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關(guān)于周原全新世土壤剖面木炭屑與野火活動的關(guān)系研究
論文關(guān)鍵詞： 野火 生態(tài)演替 全新世 關(guān)中盆地 木炭屑
論文摘要： 研究陜西周原全新世黃土剖面磁化率曲線、總有機碳曲線、木炭屑曲線和野火活動及其與生態(tài)演變 的關(guān)系結(jié)果表明,馬蘭黃土堆積時期氣候干旱,在當時半荒漠草原上當?shù)貢r常有自然野火發(fā)生;全新世大暖時期(8500~3100aB.P)氣候濕潤,生物成壤作用強度大,呈現(xiàn)森林或森林草原自然景觀,野火活動極少發(fā)生;先周人遷居到周原地區(qū)(3100aB.P)開始,人類用火及其放火燒荒開墾農(nóng)田等活動,加之氣候變得干旱,生物化學成壤作用減弱,致使生態(tài)環(huán)境發(fā)生重大變化,自然生態(tài)景觀向半自然、半人工景觀演替;1500aB.P開始可耕種土地幾乎開墾殆盡,生態(tài)景觀完全被人工農(nóng)田生態(tài)景觀所代替;而近幾百年來隨著密度和聚落的增加,人類生活用火和垃圾隨之加大,人類對土壤環(huán)境的干擾進一步增強。
Key words： Wildfire,Change of ecology,Holocene,Guanzhong Basin,Charcoal
Abstract：The relationships among soil charcoal in Holocene,wildfire and its change of ecological environment were studied.The results show that in the phase of piling of Malan loess,the climate was arid and wildfire often occurred onsemi-desert grassland.During the period of soil formation,bio-pedogenic processes were so active that forests or forest-grassland formed with the arrival of humid warmer climate of the Holocene Megathermal.Therefore,the wildfire activitiesseldom occurred.However,by the time of 3100aB.P,with the settlement of Zhouyuan people and human manipulation ofthe environment through the use of the fire,great changes had taken place,varying from natural ecology to semi-naturaland semi-artificial ecology.Since 1500aB.P,the arable farmland almost disappeared,resulting in artificial ecology in placeof natural ecology.For hundreds of years,with the growth of the world population,tremendous requirements of fires hadincreased with a large amount production of rubbish and human activities had also caused great damage to the soil environ-ment.
野火普遍存在于自然界中[1],它既直接影響生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)和功能的演替,又維持并促進生態(tài)環(huán)境平衡[2]。目前許多科學家利用記錄、現(xiàn)代火記錄、火疤木研究以及沉積物中孢粉、炭屑分析等方法,試圖恢復過去野火發(fā)生的過程。但文獻資料和火疤木時間跨度較短,難以用于探討更長尺度的生態(tài)環(huán)境演變和氣候動態(tài)變化。反映火災歷史時木炭屑記錄要求對完整剖面的沉積物連續(xù)取樣,以避免多次火災事件的木炭屑混在一起或某些火災事件被忽略掉,利用沉積物木炭屑分析探討長期區(qū)域野火活動對生態(tài)環(huán)境的影響有其獨特優(yōu)勢。本研究選擇黃土高原南部關(guān)中盆地周原扶風地區(qū)典型剖面木炭屑、磁化率和總有機碳等多項指標,探討了全新世野火活動與生態(tài)環(huán)境演變的關(guān)系。
1 研究區(qū)域概況與研究方法
周原扶風地區(qū)位于黃土高原南部、關(guān)中盆地西部,研究區(qū)匠陽村剖面位于扶風縣北臺塬面上,海拔高度685m,出露于約4~5m高的陡坎,臨近先周歧邑遺址外圍。該剖面黃土-古土壤序列發(fā)育完整連續(xù)且層位穩(wěn)定,界限分明,結(jié)合野外觀察記錄和實驗室內(nèi)分析,可將本剖面全新世地層劃分為0~40cm現(xiàn)代表土層(MS)、40~80cm黃土層(L0)、80~160cm上部古土壤層(S10)、160~190cm黃土夾層(Lx)、190~242cm下部古土壤層(S20)、242~265cm過渡層(Lt)和265cm以下典型的馬蘭黃土層(L1)。對匠陽村剖面進行詳細野外觀察并自地表向下每2cm為單位共連續(xù)采集190個樣品。根據(jù)地層學原理,參考前人在渭南和洛川剖面對全新世底界和黃土層底界界線以及眉縣清湫村剖面序列的研究,初步確定匠陽村剖面年代序列[3]。稱取風干樣品10g,用研缽研至粒徑<2mm后用WCL-1型磁化率儀測量其磁化率。取烘干樣品50g,研磨至200目以下取0.15g置于儀器配備的方舟中,加入10 mol/L鹽酸3滴,充分反應后采用德國High TOC-2型儀器測定其總有機碳含量。每樣品取土50g,采取重液懸浮法,在光學顯微鏡下根據(jù)炭屑長軸分<50μm、50~100μm和>100μm 3個等級炭屑數(shù),每樣品統(tǒng)計百粒至幾千粒不等,樣品分析時加入已知計數(shù)花粉以換算木炭屑濃度。
2 結(jié)果與分析
黃土剖面磁化率被認為與當?shù)厥軚|南季風控制的降水量變化密切相關(guān)。圖1表明匠陽村磁化率隨深度不同存在明顯變化,其變化范圍為30×10-6~170×10-6cgs,最低值(30~80×10-6cgs)出現(xiàn)在馬蘭黃土層(L1)及鈣積過渡層(Lt),最高值(140~170×10-6cgs)出現(xiàn)在2個古土壤層S10和S20層位上,現(xiàn)代黃土層(L0)次之(120×10-6cgs)。匠陽村剖面總有機碳含量變化明顯,尤其是古土壤層S10含量>4.5 g/kg,反映當時生物成壤作用強烈,而馬蘭黃土層則降低至2g/kg以下,受到當時冰期干旱氣候限制,生物成壤作用很弱。匠陽村剖面木炭屑總濃度變化為200~2000粒/g,剖面>100μm木炭屑濃度變化為1~350粒/g,50~100μm中值粒徑木炭屑濃度為10~400粒/g,<50μm木炭屑濃度為150~1200粒/g,剖面各種粒徑木炭屑濃度波動與地層層序變化相吻合。馬蘭黃土堆積時期各粒級木炭屑濃度較高,全新世早、中期各類型木炭屑濃度減少,且粗、中粒級減少最為明顯,全新世晚期木炭屑濃度大幅增加且峰谷交替,木炭屑濃度出現(xiàn)峰值。
[1]
黃土和古土壤總有機碳實質(zhì)包含生物成壤作用形成的腐殖質(zhì)中有機碳含量和野火形成的木炭屑有機碳成分。比較匠陽村剖面總有機碳曲線和木炭屑曲線可知,總有機碳主要反映土壤有機質(zhì)積累狀況,其含量高低與氣候變化和植被蓋度變化量呈正相關(guān),總有機碳值高表示植被較茂盛,溫暖濕潤,生物成壤作用較強;總有機碳值低則表示環(huán)境較干旱,植被相對稀少,土層有機質(zhì)積累少。磁化率是較好的氣候替代指標,剖面磁化率高表示環(huán)境溫暖濕潤和強烈的粘化成壤作用,磁化率低表示環(huán)境相對干旱。木炭屑是野火活動記錄最理想的代用指標,對木炭屑濃度變化定量分析可恢復中野火發(fā)生的頻率、強度及其變化。木炭屑濃度高表示野火活動強烈,反之則野火活動微弱;木炭屑大小可反映野火發(fā)生源區(qū)范圍遠近,粗、中粒木炭屑主要來源于本地發(fā)生的野火,細粒木炭屑源區(qū)可能相對較遠、較廣[4]。根據(jù)木炭屑濃度分析結(jié)果,馬蘭黃土堆積時期半荒漠草原生態(tài)環(huán)境區(qū)域性和當?shù)匦砸盎鸪Ｓ邪l(fā)生。該剖面全新世經(jīng)歷了3個階段(見圖1和圖2),全新世早期(11500~8500aB.P)處于干冷向溫濕過渡期,生物量積累增加,但氣候較干旱,為野火活動發(fā)生提供了可能,中粒木炭屑濃度出現(xiàn)峰值,表明有野火活動且較頻繁;全新世大暖期(8500~3100aB.P)夏季風顯著,為全新世最溫濕時期,植被茂盛,古土壤發(fā)育強烈,形成淋溶褐土,有機質(zhì)積累豐富,呈現(xiàn)森林和森林草原景觀[5],進入新石器時代后該地點附近地區(qū)似乎野火活動極少發(fā)生,但細小顆粒木炭屑的大量出現(xiàn)表明周原其他地方可能有野火發(fā)生(見圖2),這可能與當時人類生活用火和放火、圍獵及開墾荒邊等活動有關(guān),標志著人類已開始參與生態(tài)環(huán)境演變過程,但當時種植業(yè)處于初期,自然景觀仍未改變;全新世晚期風塵堆積加速,成壤作用迅速減弱,成為全新世又一相對干旱階段,降水量減少,生物化學成壤作用減弱,生物有機量大幅降低。但此時各類木炭屑濃度大幅增加,表明此時野火活動頻繁發(fā)生。
[2]
3100aB.P(相當于商末時代)時遺留下來的先周遺跡(見圖1和圖2)表明,先周人受游牧襲擾,被迫南遷至周原地區(qū)[6]開墾土地,發(fā)展耕作,此時木炭屑峰值主要由人類活動產(chǎn)生,很可能是放火毀林,以便于開墾荒地、種植農(nóng)作物的結(jié)果。故3100aB.P是周原生態(tài)發(fā)生根本性變化的轉(zhuǎn)折點,標志著自然景觀向半自然、半人工景觀演變。至1500aB.P(隋唐前)周原人類放火燒荒、開墾土地達到高潮,這種大規(guī)模、大范圍長期植被破壞與相對干旱氣候結(jié)合,使生態(tài)自然景觀進一步退化,加劇了氣候的干旱化程度。由木炭屑曲線可知1500aB.P后前半期周原各類木炭屑濃度大大減少,其原因很可能是由于荒地全部開墾殆盡,當?shù)貛缀跞砍尸F(xiàn)為農(nóng)田人工景觀,因而不會大規(guī)模放火燒荒所致,1500aB.P標志著周原生態(tài)景觀向人工自然復合生態(tài)景觀轉(zhuǎn)變;后半期當?shù)卮箢w粒木炭屑增加,人類干擾大大加強,很可能表明近幾百年(清朝時期)由于增加,聚落規(guī)模擴大,人類生活用火和垃圾增加,導致周原表土層木炭屑濃度增加。
3 小結(jié)與討論
野火直接影響生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)和功能的演變[7],是常見的生態(tài)干擾因素之一。全新世生態(tài)環(huán)境演變受多種因素制約,它通過磁化率、總有機碳反映氣候干冷、暖濕的變化,木炭屑反映野火發(fā)生強度、頻率以及相關(guān)文獻,氣候變化背景下野火成為驅(qū)動周原黃土塬區(qū)生態(tài)環(huán)境演變的1個直接因素,隨人類活動范圍的擴大,人為火促成的野火活動已成為加速全新世生態(tài)環(huán)境演變的重要因素。研究野火活動及人類活動與生態(tài)環(huán)境演變的關(guān)系,對了解和認識全新世生態(tài)環(huán)境演變具有重要意義。
參考文獻
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[3]
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