重建我國全新世以來火的時空演變趨勢

高博　譚志海　楊柳　韓通　吳創　潘鑫琦

摘? 要：火作為生態環境的干擾因素，是人類管理生態環境的古老手段。炭屑是生物質或化石燃料不完全燃燒所形成的含碳物質連續統一體，對全球碳循環和氣候變化研究具有重要意義。本文通過統計分析我國全新世以來的31個陸相（湖泊）沉積物的炭屑記錄（主要集中在我國中東部），運用ArcGis、SPSS等軟件繪制火分布平面等值圖，試圖重建我國區域全新世以來的野火歷史，這為我們理解火的時空變化趨勢及其分布特征提供了一個有效的途徑。

關鍵詞：古火? 炭屑? 全新世? 氣候? 人類活動

中圖分類號：X14? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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90年代以來，伴隨著厄爾尼諾現象地頻繁出現，極端氣候事件導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生，如今火災問題已成為了各國研究學者們高度關注的焦點。據近代火災數據統計，過去幾十年以來火災規模不斷地擴大。除了火燃燒會產生二氧化碳加劇溫室效應外，火燃燒產生的炭顆粒物如黑碳，它吸收太陽輻射的能力很強，火燃燒后產生的黑碳懸浮于大氣對流層中，導致溫室效應加劇。此外，火燃燒產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，面對這些挑戰，采取相應措施是困難的，因為火活動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）以及人類活動的時空分布，與野火機制之間形成了復雜的非線性函數關系。

火在全球物質循環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不活躍，導致植物枯落物中的碳循環被極大阻礙。然而在火的加入下，火的發生可以燃燒植被的枯落物，由此來促進了生態系統中的碳循環。同時，火對氮循環和硫循環也會產生影響，據研究，森林火災每年大約會向大氣排放2×1012g 的含硫氣體，3.7×1012g的燃燒生成的氮氣。

目前，我們對于人類、氣候與火災三者之間相互影響機制的了解十分有限，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，從長時間角度，探究火的變化趨勢，及其與氣候變化趨勢，人類活動變化趨勢的相關性，來理解不同時空下火災發生的原因是非常有意義的。這不僅一定程度上為未來火預測提供了數據支持，還對深入理解當今全球變暖局勢下火災的發生趨勢和有效制定防控措施至關重要。因此，要想預測火對環境響應下的發展趨勢，就必須先從一個長時間角度下探究火的變化規律，及不同時空下各影響因素對火發生的影響程度。本文主要通過利用現有的關于我國古火指標和古地理數據綜合，重建我國火災歷史，并將其與氣候數據，人類活動數據相比較，來探討氣候和人類不同時空下對火的相對影響。

1? 研究方法

本文利用的我國全新世以來的 31個陸相（湖泊）沉積物的炭屑記錄來自于現有的文獻研究。本文總共統計了全新世以來的31個地點，分為3個時期的統計點，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 個陸相（湖泊）沉積物的炭屑記錄（主要分布在我國中東部），進行統計分析，運用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生趨勢，全新世早、中、晚期各時期我國的野火分布特征，將火的發生與氣候干濕指數進行比較。

1.1 主要軟件介紹

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

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線的繪圖軟件，它是世界上最早的統計分析軟件，其基本功能包括數據管理、統計分析、圖表分析、輸出管理等，由于其操作界面友好，輸出結果美觀，已在我國的社會科學、自然科學等各領域發揮了巨大作用。

2? 結果與分析

2.1 全新世以來我國火活動總體變化趨勢

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

2.2 全新世各時期炭屑分布狀況

全新世早期火活動最為頻繁的地區位于我國南海沿海大陸架，南海北部 17940 孔的炭屑統計濃度高達 144210 粒/g，遠高于其他地區炭屑濃度，這可能是因為此時期全國普遍為干旱草原，而南海北部沿海地區的生物質較多，燃燒質基量大導致火活動活躍。次而為新疆和云南地區，新疆賽里木湖的炭屑統計濃度最高為 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火活動極不活躍。

全新世中期火活動最為活躍的地區為我國東北三江平原地區、青藏高原東部和黃土高原東北地區，據統計，黑龍江三江平原申家店剖面的炭屑統計濃度最高達 51400 粒/g，山西運城盆地DXF-S剖面的炭屑統計濃度 最高為25923粒/g，河南省仰韶村剖面的炭屑統計濃度高達 44583粒/g，此三處為炭屑濃度高濃度點。全新世中期的野火活動總體較少，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加強的影響。

全新世晚期我國東北的炭屑濃度最高，火活動最活躍，黑龍江三江平原申家店剖面的炭屑統計濃度高達58239粒/g，這與歷史上清朝的“移民實邊”政策相吻合，大量的人口北遷導致東北地區人類活動頻繁，促進了火的發生。在華南個別地區炭屑濃度也較高，如云南昆明陽宗海的炭屑統計濃度為32000粒/g。

綜上所述，全新世以來，我國各地區的火活動不同時期有著明顯的區域性差異。從早期到晚期，華南地區的火活動程度由最為活躍到逐漸下降至中等偏下水平，而東北地區受到人類活動的強烈影響由火災極少發生發展到中期的發生頻率極高，并在晚期繼續保持了高頻率火災狀況。華中地區除了全新世中期時個別地區火活動較頻繁，基本處于較低水平，尤其是早期和晚期，火災極少發生。華西地區早期和中期火活動頻率均處于中等水平，晚期極低。

2.3 火的發生與濕度的關系

通過比較發現，在11-8ka.B.P.南方氣候濕潤，北方氣候干燥，此時段全國普遍為干旱草原，火活動在生物量集中的南方較活躍。在 8-5ka.B.P.北方相對較干旱，炭屑高濃度點集中在北方可能與北方的干旱氣候和人類活動干擾相關。在 5-2ka.B.P.氣候總體較為干旱，南北均分布著多個中等炭屑濃度點，2-0ka.B.P.火的集中分布從中原地區向華北，東南和西南地區轉變，南方火活動更為活躍可能是由于人類活動區集中于南方，促進了火的發生。

3? 結語

火的發生與氣候干濕變化，植被生物量的多少和人類活動的作用之間存在著復雜的非線性函數關系，不同時空下有著不一樣的相互影響機制。

（1）從全國范圍全新世以來火發生趨勢來看，在全新世早期（12-8ka.B.P.），區域火事件時而發生;在全新世中期（8 -4ka.B.P.），火活動總體呈下降態勢，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以來又出現了明顯的上升趨勢。可見，該區域古火變化趨勢與東亞古火變化趨勢的一致性表明，我國古火變化具有明顯區域性。

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

（3）從火的發生與干濕指數對比來看，早期全國都較為干旱，生物量有限，抑制了北方火的發生，而生物量集中的南方則火時有發生;全新世中期氣候濕潤，火的發生集中在中原地區，這與中原地區的人類活動加強相關;全新世晚期氣候干旱，火的集中分布從中原地區向華北，東南西南地區轉變，這與人類活動的空間分布密切相關，此時人為火較為頻繁。可見，從火活動與濕度的關系來看，中國的火的發生主要受到東亞季風所控制的季節性降雨的的驅動力作用。

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