Stable Carbon Isotopes Applied to Vegetation Reconstruction in the Teotihuacan Valley, Mexico Translated title: Isótopos estables de carbono aplicados a la reconstrucción de la vegetación en el valle de Teotihuacan, México

Abstract

Stable carbon isotope values (δ13C) from organic material in soils and sediments suggest possible sources of carbon in the organic component and contribute to the development of hypotheses concerning the composition of regional vegetation. This paper explores the application of δ13C to the study of soils and sediments in conjunction with the analysis of plant remains in the Teotihuacan Valley, Mexico, located approximately 50 km NE of Mexico City, known for the archaeological site of Teotihuacan, occupied between ca. AD 1-650. The ratios of 13C/12C from soil organic matter (SOM) provide a complementary approach towards the analysis of past vegetation change in regions characterized by relatively poor preservation of plant macrofossils and pollen. The analysis of phytoliths recovered from soils and sediments offers an additional source of evidence for broad changes in environmental conditions based on changes in the relative proportions of C3 and C4 grasses. In this paper δ13C ratios obtained from SOM in profiles in the Teotihuacan Valley are compared with the results of phytolith analysis in the same horizons. The relative proportion of carbon derived from C4-CAMS (Crassulacean Acid Metabolism) plants was calculated. Phytolith analysis focused on the relative proportions of C3 (diagnostic phytoliths of the Pooideae subfamily of Poaceae) and C4 grass taxa (subfamilies Panicoideae, Chloridoideae and Aristodoideae). The δ13C ratios obtained from Tlajinga, located in an area of prehispanic irrigation south of the San Lorenzo River in the central Valley, indicate the predominance of C4-CAMS plants while phytoliths from the same horizons reflect a greater proportion of C4 grasses, although proportionally lower than isotopic indicators. The values of δ13C in SOM from Otumba, situated in close proximity to a river that also provided water for a prehispanic irrigation system, reflect a slightly lower predominance of C4-CAMS plants, and a slight increase in C4 grass phytoliths, with respect to Tlajinga. San Pablo provided evidence for the greatest predominance of C4-CAMS plants based on δ13C values in SOM whereas the phytoliths recovered from the same horizons indicate a higher proportion of C3 grasses. In general, the isotopic signatures reported here indicate changes in relative proportions of C4-CAMS plants, suggesting variability in the response of vegetation to local conditions, with a predominance of C4-CAMS plants in soil organic matter and considerable variability in proportions of C4 grass phytoliths in the contexts analyzed.

Translated abstract

Los valores de los isótopos estables de carbono (δ13C) del material orgánico presente en suelos y sedimentos, sugieren las posibles fuentes de carbono, contribuyendo al desarrollo de hipótesis referentes a la composición de la vegetación regional. Este trabajo explora la utilidad del δ13C para el estudio de los suelos y sedimentos en conjunto con los resultados de los análisis de los restos de plantas del Valle de Teotihuacan, México, localizado aproximadamente a 50 km al noroeste de la Ciudad de México, conocido por el sitio arqueológico de Teotihuacan, ocupado entre ca. AD 1-650. Las proporciones de los isótopos de 13C/12C de la materia orgánica del suelo (MOS), ofrecen un método complementario para el análisis del cambio de la vegetación en el pasado en regiones caracterizadas por una pobre conservación de macro-restos vegetales y de polen. El análisis de los fitolitos recuperados de suelos y sedimentos reporta una fuente adicional de evidencia de amplios cambios en las condiciones ambientales con base en las variaciones en los porcentajes relativos de pastos C3 y C4. En este trabajo se comparan los valores de δ13C obtenidos de la materia orgánica de suelo de perfiles en el Valle de Teotihuacan con los fitolitos analizados en los mismos horizontes. Se calculó el porcentaje relativo de carbono derivado de plantas C4-CAMS (Crassulacean Acid Metabolism). El examen de los fitolitos se centró en los porcentajes relativos de los taxa de pastos C3 (fitolitos diagnósticos de la subfamilia Pooideae de Poaceae) y taxa de pastos C4 (subfamilias Panicoideae, Chloridoideae y Aristodoideae). Las proporciones de δ13C de Tlajinga, situado en un área de irrigación prehispánica al sur del Río San Lorenzo en el sector sur del valle central, evidencian la predominancia de plantas C4-CAMS mientras que los fitolitos recuperados de los mismos horizontes indican un porcentaje mayor de pastos C4 pero proporcionalmente menor que los indicadores isotópicos. Los valores de δ13C en MOS obtenidos de Otumba, situado junto a un río que también suministraba agua a un sistema prehispánico de irrigación, refleja una predominancia ligeramente menor de plantas C4-CAMS, así como un ligero incremento en los fitolitos dominados por pastos C4, con respecto a Tlajinga. San Pablo proporcionó evidencia para la mayor predominancia de plantas C4-CAMS representados por los valores de δ13C en MOS, mientras que los fitolitos recuperados de los mismos horizontes reflejan mayor proporción de pastos C3. En general, las firmas isotópicas reportadas señalan diferencias en los porcentajes relativos de plantas C4-CAMS, lo que sugiere una variabilidad en la respuesta de la vegetación a condiciones locales, con una predominancia de plantas C4-CAMS en la materia orgánica del suelo, mientras que los fitolitos señalan concentraciones muy variables de pastos C4 en los contextos estudiados.