重建我国全新世以来火的时空演变趋势

高博　谭志海　杨柳　韩通　吴创　潘鑫琦

摘  要：火作为生态环境的干扰因素，是人类管理生态环境的古老手段。炭屑是生物质或化石燃料不完全燃烧所形成的含碳物质连续统一体，对全球碳循环和气候变化研究具有重要意义。本文通过统计分析我国全新世以来的31个陆相（湖泊）沉积物的炭屑记录（主要集中在我国中东部），运用ArcGis、SPSS等软件绘制火分布平面等值图，试图重建我国区域全新世以来的野火历史，这为我们理解火的时空变化趋势及其分布特征提供了一个有效的途径。

关键词：古火  炭屑  全新世  气候  人类活动

中图分类号：X14                                文献标识码：A                    文章编号：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世纪90年代以来，伴随着厄尔尼诺现象地频繁出现，极端气候事件导致了世界上许多地方特大或近乎前所未有的野火事件频繁发生，如今火灾问题已成为了各国研究学者们高度关注的焦点。据近代火灾数据统计，过去几十年以来火灾规模不断地扩大。除了火燃烧会产生二氧化碳加剧温室效应外，火燃烧产生的炭颗粒物如黑碳，它吸收太阳辐射的能力很强，火燃烧后产生的黑碳悬浮于大气对流层中，导致温室效应加剧。此外，火燃烧产生的颗粒物也可沉积至冰川并吸收辐射，致使冰川加速融化。然而，面对这些挑战，采取相应措施是困难的，因为火活动的变化归因于许多因素。气候变化（湿度与温度等）、植被特征（生物量和易燃性）以及人类活动的时空分布，与野火机制之间形成了复杂的非线性函数关系。

火在全球物质循环中扮演了极为重要的角色。如寒温带针叶林的低气温气候使得分解者活动不活跃，导致植物枯落物中的碳循环被极大阻碍。然而在火的加入下，火的发生可以燃烧植被的枯落物，由此来促进了生态系统中的碳循环。同时，火对氮循环和硫循环也会产生影响，据研究，森林火灾每年大约会向大气排放2×1012g 的含硫气体，3.7×1012g的燃烧生成的氮气。

目前，我们对于人类、气候与火灾三者之间相互影响机制的了解十分有限，然而已知的是，火在自然界中是有周期性的，也是受到几百甚至上千年的气候和生物过程影响的。因此，从长时间角度，探究火的变化趋势，及其与气候变化趋势，人类活动变化趋势的相关性，来理解不同时空下火灾发生的原因是非常有意义的。这不仅一定程度上为未来火预测提供了数据支持，还对深入理解当今全球变暖局势下火灾的发生趋势和有效制定防控措施至关重要。因此，要想预测火对环境响应下的发展趋势，就必须先从一个长时间角度下探究火的变化规律，及不同时空下各影响因素对火发生的影响程度。本文主要通过利用现有的关于我国古火指标和古地理數据综合，重建我国火灾历史，并将其与气候数据，人类活动数据相比较，来探讨气候和人类不同时空下对火的相对影响。

1  研究方法

本文利用的我国全新世以来的 31个陆相（湖泊）沉积物的炭屑记录来自于现有的文献研究。本文总共统计了全新世以来的31个地点，分为3个时期的统计点，分别为 距今 12-8ka、距今 8-4ka 和距今 4-0ka。通过来自我国全新世以来的 31 个陆相（湖泊）沉积物的炭屑记录（主要分布在我国中东部），进行统计分析，运用ArcGis、SPSS 等软件分析绘制火分布平面等值图，试图重建我国区域全新世以来的野火历史。具体包括探究全新世以来我国的火发生趋势，全新世早、中、晚期各时期我国的野火分布特征，将火的发生与气候干湿指数进行比较。

1.1 主要软件介绍

GetData是本研究的原始数据提取程序，它是一款可以将图表数字化的工具，可帮助从图表中提取数字信息。

ArcGis是本研究的炭屑浓度等值线图绘图软件。等值线是用于连接各类等值点的线，线的分布显示表面值的变化方式，值的变化量越小，线的间距就越大;值上升或下降得越快，线的间距就越小;图片中的颜色显示可说明炭屑浓度的空间分布特征。

SPSS 是本研究的拟合火趋势线的绘图软件，它是世界上最早的统计分析软件，其基本功能包括数据管理、统计分析、图表分析、输出管理等，由于其操作界面友好，输出结果美观，已在我国的社会科学、自然科学等各领域发挥了巨大作用。

2  结果与分析

2.1 全新世以来我国火活动总体变化趋势

由图1可以看出，在全新世早期，火活动显著，但总体呈下降态势，局部极小值出现在 10ka.B.P.左右;在全新世中期，火活动相对较少，火趋势在7.5ka.B.P. 时急剧增加，6.5ka.B.P.左右出现局部极大值，随后下降;在全新世晚期，火活动相比于中期更为频繁，火趋势在 3 -1ka.B.P.一直维持在较高水平，在0.8ka.B.P.左右出现局部最小值。

2.2 全新世各时期炭屑分布状况

全新世早期火活动最为频繁的地区位于我国南海沿海大陆架，南海北部 17940 孔的炭屑统计浓度高达 144210 粒/g，远高于其他地区炭屑浓度，这可能是因为此时期全国普遍为干旱草原，而南海北部沿海地区的生物质较多，燃烧质基量大导致火活动活跃。次而为新疆和云南地区，新疆赛里木湖的炭屑统计浓度最高为 107796 粒/g，云南抚仙湖南部湖泊沉积物岩芯最高为 86396 粒/g，而我国东北部和华中地区火活动极不活跃。

全新世中期火活动最为活跃的地区为我国东北三江平原地区、青藏高原东部和黄土高原东北地区，据统计，黑龙江三江平原申家店剖面的炭屑统计浓度最高达 51400 粒/g，山西运城盆地DXF-S剖面的炭屑统计浓度 最高为25923粒/g，河南省仰韶村剖面的炭屑统计浓度高达 44583粒/g，此三处为炭屑浓度高浓度点。全新世中期的野火活动总体较少，与全新世早期的差异性显著，这可能是受气候变化和人类活动加强的影响。

全新世晚期我国东北的炭屑浓度最高，火活动最活跃，黑龙江三江平原申家店剖面的炭屑统计浓度高达58239粒/g，这与历史上清朝的“移民实边”政策相吻合，大量的人口北迁导致东北地区人类活动频繁，促进了火的发生。在华南个别地区炭屑浓度也较高，如云南昆明阳宗海的炭屑统计浓度为32000粒/g。

综上所述，全新世以来，我国各地区的火活动不同时期有着明显的区域性差异。从早期到晚期，华南地区的火活动程度由最为活跃到逐渐下降至中等偏下水平，而东北地区受到人类活动的强烈影响由火灾极少发生发展到中期的发生频率极高，并在晚期继续保持了高频率火灾状况。华中地区除了全新世中期时个别地区火活动较频繁，基本处于较低水平，尤其是早期和晚期，火灾极少发生。华西地区早期和中期火活动频率均处于中等水平，晚期极低。

2.3 火的发生与湿度的关系

通过比较发现，在11-8ka.B.P.南方气候湿润，北方气候干燥，此时段全国普遍为干旱草原，火活动在生物量集中的南方较活跃。在 8-5ka.B.P.北方相对较干旱，炭屑高浓度点集中在北方可能与北方的干旱气候和人类活动干扰相关。在 5-2ka.B.P.气候总体较为干旱，南北均分布着多个中等炭屑浓度点，2-0ka.B.P.火的集中分布从中原地区向华北，东南和西南地区转变，南方火活动更为活跃可能是由于人类活动区集中于南方，促进了火的发生。

3  结语

火的发生与气候干湿变化，植被生物量的多少和人类活动的作用之间存在着复杂的非线性函数关系，不同时空下有着不一样的相互影响机制。

（1）从全国范围全新世以来火发生趋势来看，在全新世早期（12-8ka.B.P.），区域火事件时而发生;在全新世中期（8 -4ka.B.P.），火活动总体呈下降态势，然而在 7.5-6.5ka.B.P.年野火频率明显上升;在全新世晚期（4-0ka.B.P.），距今3ka以来又出现了明显的上升趋势。可见，该区域古火变化趋势与东亚古火变化趋势的一致性表明，我国古火变化具有明显区域性。

（2）不同时间尺度下，我国的野火分布特征具有明显差异。全新世早期火活动最为频繁的地区位于我国南海沿海大陆架，南海北部17940 孔的炭屑统计浓度最高為144210.0 粒/g，远高于其他地区炭屑浓度。这可能主要是受于当时该地区的气候控制，当时该地的气候为极干燥少降水，且温度回暖持续高温。在全新世中期，火活动较早期有所下降，火活动最为活跃的地区为我国东北三江平原地区、青藏高原东部和黄土高原东北地区，在黑龙江三江平原申家店剖面出现的炭屑浓度最高值为 51400.0 粒/g。这一时期是高原全新世的暖期盛期，青藏高原东部的人类活动在这一时期也逐渐增强至达到鼎盛。在全新世晚期，依旧是我国东北的炭屑浓度最高，火活动最活跃，在华南个别地区炭屑浓度也较高，如云南昆明阳宗海的炭屑统计浓度为 32000.0 粒/g。

（3）从火的发生与干湿指数对比来看，早期全国都较为干旱，生物量有限，抑制了北方火的发生，而生物量集中的南方则火时有发生;全新世中期气候湿润，火的发生集中在中原地区，这与中原地区的人类活动加强相关;全新世晚期气候干旱，火的集中分布从中原地区向华北，东南西南地区转变，这与人类活动的空间分布密切相关，此时人为火较为频繁。可见，从火活动与湿度的关系来看，中国的火的发生主要受到东亚季风所控制的季节性降雨的的驱动力作用。

参考文献

[1] 裴文强，万世明，谭扬，等.过去5万年来珠江流域火历史的南海沉积记录[J].海洋地质与第四纪地质，2017，37（3）：47-57.

[2] 马婷，郑卓，满美玲，等.南亚热带全新世火灾记录的气候变化及人类影响[J].热带地理，2016，36（3）：86-494.

[3] 江鸿，饶志国.火的历史重建及其与气候变化和人类活动关系研究进展[J].海洋地质与第四纪地质，2018，38（2）：185-197.

[4] 姜莹莹，鄂崇毅，侯光良，等.青海湖江西沟2号遗址炭屑浓度反映的环境变化与人类活动[J].地球环境学报，2015，6（2）：98-105.

[5] 谭志海，龙艳侠，范汇晨，等.史前关中盆地土壤剖面的黑碳与炭屑记录[J].土壤通报，2016，47（3）：518-524.

[6] 赵亚娟，候光良，鄂崇毅，等.青藏高原下大武地区炭屑浓度所反映的环境演变与人类活动[J].地球环境学报，2016，7（1）：19-26.

[7] 孙启发，沈才明，王敏，等.云贵高原抚仙湖近13300年的花粉/炭屑记录[J].古生物学报，2018，57（2）：249-259.

[8] 蔡晓敏，苗运法，靳鹤龄，等.全新世中期毛乌素沙地炭屑记录与火灾历史[J].中国沙漠，2015，35（5）：1156-1162.

[9] 吴立，张梦翠，计超，等.全新世巢湖沉积物炭屑记录的火环境变化[J].地理科学，2016，36（12）：157-165.

[10] 廖冰，谭志海，孙斌，等.甘肃合水地区全新世以来土壤剖面黑碳记录及其气候变化[J].地球环境学报，2017，8（1）：15-24.

[11] 谭志海，龙艳侠，毛龙江，等.洞庭盆地末次冰期中晚期以来黑褐色土壤剖面野火记录及气候关联[J].首都师范大学学报：自然科学版，2017，38（4）：77-84.