摘要：研究陜西周原全新世黃土剖面磁化率曲線、總有機(jī)碳曲線、木炭屑曲線和野火活動(dòng)及其與生態(tài)環(huán)境演變的關(guān)系結(jié)果表明,馬蘭黃土堆積時(shí)期氣候干旱,在當(dāng)時(shí)半荒漠草原上當(dāng)?shù)貢r(shí)常有自然野火發(fā)生;全新世大暖時(shí)期(8500~3100aB.P)氣候濕潤(rùn),生物成壤作用強(qiáng)度大,呈現(xiàn)森林或森林草原自然景觀,野火活動(dòng)極少發(fā)生;先周人遷居到周原地區(qū)(3100aB.P)開(kāi)始,人類(lèi)用火及其放火燒荒開(kāi)墾農(nóng)田等活動(dòng),加之氣候變得干旱,生物化學(xué)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(kāi)始可耕種土地幾乎開(kāi)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(lái)隨著人口密度和聚落的增加,人類(lèi)生活用火和垃圾隨之加大,人類(lèi)對(duì)土壤環(huán)境的干擾進(jìn)一步增強(qiáng)。

　　關(guān)鍵詞：野火,生態(tài)演替,全新世,關(guān)中盆地,木炭屑

　　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(jìn)生態(tài)環(huán)境平衡[2]。目前許多科學(xué)家利用歷史記錄、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(fù)過(guò)去野火發(fā)生的過(guò)程。但文獻(xiàn)資料和火疤木時(shí)間跨度較短,難以用于探討更長(zhǎng)尺度的生態(tài)環(huán)境演變和氣候動(dòng)態(tài)變化。反映火災(zāi)歷史時(shí)木炭屑記錄要求對(duì)完整剖面的沉積物連續(xù)取樣,以避免多次火災(zāi)事件的木炭屑混在一起或某些火災(zāi)事件被忽略掉,利用沉積物木炭屑分析探討長(zhǎng)期區(qū)域野火活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本研究選擇黃土高原南部關(guān)中盆地周原扶風(fēng)地區(qū)典型剖面木炭屑、磁化率和總有機(jī)碳等多項(xiàng)指標(biāo),探討了全新世野火活動(dòng)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(fēng)地區(qū)位于黃土高原南部、關(guān)中盆地西部,研究區(qū)匠陽(yáng)村剖面位于扶風(fēng)縣北臺(tái)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(shí)驗(yàn)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(guò)渡層(Lt)和265cm以下典型的馬蘭黃土層(L1)。對(duì)匠陽(yáng)村剖面進(jìn)行詳細(xì)野外觀察并自地表向下每2cm為單位共連續(xù)采集190個(gè)樣品。根據(jù)地層學(xué)原理,參考前人在渭南和洛川剖面對(duì)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(yáng)村剖面年代序列[3]。稱取風(fēng)干樣品10g,用研缽研至粒徑<2mm后用WCL-1型磁化率儀測(cè)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10mol/L鹽酸3滴,充分反應(yīng)后采用德國(guó)HighTOC-2型儀器測(cè)定其總有機(jī)碳含量。每樣品取土50g,采取重液懸浮法,在光學(xué)顯微鏡下根據(jù)炭屑長(zhǎng)軸分<50μm、50~100μm和>100μm3個(gè)等級(jí)統(tǒng)計(jì)炭屑數(shù),每樣品統(tǒng)計(jì)百粒至幾千粒不等,樣品分析時(shí)加入已知計(jì)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(rèn)為與當(dāng)?shù)厥軚|南季風(fēng)控制的降水量變化密切相關(guān)。圖1表明匠陽(yáng)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(guò)渡層(Lt),最高值(140~170×10-6cgs)出現(xiàn)在2個(gè)古土壤層S10和S20層位上,現(xiàn)代黃土層(L0)次之(120×10-6cgs)。匠陽(yáng)村剖面總有機(jī)碳含量變化明顯,尤其是古土壤層S10含量>4.5g/kg,反映當(dāng)時(shí)生物成壤作用強(qiáng)烈,而馬蘭黃土層則降低至2g/kg以下,受到當(dāng)時(shí)冰期干旱氣候限制,生物成壤作用很弱。匠陽(yáng)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(dòng)與地層層序變化相吻合。馬蘭黃土堆積時(shí)期各粒級(jí)木炭屑濃度較高,全新世早、中期各類(lèi)型木炭屑濃度減少,且粗、中粒級(jí)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。

　　黃土和古土壤總有機(jī)碳實(shí)質(zhì)包含生物成壤作用形成的腐殖質(zhì)中有機(jī)碳含量和野火形成的木炭屑有機(jī)碳成分。比較匠陽(yáng)村剖面總有機(jī)碳曲線和木炭屑曲線可知,總有機(jī)碳主要反映土壤有機(jī)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(jī)碳值高表示植被較茂盛,環(huán)境溫暖濕潤(rùn),生物成壤作用較強(qiáng);總有機(jī)碳值低則表示環(huán)境較干旱,植被相對(duì)稀少,土層有機(jī)質(zhì)積累少。磁化率是較好的氣候替代指標(biāo),剖面磁化率高表示環(huán)境溫暖濕潤(rùn)和強(qiáng)烈的粘化成壤作用,磁化率低表示環(huán)境相對(duì)干旱。木炭屑是野火活動(dòng)記錄最理想的代用指標(biāo),對(duì)木炭屑濃度變化定量分析可恢復(fù)地質(zhì)歷史中野火發(fā)生的頻率、強(qiáng)度及其變化。木炭屑濃度高表示野火活動(dòng)強(qiáng)烈,反之則野火活動(dòng)微弱;木炭屑大小可反映野火發(fā)生源區(qū)范圍遠(yuǎn)近,粗、中粒木炭屑主要來(lái)源于本地發(fā)生的野火,細(xì)粒木炭屑源區(qū)可能相對(duì)較遠(yuǎn)、較廣[4]。根據(jù)木炭屑濃度分析結(jié)果,馬蘭黃土堆積時(shí)期半荒漠草原生態(tài)環(huán)境區(qū)域性和當(dāng)?shù)匦砸盎鸪Ｓ邪l(fā)生。該剖面全新世經(jīng)歷了3個(gè)階段(見(jiàn)圖1和圖2),全新世早期(11500~8500aB.P)處于干冷向溫濕過(guò)渡期,生物量積累增加,但氣候較干旱,為野火活動(dòng)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(dòng)且較頻繁;全新世大暖期(8500~3100aB.P)夏季風(fēng)顯著,為全新世最溫濕時(shí)期,植被茂盛,古土壤發(fā)育強(qiáng)烈,形成淋溶褐土,有機(jī)質(zhì)積累豐富,呈現(xiàn)森林和森林草原景觀[5],進(jìn)入新石器時(shí)代后該地點(diǎn)附近地區(qū)似乎野火活動(dòng)極少發(fā)生,但細(xì)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(jiàn)圖2),這可能與當(dāng)時(shí)人類(lèi)生活用火和放火、圍獵及開(kāi)墾荒邊等活動(dòng)有關(guān),標(biāo)志著人類(lèi)已開(kāi)始參與生態(tài)環(huán)境演變過(guò)程,但當(dāng)時(shí)種植業(yè)處于初期,自然景觀仍未改變;全新世晚期風(fēng)塵堆積加速,成壤作用迅速減弱,成為全新世又一相對(duì)干旱階段,降水量減少,生物化學(xué)成壤作用減弱,生物有機(jī)量大幅降低。但此時(shí)各類(lèi)木炭屑濃度大幅增加,表明此時(shí)野火活動(dòng)頻繁發(fā)生。

　　3100aB.P(相當(dāng)于商末時(shí)代)時(shí)遺留下來(lái)的先周文化遺跡(見(jiàn)圖1和圖2)表明,先周人受游牧民族襲擾,被迫南遷至周原地區(qū)[6]開(kāi)墾土地,發(fā)展耕作農(nóng)業(yè),此時(shí)木炭屑峰值主要由人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生,很可能是放火毀林,以便于開(kāi)墾荒地、種植農(nóng)作物的結(jié)果。故3100aB.P是周原生態(tài)環(huán)境發(fā)生根本性變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn),標(biāo)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(lèi)放火燒荒、開(kāi)墾土地達(dá)到高潮,這種大規(guī)模、大范圍長(zhǎng)期植被破壞與相對(duì)干旱氣候結(jié)合,使生態(tài)自然景觀進(jìn)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(lèi)木炭屑濃度大大減少,其原因很可能是由于荒地全部開(kāi)墾殆盡,當(dāng)?shù)貛缀跞�部呈現(xiàn)為農(nóng)田人工景觀,因而不會(huì)大規(guī)模放火燒荒所致,1500aB.P標(biāo)志著周原生態(tài)景觀向人工自然復(fù)合生態(tài)景觀轉(zhuǎn)變;后半期當(dāng)?shù)卮箢w粒木炭屑增加,人類(lèi)干擾大大加強(qiáng),很可能表明近幾百年(清朝時(shí)期)由于人口增加,聚落規(guī)模擴(kuò)大,人類(lèi)生活用火和垃圾增加,導(dǎo)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(jiàn)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(guò)磁化率、總有機(jī)碳反映氣候干冷、暖濕的變化,木炭屑反映野火發(fā)生強(qiáng)度、頻率以及相關(guān)歷史文獻(xiàn),氣候變化背景下野火成為驅(qū)動(dòng)周原黃土塬區(qū)生態(tài)環(huán)境演變的1個(gè)直接因素,隨人類(lèi)活動(dòng)范圍的擴(kuò)大,人為火促成的野火活動(dòng)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(dòng)及人類(lèi)活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境演變的關(guān)系,對(duì)了解和認(rèn)識(shí)全新世生態(tài)環(huán)境演變具有重要意義。

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