重建我國全新世以來火的時(shí)空演變趨勢(shì)

高博　譚志海　楊柳　韓通　吳創(chuàng)　潘鑫琦

摘? 要：火作為生態(tài)環(huán)境的干擾因素，是人類管理生態(tài)環(huán)境的古老手段。炭屑是生物質(zhì)或化石燃料不完全燃燒所形成的含碳物質(zhì)連續(xù)統(tǒng)一體，對(duì)全球碳循環(huán)和氣候變化研究具有重要意義。本文通過統(tǒng)計(jì)分析我國全新世以來的31個(gè)陸相（湖泊）沉積物的炭屑記錄（主要集中在我國中東部），運(yùn)用ArcGis、SPSS等軟件繪制火分布平面等值圖，試圖重建我國區(qū)域全新世以來的野火歷史，這為我們理解火的時(shí)空變化趨勢(shì)及其分布特征提供了一個(gè)有效的途徑。

關(guān)鍵詞：古火? 炭屑? 全新世? 氣候? 人類活動(dòng)

中圖分類號(hào)：X14? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）12（b）-0109-04

Abstract： Fire， as an interference factor of ecological environment， is an ancient means of human management of ecological environment. Carbon chip is a continuous entity of carbon containing materials formed by incomplete combustion of biomass or fossil fuel， which is of great significance to the study of global carbon cycle and climate change.? In this paper， through statistical analysis of 31 terrestrial （Lake） Sediment Carbon debris records since Holocene in China （mainly concentrated in the East and central China）， using ArcGIS， SPSS and other software to draw the fire distribution plane isograms， trying to reconstruct the regional fire history since Holocene in China， which provides an effective way for us to understand the temporal and spatial variation trend and distribution characteristics of fire.

Key Words： Ancient fire; Charcoal dust; Holocene; Climate; Human activities

自20世紀(jì)90年代以來，伴隨著厄爾尼諾現(xiàn)象地頻繁出現(xiàn)，極端氣候事件導(dǎo)致了世界上許多地方特大或近乎前所未有的野火事件頻繁發(fā)生，如今火災(zāi)問題已成為了各國研究學(xué)者們高度關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)近代火災(zāi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，過去幾十年以來火災(zāi)規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大。除了火燃燒會(huì)產(chǎn)生二氧化碳加劇溫室效應(yīng)外，火燃燒產(chǎn)生的炭顆粒物如黑碳，它吸收太陽輻射的能力很強(qiáng)，火燃燒后產(chǎn)生的黑碳懸浮于大氣對(duì)流層中，導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇。此外，火燃燒產(chǎn)生的顆粒物也可沉積至冰川并吸收輻射，致使冰川加速融化。然而，面對(duì)這些挑戰(zhàn)，采取相應(yīng)措施是困難的，因?yàn)榛鸹顒?dòng)的變化歸因于許多因素。氣候變化（濕度與溫度等）、植被特征（生物量和易燃性）以及人類活動(dòng)的時(shí)空分布，與野火機(jī)制之間形成了復(fù)雜的非線性函數(shù)關(guān)系。

火在全球物質(zhì)循環(huán)中扮演了極為重要的角色。如寒溫帶針葉林的低氣溫氣候使得分解者活動(dòng)不活躍，導(dǎo)致植物枯落物中的碳循環(huán)被極大阻礙。然而在火的加入下，火的發(fā)生可以燃燒植被的枯落物，由此來促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)。同時(shí)，火對(duì)氮循環(huán)和硫循環(huán)也會(huì)產(chǎn)生影響，據(jù)研究，森林火災(zāi)每年大約會(huì)向大氣排放2×1012g 的含硫氣體，3.7×1012g的燃燒生成的氮?dú)狻?/p>

目前，我們對(duì)于人類、氣候與火災(zāi)三者之間相互影響機(jī)制的了解十分有限，然而已知的是，火在自然界中是有周期性的，也是受到幾百甚至上千年的氣候和生物過程影響的。因此，從長時(shí)間角度，探究火的變化趨勢(shì)，及其與氣候變化趨勢(shì)，人類活動(dòng)變化趨勢(shì)的相關(guān)性，來理解不同時(shí)空下火災(zāi)發(fā)生的原因是非常有意義的。這不僅一定程度上為未來火預(yù)測提供了數(shù)據(jù)支持，還對(duì)深入理解當(dāng)今全球變暖局勢(shì)下火災(zāi)的發(fā)生趨勢(shì)和有效制定防控措施至關(guān)重要。因此，要想預(yù)測火對(duì)環(huán)境響應(yīng)下的發(fā)展趨勢(shì)，就必須先從一個(gè)長時(shí)間角度下探究火的變化規(guī)律，及不同時(shí)空下各影響因素對(duì)火發(fā)生的影響程度。本文主要通過利用現(xiàn)有的關(guān)于我國古火指標(biāo)和古地理數(shù)據(jù)綜合，重建我國火災(zāi)歷史，并將其與氣候數(shù)據(jù)，人類活動(dòng)數(shù)據(jù)相比較，來探討氣候和人類不同時(shí)空下對(duì)火的相對(duì)影響。

1? 研究方法

本文利用的我國全新世以來的 31個(gè)陸相（湖泊）沉積物的炭屑記錄來自于現(xiàn)有的文獻(xiàn)研究。本文總共統(tǒng)計(jì)了全新世以來的31個(gè)地點(diǎn)，分為3個(gè)時(shí)期的統(tǒng)計(jì)點(diǎn)，分別為 距今 12-8ka、距今 8-4ka 和距今 4-0ka。通過來自我國全新世以來的 31 個(gè)陸相（湖泊）沉積物的炭屑記錄（主要分布在我國中東部），進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用ArcGis、SPSS 等軟件分析繪制火分布平面等值圖，試圖重建我國區(qū)域全新世以來的野火歷史。具體包括探究全新世以來我國的火發(fā)生趨勢(shì)，全新世早、中、晚期各時(shí)期我國的野火分布特征，將火的發(fā)生與氣候干濕指數(shù)進(jìn)行比較。

1.1 主要軟件介紹

GetData是本研究的原始數(shù)據(jù)提取程序，它是一款可以將圖表數(shù)字化的工具，可幫助從圖表中提取數(shù)字信息。

ArcGis是本研究的炭屑濃度等值線圖繪圖軟件。等值線是用于連接各類等值點(diǎn)的線，線的分布顯示表面值的變化方式，值的變化量越小，線的間距就越大;值上升或下降得越快，線的間距就越小;圖片中的顏色顯示可說明炭屑濃度的空間分布特征。

SPSS 是本研究的擬合火趨勢(shì)線的繪圖軟件，它是世界上最早的統(tǒng)計(jì)分析軟件，其基本功能包括數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)分析、圖表分析、輸出管理等，由于其操作界面友好，輸出結(jié)果美觀，已在我國的社會(huì)科學(xué)、自然科學(xué)等各領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用。

2? 結(jié)果與分析

2.1 全新世以來我國火活動(dòng)總體變化趨勢(shì)

由圖1可以看出，在全新世早期，火活動(dòng)顯著，但總體呈下降態(tài)勢(shì)，局部極小值出現(xiàn)在 10ka.B.P.左右;在全新世中期，火活動(dòng)相對(duì)較少，火趨勢(shì)在7.5ka.B.P. 時(shí)急劇增加，6.5ka.B.P.左右出現(xiàn)局部極大值，隨后下降;在全新世晚期，火活動(dòng)相比于中期更為頻繁，火趨勢(shì)在 3 -1ka.B.P.一直維持在較高水平，在0.8ka.B.P.左右出現(xiàn)局部最小值。

2.2 全新世各時(shí)期炭屑分布狀況

全新世早期火活動(dòng)最為頻繁的地區(qū)位于我國南海沿海大陸架，南海北部 17940 孔的炭屑統(tǒng)計(jì)濃度高達(dá) 144210 粒/g，遠(yuǎn)高于其他地區(qū)炭屑濃度，這可能是因?yàn)榇藭r(shí)期全國普遍為干旱草原，而南海北部沿海地區(qū)的生物質(zhì)較多，燃燒質(zhì)基量大導(dǎo)致火活動(dòng)活躍。次而為新疆和云南地區(qū)，新疆賽里木湖的炭屑統(tǒng)計(jì)濃度最高為 107796 粒/g，云南撫仙湖南部湖泊沉積物巖芯最高為 86396 粒/g，而我國東北部和華中地區(qū)火活動(dòng)極不活躍。

全新世中期火活動(dòng)最為活躍的地區(qū)為我國東北三江平原地區(qū)、青藏高原東部和黃土高原東北地區(qū)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，黑龍江三江平原申家店剖面的炭屑統(tǒng)計(jì)濃度最高達(dá) 51400 粒/g，山西運(yùn)城盆地DXF-S剖面的炭屑統(tǒng)計(jì)濃度 最高為25923粒/g，河南省仰韶村剖面的炭屑統(tǒng)計(jì)濃度高達(dá) 44583粒/g，此三處為炭屑濃度高濃度點(diǎn)。全新世中期的野火活動(dòng)總體較少，與全新世早期的差異性顯著，這可能是受氣候變化和人類活動(dòng)加強(qiáng)的影響。

全新世晚期我國東北的炭屑濃度最高，火活動(dòng)最活躍，黑龍江三江平原申家店剖面的炭屑統(tǒng)計(jì)濃度高達(dá)58239粒/g，這與歷史上清朝的“移民實(shí)邊”政策相吻合，大量的人口北遷導(dǎo)致東北地區(qū)人類活動(dòng)頻繁，促進(jìn)了火的發(fā)生。在華南個(gè)別地區(qū)炭屑濃度也較高，如云南昆明陽宗海的炭屑統(tǒng)計(jì)濃度為32000粒/g。

綜上所述，全新世以來，我國各地區(qū)的火活動(dòng)不同時(shí)期有著明顯的區(qū)域性差異。從早期到晚期，華南地區(qū)的火活動(dòng)程度由最為活躍到逐漸下降至中等偏下水平，而東北地區(qū)受到人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響由火災(zāi)極少發(fā)生發(fā)展到中期的發(fā)生頻率極高，并在晚期繼續(xù)保持了高頻率火災(zāi)狀況。華中地區(qū)除了全新世中期時(shí)個(gè)別地區(qū)火活動(dòng)較頻繁，基本處于較低水平，尤其是早期和晚期，火災(zāi)極少發(fā)生。華西地區(qū)早期和中期火活動(dòng)頻率均處于中等水平，晚期極低。

2.3 火的發(fā)生與濕度的關(guān)系

通過比較發(fā)現(xiàn)，在11-8ka.B.P.南方氣候濕潤，北方氣候干燥，此時(shí)段全國普遍為干旱草原，火活動(dòng)在生物量集中的南方較活躍。在 8-5ka.B.P.北方相對(duì)較干旱，炭屑高濃度點(diǎn)集中在北方可能與北方的干旱氣候和人類活動(dòng)干擾相關(guān)。在 5-2ka.B.P.氣候總體較為干旱，南北均分布著多個(gè)中等炭屑濃度點(diǎn)，2-0ka.B.P.火的集中分布從中原地區(qū)向華北，東南和西南地區(qū)轉(zhuǎn)變，南方火活動(dòng)更為活躍可能是由于人類活動(dòng)區(qū)集中于南方，促進(jìn)了火的發(fā)生。

3? 結(jié)語

火的發(fā)生與氣候干濕變化，植被生物量的多少和人類活動(dòng)的作用之間存在著復(fù)雜的非線性函數(shù)關(guān)系，不同時(shí)空下有著不一樣的相互影響機(jī)制。

（1）從全國范圍全新世以來火發(fā)生趨勢(shì)來看，在全新世早期（12-8ka.B.P.），區(qū)域火事件時(shí)而發(fā)生;在全新世中期（8 -4ka.B.P.），火活動(dòng)總體呈下降態(tài)勢(shì)，然而在 7.5-6.5ka.B.P.年野火頻率明顯上升;在全新世晚期（4-0ka.B.P.），距今3ka以來又出現(xiàn)了明顯的上升趨勢(shì)?？梢姡搮^(qū)域古火變化趨勢(shì)與東亞古火變化趨勢(shì)的一致性表明，我國古火變化具有明顯區(qū)域性。

（2）不同時(shí)間尺度下，我國的野火分布特征具有明顯差異。全新世早期火活動(dòng)最為頻繁的地區(qū)位于我國南海沿海大陸架，南海北部17940 孔的炭屑統(tǒng)計(jì)濃度最高為144210.0 粒/g，遠(yuǎn)高于其他地區(qū)炭屑濃度。這可能主要是受于當(dāng)時(shí)該地區(qū)的氣候控制，當(dāng)時(shí)該地的氣候?yàn)闃O干燥少降水，且溫度回暖持續(xù)高溫。在全新世中期，火活動(dòng)較早期有所下降，火活動(dòng)最為活躍的地區(qū)為我國東北三江平原地區(qū)、青藏高原東部和黃土高原東北地區(qū)，在黑龍江三江平原申家店剖面出現(xiàn)的炭屑濃度最高值為 51400.0 粒/g。這一時(shí)期是高原全新世的暖期盛期，青藏高原東部的人類活動(dòng)在這一時(shí)期也逐漸增強(qiáng)至達(dá)到鼎盛。在全新世晚期，依舊是我國東北的炭屑濃度最高，火活動(dòng)最活躍，在華南個(gè)別地區(qū)炭屑濃度也較高，如云南昆明陽宗海的炭屑統(tǒng)計(jì)濃度為 32000.0 粒/g。

（3）從火的發(fā)生與干濕指數(shù)對(duì)比來看，早期全國都較為干旱，生物量有限，抑制了北方火的發(fā)生，而生物量集中的南方則火時(shí)有發(fā)生;全新世中期氣候濕潤，火的發(fā)生集中在中原地區(qū)，這與中原地區(qū)的人類活動(dòng)加強(qiáng)相關(guān);全新世晚期氣候干旱，火的集中分布從中原地區(qū)向華北，東南西南地區(qū)轉(zhuǎn)變，這與人類活動(dòng)的空間分布密切相關(guān)，此時(shí)人為火較為頻繁?？梢?，從火活動(dòng)與濕度的關(guān)系來看，中國的火的發(fā)生主要受到東亞季風(fēng)所控制的季節(jié)性降雨的的驅(qū)動(dòng)力作用。

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