青藏高原东南缘邛海湖泊沉积记录揭示的7000年来火演化历史及其对气候变化与人类活动的响应

青藏高原东南缘邛海湖泊沉积记录揭示的7000年来火演化历史及其对气候变化与人类活动的响应

火,作为地球生态系统演化的关键驱动力,其历史动态始终与气候、植被和人类活动紧密交织。青藏高原东南缘的邛海流域,因其独特的印度夏季风(ISM)降水格局、茂密的植被覆盖以及延续两千年的Xichang古城人类活动史,成为解码火演化机制的天然实验室。然而,当前学界对长时间尺度上火活动驱动因素的认知仍存在争议:究竟是自然气候主导(如温度通过影响闪电频率调控火源),还是人类农业实践(如刀耕火种)更关键?这一科学谜题的解答,对预测未来气候变化下的火灾害风险至关重要。

为破解这一难题,中国国家自然科学基金委员会(NSFC)与德国研究基金会(DFG)联合资助的研究团队,在《Review of Palaeobotany and Palynology》发表了基于邛海湖泊沉积岩芯(QH2019)的突破性成果。研究人员采用加速器质谱14

C(AMS 14

C)定年技术建立精确年代框架,结合炭屑积累率(Charcoal Accumulation Rate, CHAR)量化火活动强度,辅以主要花粉类群(如木本植物与禾本科Poaceae)分析植被演替,首次重建了该区域7000年来的高分辨率火历史。

关键方法

研究团队从邛海中心获取18.05米沉积岩芯(QH2019),通过AMS 14

C测定12个陆生植物残体样本建立年代模型。采用湿筛法分离>125 μm的宏观炭屑(指示局地火事件),结合显微镜统计微观炭屑(反映区域火活动)。花粉分析聚焦木本/草本比例变化,特别追踪人类活动标志物种(如Poaceae)。

研究结果

1. 火演化的两阶段模式

自然气候主导期(7000-620 cal yr BP):CHAR持续下降达90%,与青藏高原温度降低导致的闪电减少直接相关。此时花粉组合以栎属(Quercus)等木本植物为主(占比>70%),反映自然植被主导。

人类活动干预期(620 cal yr BP至今):CHAR骤增3倍,同期木本植物锐减至40%,而Poaceae(与农耕相关)含量翻番。该转变与Xichang城人口扩张、刀耕火种农业兴起的历史记载高度吻合。

2. 多因素耦合机制

温度通过控制生物量生产(正效应)与闪电概率(负效应)施加非线性影响:早期低温虽减少闪电,但充足生物量仍支持适度火活动;后期人类通过焚烧林地开辟农田,彻底改变火 regime(燃烧频率与强度模式)。

结论与意义

这项研究首次在青藏高原东南缘建立千年尺度的“火-气候-人类”交互作用档案,证实人类活动自620 cal yr BP起已成为火动态的首要驱动力。其科学价值体现在三方面:

历史重建:量化了农业社会对自然火周期的颠覆性影响,为理解 Anthropocene(人类世)生态转型提供实证;

灾害预警:揭示人口密集区火风险与土地利用的强关联性,指导现代防火策略;

模型校准:为地球系统模型中火模块的参数化提供关键古数据参照。

该成果不仅深化了对高原生态系统脆弱性的认知,更警示在气候变暖背景下,叠加人类活动加剧可能引发更极端的火灾害链,亟需跨学科协同治理。

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