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人類活動擾動長江流域火歷史研究取得進展

2月
06
2020

2020年2月06日10時 中科院之聲

中科院之聲

國際地學刊物《第四紀科學評論》(Quaternary Science Reviews)近日在線發表中國科學院海洋研究所研究員萬世明(通訊作者)和博士研究生裴文強(第一作者)與美國路易斯安那州立大學、中國海洋大學、中國科學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鑽探岩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,發現自3千年以來人類活動對長江流域火活動的影響顯著增強。

火作為一種重要的生態因子,可以通過擾動陸地生態系統和改變大氣組成對生物圈、大氣圈產生重要影響。前人研究揭示,火與氣候、植被狀況密切相關,但火對氣候、植被的響應在不同時空尺度可能存在差異。隨著人類學會用火,火成為人類改造自然和影響全球碳循環的重要方式。因此,追蹤地質時期人類火歷史,將加深人們對人類改造自然歷史進程的理解。

黑碳是古火重建的重要載體,是生物質或化石燃料不完全燃燒所形成的具有高熱穩定性的含碳物質,包括焦炭(chars)、木炭(charcoals)、菸灰(soot)、高度聚集的多環芳烴類物質等。由於黑碳顆粒小(微米級)、密度輕、化學穩定性高,可被河流或風長距離搬運,其廣泛存在於土壤、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,包括植被燃燒產生的黑碳。因此,東海陸架儲存的黑碳很可能蘊含了豐富的長江流域區域火歷史。研究人員通過對比位於長江水下三角洲的岩芯T1和東海內陸架的岩芯ECMZ的黑碳穩定碳同位素組成,確定了7千年以來ECMZ岩芯的黑碳沉積主要源於長江輸入,並基於黑碳含量重建了7千年以來長江流域高解析度火歷史。

研究結果顯示,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,表現為暖濕期火活動更多,冷干期火明顯減少,表明氣候對區域火的主控地位。但是,在3千年以來,火與氣候的關係在多種時間尺度均發生重要轉變,暗示3千年以來人類活動對長江流域火活動的影響超過自然因素。在千年時間尺度,溫度和降水在3千年-1千年基本穩定,僅過去1千年來稍有增強,而長江流域火活動在3千年以來長期逐漸減弱,重金屬元素Pb、Cu含量則相應顯著升高,暗示3千年來人類活動(如種植農業、金屬冶煉)的持續增強,使流域森林覆蓋率(燃料量)降低而限制了火的發生,從而改變了之前火-自然之間的固有關係。在百年時間尺度上(3千年以來),所識別出的六次火活躍期均發生在相對寒冷乾旱的時期,並明顯與中國歷史上從北方黃河流域向長江流域的數次人口南遷時期相對應,指示人類因素對火的干擾增強。考古和氣候研究表明,長期乾旱、寒冷的氣候更易導致饑荒、戰爭和人口遷移。北方人口的南遷及其帶來的更新的農耕技術進一步促進了長江流域人類活動的增強和短期火的頻繁發生。

該研究不僅表明人類活動可以改變火與自然氣候之間的固有關係,而且揭示出火對人類活動的響應在不同時間尺度可能是截然不同的。該研究提升了人們對人類用火擾動自然歷程的認識。

長江流域、東海區域概況及研究站位圖

近7千年來千年尺度火-氣候-植被-人類活動關係

近7千年來百年時間尺度火-氣候-人類活動關係

三千年前後火-氣候關係發生轉變

來源:中國科學院海洋研究所


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