品采集 1.3 夏达错沉积岩芯定年 1.4 GDGTs的提取与分析 1.5 GDGTs各指标计算 2 结果 2.1 夏达错GDGTs化合物的分布特征 2.2 过去4700年夏达错湖芯GDGTs指标记录的变化特征 2.2.1 %cren 2.2.2 温度 3 讨论 3.1 夏达错湖泊沉积物中GDGTs的来源 3.2 GDGTs重建的夏达错过去4700年湖泊水文变化 3.3 过去4700年夏达错水文变化的驱动机制 3.4 夏达错晚全新世水文变化对区域人类活动的影响 4 结论

气候变化是当今社会面临的全球性问题，研究过去的气候变化有助于理解当前人类生存环境的变化机制，进而妥善应对未来气候环境变化的挑战。青藏高原作为气候变化敏感区^[1]，是古气候重建研究的理想区域。高原上分布着全球海拔最高、面积最大的高原湖泊群。湖泊对气候变化的响应敏感，过去的湖泊水文记录不仅可以反映气候和环境变化，还揭示了气候和水文变异之间的潜在联系^[2-3]。水位是湖泊水文特征的重要指标，对人类干预和气候变化响应非常敏感^[4]。湖泊水位的极端波动还可能会导致洪涝或干旱灾害进而影响区域人类活动。利用湖泊水位代用指标重建青藏高原湖泊古水位，并探究其与气候变化和人类活动的关系，可为人类有效应对未来气候变化提供经验借鉴。

近年来，研究发现来源于微生物膜脂的四醚化合物（甘油二烷基甘油四醚，简称GDGTs化合物）^[5]具有重建湖泊古水位的潜力。根据生物来源、碳链结构等差异，GDGTs主要分为两类，一类是来源于古菌的类异戊二烯GDGTs（isoprenoid GDGTs，简称isoGDGTs）；另一类则是由细菌合成的支链GDGTs（branched GDGTs，简称brGDGTs）。isoGDGTs在湖泊环境中分布广泛^[6]，研究表明isoGDGTs中的crenarchaeol（cren）与湖泊水深显著相关^[7]，cren在isoGDGTs中的相对丰度（%cren）被认为是湖泊水位潜在的代用指标^[8]，并已有学者将其应用到湖泊的古水位重建中^[8-9]。目前，青藏高原地区大型内陆湖泊利用GDGTs定量重建古水位的研究陆续开展^[5，10]，然而，GDGTs在青藏高原地区小型封闭湖泊的古水位研究中鲜有应用。因此，基于isoGDGTs的%cren能否作为有效的代用指标，重建青藏高原地区小型封闭湖泊的古水位变化是值得探究的科学问题。

青藏高原西部边缘的夏达错是史前人类活动的重要遗址，其湖泊水位变化历史可为理解该区史前人类活动提供宝贵的环境背景。本文以夏达错为研究对象，通过分析其湖芯中的GDGTs化合物，利用%cren重建晚全新世以来湖泊的水位变化记录，对比基于该沉积岩芯XRF重建的湖泊水位记录，验证%cren重建记录的可靠性；结合气候变化记录和人类活动记录，分析晚全新世夏达错流域水文气候变化对人类活动的影响。本研究可以丰富青藏高原西部地区晚全新世湖泊水文气候变化的信息资料，为人类有效应对未来气候变化提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

夏达错（33°23′31″N，79°21′47″E，海拔4358 m），又名沙达尔错，面积约为8 km²^[11]（图1）。该湖泊是位于青藏高原西部的小型封闭淡水湖泊，湖盆外围被山地环绕，湖水的主要来源为降水，也有少量的冰川融水补给。根据2020年实地观测，夏达错湖水的最大水深约为20 m，pH为7.01，湖水盐度为0.18 g/L且垂直剖面上基本不变^[12]。根据位于夏达错东南方向、相距约120 km狮泉河气象站（32°30′N，80°05′E，海拔4278.6 m）^[13]的现代气象观测数据，夏达错所在地区2005—2023年期间的年均温为2.2℃，年均降水量为92.8 mm，具有典型的季风区气候特征以及明显的藏北高原寒冷干旱-半干旱气候特征。夏达错是青藏高原史前人类活动的重要遗址，考古学家在此发现了大量石器制品和八千多前的磨制石针^[14]。

图1（a）夏达错地理位置；（b）夏达错流域

Fig.1(a) Location of Xiada Co; (b) Catchment of Xiada Co

1.2 样品采集

2014年夏季，使用手持测深仪在夏达错湖泊选取深度较大且地形相对平缓的区域，利用Uwitec公司生产的漂浮式采样平台及长度为300 cm、内径为60 mm的深钻采样器对夏达错进行长湖芯样品钻取。在水深19 m处采集长度为273 cm的湖泊岩芯（XDC2014-1）。样品采集之后，采用Uwitec分样器对样品进行分样，前100 cm按0.5 cm间隔分样，100 cm以后按1 cm间隔分样。样品分样完成之后进行冷冻保存^[15]。

1.3 夏达错沉积岩芯定年

李秀美对XDC2014-1沉积岩芯的年龄深度模型进行了详细探讨^[16]。XDC2014-1上层10 cm的样品年龄基于²¹⁰Pb与¹³⁷Cs定年，10 cm以下的岩芯基于AMS ¹⁴C定年（图2）。由于XDC2014-1岩芯缺少植物残体，因此主要依赖全样有机质来确定其AMS ¹⁴C年龄。湖泊沉积物全样有机质¹⁴C定年会受到“碳库效应”的影响，而且青藏高原湖泊沉积物的碳库年龄在长时间尺度内会发生变化^[17]。因此，想要获得高精度、可靠的定年结果，就需要对湖泊沉积物的“碳库效应”进行校正。XDC2014-1岩芯的总有机碳（TOC）含量在80 cm处发生了显著变化，因此可以推断沉积速率在此处也发生了显著变化。而沉积速率的变化可能会对碳库年龄产生重大的影响^[17]。因此，为了建立更加准确的湖芯年龄-深度模型，本研究将夏达错湖芯以80 cm深度为界分为两段，分别计算0~80 cm和80 cm以下两个部分的碳库年龄。对于所有的14C数据，首先使用CALIB 7.0.2校准为日历年龄。通过对岩芯上部两个校正后的日历年龄进行线性回归，得到深度为0 cm的岩芯年龄为2972 cal a BP，将这个年龄视为岩芯上部的平均碳库年龄。进一步分析显示，8 cm深度的岩芯年龄为3038 cal a BP，而根据²¹⁰Pb的定年结果，这一深度的年龄为0 a BP（1950 CE），因此3038 a也可视为该段的碳库年龄。最终，取两个碳库年龄的平均值（3005 a）作为岩芯上部的碳库年龄。将80 cm以下4个校正后的日历年龄进行线性拟合，得到深度为80 cm处的岩芯日历年龄为4199 cal a BP，然而80 cm深度处扣除碳库年龄后的校正年龄为634 cal a BP。因此，将两者年龄之差（3565 a）作为80 cm以下的碳库年龄。最后，将扣除碳库年龄后的14C年龄分两段与深度进行线性回归，得到整根湖泊岩芯的年龄-深度模型^[18]（图2）。

1.4 GDGTs的提取与分析

样品冷冻干燥后，取约5 g装入60 mL样品瓶中，加入二氯甲烷和甲醇的混合试剂（体积比为9∶1）进行超声波提取（3次）。提取物使用活化过的氧化铝进行分离，分别用正己烷/二氯甲烷（体积比为9∶1）和二氯甲烷/甲醇（体积比为1∶1）洗脱非极性馏分和极性馏分。提取液在氮气流中浓缩，然后用正己烷/异丙醇（体积比为99∶1）溶解。在分析含化合物溶液之前，使用0.2 μm聚四氟乙烯（PTFE）过滤器过滤。

图2夏达错XDC2014-1岩芯的年龄-深度模型（修改自文献^[18]）（a）岩芯顶部10 cm的²¹⁰Pb与¹³⁷Cs测年结果;（b）岩芯¹⁴C年龄校正

Fig.2Age-depth model of sediment core XDC2014-1（adapted from reference^[18]） (a) The ages of the upper 10 cm were determined by ²¹⁰Pb and ¹³⁷Cs dating; (b) core ¹⁴C age correction

采用中国科学院青藏高原研究所的高效液相色谱-常压化学电离-质谱仪（Agilent 1260 HPLC+6100 MS），配备自动进样器对GDGTs进行分析。将3根硅胶柱串联分离GDGTs（Hypersil GOLD Silica，100 mm ×2.1 mm，1.9 μm），测样柱温度为40℃，流速为0.2 mL/min，样品进样量为20 μL，流动相中A为正己烷，B为正己烷与异丙醇的混合试剂（体积比为9∶1）^[19]。采用离子扫描模式（SIM）提取所需化合物，扫描质荷比（m/z）分别为1302、1300、1298、1296、1292、1050、1048、1046、1036、1034、1032、1022、1020、1018、744的化合物。其中isoGDGTs的m/z分别为：1302、1300、1298、1296、1292，brGDGTs的m/z分别为1050、1048、1046、1036、1034、1032、1022、1020、1018。GDGTs化合物的含量采用外标法进行确定，所选GDGTs的结构和名称参照文献^[19]。

1.5 GDGTs各指标计算

%cren根据 Wang 等建立的公式^[5]计算：

% cren = \frac{crenarchaeol}{G D G T - 0 + G D G T - 1 + G D G T - 2 + G D G T - 3 + crenarchaeol + {crenarchaeol}^{'}} \times 100

(1)

古菌GDGT-0在isoGDGTs中的相对丰度（%GDGT-0）根据 Sun等建立的公式^[20]计算:

% G D G T - 0 = \frac{G D G T - 0}{GDGT-0 + GDGT-1 + GDGT-2 + GDGT-3 + crenarchaeol + crenarchaeol} \times 100

(2)

夏达错温度记录根据 Wang等构建的温度校正方程^[21]计算：

I = \frac{A \times T + B}{1 - (A \times T + B)} \times (I I I + I I) + \frac{C \times T + D}{1 - (C \times T + D)} \times (I I I^{'} + I I^{'})

(3)

式中，A和B分别为MBT′₅与温度（T）之间关系的斜率和截距；C和D分别为MBT′₆与温度（T）之间关系的斜率和截距; I为brGDGTs 4-甲基化合物浓度；III+II分别为brGDGTs 5-甲基和6-甲基化合物浓度；III′+II′分别为brGDGTs 5-甲基和6-甲基异构体化合物浓度^[21]。

2 结果

2.1 夏达错GDGTs化合物的分布特征

在夏达错湖泊沉积物中，isoGDGTs的组成差异很大（图3a），不携带任何五元环以及六元环结构的GDGT-0的含量最高，其%GDGT-0范围为82.45%~98.45%，平均值为94.13%；其次为GDGT-1和cren，分别占isoGDGTs系列化合物总量的2.55%和2.30%，相比之下，GDGT-2和GDGT-3的相对含量较低，仅占总量的0.92%和0.18%，cren的异构体crenarchaeol′（cren′）含量最低，部分样品无法检测到。所有样品均可检测到brGDGTs系列化合物（图3b）。brGDGTs的分布以IIIa、IIIa′、IIa、IIa′和Ia为主，占brGDGTs系列化合物总量的83%，相比之下，IIIb、IIIb′、IIIc、IIIc′、IIc、IIc′和Ic的相对含量较低。进一步分析显示，夏达错岩芯沉积物中，Ⅱ类brGDGTs（碳链含5个甲基数）的含量最高，约占brGDGTs化合物总量的41%；其次是Ⅲ类brGDGTs（碳链含6个甲基数），其含量约占38%，而I类brGDGTs（碳链含4个甲基数）的含量最低，仅占21%。

图3夏达错湖芯XDC2014-1沉积物中GDGTs的分布特征：（a）isoGDGTs；（b）brGDGTs

Fig.3Distributional pattern of GDGTs in core XDC2014-1 forXiada Co: (a) isoGDGTs; (b) brGDGTs

2.2 过去4700年夏达错湖芯GDGTs指标记录的变化特征

2.2.1 %cren

过去4700年夏达错湖芯中%cren值在0.20~12.08范围内波动，平均值为2.32（图4a）。在4700—950 cal a BP期间，其值整体呈上升趋势且相对较高，平均值为4.45；在2750 cal a BP、2200 cal a BP和1000 cal a BP左右呈现出较为明显的峰值。在950—100 cal a BP期间，%cren值急剧下降并保持在较低水平，在300 cal a BP达到极低水平。

2.2.2 温度

研究发现湖泊brGDGTs的5-甲基和6-甲基异构体对环境因子的响应存在显著差异^[22-23]。brGDGTs异构体比例变化可能会影响brGDGTs温度指标的可靠性。最近，Wang等开发了基于brGDGTs 5-甲基和6-甲基两组化合物来定量重建温度的新方法，该方法能够有效解决异构体比例变化对brGDGTs温度指标的影响问题^[21]。本研究利用Wang等开发的新方法定量重建了夏达错地区的温度记录^[21]（图4b）。该温度记录显示过去4700年夏达错整体呈降温趋势，在4700—2300 cal a BP之间，温度整体上处于较高的水平；在2200 cal a BP 左右，夏达错地区温度急剧下降，并维持在较低值；500—300 cal a BP 为该地区过去4700年的温度最低值。夏达错所重建的温度记录与高原西部崇测冰芯氧同位素重建的温度序列^[24]以及郭扎错氧同位素所反映的温度变化记录^[25]在总体上变化一致，共同揭示了高原西部地区在过去4700年的降温趋势，表明该地区温度变化的区域性特征。

图44700年来夏达错湖芯基于GDGTs 指标的记录：（a）%cren；（b）温度

Fig.4GDGTs records for core XDC2014-1 at Xiada Co since4700 cal a BP: (a) %cren; (b) temperature

3 讨论

3.1 夏达错湖泊沉积物中GDGTs的来源

在湖泊沉积物中发现的GDGTs可能有两种潜在的来源，即湖泊原位产生和土壤输入。在使用相关代用指标前，确定GDGTs的来源至关重要^[26]。在前期工作中，对比了夏达错沉积岩芯的brGDGTs数据和来自青藏高原湖泊、土壤的brGDGTs数据，发现夏达错湖芯沉积物中brGDGTs与青藏高原湖泊表层沉积物的来源一致，皆以湖泊自生来源为主^[18]。绝大多数古菌都可以产生isoGDGTs，如奇古菌、产甲烷古菌、泉古菌等。但是，不同类群的古菌产生isoGDGTs的种类和比例存在差异^[27]。来源于奇古菌的cren以及cren′是指示氨氧化古菌的标志性化合物^[28-29]，主要分为两种类型，一类是在海洋水柱中占主导的氨氧化奇古菌Group I.1a^[30-32]，另一类则是在土壤环境中占主导的奇古菌Group I.1b。在复杂的湖泊环境中，奇古菌Group I.1a和Group I.1b均有分布^[33-34]，然而这两类古菌合成的cren与cren′相对含量之间存在着差异，其中Group I.1a 比Group I.1b合成相对高含量的cren，因此通过两者的比值（cren/cren′）可以判定氨氧化古菌的类型^[35]。在本研究中，部分样品未检测到cren′，基于成功检测到的cren′数据，本研究计算得出cren/cren′指标的变化范围为20~86，结合前人已发表的结果^[36]，指示夏达错湖泊环境中Group I.1a型占主导，夏达错沉积物中isoGDGTs的陆源输入影响较小。此外，研究表明若湖泊isoGDGTs以非湖泊原位产生为主，则同一区域的湖泊应具有相似的isoGDGTs分布^[8]。因此本文将夏达错湖泊沉积物中的isoGDGTs与距离夏达错约33.1 km的班公错湖泊沉积物以及青藏高原地区土壤isoGDGTs的分布特征进行了比较（图5）。结果表明，夏达错与班公错湖芯沉积物虽然均以GDGT-0为主，但浓度差异显著。夏达错湖芯GDGT-0的相对丰度（94.13%）高于班公错（68.82%），而其它isoGDGTs化合物的相对丰度均低于班公错。这表明夏达错湖泊isoGDGTs可能以湖泊原位产生为主。青藏高原土壤样品中，cren的含量最高，达到了48.08%，其次是GDGT-0，含量为33.22%，GDGT-3含量最低，仅为3.06%。相比之下，夏达错湖泊沉积物中，GDGT-0含量最高，达到94.13%，其次是GDGT-1，含量为2.55%，cren′含量最低，部分样品无法检测到。这进一步说明夏达错沉积物中isoGDGTs的陆源输入影响相对较小。据此可以推断本研究区湖泊沉积物中isoGDGTs主要是湖泊原位产生的，这与以往在整个青藏高原进行的研究结果一致^[37]。

图5夏达错与班公错湖泊岩芯及青藏高原土壤^[38]中isoGDGTs化合物分子的相对丰度分布

Fig.5Distribution of the relative abundance of isoGDGTs in lake cores from Xiada Co and Bangong Co and soils of the Tibetan Plateau^[38]

3.2 GDGTs重建的夏达错过去4700年湖泊水文变化

目前，cren已被证实是氨氧化奇古菌独特的生物标志物^[39]，且偏好于深水区的低营养微氧环境，表明cren具有反映水深变化的潜力^[6]。%cren被认为是重建湖泊水位的有效代用指标。Wang等通过对亚洲中纬度55个湖泊收集到的70个表层沉积物样本中的古菌四醚脂进行研究表明，在中纬度亚洲湖泊中，%cren与水深呈显著正相关，并将此指标应用于青海湖古水位重建^[8]；Kou等通过对青藏高原83个湖泊108个表层沉积物样本的isoGDGTs进行研究，认为%cren、%OH-GDGTs和cren/cren′对水深敏感，是潜在的湖泊水位指标^[38]；Sun等利用%cren和cren/cren′重建了程海更新世-全新世过渡时期的湖泊水位^[20]；Chen等利用%cren重建了秦岭大爷湖过去两千年湖泊水位的变化^[9]。为了验证该指标在夏达错的可靠性，本研究将%cren重建的古水位结果与之前利用XRF扫描元素重建的该湖泊水位结果进行比较^[40]。

夏达错地区基于%cren的湖泊水位波动记录表明（图6a），4700—950 cal a BP期间，湖泊水位整体呈上升趋势，在2750 cal a BP、2220 cal a BP和1000 cal a BP左右观察到了3个较高的湖平面。950 cal a BP左右%cren的值突然下降并维持在较低水平，大约300 cal a BP达到最低值。Li等对夏达错湖芯XRF扫描元素进行了分析，发现ln（Fe/Mn）可以用作湖泊水位的代用指标^[40]。夏达错地区基于ln（Fe/Mn）重建的湖泊水位变化记录表明（图6b），在4700—950 cal a BP期间湖泊水位较高，在2500 cal a BP左右湖泊水位上升，在2300—2150 cal a BP期间湖泊水位保持相对较高，并且在1000 cal a BP左右达到较高的湖平面，在900—0 cal a BP期间夏达错湖泊水位下降，并在300 cal a BP左右达到最低湖水位。ln（Fe/Mn）重建的湖泊水位变化与本文利用%cren重建的湖泊水位波动整体相吻合，证实了%cren指标重建夏达错古水位的可靠性。

图6过去4700年夏达错代用指标记录与其他地区记录的对比：（a）夏达错%cren记录；（b）夏达错ln（Fe/Mn）元素记录^[40]；（c）夏达错基于brGDGTs的温度记录；（d）班公错δ²H_wax记录^[44]；（e）北阿拉伯海KL74海洋沉积物记录^[45]；（f）夏季太阳辐射记录^[46]；（g）夏达错粪甾烷醇记录^[40]

Fig.6The last 4700 years of Xiada Co indicator records compared to records from other areas: (a) Xiada Co %cren records; (b) Xiada Co element ratio of ln (Fe/Mn) records; (c) BrGDGTs-based temperature records; (d) Bangong Co δ²H_wax records; (e) Terrigenous record of marine sediment cores from KL74 in the North Arabian Sea; (f) Summer solar insolation records; (g) Xiada Co Coprostanol+Epicoprostanol records

3.3 过去4700年夏达错水文变化的驱动机制

一般来说，湖泊水位波动是降水、径流的流入和流出、蒸发和陆地储水量变化之间平衡的结果，与降水和温度等气候条件密切相关^[41]。青藏高原西部夏达错处于季风-西风的交互影响区，Li等对夏达错多指标的研究表明，过去2000年夏达错主要受印度季风影响^[42]。Hou等的研究表明，晚全新世印度季风对青藏高原影响范围的北界位于高原西部的班公错以北^[43]，因而位于班公错以南的夏达错地区晚全新世也处于印度季风影响区。夏达错流域湖泊岩芯%cren（图6a）、ln（Fe/Mn）（图6b）以及温度（图6c）记录所反映的过去4700年整体变干趋势与青藏高原班公错叶蜡脂肪酸氢同位素比值（δ²H_wax）（图6d）记录的降水变化趋势大体一致^[44]，可能主要受控于印度季风强度的逐渐减弱。过去4700年印度季风强度逐渐减弱得到了北阿拉伯海KL74海洋沉积物记录（图6e）的支持^[45]。晚全新世北半球夏季太阳辐射逐渐减弱^[46]（图6f），海陆热力性质差异逐渐减弱，印度季风强度逐渐降低，季风降水减少，使得受印度季风影响的夏达错等区域气候逐渐变干，湖泊水位整体呈降低趋势。

在4700—3000 cal a BP期间，印度季风基本维持着相对稳定的状态并表现出缓慢下降的趋势（图6e），季风降水量逐渐下降。而此时夏达错地区显示出逐渐降温的趋势（图6c），这使得该地区蒸发减少，水量平衡得以维持，湖泊水位波动不大。2700 cal a BP左右温度明显降低，蒸发量减少，班公错的δ²H_wax记录（图6d）表明区域降水量增加，因而湖泊水位明显上升。在2450—1000 cal a BP期间，区域降水量相对较高，温度较低，湖水蒸发量较低，湖泊水位相对较高。在1000—930 cal a BP期间，印度夏季风急剧减弱（图6e），季风降水显著减少，夏达错湖泊水位出现了急剧下降。在550—300 cal a BP期间，夏达错出现了极低水位和温度，整体表现出冷干的气候特征。

3.4 夏达错晚全新世水文变化对区域人类活动的影响

气候变化以及与之相关的湖泊水位变化会极大地影响过去的人类活动^[47]。Li等发现粪甾烷醇和异构粪甾烷醇浓度之和可用作青藏高原西部人口数量的代用指标，并将该指标应用于夏达错沉积岩芯，重建了晚全新世以来区域的人口数量变化^[40]。

在4700—2900 cal a BP期间，湖泊水位相对较低且稳定，气候温暖湿润（图6a、b、c），为人类的生存繁衍提供了条件，流域内人口数量较大（图6g）。青藏高原气温、降水等气候条件与归一化植被指数、地表初级生产力之间均存在显著的正相关^[48-51]，温暖潮湿的气候可能有助于提高植物生产力，从而促进人口数量的增加^[52]。在3400—2900 cal a BP期间，湖泊水位以及气候条件变化不大，但人口数量迅速增加并于2950 cal a BP左右出现最大值。同在高原西部阿里地区的格布赛鲁遗址早期墓葬（3560—3000 cal a BP）出土了羊、牛骨骼以及青稞等动植物遗存 ^[53]，因此该时段人口的增加可能是青藏高原西部人类积极调整畜牧业策略，引进耐寒旱的牛、羊以及青稞，从而进一步适应高原西部恶劣气候条件的结果^[40]。2900—2300 cal a BP期间，湖泊水位相对较高且频繁波动，可能会导致湖滨湿地萎缩。湖滨湿地往往具有较丰富的水草资源^[54]，湖泊水位的升高淹没湖滨湿地，从而导致人类可用资源减少，进而对人口数量的增长产生不利影响。此外，湖泊水位的升高以及湖水位的频繁波动会极大地提高湖滨人类居住区的洪水风险^[55]，导致人类和各种动物向更高处或流域之外迁移^[56-57]，从而导致流域内的人口数量急剧减少。所以，湖泊水位的急剧上升和和频繁波动可能会导致洪涝灾害、水资源短缺等问题，进而影响区域人类活动^[47]。在1250 cal a BP左右，粪甾烷醇浓度反映的人口数量极少。而且该时期的气候环境条件相比于之前并无太大变化，因此人口的急剧下降很可能源于人类活动本身，比如吐番王朝与象雄王国之间的政治冲突^[58]。1200—1000 cal a BP期间，略微升高的粪甾烷醇浓度表明夏达错流域内人口有所上升（图6g）主要源于略微上升的气温和降水所引起的植被生产力提高以及相对稳定的社会政治^[59]。随后，粪甾烷醇浓度在1000 cal a BP左右急剧下降，表明人口数量急剧减少，其原因除了气候的不适宜，湖泊水位的突然上升也不可忽视。约300 cal a BP，粪甾烷醇浓度急剧下降，表明流域内人口数量显著减少。该时期温度较低，会影响青稞作物的产量^[60]，从而导致牲畜数量急剧下降；动植物资源的急剧减少导致人口数量降低^[61]。因而极端冷干气候条件影响可能是300 cal a BP 左右夏达错流域内人口数量急剧减少的重要原因。

4 结论

本文基于GDGTs重建了夏达错湖泊过去4700年以来的水位波动历史，将重建的结果与夏达错地区已有的古气候以及古人类活动记录进行对比分析，探究晚全新世夏达错流域气候环境变化与人类活动的关系。主要结论如下：

1）夏达错湖泊沉积物中基于GDGTs的%cren可以用来指示湖泊的水位变化。4700—950 cal a BP期间，湖泊水位整体呈上升趋势；在2750 cal a BP、2220 cal a BP和1000 cal a BP左右观察到了3个较高的湖平面；在950 cal a BP左右湖泊水位突然下降并维持在较低水平，约300 cal a BP达到湖水位最低值。

2）过去4700年夏达错地区的水文变化主要受控于印度夏季风强度变化，与降水和温度等气候条件密切相关。在4700—3000 cal a BP期间，印度季风降水量逐渐下降，温度逐渐降低，夏达错水量平衡得以维持，湖泊水位波动不大；在2700 cal a BP左右温度明显降低，蒸发量减少，区域降水量增加，湖泊水位明显上升；在2450—1000 cal a BP期间，区域降水量相对较高，温度较低，湖水蒸发量较低，湖泊水位相对较高；在1000—930 cal a BP期间，季风降水显著减少，夏达错湖泊水位急剧下降；在550—300 cal a BP期间，夏达错极低水位与冷干的气候特征相对应。

3）结合夏达错已有气候环境记录以及人类活动历史，发现除了气候条件，湖泊水位变化对古代人类活动也有很大影响。在4700—2900 cal a BP期间，湖泊水位相对较低且稳定，气候温暖湿润，流域内人口数量较大；在2900—2300 cal a BP以及1000 cal a BP左右，湖泊水位保持相对较高且湖水位频繁波动，流域内的人口数量急剧减少；在300 cal a BP左右极端冷干气候环境可能是导致夏达错流域内人口数量急剧减少的重要原因。

致谢：感谢中国科学院青藏高原研究所侯居峙研究员对实验工作提供的支持。

图1（a）夏达错地理位置；（b）夏达错流域

Fig.1(a) Location of Xiada Co; (b) Catchment of Xiada Co

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图2夏达错XDC2014-1岩芯的年龄-深度模型（修改自文献^[18]）（a）岩芯顶部10 cm的²¹⁰Pb与¹³⁷Cs测年结果;（b）岩芯¹⁴C年龄校正

Fig.2Age-depth model of sediment core XDC2014-1（adapted from reference^[18]） (a) The ages of the upper 10 cm were determined by ²¹⁰Pb and ¹³⁷Cs dating; (b) core ¹⁴C age correction

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图3夏达错湖芯XDC2014-1沉积物中GDGTs的分布特征：（a）isoGDGTs；（b）brGDGTs

Fig.3Distributional pattern of GDGTs in core XDC2014-1 forXiada Co: (a) isoGDGTs; (b) brGDGTs

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图44700年来夏达错湖芯基于GDGTs 指标的记录：（a）%cren；（b）温度

Fig.4GDGTs records for core XDC2014-1 at Xiada Co since4700 cal a BP: (a) %cren; (b) temperature

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图5夏达错与班公错湖泊岩芯及青藏高原土壤^[38]中isoGDGTs化合物分子的相对丰度分布

Fig.5Distribution of the relative abundance of isoGDGTs in lake cores from Xiada Co and Bangong Co and soils of the Tibetan Plateau^[38]

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图1（a）夏达错地理位置；（b）夏达错流域

Fig.1(a) Location of Xiada Co; (b) Catchment of Xiada Co

图2夏达错XDC2014-1岩芯的年龄-深度模型（修改自文献^[18]）（a）岩芯顶部10 cm的²¹⁰Pb与¹³⁷Cs测年结果;（b）岩芯¹⁴C年龄校正

Fig.2Age-depth model of sediment core XDC2014-1（adapted from reference^[18]） (a) The ages of the upper 10 cm were determined by ²¹⁰Pb and ¹³⁷Cs dating; (b) core ¹⁴C age correction

图3夏达错湖芯XDC2014-1沉积物中GDGTs的分布特征：（a）isoGDGTs；（b）brGDGTs

Fig.3Distributional pattern of GDGTs in core XDC2014-1 forXiada Co: (a) isoGDGTs; (b) brGDGTs

图44700年来夏达错湖芯基于GDGTs 指标的记录：（a）%cren；（b）温度

Fig.4GDGTs records for core XDC2014-1 at Xiada Co since4700 cal a BP: (a) %cren; (b) temperature

图5夏达错与班公错湖泊岩芯及青藏高原土壤^[38]中isoGDGTs化合物分子的相对丰度分布

Fig.5Distribution of the relative abundance of isoGDGTs in lake cores from Xiada Co and Bangong Co and soils of the Tibetan Plateau^[38]

图1（a）夏达错地理位置；（b）夏达错流域

Fig.1(a) Location of Xiada Co; (b) Catchment of Xiada Co

图2夏达错XDC2014-1岩芯的年龄-深度模型（修改自文献^[18]）（a）岩芯顶部10 cm的²¹⁰Pb与¹³⁷Cs测年结果;（b）岩芯¹⁴C年龄校正

Fig.2Age-depth model of sediment core XDC2014-1（adapted from reference^[18]） (a) The ages of the upper 10 cm were determined by ²¹⁰Pb and ¹³⁷Cs dating; (b) core ¹⁴C age correction

图3夏达错湖芯XDC2014-1沉积物中GDGTs的分布特征：（a）isoGDGTs；（b）brGDGTs

Fig.3Distributional pattern of GDGTs in core XDC2014-1 forXiada Co: (a) isoGDGTs; (b) brGDGTs

图44700年来夏达错湖芯基于GDGTs 指标的记录：（a）%cren；（b）温度

Fig.4GDGTs records for core XDC2014-1 at Xiada Co since4700 cal a BP: (a) %cren; (b) temperature

图5夏达错与班公错湖泊岩芯及青藏高原土壤^[38]中isoGDGTs化合物分子的相对丰度分布

Fig.5Distribution of the relative abundance of isoGDGTs in lake cores from Xiada Co and Bangong Co and soils of the Tibetan Plateau^[38]

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