國際地學(xué)刊物《第四紀(jì)科學(xué)評論》(Quaternary Science Reviews, Top 5%）近日在線發(fā)表中國科學(xué)院海洋研究所萬世明研究員（通訊作者）和裴文強(qiáng)博士研究生（第一作者）與美國路易斯安那州立大學(xué)、中國海洋大學(xué)、中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所等單位合作的最新研究成果“Human impact overwhelms long-term climate control of fire in the Yangtze River Basin since 3.0 ka BP”。科研人員通過東海陸架鉆探巖芯提取出的黑碳記錄重建了過去7千年以來長江流域的火歷史，發(fā)現(xiàn)自3千年以來人類活動(dòng)對長江流域火活動(dòng)的影響顯著增強(qiáng)。
火作為一種重要的生態(tài)因子，可以通過擾動(dòng)陸地生態(tài)系統(tǒng)和改變大氣組成對生物圈、大氣圈產(chǎn)生重要影響。前人研究揭示，火與氣候、植被狀況密切相關(guān)，但火對氣候、植被的響應(yīng)在不同時(shí)空尺度可能存在差異。隨著人類學(xué)會(huì)用火，火成為人類改造自然和影響全球碳循環(huán)的重要方式。因此，追蹤地質(zhì)時(shí)期人類火歷史，將加深我們對人類改造自然歷史進(jìn)程的理解。
黑碳是古火重建的重要載體，是生物質(zhì)或化石燃料不完全燃燒所形成的具有高熱穩(wěn)定性的含碳物質(zhì)，包括焦炭(chars)、木炭(charcoals)、煙灰(soot)、高度聚集的多環(huán)芳烴類物質(zhì)等。由于黑碳顆粒小(微米級)、密度輕、化學(xué)穩(wěn)定性高，可被河流或風(fēng)長距離搬運(yùn)，其廣泛存在于土壤、沉積物、大氣乃至高山和極地冰雪中，因而沉積黑碳是區(qū)域古火歷史重建的極佳材料。
長江作為亞洲第一長河，自西向東橫貫中國中部，流域面積達(dá)180萬平方公里，是中華民族文明的搖籃，孕育了璀璨的人類文化。而長江所注入的東海接收了巨量長江源沉積物，包括植被燃燒產(chǎn)生的黑碳。因此，東海陸架儲(chǔ)存的黑碳很可能蘊(yùn)含了豐富的長江流域區(qū)域火歷史。研究人員通過對比位于長江水下三角洲的巖芯T1和東海內(nèi)陸架的巖芯ECMZ的黑碳穩(wěn)定碳同位素組成，確定了7千年以來ECMZ巖芯的黑碳沉積主要源于長江輸入，并基于黑碳含量重建了7千年以來長江流域高分辨率火歷史。
長江流域、東海區(qū)域概況及研究站位圖
研究結(jié)果顯示，7千年－3千年之間，火與溫度、降水在千年和百年尺度均呈密切正相關(guān)，表現(xiàn)為暖濕期火活動(dòng)更多，冷干期火明顯減少，表明氣候?qū)^(qū)域火的主控地位。但是，在3千年以來，火與氣候的關(guān)系在多種時(shí)間尺度均發(fā)生重要轉(zhuǎn)變，暗示3千年以來人類活動(dòng)對長江流域火活動(dòng)的影響超過自然因素。在千年時(shí)間尺度，溫度和降水在3千年－1千年基本穩(wěn)定，僅過去1千年來稍有增強(qiáng)，而長江流域火活動(dòng)在3千年以來長期逐漸減弱，重金屬元素Pb、Cu含量則相應(yīng)顯著升高，暗示3千年來人類活動(dòng)（如種植農(nóng)業(yè)、金屬冶煉）的持續(xù)增強(qiáng)，使流域森林覆蓋率（燃料量）降低而限制了火的發(fā)生，從而改變了之前火-自然之間的固有關(guān)系。在百年時(shí)間尺度上(3千年以來)，所識別出的六次火活躍期均發(fā)生在相對寒冷干旱的時(shí)期，并明顯與中國歷史上從北方黃河流域向長江流域的數(shù)次人口南遷時(shí)期相對應(yīng)，指示人類因素對火的干擾增強(qiáng)。考古和氣候研究表明，長期干旱、寒冷的氣候更易導(dǎo)致饑荒、戰(zhàn)爭和人口遷移。北方人口的南遷及其帶來的更新的農(nóng)耕技術(shù)進(jìn)一步促進(jìn)了長江流域人類活動(dòng)的增強(qiáng)和短期火的頻繁發(fā)生。
近7千年來千年尺度火-氣候-植被-人類活動(dòng)關(guān)系
近7千年來百年時(shí)間尺度火-氣候-人類活動(dòng)關(guān)系
三千年前后火-氣候關(guān)系發(fā)生轉(zhuǎn)變
本研究不僅表明人類活動(dòng)可以改變火與自然氣候之間的固有關(guān)系，而且揭示出火對人類活動(dòng)的響應(yīng)在不同時(shí)間尺度可能是截然不同的。該研究提升了我們對人類用火擾動(dòng)自然歷程的認(rèn)識。
本項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金（萬世明）和重點(diǎn)基金、泰山學(xué)者和青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室“鰲山人才”計(jì)劃、全球變化與海氣相互作用專項(xiàng)等的支持。
論文出處：
Pei, W., Wan, S.M.*, Clift, P.D., Dong, J., Liu, X., Lu, J., Tan, Y., Shi, X., Li, A., Human impact overwhelms long-term climate control of fire in the Yangtze River Basin since 3.0 ka BP. Quaternary Science Reviews, 2020, 230, doi: 10.1016/106165.
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0277379119309370
