C₄植被扩张是一个全球关注的生态演化过程，也是重建全球气候变化的重要指标之一。在过去几十年间，依托稳定碳同位素（δ¹³C）分析，国内外学者针对全球不同区域C₄植被演化历史、形成机制及其气候指示意义开展了大量研究。然而，δ¹³C受光合作用类型、降水、大气CO₂浓度等多重因素影响，单一碳同位素信号存在多解性。另外，对于稳定碳同位素重建获得的C₄植被扩张记录，因缺乏对应的植物分类学信息，难以精准甄别驱动该过程的气候主控因子。

最近，中国科学院地球环境研究所“极端气候事件及影响”团队（EXCEIS）对全国植物和土壤叶蜡正构烷烃分子分布和单体δ¹³C进行了较系统分析。结果显示，黄土高原优势C₄草本植物白羊草的叶蜡正构烷烃分布特征与其他植物存在显著差异，表现为白羊草具有较高的含33个碳的正构烷烃（C₃₃）的相对丰度（图1）；受其贡献影响，沉积物中C₃₃组分的δ¹³C值比C₂₉与C₃₁的δ¹³C显著偏正（图2）。据此团队提出，综合利用地质载体中叶蜡正构烷烃的组分分布与单体δ¹³C模式，可以有效重建过去C₄植物物种变化，进而依据植物物种习性推断相应的古气候背景信息。基于这一方法，团队重新解读了黄土高原80万年来的叶蜡正构烷烃分布和同位素记录，认为间冰期C₃₃相对丰度的上升及其伴随的δ¹³C显著偏正，指示了C₄植物白羊草的扩张。结合白羊草生态习性，推断暖季降水增多、东亚夏季风增强是第四纪（至少末次冰消期）以来黄土高原C₄植被扩张的核心驱动因子。

该研究建立了一套可判别黄土高原优势C₄植被扩张的代用指标体系，可为全球其他区域C₄植被演化历史重建与机制探究提供新思路。相关成果发表在Science China Earth Sciences和《中国科学:地球科学》上。刘卫国研究员为论文第一作者和通讯作者，王欢业研究员为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金项目和国家重点研发计划项目资助。

Liu, W., Wang, H. & Wang, S. Leaf wax distribution and carbon isotope composition as credible indicators of past typical C₄ grasses on the Chinese Loess Plateau. Sci. China Earth Sci. (2026). https://doi.org/10.1007/s11430-026-2042-8

全文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11430-026-2042-8#citeas

图1 黄土高原现代植物叶蜡正构烷烃分布及其δ¹³C特征。（A）C₂₉、C₃₁、C₃₃单体碳同位素值；（B）C₃₃/C₂₉比值；（C）C₃₃/C₃₁比值。

图2 黄土高原现代表土总有机碳同位素（δ¹³C_TOC）与叶蜡单体碳同位素的关系。在C₃植物占优区域，C₂₉、C₃₁、C₃₃的δ¹³C无显著差异；随着C₄植物贡献比例升高，C₃₃的δ¹³C显著偏正，明显高于另外两种同系物。