劉劍波，李建勇，韓岳婷，楊銳，韓瀟瀟，徐浩

西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，西安 710127

火作為生態(tài)系統(tǒng)重要影響因子之一，直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能以及生物化學(xué)循環(huán)[1-3]。利用炭屑、黑碳等代用指標(biāo)重建長(zhǎng)時(shí)間尺度火歷史，剖析火事件與氣候變化以及人類活動(dòng)之間復(fù)雜響應(yīng)關(guān)系已經(jīng)成為當(dāng)今熱點(diǎn)議題?；鹂赏ㄟ^破壞地表植被組成，釋放大氣氣溶膠和溫室氣體，進(jìn)而影響全球氣候，是氣候變化的重要驅(qū)動(dòng)力之一，同時(shí)氣候可影響植被生產(chǎn)力以及生物質(zhì)燃燒的可用性從而控制火事件的發(fā)生[4-5]?；鸬氖褂檬谷祟愒谙鄬?duì)惡劣環(huán)境中的生存能力不斷增強(qiáng)，如生火做飯、照明取暖、驅(qū)趕猛獸等，同時(shí)燒荒墾殖、戰(zhàn)爭(zhēng)事件、人口遷移、開山伐木等活動(dòng)也影響著火歷史的發(fā)展[6-8]。因我國(guó)西北地區(qū)連續(xù)性和年齡框架均較好的炭屑或黑碳記錄比較有限，且多集中于陜甘地區(qū)，針對(duì)西北地區(qū)大范圍火歷史集成重建研究則相對(duì)匱乏，導(dǎo)致對(duì)我國(guó)西北地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間尺度上火活動(dòng)演變與氣候變化、人類活動(dòng)之間的關(guān)系存在認(rèn)知不足的問題。系統(tǒng)性研究中晚全新世火活動(dòng)時(shí)空分布特征、演化規(guī)律及驅(qū)動(dòng)機(jī)制，清晰地理解區(qū)域火活動(dòng)機(jī)制與氣候因子、植物特征以及人類活動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)，對(duì)預(yù)測(cè)全球變暖背景下未來火的演化趨勢(shì)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

有機(jī)質(zhì)不完全燃燒生成的炭屑、黑碳廣泛存在于各種環(huán)境介質(zhì)中，是最早應(yīng)用于重建火歷史的代用指標(biāo)。根據(jù)炭屑、黑碳沉積含量以及遷移情況分析火事件的大小及區(qū)域，根據(jù)樣品所在地層定年結(jié)果來獲得火事件的發(fā)生年代，從而重建長(zhǎng)時(shí)間尺度上的火歷史已在全球范圍內(nèi)展開研究[9-12]。Novenko E Y 等[13]根據(jù)炭屑沉積記錄重建了西伯利亞普托拉納高原晚全新世火歷史，表明普托拉納高原3.0～2.0 kaBP 之間的火活動(dòng)相對(duì)劇烈，宏觀炭屑沉積量在近地面沉積物中達(dá)到最大值，說明該地區(qū)晚全新世以來隨著氣候變干變冷，火事件的頻率和面積都有所增加；龐洋[14]等綜合對(duì)比分析了中國(guó)中東部季風(fēng)區(qū)全新世以來的炭屑和黑碳沉積記錄，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域全新世火活動(dòng)呈現(xiàn)出較大的時(shí)空差異，區(qū)域火活動(dòng)的活躍期從東北至東南呈現(xiàn)隨緯度降低而降低的趨勢(shì)；裴文強(qiáng)等[15]根據(jù)黑碳沉積記錄探討了長(zhǎng)江、珠江流域火歷史及其與氣候的關(guān)系，均發(fā)現(xiàn)在沒有明顯人類干擾的中全新世，自然火活動(dòng)在暖濕期更強(qiáng)，在晚全新世約3.0～2.9 kaBP 火活動(dòng)顯著降低，明顯受到了人類活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾。本文利用中國(guó)西北地區(qū)炭屑或黑碳沉積記錄，結(jié)合孢粉、氧同位素、人口、戰(zhàn)爭(zhēng)等代用指標(biāo)，旨在集成重建中國(guó)西北地區(qū)8 kaBP 火歷史，并探討其與氣候變化以及人類活動(dòng)之間復(fù)雜的響應(yīng)關(guān)系。

1 研究區(qū)域及方法

西北地區(qū)是當(dāng)今中國(guó)的七大地理分區(qū)之一，位于黃土高原—黃河中上游以西，昆侖山-阿爾金山-祁連山和長(zhǎng)城以北，包括陜甘青寧新5 省，深居內(nèi)陸，距海遙遠(yuǎn)，高原山地居多，地形較高，降水稀少，氣候干旱，且降水自東向西遞減[16-20]。西北地區(qū)是古絲綢之路和當(dāng)代陸上絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的核心區(qū)，是連接?xùn)|西方貿(mào)易和文化交流的重要通道之一，系統(tǒng)性研究西北地區(qū)中晚全新世火活動(dòng)演化規(guī)律，清晰地理解大范圍火活動(dòng)機(jī)制與氣候變化以及人類活動(dòng)之間的響應(yīng)關(guān)系，對(duì)預(yù)測(cè)全國(guó)，甚至全球變暖背景下未來火活動(dòng)演化趨勢(shì)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

生物質(zhì)燃料在不完全燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生豐富的碳物質(zhì)，包括炭屑、黑碳、元素碳、焦炭、火成碳等。炭屑通常被認(rèn)為是生物質(zhì)燃料在低溫燃燒過程中輕微焦炭化的植物殘?bào)w，元素碳及火成碳都稱為黑碳。炭屑和黑碳粒徑大小、搬運(yùn)距離不一，通常黑碳可遷移上千千米，常指示較大范圍的區(qū)域性火事件；炭屑通常用來指示局域范圍內(nèi)的火事件[3,7,9-10,14]。本文收集整理了中國(guó)西北地區(qū)炭屑、黑碳沉積記錄，并對(duì)其進(jìn)行了篩選總結(jié)，用來集成重建西北地區(qū)中晚全新世火歷史，所取數(shù)據(jù)必須滿足以下原則：（1）位于我國(guó)西北地區(qū)的湖泊、沼澤、黃土沉積物中的炭屑或黑碳沉積記錄；（2）所有沉積記錄必須連續(xù)完整；（3）沉積記錄必須足以反映5 kaBP 左右火歷史；（4）研究剖面分辨率相對(duì)較高，且具有良好的年代框架。根據(jù)以上原則，本文共得到23 組西北地區(qū)炭屑記錄，5 組黑碳記錄以及9 組孢粉記錄（圖1、表1）。利用GetData Graph digtizer 2.26 軟件對(duì)所有記錄進(jìn)行數(shù)字化提取，在所有可用年齡基礎(chǔ)上使用線性插值建立年代與濃度的關(guān)系。因不同樣點(diǎn)的炭屑或黑碳記錄（如濃度、通量）可能存在多個(gè)量級(jí)的差異，為使不同地點(diǎn)或不同時(shí)間分辨率的記錄之間可進(jìn)行有意義的比較， 需按照Richard 和Carcaillet 等使用的方法對(duì)每個(gè)研究點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行Z-scores 處理[48-52]得到標(biāo)準(zhǔn)化火活動(dòng)指數(shù)（NFAI），NFAI 不會(huì)扭曲各個(gè)樣點(diǎn)的原始火活動(dòng)變化模式，使所有炭屑或黑碳序列在同一尺度上具有可比性，從而減少沉積速率、植被類型、集水區(qū)地形對(duì)沉積記錄的影響。

圖1 本文綜述的中國(guó)西北地區(qū)全新世炭屑、黑碳、孢粉沉積記錄研究點(diǎn)位分布示意圖審圖號(hào) GS(2019)1823 號(hào)。Fig.1 Schematic diagram of the distribution of research sites on the Holocene charcoal, black carbon, and sporopollen deposition records in Northwest China Drawing review number: GS(2019)1823.

2 結(jié)果

中國(guó)西北地區(qū)地處歐亞大陸腹地，自東往西分別處于季風(fēng)區(qū)、季風(fēng)—西風(fēng)過渡區(qū)、西風(fēng)區(qū)，生態(tài)脆弱且敏感，卻是文化交流融合的重要區(qū)域[33,43,53-55]，且保留了較多古氣候信息記錄載體，保存了豐富的火事件和環(huán)境變化的連續(xù)記錄。根據(jù)28 組西北地區(qū)炭屑或黑碳記錄，結(jié)合孢粉、氧同位素、人口、戰(zhàn)爭(zhēng)等代用指標(biāo)，剖析火事件發(fā)生的主要影響因素，可將中國(guó)西北地區(qū)8 kaBP 以來火歷史劃分為4 個(gè)階段：

（1） 受氣候影響的火活動(dòng)波動(dòng)階段（8～6 kaBP）

根據(jù)西北地區(qū)全新世濕度變化模式，前期研究區(qū)受西風(fēng)影響的區(qū)域氣候干旱，抑制了植被發(fā)展，受季風(fēng)影響的區(qū)域氣候濕潤(rùn)，不利于火事件的發(fā)生。此階段西北地區(qū)火活動(dòng)總體處于一般水平，但隨著季風(fēng)的減弱使得火活動(dòng)出現(xiàn)較大波動(dòng)，此波動(dòng)與相同時(shí)期全國(guó)火歷史重建記錄具有一致性。

（2）植被發(fā)展與火活動(dòng)平穩(wěn)階段（6～4 kaBP）

其間炭屑與黑碳所記錄的火活動(dòng)呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，根據(jù)炭屑記錄，此階段火活動(dòng)總體水平較低，未見明顯波動(dòng)，而黑碳記錄則表明此階段火活動(dòng)出現(xiàn)多次峰值且波動(dòng)明顯。此階段為中國(guó)五帝時(shí)期、新石器時(shí)代晚期，人類用火方式的不斷發(fā)展可能是造成此差異的根本原因。根據(jù)氣候指標(biāo)以及西北地區(qū)孢粉組合分析，此時(shí)氣候好轉(zhuǎn)使得西北地區(qū)植被快速發(fā)展，積累了一定的燃燒質(zhì)。

（3）人為誘發(fā)火事件快速上升階段（4～2 kaBP）

此階段氣候波動(dòng)劇烈，炭屑與黑碳所記錄的火活動(dòng)也呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。炭屑記錄表明火活動(dòng)在4～2 kaBP 呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，而黑碳記錄的火活動(dòng)趨勢(shì)表現(xiàn)為先上升再下降，在4～3 kaBP 之間的斷崖式降溫期間，兩種代用指標(biāo)趨勢(shì)相同。在整個(gè)西北地區(qū)溫度下降、濕度波動(dòng)較大的背景下，火活動(dòng)一直處于較高水平，黑碳記錄所呈現(xiàn)的火活動(dòng)趨勢(shì)甚至達(dá)到中晚全新世的最高峰，此時(shí)農(nóng)業(yè)活動(dòng)的迅速發(fā)展、人類活動(dòng)的不斷加劇主導(dǎo)了火事件的發(fā)生。

（4）晚全新世火事件大范圍發(fā)生階段（2～0 kaBP）

2 kaBP 至今是與現(xiàn)代氣候相銜接的時(shí)期，其間氣候寒冷化、干旱化明顯，人類活動(dòng)劇烈，戰(zhàn)爭(zhēng)頻發(fā)，火活動(dòng)受氣候變化和人類活動(dòng)的共同驅(qū)動(dòng)，炭屑及黑碳火活動(dòng)指數(shù)處于高值，表明火活動(dòng)劇烈（圖2）。

圖2 西北地區(qū)火活動(dòng)及氣候指標(biāo)對(duì)比A：西北地區(qū)8 kaBP 炭屑記錄歸一化指數(shù)（本文）；B：黑碳標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)（本文）；C：西北地區(qū)與中國(guó)全域溫度距平[56-59]；D：西北地區(qū)濕度變化模式[55]，其中a 為濕度變化曲線，b 為西風(fēng)模式，c 為東亞季風(fēng)模式，d 為太陽(yáng)輻射。Fig.2 Comparison of fire activity and climate index in Northwest ChinaA: Normalization index of 8 kaBP charcoal recorded in Northwest China (this paper); B: carbon black standardization index (this paper); C: global temperature anomaly between Northwest China and entire China[56-59]; D: humidity change model in Northwest China[55], a: humidity change curve; b: westerly wind model;c: East Asian monsoon model; d: solar radiation.

3 討論

3.1 受氣候制約的火活動(dòng)波動(dòng)階段（8～6 kaBP）

8～4 kaBP 屬于全新世大暖期階段，根據(jù)炭屑和黑碳重建結(jié)果，西北地區(qū)絕大多數(shù)時(shí)期內(nèi)火活動(dòng)趨勢(shì)較為平穩(wěn)，表明整個(gè)時(shí)期火活動(dòng)處于一般水平。根據(jù)氧同位素及碳酸鹽指數(shù)對(duì)比（圖3），結(jié)合西北地區(qū)濕度變化模式（圖2）及孢粉記錄，認(rèn)為大部分時(shí)期內(nèi)中國(guó)西北地區(qū)受西風(fēng)影響的新疆、青海和甘肅部分地區(qū)氣候干燥，不適宜植被發(fā)展，總花粉濃度不高，森林植被稀少，燃燒質(zhì)短缺，造成整個(gè)階段火活動(dòng)水平一般；處于季風(fēng)區(qū)的陜西、寧夏以及甘肅部分地區(qū)氣候濕潤(rùn)，可燃物含水率高，抑制了火事件的發(fā)生（圖4），因此8～6 kaBP 我國(guó)西北地區(qū)火活動(dòng)整體趨勢(shì)較為平穩(wěn)，但也存在較為明顯的波動(dòng)時(shí)期，如在7.5 、6.5 kaBP 左右都出現(xiàn)峰值，表明火事件發(fā)生的頻次有所增加，燃燒面積有所擴(kuò)大。郭超等對(duì)中國(guó)內(nèi)陸湖泊沉積物多指標(biāo)分析表明，受西風(fēng)影響，愈深入西北內(nèi)陸早中全新世愈干旱，且隨著東亞季風(fēng)在7.0 kaBP 開始減弱，受季風(fēng)影響的區(qū)域氣候也開始變干[55-61]，可能造成了火事件的波動(dòng)。根據(jù)黑碳記錄，在7～6.5 kaBP 左右火活動(dòng)出現(xiàn)幾次峰值，同樣表現(xiàn)為火活動(dòng)較為劇烈。

圖3 氧同位素及碳酸鹽指數(shù)對(duì)比a: 董哥洞[60]，b: 敦德冰芯[32]，c: 古里雅冰芯[32]，d: 瑪納斯湖[55]，e: 烏倫古湖[55]，f: 青海湖[55]，g: 岱海碳酸鹽含量[55]Fig.3 Comparison of oxygen isotope (δ18O) and carbonate indexa: Dongge Cave[60], b: Dunde Ice Core[32], c: Guriya Ice Core [32], d: Manas Lake[55], e: Wulungu Lake[55], f: Qinghai Lake[55],g: carbonate content in Daihai Lake[55].

圖4 西北季風(fēng)區(qū)與西風(fēng)區(qū)火活動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)對(duì)比a：高陵楊官寨[25]，b：東夏豐北[26]，c：陜西白水堯禾村[24]，d：青海共和盆地[34]，e：可魯克湖[30]，f：新疆天山[33]。Fig.4 Comparison of fire activity standardization index between northwest monsoon region and westerly regiona: Yangguanzhai in Gaoling[25], b: DongXiaFengbei[26], c: Yaohe Village in Baishui, Shaanxi[24], d: Gonghe Basin in Qinghai[34], e: Keruk Lake in Xinjian[35], f:Tianshan Mountain in Xinjiang[38].

8～6 kaBP 為中國(guó)全新世大暖期鼎盛時(shí)期[34-35]，西北地區(qū)的降溫以及干旱化增加了火事件發(fā)生的概率。根據(jù)施雅風(fēng)等[61]對(duì)中國(guó)全新世大暖期的氣候波動(dòng)事件重建結(jié)果，在7.2～6 kaBP 左右氣溫下降、降雨減少；譚志海等[22]關(guān)于隴東黃土高原北部全新世火歷史重建結(jié)果表明，在中全新世氣候適宜的環(huán)境下，隴東黃土高原北部發(fā)生自然野火幾率很小，但MJY-A 剖面古土壤地層的底部有高濃度粗粒木炭屑出現(xiàn)，并呈現(xiàn)3～4 次峰值波動(dòng)，可能與氣候突變有關(guān)，與本文重建的火活動(dòng)波動(dòng)時(shí)期相對(duì)應(yīng)。

3.2 植被發(fā)展與火活動(dòng)平穩(wěn)階段（6～4 kaBP）

6～4 kaBP 為中國(guó)五帝時(shí)期、新石器時(shí)代晚期，中原大地已經(jīng)出現(xiàn)了人類文明的萌芽，認(rèn)識(shí)此階段的火歷史以及氣候變化對(duì)理解中國(guó)古文明發(fā)展有重要意義。6～4 kaBP 炭屑與黑碳所記錄的火活動(dòng)指數(shù)存在顯著差異，炭屑記錄表明此階段火活動(dòng)水平較弱，而黑碳記錄則表明此階段火活動(dòng)相對(duì)較強(qiáng)（圖5）。相比炭屑，黑碳粒徑更小，更容易在風(fēng)力、大氣循環(huán)、地表徑流等的作用下沉積于各種介質(zhì)中[18]，從而指示遠(yuǎn)距離火事件；而炭屑樣點(diǎn)多靠近文化遺址，從而指示局域性火事件[14]。根據(jù)溫度及濕度曲線（圖2），6～4.5 kaBP 氣候好轉(zhuǎn)，西北地區(qū)氣候溫暖稍濕，對(duì)比孢粉記錄，整個(gè)西北地區(qū)森林覆蓋率較小，草本植物作為優(yōu)勢(shì)物種大量生長(zhǎng)，如肖霞云等[39]關(guān)于新疆烏倫古湖全新世以來高分辨率的孢粉記錄表明整個(gè)剖面的孢粉組合中喬木花粉含量較低，旱生草本在孢粉組合中都占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；王芳等[41]對(duì)渭南地區(qū)全新世以來的孢粉組合與古環(huán)境研究中發(fā)現(xiàn)中全新世孢粉組合以草本植物為主，說明該地區(qū)氣候溫暖較濕，大規(guī)?；鹗录蝗菀装l(fā)生，但不排除氣候突變引起的局部地區(qū)小規(guī)?；鹗录?。氣候指標(biāo)表明我國(guó)西北地區(qū)在5.5～5 kaBP、4.2～4 kaBP 左右各存在一次氣候突變[61-63]，可能與熱鹽環(huán)流的突然減弱有關(guān)，其間火事件時(shí)有發(fā)生，但規(guī)模較小。余英浩等[30]對(duì)青?？婶斂撕练e記錄分析表明，5.5、4.5 kaBP 左右微炭屑（＜50 μm）都存在峰值；張山佳等[38]對(duì)絲綢之路中—東段中晚全新世古火歷史研究中發(fā)現(xiàn)甘肅六盤山天池焦炭與煙炱含量在5～4.5 kaBP 存在多次峰值，但天池炭屑濃度較為平穩(wěn)，草褡褳湖記錄的古火在5.5 kaBP 開始呈上升趨勢(shì)，并在5.5～4.4 kaBP 出現(xiàn)峰值。氣候突變導(dǎo)致發(fā)生小規(guī)?；鹗录?，產(chǎn)生的黑碳隨風(fēng)力或者水流聚集可能是造成其含量在5.5～4 kaBP 期間增大的原因。根據(jù)濕度曲線描述的西北地區(qū)干濕狀況，在4.5 kaBP之后濕度開始大幅度增大，氣候向濕潤(rùn)化發(fā)展，西北地區(qū)孢粉濃度也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，如毛洪亮等[44]通過對(duì)甘肅疏勒河沖積扇綠洲全新世孢粉組合分析，發(fā)現(xiàn)4.5 kaBP 之后研究區(qū)針闊混交林開始發(fā)展，同時(shí)草原面積有所減少，沼澤、河道面積減小。根據(jù)西北地區(qū)孢粉組合特征分析，推測(cè)當(dāng)時(shí)氣候溫暖稍濕，不利于火的發(fā)生，但積累了較為豐富的生物質(zhì)。

圖5 西北地區(qū)火歷史與全國(guó)火歷史及氣候、植被指數(shù)對(duì)比a：8 kaBP 炭屑?xì)w一化指數(shù)（本文），b：全國(guó)火歷史趨勢(shì)[38]，c：黑碳標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)（本文），d：孢粉濃度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)（本文），e：溫度距平[56-59]。Fig.5 Comparison of fire history in Northwest China with China’s national fire history and climate vegetation indexa: 8 kaBP normalized index of carbon chips (this paper),b: national fire historical trend[38], c: normalized index of carbon black (this paper), d: normalized index of sporopollen concentration (in this paper), e: temperature anomaly[56-59].

3.3 人為誘發(fā)火事件快速上升階段（4～2 kaBP）

炭屑重建結(jié)果表明在4～2 kaBP 火活動(dòng)呈現(xiàn)持續(xù)上升的態(tài)勢(shì)，而黑碳重建結(jié)果則表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)，在氣候濕潤(rùn)不利于火事件發(fā)生的前提下，人類文明的快速發(fā)展可能是造成此差異的根本原因。中晚全新世以來，人類活動(dòng)范圍不斷擴(kuò)大，人為火事件成為火歷史的重要組成部分[63-67]。人類文明發(fā)展過程中的人口遷移、燒植輪作、開山伐木、戰(zhàn)爭(zhēng)事件等都會(huì)影響火成炭的時(shí)空分布，從而影響火歷史的發(fā)展趨勢(shì)。

4～2 kaBP 為中國(guó)的夏商周三代，古文獻(xiàn)中有大量關(guān)于商末時(shí)期洪澇、雨土、饑荒和動(dòng)亂的記述。吳文祥等[67-69]關(guān)于中原地區(qū)氣候與人類文明發(fā)展的研究表明，4 kaBP 前后發(fā)生了一次重要的廣域性，甚至全球性的降溫事件，從地質(zhì)自然氣候記錄來看，這一時(shí)期我國(guó)北方地區(qū)氣候主要表現(xiàn)為濕冷。如處于西風(fēng)區(qū)的新疆博斯騰湖在約6.0～1.5 kaBP 期間蒿藜比（A/C）值指示的流域濕度增加，盤星藻指示湖泊深度最大，為全新世最濕潤(rùn)時(shí)期[70]；巴里坤湖δ18O、δ13C 和粒度指標(biāo)的綜合分析表明，中晚全新世氣候波動(dòng)劇烈，濕潤(rùn)化趨勢(shì)明顯[71]。此階段處于遺址區(qū)域的樣點(diǎn)炭屑含量快速上升，如黃土高原徐建遺址、高陵楊官寨遺址等[25-27]指示了人類活動(dòng)對(duì)火歷史的影響。同時(shí)氣候突變對(duì)我國(guó)西北地區(qū)文明發(fā)展產(chǎn)生了較大的沖擊，其主要標(biāo)志是新石器文化發(fā)生衰落或終結(jié)，同時(shí)具有先進(jìn)文明的農(nóng)業(yè)民族開始逐漸進(jìn)入西北地區(qū)，如甘青地區(qū)的青銅文化等[72]，此階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及冶煉活動(dòng)在我國(guó)西北地區(qū)得到快速發(fā)展，“刀耕火種”的農(nóng)業(yè)活動(dòng)、河西走廊地區(qū)人類的冶煉活動(dòng)大大增加了火事件發(fā)生的可能[73-75]。青藏高原下大武地區(qū)在3.7～1.8 kaBP 是處于相對(duì)濕冷的階段，炭屑平均濃度值呈逐漸增大趨勢(shì)，細(xì)炭屑顆粒的平均濃度達(dá)到了前所未有的高值，表明區(qū)域火的趨勢(shì)增強(qiáng)[28]。在氣候不利于古火發(fā)生的背景下，人類活動(dòng)可能是下大武地區(qū)火事件的主要驅(qū)動(dòng)因素。3 kaBP 左右人類已經(jīng)能在高海拔地區(qū)長(zhǎng)期生存[58,76]，炭屑以及粟黍等農(nóng)作物等花粉濃度開始不斷增加，如周新郢等[23]對(duì)隴東地區(qū)歷史農(nóng)業(yè)發(fā)展研究中提到此時(shí)期黃土高原西部地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具大量出現(xiàn)，表明農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)比重的增加和農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的提高。以灌叢草原為主的黃土地區(qū)易于進(jìn)行原始農(nóng)業(yè)的燒墾活動(dòng)，可能造成了炭屑和黑碳含量的不斷積累，表現(xiàn)為火活動(dòng)逐漸升高的趨勢(shì)[77-80]。根據(jù)14C 年代重建的人類定居強(qiáng)度在3.5～2.8 kaBP 出現(xiàn)顯著的峰值，與玉皇池記錄的古火增加相對(duì)應(yīng)[38,74,75,81-82]。這一階段屬于青銅時(shí)代晚期和鐵器時(shí)代早期，考古證據(jù)表明秦嶺及周邊地區(qū)有大量該時(shí)期的遺址被發(fā)現(xiàn)，手工業(yè)和青銅鑄造活動(dòng)快速發(fā)展；先周文化在關(guān)中盆地西部建立起來[21,22,24,47,74,77,83]，先周部落的人群大規(guī)模農(nóng)業(yè)、冶金等活動(dòng)很可能造成了3 kaBP 之后火頻率的增加；在關(guān)中盆地西部的LJC 和LJY 剖面，黑碳和微炭屑記錄都在這一時(shí)期出現(xiàn)明顯的峰值且波動(dòng)較大，相似的現(xiàn)象在關(guān)中盆地東部的YHC 剖面中也有所體現(xiàn)。陜西玉皇池焦炭與煙炱比值穩(wěn)定波動(dòng)并保持在低值，表明火事件以高強(qiáng)度、明燃過程為主[38]?？梢娫?～2 kaBP 期間，氣候濕潤(rùn)寒冷，災(zāi)害事件頻發(fā)，不利于火事件發(fā)生的背景下，人類活動(dòng)的加劇使火活動(dòng)呈現(xiàn)出較高水平。

3.4 晚全新世火事件大范圍發(fā)生階段（2～0 kaBP）

晚全新世以來炭屑與黑碳沉積量不斷增多，重建結(jié)果表明火事件頻發(fā)，且范圍大、頻率高，火活動(dòng)劇烈。對(duì)比各項(xiàng)指標(biāo)，自2 kaBP 之后，溫度持續(xù)降低，濕度下降，同時(shí)中國(guó)耕地面積快速增加，北方人口快速上漲，戰(zhàn)爭(zhēng)數(shù)量也呈現(xiàn)多次峰值（圖6），氣候干冷化以及人類文明快速發(fā)展造成此時(shí)期中國(guó)西北地區(qū)火活動(dòng)出現(xiàn)歷史最高峰[82-89]。

圖6 西北地區(qū)2 kaBP 火歷史與戰(zhàn)爭(zhēng)、氣候指數(shù)對(duì)比a：炭屑標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)（本文），b：黑碳標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)（本文），c：耕地面積變化[87]，d：每30 年戰(zhàn)爭(zhēng)數(shù)[87]，e：溫度[56-59]，f：濕度指數(shù)[53]。Fig.6 Comparison of 2 kaBP fire history, war, and climate index in Northwest Chinaa: Standardized index of charcoal (this paper), b: standardized index of carbon black (this paper), c: change of cultivated land area[87], d: number of wars every 30 years[87], e: temperature[56-59], f: humidity index[53].

在氣候方面，2 kaBP 至今氣候宏觀上表現(xiàn)為較為寒冷略干，其間也有較大范圍的波動(dòng)，分別在約1.9 kaBP 前后（東漢末年）、1.4 kaBP 前后（隋朝末年）、1 kaBP 前后（五代十國(guó)）、0.9 kaBP 前后（北宋末年）、0.3 kaBP 前后（明朝末年）有5 次干冷氣候的低谷期[88-91]。河西走廊中部鹽池自中全新世以來退縮明顯、疏勒河流量減小以及流域的剖面記錄也揭示了晚全新世干旱化的事實(shí)[92]；晚全新世以來新疆瑪納斯湖、艾比湖、賽里木湖和巴里坤湖地區(qū)的植被類型雖然以荒漠草原、草甸草原為主， 但植被組分中的耐旱成分逐漸增加，在烏倫古湖和巴里坤湖地區(qū)出現(xiàn)了荒漠植被[93-98]。這些證據(jù)表明，研究區(qū)域在晚全新世的氣候表現(xiàn)為濕度降低、干旱化程度增加。干旱的氣候容易使植被長(zhǎng)期處于缺水狀態(tài)，變得干燥易燃，增大了地方性火事件發(fā)生的可能，如若爾蓋泥炭地1.4 kaBP 至今炭屑濃度明顯變大，說明火事件的強(qiáng)度變大[31]；卡拉庫(kù)里湖晚全新世焦炭與煙炱的比值整體上較為穩(wěn)定，呈下降的變化趨勢(shì)，表明古火一直以草原火為主，高燃燒效率的明燃過程有所增加[38]。黃土高原地區(qū)晚全新世以來炭屑濃度急劇攀升，指示火活動(dòng)頻繁且規(guī)模較大[14]；1 kaBP 前后青海草褡褳湖沉積記錄揭示的火歷史出現(xiàn)歷史最高峰，與青海古城火歷史重建記錄相一致[38]。以上研究均表明，2 kaBP 至今，我國(guó)西北地區(qū)，甚至整個(gè)中亞地區(qū)，氣候持續(xù)干旱化，造成了火事件的大范圍發(fā)生，使炭屑黑碳大量沉積，但氣候干旱化并非火事件持續(xù)增加的唯一因素。

2 kaBP 至今也是我國(guó)朝代更替、戰(zhàn)爭(zhēng)頻發(fā)、農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的時(shí)期。在干冷的氣候背景下，人類活動(dòng)進(jìn)一步增加了火事件發(fā)生的可能。有學(xué)者認(rèn)為此階段氣候惡化促使北方游牧民族南侵，造成社會(huì)動(dòng)亂、朝代更替、戰(zhàn)爭(zhēng)頻發(fā)，而火自古就在軍事上發(fā)揮著重要作用[97-98]，從而引發(fā)了火事件大量發(fā)生。據(jù)史料記載，1.7～0.5 kaBP 期間在1.6、1.2、0.9、0.6 kaBP 出現(xiàn)4 次火活動(dòng)峰值，與此同時(shí)河西走廊的戰(zhàn)爭(zhēng)次數(shù)在這些時(shí)期也出現(xiàn)高值，分別對(duì)應(yīng)于東晉、唐朝、北宋、明朝時(shí)期，指示它們之間有內(nèi)在聯(lián)系。據(jù)統(tǒng)計(jì)，兩千余年歷史時(shí)期的火災(zāi)事故原因中，戰(zhàn)爭(zhēng)引起的火災(zāi)數(shù)量最多、規(guī)模最大[99]。同時(shí)也有研究表明青銅器晚期人類冶煉技術(shù)快速發(fā)展，開山伐木煉銅鑄鐵使得植被大量被破壞，孢粉記錄出現(xiàn)多次斷崖式下降，造成炭屑和黑碳的大量沉積[28-29,36-37,39-40,78,88,92,100]。兩漢時(shí)期，黑碳記錄揭示的火歷史再次出現(xiàn)顯著峰值，同時(shí)期人口數(shù)量普遍增長(zhǎng)，人類農(nóng)業(yè)、冶煉、取暖等用火活動(dòng)可能造成了大量黑碳的釋放。ZJC 剖面中，秦漢時(shí)期炭屑濃度出現(xiàn)高值，可能與該時(shí)期建造長(zhǎng)城、大量開墾土地有關(guān)[21-22,24,60]。此外，開始于春秋時(shí)期的冶鐵活動(dòng)，至漢代有了快速的發(fā)展，漢代先民大量砍伐樹木用于冶鐵，對(duì)環(huán)境造成破壞同時(shí)也影響了火歷史的發(fā)展。晚全新世以來JYC 剖面和WLP剖面的現(xiàn)代黃土沉積層木炭屑濃度達(dá)到峰值[21,27]，印證了2 kaBP以來隨著人口遷移以及農(nóng)業(yè)需要，渭河流域人類放火燒荒、開墾土地使生物質(zhì)大范圍燃燒，同時(shí)造成炭屑和黑碳大量沉積。各朝代的農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)火事件的發(fā)生都有較大的促進(jìn)作用[23,54,66,74,75]，秦漢時(shí)期黃土高原農(nóng)業(yè)土地開發(fā)達(dá)到高潮，耕地面積不斷擴(kuò)大；唐末渭河流域大規(guī)模土地利用增大了整個(gè)流域的燃燒活動(dòng)；北宋時(shí)期隨著黃土高原地區(qū)人口增加和城市聚落規(guī)模擴(kuò)大，人們放火毀林和開墾土地、發(fā)展谷物種植業(yè)等活動(dòng)不斷加強(qiáng)；明初到萬(wàn)歷年間，甘青地區(qū)耕地由16300 頃增加到45993 頃，增加2.82 倍，耕地面積的增加反映了人口的增加或遷移以及人類活動(dòng)范圍的擴(kuò)大，火事件發(fā)生的可能性也隨之增大。綜上，在氣候條件以及人類活動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)下，2 kaBP 至今炭屑和黑碳大量沉積，古火頻繁且規(guī)模較大，是火事件大范圍發(fā)生時(shí)段[85,87,90,101]。但近百余年火活動(dòng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，可能因?yàn)檗r(nóng)牧業(yè)活動(dòng)持續(xù)性增強(qiáng)減少了可燃物質(zhì)累積并降低了地表景觀的連續(xù)性，有效抑制了部分火事件的發(fā)生。

4 結(jié)論

西北地區(qū)中晚全新世火歷史可以劃分為4 個(gè)階段：

（1）受氣候影響的火活動(dòng)波動(dòng)階段（8～6 kaBP）。西風(fēng)區(qū)的干旱以及季風(fēng)區(qū)的濕潤(rùn)同時(shí)造成區(qū)域火活動(dòng)處于一般水平，隨著東亞季風(fēng)減弱陜甘寧地區(qū)出現(xiàn)階段性干冷，造成火事件趨勢(shì)的波動(dòng)。

（2）植被發(fā)展與火活動(dòng)平穩(wěn)階段（6～4 kaBP）。西風(fēng)區(qū)以及季風(fēng)區(qū)氣候好轉(zhuǎn)，西北地區(qū)形成較為開闊的生態(tài)景觀，抑制了火事件的蔓延，使火活動(dòng)整體處于一般水平，同時(shí)植被得以發(fā)展。

（3）人為誘發(fā)火事件快速上升階段（4～2 kaBP）。在寒冷且濕潤(rùn)的氣候背景下，我國(guó)西北地區(qū)古火的演化打破了此前長(zhǎng)期由氣候控制的變化模式，轉(zhuǎn)向由人類活動(dòng)主導(dǎo)，如青銅時(shí)代河西走廊地區(qū)人類的冶煉活動(dòng)、快速發(fā)展的農(nóng)業(yè)以及頻繁的戰(zhàn)爭(zhēng)事件。同時(shí)人類活動(dòng)對(duì)火事件的影響是動(dòng)態(tài)變化的，并非簡(jiǎn)單的促進(jìn)或抑制火事件的發(fā)生，這有助于理解人類活動(dòng)對(duì)地球系統(tǒng)改造的時(shí)空演變歷程，為理解“人類世”這個(gè)熱點(diǎn)科學(xué)問題提供了新的見解。

（4）晚全新世火事件大范圍發(fā)生階段（2～0 kaBP）。氣候干冷，人類活動(dòng)劇烈，戰(zhàn)爭(zhēng)頻發(fā)，火事件受氣候變化和人類活動(dòng)的共同驅(qū)動(dòng)，整個(gè)西北地區(qū)火活動(dòng)劇烈。同時(shí)近百余年火活動(dòng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，可能因?yàn)檗r(nóng)牧業(yè)活動(dòng)持續(xù)性增強(qiáng)減少了可燃物質(zhì)累積并降低了地表景觀的連續(xù)性，有效抑制了部分火事件的發(fā)生。