黃土高原歷史時期森林變遷研究進(jìn)展

張金歌，周宏偉

(陜西師范大學(xué) 西北歷史環(huán)境與經(jīng)濟社會發(fā)展研究院,西安 710119)

0 引言

學(xué)界對歷史時期黃土高原是否存在森林的討論由來已久。19世紀(jì)后半期,F.V.Richthofen對黃土高原考察之后,認(rèn)為擁有厚層黃土的黃土高原在歷史上不曾有森林生長[1]。20世紀(jì)20年代和30年代,葛蘭言[2]、V.K.Ting[3]和我國著名地理學(xué)家楊鐘健[4]等都對歷史上黃土高原是否存在森林進(jìn)行過說明。然而,由于時代的局限性,有關(guān)研究并不系統(tǒng)和深入。新中國成立后,在國家的重視和支持下,關(guān)于黃土高原古植被演替的研究越來越多。20世紀(jì)70年代以來,包括歷史學(xué)、歷史地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)和生物學(xué)在內(nèi)的諸多學(xué)科在全新世黃土高原森林變遷領(lǐng)域取得了極大進(jìn)展和豐碩成果。目前,學(xué)界對于全新世以來黃土高原的植被演替主要有3種觀點:一是在歷史時期黃土高原從東南到西北依次分布著森林、森林草原和草原。在全新世大暖期,黃土高原分布著大范圍的森林,人類活動是造成今天黃土高原森林消失的重要因素[5-9]。二是黃土高原的古植被一直以草原為主,在全新世大暖期也僅僅是植被種類有所豐富,喬木數(shù)量有所增加,但在黃土塬上從來沒有穩(wěn)定的森林發(fā)育。在黃土高原環(huán)境變遷過程中,自然因素始終是主導(dǎo)力量[10-13]。三是黃土高原不應(yīng)被看作單一的地理單元,區(qū)域和地形的差異導(dǎo)致在全新世大暖期黃土高原局部地區(qū)存在短暫的森林發(fā)育期[14-16]。

長期以來,有關(guān)黃土高原歷史時期森林變遷研究發(fā)展的論著較少,僅在森林史[17]、歷史地理學(xué)[18]等領(lǐng)域有少量概括和總結(jié),不能反映當(dāng)前的研究狀況?；趪鴥?nèi)外全新世黃土高原森林變遷研究的代表性論著,本研究基于定性研究和定量研究兩個視角,回顧學(xué)界對這一學(xué)術(shù)問題研究的發(fā)展過程和主要進(jìn)展,總結(jié)和分析歷史時期黃土高原森林變遷研究的內(nèi)在聯(lián)系和學(xué)術(shù)理路,系統(tǒng)整理相關(guān)研究的材料、方法和結(jié)論,并分析不同研究成果產(chǎn)生分歧的原因,以期為全面、科學(xué)地認(rèn)識這一重要學(xué)術(shù)問題提供參考。

1 定性研究

1.1 研究方法與研究材料

歷史學(xué)者和歷史地理學(xué)者在進(jìn)行歷史時期黃土高原森林變遷研究時主要采用定性的研究方法,以歷史資料、考古資料分析為主,輔以自然科學(xué)成果驗證,對黃土高原歷史時期的森林變遷進(jìn)行深入、細(xì)致、長期的體驗、調(diào)查和分析之后獲得比較全面而深刻的認(rèn)識[19]。

我國先秦時期有關(guān)黃土高原森林植被的記載主要集中在《周易》《詩經(jīng)》《荀子》《孟子·滕文公篇》等文獻(xiàn)中[5,9-10]。秦漢以降,黃土高原森林植被信息普遍記載在諸如《地理志》《水經(jīng)注》《地方志》這樣的言地之書中。此外,大量含有相關(guān)信息的金石文字,如碑刻、墓志等以及古代游記、詩篇甚至聚落地名都受到了相關(guān)學(xué)者的重視[7-8,20]。歷史地理學(xué)者在全面收集和整理歷史文獻(xiàn)后,除了對材料進(jìn)行驗證、確保文字的真實性外,還會在具體的研究過程中結(jié)合實地考察進(jìn)行綜合分析,以避免單純依賴文字考證帶來的缺陷[8]。

歷史文獻(xiàn)只是記載了文字出現(xiàn)以后的情況,歷史地理學(xué)者要了解全新世早期黃土高原的植被情況,就需要利用考古學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)及生物學(xué)等自然科學(xué)的研究手段和成果。黃土高原動植物考古資料是歷史地理學(xué)者對歷史時期人類居住環(huán)境狀況進(jìn)行推測和環(huán)境復(fù)原的基礎(chǔ),也是對黃土高原森林分布情況進(jìn)行判斷的重要依據(jù)。在自然科學(xué)研究手段和成果利用方面,歷史地理學(xué)者利用的主要分析手段包括孢粉分析、植硅體分析、有機碳同位素分析、土壤分析等,其中主要是利用孢粉分析。

綜上所述,歷史學(xué)者和歷史地理學(xué)者在進(jìn)行全新世以來黃土高原森林變遷研究時,主要采用以文獻(xiàn)分析為主、代用資料為輔的定性研究方法,通常在對文獻(xiàn)資料和考古資料進(jìn)行分析后,提出歷史時期黃土高原森林變遷情況的假設(shè),并利用代用資料對相關(guān)假設(shè)進(jìn)行驗證和補充,以達(dá)到提高研究成果科學(xué)性和解釋力的目的。

1.2 全新世時期黃土高原森林變遷的定性研究

歷史學(xué)者和歷史地理學(xué)者在進(jìn)行歷史時期黃土高原森林植被討論時,使用的材料和方法基本相同。但是,由于個人對文獻(xiàn)資料理解和對代用資料認(rèn)識和利用的不同,其研究結(jié)論并不一致。1959年,辛樹幟通過對《詩經(jīng)》《水經(jīng)注》等歷史文獻(xiàn)的分析,認(rèn)為關(guān)中平原、渭北高原及晉西黃土丘陵山地在西周與北魏時期喬木、灌木、藤本植物生長得十分茂盛[21]。1969年,何炳棣通過對《詩經(jīng)》與其他古籍中所反映的歷史時期黃土高原特征植被進(jìn)行分析,結(jié)合相關(guān)孢粉分析成果,提出“古代黃土區(qū)域確是具有半干旱草原的自然景觀”[10]。1979年,史念海在《紅旗》雜志發(fā)表《黃河中游的森林變遷及其經(jīng)驗教訓(xùn)》一文(以下稱“史文”),對歷史時期黃土高原森林變遷及其原因進(jìn)行論述,通過對歷史文獻(xiàn)的整理和分析,認(rèn)為歷史時期黃土高原的植被地帶性從南至北大致可分為森林、森林草原和草原,在氣候最適宜期黃土高原曾存在大面積的森林,而人類的不合理開發(fā)是黃土高原森林破壞的主要原因[5]。“史文”的發(fā)表推動了學(xué)界關(guān)于歷史時期黃土高原是否存在森林的大討論,影響和引導(dǎo)了一批歷史學(xué)和歷史地理學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者投入到這一學(xué)術(shù)問題的研究當(dāng)中。

通觀整個20世紀(jì)80年代,有關(guān)全新世黃土高原森林變遷的定性研究成果主要集中在以下3個方面:一是有關(guān)學(xué)者以“史文”為研究范式,對歷史時期黃土高原不同區(qū)域的森林變遷情況進(jìn)行討論,認(rèn)為寧夏南部地區(qū)[22-23]、甘肅的中部和東部地區(qū)[24-25]、鄂爾多斯高原的東部和南部[26]、黃土高原東南部[27]及北洛流域[28]在古代都發(fā)育有森林。更有學(xué)者提出2.7 ka B.P.的山西、陜西、甘肅的森林覆蓋率分別高達(dá)63%,45%和77%[29]。二是歷史地理學(xué)者通過把歷史文獻(xiàn)與部分量化研究成果相結(jié)合,提高了歷史時期黃土高原森林變遷研究的精度。1985年,朱士光綜合利用黃土孢粉、黏土礦物和哺乳動物化石等研究成果,對黃土高原更新世以來的氣候和植被變遷情況進(jìn)行探討[6]。他認(rèn)為,進(jìn)入全新世以后,黃土高原的氣溫不斷上升,至全新世中期,黃土高原的氣候較今天更加溫暖濕潤。在5～3 ka B.P.,黃土高原的植被以六盤山為界,以西為溫帶草原,以東為亞熱帶森林。自西周以來,黃土高原的氣候逐漸轉(zhuǎn)為干冷,相應(yīng)的亞熱帶森林和溫帶草原也退化為暖溫帶落葉闊葉林、暖溫帶森林草原、溫帶草原與溫帶荒漠草原。同時,人類活動影響的不斷積累最終導(dǎo)致黃土高原的自然環(huán)境在隋唐之后發(fā)生了一系列重大變化,致使黃土高原生態(tài)環(huán)境走向失衡,自然環(huán)境越發(fā)惡化[6]。三是理論方法的創(chuàng)新。史念海從認(rèn)識論和方法論角度,闡述了歷史地理學(xué)者利用文獻(xiàn)材料進(jìn)行黃土高原森林變遷研究的科學(xué)性[8]。首先,我國豐富的古代文獻(xiàn)是進(jìn)行歷史時期黃土高原森林變遷研究的重要證據(jù),如果只唯自然因素論,忽視甚至放棄文獻(xiàn)資料,必然不會得到科學(xué)的結(jié)論。其次,實地考察在進(jìn)行黃土高原森林變遷研究中具有重要作用,利用此方法可以有效避免單純文字分析的不足。最后,相關(guān)學(xué)者在進(jìn)行歷史時期黃土高原植被研究時,應(yīng)積極和科學(xué)地利用考古學(xué)及地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)、土壤學(xué)等學(xué)科的研究手段和成果,提高研究結(jié)論的合理性和科學(xué)性。

20世紀(jì)90年代初期,歷史地理學(xué)界對這一學(xué)術(shù)問題有了新的認(rèn)識。楊勤業(yè)等通過對當(dāng)時研究成果的綜合分析,認(rèn)為在全新世中期,黃土高原上從東南至西北依次分布著北亞熱帶落葉與常綠闊葉混交林、暖溫帶落葉闊葉林、暖溫帶針闊葉混交林和溫帶草原;全新世中晚期之交,黃土高原的天然植被類型開始向東南移動;全新世中晚期后,黃土高原亞熱帶植被類型消失,森林草原占據(jù)了恒山—子午嶺—六盤山以北的廣大地區(qū),隴中西部則為溫帶草原,而其他草原區(qū)則逐漸干旱化[30]。王守春通過對古代文獻(xiàn)的重新解讀,認(rèn)為3.0～2.3 ka B.P.的西周早期至戰(zhàn)國時期,在六盤山以東、呂梁山以西、長城以南、渭河以北的黃土高原顯域生境上,植被為疏林(稀樹)灌叢草原”,這一時期的黃土高原上并沒有大面積的森林生長[11]。然而,20世紀(jì)90年代末,他的認(rèn)識發(fā)生了轉(zhuǎn)變。1999年,王守春在為《黃土高原歷史地理研究》所作的序言中寫道:“最初,我受黃土高原無林論這一觀點的影響,……,逐漸改變了我的看法,并對史先生所闡述的古代黃土高原有面積較廣大的森林這一結(jié)論確信不疑”[31]。進(jìn)入21世紀(jì)以后,歷史學(xué)和歷史地理學(xué)界對全新世黃土高原森林變遷的研究逐漸減少,在研究材料、研究方法和研究結(jié)論上少有突破。

2 定量研究

2.1 環(huán)境替代性指標(biāo)分析

我國黃土高原是全球黃土分布規(guī)模最大、土層堆積最厚、發(fā)育最典型和開發(fā)歷史最悠久的地區(qū)[32]。新中國成立以來,生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、土壤學(xué)等自然學(xué)科利用科學(xué)實驗的方法對黃土高原古代環(huán)境替代性指標(biāo)進(jìn)行了廣泛研究,在第四紀(jì)黃土高原古植被演替,尤其是全新世黃土高原森林變遷領(lǐng)域取得了豐碩成果。在研究手段方面,學(xué)界采用的定量研究方法包括但不限于孢粉分析、植物硅酸體分析、有機碳同位素法、土壤分析法(土壤類型分析、土壤微形態(tài)分析、土壤蒸散量模型)以及分子化石分析法等,其中最主要和最重要的方法是孢粉分析法。在進(jìn)行全新世黃土高原植被研究時,通常會利用多指標(biāo)相互驗證的方法及定量(半定量)的植被分析來提高研究的科學(xué)性和可靠性[12]。

2.2 全新世黃土高原森林變遷的定量研究

黃土高原古植被研究一直是地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、生物學(xué)、土壤學(xué)等自然科學(xué)的研究熱點。對全新世黃土高原植被的探討主要從區(qū)域、地貌和研究方法3個方面進(jìn)行。在研究區(qū)域方面,學(xué)界重點關(guān)注黃土高原中部(六盤山和呂梁山之間)和西部(六盤山以西)地區(qū)。在地貌古植被研究方面,從塬、梁、峁及溝谷等不同地貌條件考察全新世以來植被演替情況,重在說明不同地貌上古植被演替情況。在研究方法上,學(xué)者們傾向于利用多種研究方法進(jìn)行相互印證的方式,來確保研究結(jié)果的精度和科學(xué)性。

有關(guān)隴西高原在全新世是否存在森林的討論一直長盛不衰。目前,學(xué)界觀點大體可分為兩方面:一是隴西黃土高原全新世以來植被是以草原為主,雖然在全新世溫暖期有喬木生長,但從來沒有森林發(fā)育。有學(xué)者認(rèn)為黃土的有機質(zhì)含量少,化學(xué)特性呈弱堿性,土壤結(jié)構(gòu)差,含水量不足,無法支持塬面及梁、峁區(qū)森林的生長要求[33]。然而,劉多森利用建立的土壤可能蒸散量模型,計算出黃土高原的干燥度位于半干潤區(qū)中的半濕潤亞區(qū),他認(rèn)為黃土高原在明清以前的植被主要類型為森林、森林草原,草原和干燥草原占比較小[34]。還有學(xué)者認(rèn)為隴西高原絕大部分時期是草原和荒漠草原的穩(wěn)定植被,即使在全新世氣候最適宜期,隴西高原的塬面和高階地也無法發(fā)育森林,林木僅能在河谷和石質(zhì)山嶺的陰坡生長[35-39]。隨著技術(shù)手段的快速發(fā)展,相關(guān)研究成果也愈加精確。劉俊峰通過對會寧地區(qū)660 ka B.P.以來的孢粉分析表明,全新世中早期,該區(qū)是有櫟、樺、松等喬木分布的森林草原,有豐富的蕨類植被,氣候溫暖半濕潤。全新世后期氣候轉(zhuǎn)干,喬木只分布在河谷、山地等區(qū)域,塬面轉(zhuǎn)為干草原[40]。謝樹成等利用分子化石證據(jù),證明蘭州地區(qū)在歷史時期主要發(fā)育了草原植被,在全新世最暖期可能有一些木本植物,但末次冰期以來主要是荒漠(草原)植被,黃土高原的塬面上從來沒有森林發(fā)育[12]。鐘艷霞等利用分子標(biāo)志化合物組分進(jìn)行研究,證明秦安地區(qū)在全新世以草原植被為主,在全新世大暖期并未有森林[41]。二是隴西黃土高原全新世的植被類型是草原、森林草原,在全新世溫暖期局部地區(qū)短時期有森林發(fā)育。有學(xué)者通過多種方法的綜合利用,復(fù)原了甘肅隴西盆地全新世的植被演替情況,認(rèn)為這一地區(qū)在全新世的古植被演變是草原,到以樺屬、鵝耳櫟屬和松屬為主的常綠針葉闊葉混交林,再到以鵝耳櫟屬為主的稀樹草原[42-43]。馮繩武認(rèn)為在8～7 ka B.P.,秦安大地灣地區(qū)山地的陽坡是高草地,而陰坡則為茂密的森林和灌木叢[44]。夏敦盛等根據(jù)秦安大地灣土壤樣本的孢粉分析,認(rèn)為該區(qū)在全新世早期植被稀疏,氣候寒冷干燥;全新世中期,該區(qū)氣候溫暖濕潤,曾短時期發(fā)育有針葉林[15]。Z.D.Feng等認(rèn)為黃土高原西部地區(qū)在全新世存在一個超濕潤氣候期(10～4 ka B.P.),這時的東亞夏季風(fēng)得到加強,雨季也得以延長。在這樣的氣候條件下,黃土高原西部在7.54～5.97 ka B.P.之間有森林發(fā)育[16]。這一結(jié)論獲得其他研究的支持[45-48]。除此之外,還有學(xué)者通過對黃土高原西部局部地區(qū)、特定時段的植被演替情況進(jìn)行研究,分析隴西黃土高原西北部、西南部等區(qū)域在全新世的森林發(fā)育情況[49-52]。

六盤山和呂梁山之間是黃土高原的中部地區(qū),包括以關(guān)中盆地為主的南緣區(qū),中部塬區(qū)和北部的沙漠-黃土邊緣區(qū)。劉東生等通過分析關(guān)中盆地河湖相沉積物中的動物化石,認(rèn)為該區(qū)域在歷史時期應(yīng)是較濕熱的森林草原環(huán)境,在全新世氣候最適宜,該區(qū)一直以草甸草原為主,可能還有一定量的針葉樹成分,但在塬面上沒有茂密的森林成長[53-54]。這一觀點得到許多學(xué)者的認(rèn)同[12,55-56]。然而,趙景波等根據(jù)岐山剖面的高分辨率孢粉分析結(jié)果和古土壤類型研究,證明全新世大暖期關(guān)中地區(qū)發(fā)育的土壤為淋溶型森林土壤而非黑櫨土,當(dāng)時關(guān)中盆地的植被類型以落葉闊葉林為主兼有森林草原[57]。蔡茂堂等利用不同地區(qū)的孢粉數(shù)據(jù)對比,提出全新世最適宜期岐山、寶雞地區(qū)的植被為落葉闊葉林[48],持相似觀點的還有X.Shang等[58]、D.P.Yue等[59]。與關(guān)中地區(qū)古植被演替研究的巨大分歧不同,學(xué)界對于慶陽、富川、耀縣等中部塬區(qū)和榆林沙漠與黃土交匯地區(qū)的全新世植被認(rèn)識較為一致,即全新世以來,中部塬區(qū)從來沒有森林生長,主要植被是草原或灌叢草原,塬面雖有極少的喬木,但不存在大面積森林[60-62];而沙漠-黃土邊緣區(qū)在全新世早期以疏林草原為主,到晚期喬木植被消失轉(zhuǎn)為干草原[63-64],從來沒有穩(wěn)定的森林發(fā)育。

黃土高原東南部是我國古人類文化的發(fā)達(dá)地區(qū),豐富的古人類及其他動植物化石為該區(qū)域古環(huán)境復(fù)原提供了條件。河南省文物考古研究所利用大量考古材料對本區(qū)域的古環(huán)境進(jìn)行了復(fù)原,對更新世以來的區(qū)域古植被環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)說明(表1)[65]。

綜上,地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、生物學(xué)及土壤學(xué)等自然科學(xué)在全新世以來黃土高原森林變遷研究領(lǐng)域取得了豐碩的成果。相關(guān)學(xué)科利用的分析手段越來越多樣,研究成果的分辨率也越來越高,綜合歸納出黃土高原中西部地區(qū)全新世植被演替[15-16,43,45-47,50-51,57-58](圖1)。然而,當(dāng)前學(xué)界研究區(qū)域以黃土高原中西部為主,缺少對呂梁山以東黃土高原森林變遷研究的關(guān)注。另外,上述研究結(jié)果的分歧較大,雖然多數(shù)學(xué)者認(rèn)為全新世以來黃土高原中西部地區(qū)并不存在森林,但越來越多的研究表明,該區(qū)域在全新世大暖期有區(qū)域性、短時間的森林發(fā)育。

表1 黃土高原東南部古植被類型簡表

圖1 黃土高原中西部地區(qū)全新世植被演替

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

學(xué)界有關(guān)全新世黃土高原森林變遷研究的分歧主要集中在黃土高原在全新世是否有森林分布、全新世黃土高原森林分布的范圍和時段、人為因素在黃土高原森林消失過程中的作用以及黃土高原植被修復(fù)策略及方針的確定和選擇4個方面。這些分歧的產(chǎn)生與以下幾方面因素有密切聯(lián)系。首先,各學(xué)科的學(xué)科背景不同,研究材料和方法各異,學(xué)科間交流和學(xué)習(xí)十分有限。歷史學(xué)和歷史地理學(xué)等人文-社會學(xué)科在進(jìn)行專題研究時主要的材料是歷史文獻(xiàn),而自然科學(xué)使用的材料則以自然因素的實驗分析數(shù)據(jù)為主。由于學(xué)科背景差異及缺少足夠的溝通交流,兩者對歷史文獻(xiàn)可靠性、科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性認(rèn)識的不同,導(dǎo)致兩者在研究材料和方法以及研究結(jié)論上的巨大差異。其次,研究的性質(zhì)不同,研究結(jié)論表現(xiàn)形式也不一樣。歷史和歷史地理學(xué)者在專題研究中以定性研究為主,這也決定了在研究結(jié)論的表現(xiàn)形式和精度與自然科學(xué)研究存在差距,但這并非說明定性研究就不科學(xué)。少數(shù)自然科學(xué)學(xué)者認(rèn)為只有模型、公式和數(shù)據(jù)才是科學(xué)的,這種觀點是片面的。最后,不同研究論據(jù)的局限對專題研究結(jié)論有直接影響。歷史和歷史地理學(xué)者把歷史文獻(xiàn)作為主要材料,但由于相關(guān)文獻(xiàn)材料數(shù)量有限且難以量化,極大限制了相關(guān)學(xué)科在該領(lǐng)域的推進(jìn)與深化。與此同時,環(huán)境替代性指標(biāo)分析方法雖然在定量研究方面具有優(yōu)勢,但也不是毫無缺陷。以孢粉分析為例,地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科在利用孢粉對古代環(huán)境植被復(fù)原時,多數(shù)情況下忽略了對孢粉傳播和沉降機制的分析,而這對研究結(jié)果的準(zhǔn)確性具有不可忽視的影響。

3.2 展望

全新世黃土高原森林變遷研究雖然取得了豐富成果,但要全面科學(xué)地解決學(xué)術(shù)分歧仍有大量工作需要深入。在研究方法上,相關(guān)研究領(lǐng)域中人文、社會科學(xué)和自然科學(xué)的分化仍然很明顯。人文與社會科學(xué)的學(xué)者由于對相應(yīng)科技手段不夠了解,在利用自然因素的代用指標(biāo)時往往會有力不從心之感。同時,自然科學(xué)的學(xué)者由于缺乏系統(tǒng)的歷史學(xué)訓(xùn)練,較少能完全理解歷史文獻(xiàn)的價值和意義,因而對歷史文獻(xiàn)證據(jù)重視不足。因此,歷史地理研究要提高歷史時期黃土高原森林變遷研究的科學(xué)性,需要利用自然科學(xué)的成果來驗證和補充從歷史資料中分析出來的各種假設(shè),通過歷史文獻(xiàn)記錄和自然科學(xué)證據(jù)的相互印證,達(dá)到提高研究結(jié)論科學(xué)性的目的。自然科學(xué)的學(xué)者也應(yīng)該注意歷史文獻(xiàn)的作用,進(jìn)行合理的提煉和分析,為研究結(jié)論提供歷史證據(jù)支持。在研究區(qū)域上,當(dāng)前的研究主要集中在黃土高原西部和中部地區(qū),而呂梁山以東的黃土高原東部地區(qū)的古植被演替情況極少涉及,未來應(yīng)加強該區(qū)域歷史森林變遷的研究,進(jìn)而認(rèn)識這一區(qū)域歷史植被的發(fā)展演變情況,為黃土高原綜合治理工程提供參考和建議。同時,學(xué)界在進(jìn)行黃土高原植被變遷研究時,應(yīng)多關(guān)注黃土高原內(nèi)部區(qū)域性差異研究,包括黃土高原西部、中部和東部的古植被演替差異及其演化發(fā)展的規(guī)律性問題,最終提高歷史時期黃土高原森林變遷研究的整體層次和水平。