隨著全球變暖過程的加劇，很可能會出現更加複雜的生態環境響應過程。了解古植被對氣候變化的響應過程和反饋機制，對於理解生態系統和氣候系統的動態關係、碳循環過程和氣候動力學機制有重要意義，將極大提高人類對生態環境變化的應對和適應能力，促進社會-生態環境的可持續發展。
末次冰消期（距今1.9萬年到1.17萬年前）是地球生態系統發生巨大變化的時段，這一時期高緯冰蓋和山地冰川逐漸消融，全球氣候極不穩定，發生了多次快速而劇烈的千年尺度的氣候振盪事件，如博林阿羅德（Bølling-Allerød，距今1.47-1.29萬年前）暖期和新仙女木（Younger Dryas，距今1.29-1.17萬年前）冷期等。一些模型和古植被記錄研究認為植被變化顯著落後於氣候變化約200到3000年，並歸因於生態系統的彈性、凍土融化的滯後效應和土壤的不良營養狀況。但是，另一些研究則認為植被變化只落後於氣候變化幾十年甚至近同步，並認為植被對大尺度氣候變化反應敏感且迅速。產生以上爭議的原因：(1) 大多數現有的植被記錄時間跨度太短，不能覆蓋完整的末次冰消期；(2) 缺乏獨立的高解析度氣候記錄，制約了植被對氣候變化響應特徵的評估；(3) 對不同植物類群的氣候耐受範圍認識不足，從而難以評估植被群落和氣候因素之間的對應關係。因此，亟需尋找長尺度、高解析度、精確定年、定量的古植被記錄來探討上述問題。
中國科學院地質與地球物理研究所徐德克副研究員、呂厚遠研究員、儲國強研究員等，聯合雲南師範大學沈才明教授，國家地質實驗測試中心孫青研究員，採用年紋層計數與鉛-銫-碳14貝葉斯模型相結合的高精度定年方法，對吉林小龍灣瑪珥湖年紋層沉積物開展研究。他們利用同一個鑽孔的孢粉和正構烷烴單體碳同位素指標，分別重建了區域高解析度植被演替和氣候演化歷史（圖1），探討了東亞地區末次冰消期不同千年尺度氣候事件期間的植被演替的時間、速率和響應模式。
圖1 小龍灣瑪珥湖主要植被種類、植被演替速率、生物群區劃、第二主成分、長鏈正烷烴單體δC13 與格陵蘭冰芯δO18 、北半球中緯度溫度和東亞石筍δO18 記錄比較。紫色條帶為千年尺度氣候事件的過渡階段
結果表明，末次冰消期東亞地區植被對氣候變化表現出快速而靈敏的響應方式，但其演替速率和方式與氣候變化的速率和幅度密切相關（圖2）：
圖2 主要花粉類型的變化過程及其年均溫和年降水的最佳值和耐受區間
（1）在博林阿羅德暖期開始階段(距今1.48-1.38萬年前)，東亞地區出現了1千年左右的增溫變濕過程和廣泛的森林擴張情況。森林生態系統經歷了慢速和逐步的演替過程，即當氣候變化較緩慢時，植被會逐漸適應氣候變化，保留一部分原有的群落成分。
（2）在博林阿羅德到新仙女木(距今1.32-1.28萬年前)以及新仙女木到早全新世(距今1.17-1.13萬年前)階段，水熱條件經歷了約4百年快速轉變過程。東亞地區森林生態系統呈現快速轉變過程，即原有的群落成分被迅速取代而消失，形成全新的森林生態系統（圖3）。
圖3 快速和慢速氣候變化條件下的植被演替概念模型
因此，在沒有臨近高緯冰蓋、山地冰川或土壤的營養狀況發育不良區域條件下，植被演替和氣候大幅度變化的起始時間是接近同步的，不存在明顯的百年和千年尺度的滯後效應。研究進一步分析發現該地區的植被變化主要受東亞季風系統控制的水熱條件（溫度和降水）的影響，而不是單純的高緯度氣候強迫，這些水熱條件變化受到北半球高低緯度大氣海洋動力學調製。
本研究揭示了東亞地區末次冰消期植被與氣候變化之間的動態關係，為預測未來生態系統對氣候變化的響應機制提供了地質學證據。研究結果發表於PNAS Nexus期刊(徐德克，呂厚遠，儲國強，沈才明，孫青，伍婧，李豐江，宋兵，崔安寧，李浩，吳乃琴. Fast response of vegetation in East Asia to abrupt climatic events during the last deglaciation[J]. PNAS nexus, 2023, 2(3): pgad061. DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad061)。研究得到國家自然科學基金(T2192952, 42030507)，國家科技部重點研發計劃(2022YFF0801502)，國家自然科學基金(42177437, 42071103, 41771237, 41888101)，中科院先導專項B類 (XDB26000000)，雲南省基礎研究專項項目(202101AS070006)的支持。