（自然地理学专业论文）黄土高原东西部全新世野火与环境变化对比研究.pdf

黄土高原东西部全新世野火与环境变化对比研究 曹艳峰 摘要：全新世是人类由蒙昧走向文明的时期，是地球历史最新的一页，与人类的 生存和发展密切相关。目前气候变化、植被演替以及人类对环境的影响等问题是 国际全新世环境演变研究的热点。自然和人为引起的森林和草原野火，引起生态 环境的显著变化。野火活动已被认为是控制地球陆地生态系统演变发展的重要因 子。黄土高原的黄土一土壤序列是良好的环境演变信息载体。作为野火活动直接 记录的木炭屑，其保存在黄土一土壤中可提供几千年甚至几万年的野火活动的连 续记录。因此，通过对野火活动的研究，可以揭示长期的生态演变规律。 本文在了解全新世生态环境演变研究进展的基础上，选定黄土高原全新世时 期的野火与环境变化作为课题。通过大量野外细致缜密的考察，在黄土高原选取 了东部和西部三个全新世黄土一土壤剖面进行研究。三个剖面地层发育连续完整， 保存良好，具有典型性。对其进行了高密度采样，进行了磁化率测定和木炭屑分 析，获得了全新世时期野火与环境变化的信息。通过分析各指标在剖面中的变化 规律，着重论证了全新世时期以来野火活动的特征及其与气候变化、植被状况和 人类活动的关系。本文研究成果为： ( 1 ) 在末次冰期( 1 1 5 0 0a b e ) ，在强大的西北环流的控制下，粉尘堆积显 著，生物成壤作用微弱，土壤湿度很低，气候十分干冷，呈现半荒漠草原景观； 全新世早期( 1 1 5 0 0 8 5 0 0a b r ) 气候处于从末次冰期的干冷气候向温暖湿润的冰 后期过渡的阶段，气温回升，降水量增加，成壤程度由一定加强，植被开始恢复； 全新世中期( 8 5 0 0 3 1 0 0a b e ) 是全新世最为温暖湿润的时期，由于夏季风增强， 温度升高，降水量增加，沙尘天气很少发生，风尘堆积率很低，生物风化成壤作 用相当强烈，植被茂盛，但在黄土高原塬区仍无森林生长，只是在黄土高原沟壑 地区有森林发育；全新世晚期( 3 1 0 0 0a b p ) 风尘堆积加速，成壤作用减弱，成 为全新世相对干旱的时段。随着气候向干旱化发展，水土资源退化，植被退化。 并且随着人类活动的加强，水土资源退化表现更为显著，气候更加干旱。3 1 0 0a b e 以来的气候恶化表明3 1 0 0a b e 左右是一个重要的季风气候转型期。 ( 2 ) 未次冰期( 1 1 5 0 0 a b p ) ，气候较为干旱而不稳定，为野火发生提供了 气候条件，空气湿度很低，可燃物变的很干燥，尽管植被稀疏，但由于浚时期植 被主要呈现荒漠草原和半荒漠草原，其燃点较低，因此该时期野火相当频繁，地 方性和区域性野火频繁发，七；全新世早期( 1 1 5 0 0 8 5 0 0a b r ) ，气候”始山冷干 向温湿过渡，气温【：曩升，但仍相当f 旱，降水量较低，空气牛日对湿度减小，使可 燃物的温度提高而变干燥，易于点燃，且生物物质积累增加，为野火活动发生提 供了很大的可能性，该时期的野火活动比较频繁，地方性和区域性野火时有发生； 全新世中期( 8 5 0 0 3 1 0 0a b p ) 是全新世最为温暖湿润的时期，虽然该时期气温 增加更高，然而长期丰富的降水量一方面使空气的含水量增加，相对湿度增加， 导致可燃物的可燃性减小，另一方面使可燃物自身充分吸水而含水量提高，可燃 性也降低，因此野火活动在整个全新世最微弱：但是，在庙底沟文化时期( 6 0 0 0 5 5 0 0a b e ) 和夏商文化时期( 3 8 0 0 3 5 0 0a b p ) ，由于人为伐木、围猎、刀耕火 种、烧荒等使野火活动的频率提高；在全新世晚期( 3 1 0 0 0a b e ) ，从3 1 0 0a b _ p 开始，气候向干旱化发展植被退化，土壤也发生退化，在此期间，气温下降，降 水量减少，空气的相对湿度减小，可燃物的可燃性提高，因此，在这种气候不稳 定且比较干旱的时期，野火发生的频率提高；但是各粒级炭屑浓度大幅度增加表 明，该时期野火活动相当频繁，这不仅与干旱的气候有关，而且与人类活动的干 扰有密切联系。3 1 0 0a b e 以来，一方面由于气候条件的恶化，另方面由于生产 力水平的提高，人类不断毁林草、开垦土地造田，正是这种大规模的人类活动，导 致人为野火表现的相当突出。 ( 3 ) 通过对黄土高原东、西部全新世黄土一土壤剖面中木炭屑浓度含量对比 分析表明，在全新世不同时期，黄土高原不同区域野火活动存在一定的差异。在黄 土高原东部野火活动相对微弱，但在西部野火活动却比较频繁。 关键词：黄土高原全新世野火环境变化 s t u d i e so nh o l o e e n ew i l d 6 r ea n de n v i r o n m e n t a l c h a n g e s a n d t h e i r c o m p a r i s o n i nt h ee a s t e r na n dw e s t e r nl o e s sp l a t e a u c a o y a n f e n g a b s t r a c t ：n o w a d a y s ，c l i m a t i cc h a n g e s ，v e g e t a t i o n a ls u c c e s s i o na n dh u m a ne f f e c t so n t h ee n v i r o n m e n te t ca r eh o t s p o t so fi n t e m a t i o n a lr e s e a r c ho nh o l o c e n ee n v i r o n m e n t a l c h a n g e s t h eh o l o c e n e l o e s s - s o i ls e q u e n c ei nt h el o e s sp l a t e a uc o n s t i t u t e sa ne x c e l l e n t r e c o r do ft h ee n v i r o n m e n t a l c h a n g e s c h a r c o a l ，t h ep r o d u c t o ft h e i n c o m p l e t e c o m b u s t i o no f p l a n t o r g a n i s m s ，i se m b e d d e d i nt h es o i la n dc a nb eu s e dt or e c o n s t r u c ta c h r o n o s e q u e n c eo f f i r e f r e q u e n c yo v e rt h o u s a n d st ot e n so ft h o u s a n d so fy e a r s t h e h i g h e rt h ec h a r c o a lc o n c e n t r a t i o nw a s ，t h em o r ei n t e n s ea n df r e q u e n tt h ew i l d f i r e sw e r e w i l d f i r ea c t i v i t yi sr e l a t e dt ob o t hc l i m a t i cc h a n g e sa n dh u m a na c t i v i t i e s ，a n dt h i ss t u d y w a su n d e r t a k e nt od o c u m e n tc h a n g e si nt h ef r e q u e n c yo ff i r ed u r i n gt h eh o l o c e n ea n d r e l a t e dt h e s et oc l i m a t i cc h a n g e sa n dh u m a na c t i v i t i e s i nt h i sr e s e a r c h ，t h r e et y p i c a lh i g h r e s o l u t i o nh o l o c e n es o i lp r o f i l e si nt h ee a s t e r n a n dw e s t e r nl o e s sp l a t e a uw e r es t u d i e db yp r o x ye n v i r o n m e n t a ld a t ao fm a g n e t i c s u s c e p t i b i l i t ya n dc h a r c o a lc o n c e n t r a t i o n t h er e s u l tp r o v i d e si n s i g h t si n t ot h el a w o f h o l o c e n ew i l d f i r e sa c t i v i t i e sa n dt h e r e l a t i o n s h i p w i t hw i l d f i r ea c t i v i t i e sa n d e n v i r o n m e n t a lc h a n g e s t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 i nt h el a s ti c ea g e ( 11 5 0 0 a b p ) ，t h ec l i m a t e w a sa r i da n dt h em o s t d e p o s i to f a e o l i a nd u s ta c c u m u l a t e di nt h es e m i - d e s e r tg r a s s l a n d ；i nt h ee a r l yh o l o c e n e ( 1 1 5 0 0 8 5 0 0a b p ) ，t h e v e g e t a t i o nb e g a nt od e v e l o pw i t ht h eu m e l i o m t i o no f c l i m a t e t h e h o l o e e n em e g a t h e r m a l ( 8 5 0 0 - - 3 1 0 0a b p 1w a st h ew e t t e s ta n dw a r m e s td u r i n gt h e w h o l eh o l o e e n e i nt h i sp e r i o d ，t h ev e g e t a t i o nv c a sf l o u r i s h i n g ，b u tt h e r ew a ss t i l ln o f o r e s ti nt h et a b l e l a n dr e g i o na n df o r e s to n l yd e v e l o p e di nt h eg u l l yr e g i o n ；b o t ht h e a n a l y t i e a ld a t aa n d l i t e r a li n d i c a t et h a ti n c r e a s e dc l i m a t i ca r i d i t yf r o m31 0 0a b pc a u s e d ac o n s i d e r a b l ee n v i r o n m e n t a ld e t e r i o r a t i o na n dd e g r a d a t i o no fn a t u r a lr e s o u r c e a n d d e g r a d a t i o no fn a t u r a l r e s o u r c ew a sa c c e l e r a t e db e c a u s eo ft h ei n c r e a s i n gh u m a n a c t i v i t i e sd u r i n gt h i sp e r i o d 2 i nt h el a s ti c ea g e ( 11 5 0 0a b p ) ，t h ec l i m a t ew a sa r i d a tt h a tt i m e ，o n s e m i - d e s e r tg r a s s l a n d ，t h el o c a la n dr e g i o n a ln a t u r a lw i l d f i r eo f t e no c c u r r e d i ne a r l y h o l o c e n e ( 11 5 0 0 8 5 0 0a b p ) ，t h ec l i m a t ew a ss t i l ld r i e rt h o u g hi tb e g a nt ob e c o m e i i w a r ma n dw e t t h ep o s s i b i l i t yo f o c c u r r e n c eo ft h ew i l d f i r ew a s i m p r o v e db e c a i l s et h e c o m b u s t i b l eo b j e c t sb e c a m em o r ed e s i c c a t i o n ，a c c u m u l a t e d g r a d u a l l ya n dc o m b u s t m o r ee a s i l yw i t ht h ei n c r e a s eo fa i r t e m p e r a t u r e s od r yc l i m a t ew a st h ei m p o r t a n t r e a s o nf o rw i l d f i r e ；d u r i n gt h eh o l o c e n em e g a t h e r m a l ( 8 5 0 0 3 1 0 0a b p ) ，e x c e p tt h e x i aa n d s h a n gd y n a s t yc u l t u r ep e r i o da n d t h em i a o d i g o u p e r i o d ，t h ea m o u n t o fc h a r c o a l w a st h el o w e s ti nt h ew h o l eh o l o c e n ep e r i o da n dt h ea c t i v i t i e so fw i l d f i r ew a st h e w e a k e s tb e c a u s et h i sp e r i o dw a st h ew a r m e s ta n dw e t t e s tp e r i o di nh o l o c e n e i nt h i s p e r i o d ，a b u n d a n tp r e c i p i t a t i o nm a d er e l a t i v eh u m i d i t yo fa i r h i g ha n dt h ec o m b u s t i b l e o b j e c t sa b s o r b e dw a t e rs u f f i c i e n t l y , s ot h ep o s s i b i l i t yo f t h eo c c u r r e n c eo ft h ew i l d f i r e w a sv e r yl i t t l e b u t d u r i n gt h e x i aa n ds h a n gd y n a s t yc u l t u r ep e r i o d ( 3 8 0 0 3 5 0 0 a b p _ ) a n d t h em i a o d i g o u p e r i o d ( 6 0 0 0 5 5 0 0a b p ) ，t h ea m o u n to f c h a r c o a lh a da p e a k a n dt h ef r e q u e n c yo fw i l d f i r ea c t i v i t i e sr a i s e d , w h i c hw a sa p p a r e n t l yt h er e s u l to ft h e h u m a na c t i v i t i e ss u c ha sf e l l i n g ，h u n t i n ga n d f a r m i n g i nl a t eh o l o e e n e ( 3 1 0 0 0a b p ) ， 、析t l lt h em c r e 裙eo fc l i m a t i ca r i d i t y , t h ep o s s i b i l i t yo ft h eo c c u r r e n c eo ft h ew i l d f i r e s i m p r o v e da g a i n o w i n gt o t h ea m o u n to fc h a r c o a l g r e a t l yi n c r e a s e d ，t h e w i l d f i r e a c t i v i t i e sw e r et h em o s tf r e q u e n t d u r i n g t h ew h o l eh o l o e e n e o n er e a s o ni st h e i n c r e a s e dc l i m a t i ca r i d i t y , t h eo t h e rr e a s o r li st h eg r e a ts c a l eo fh u m a na c t i v i t i e s t h e h u m a na c t i v i t i e sf a s t e nt h eo c c u g r e n c eo f w i l d f i r eu n d e rt h ec o n d i t i o n o f d r y c l i m a t e 3 b yc o m p a r a t i v ea n a l y s i so f c h a r c o a lc o n c e n t r a t i o ni nt h ee a s t e r na n dw e s t e m l o e s sp l a t e a u ，d i f f e r e n tr e g i o n a lw i l d f i r ea c t i v i t i e si nl o e s sp l a t e a uw e r ed i f f e r e n to n d i f f e r e n tp e r i o do f h o l o e e n e t h r o u g h t h ec o n t r a s t ，t h ew i l d f i r ea c t i v i t i e si nt h ee a s t e r n l o e s sp l a t e a uw e f ew e a k e ra n dt h ew i l d f i r ea c t i v i t i e si nt h ew e s t e r nl o e s sp l a t e a uw e r e m o r e f r e q u e n t k e y w o r d s ：l o e s s p l a t e a u h o l o c e n ew i l d f i r e e n v i r o n m e n t a lc h a n g e s v 学位论文独创性声明 y 7 2 8 5 0 5 本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得陕西师范大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期： 学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属陕西师范大 学。本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为陕西师 范大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文的电 子舨和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校 图书馆、院系资料室被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索； 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 作者签名：日期： 第一章绪论 第一节全新世环境的研究进展 全新世环境研究是古环境研究的一个重点，近3 0 多年来，国际国内的地学界 和环境学界都十分重视全新世的研究。众多学者从不同的角度，采用不同的方法 和手段对不同的区域做了比较深入的研究，取得了丰硕的研究成果。 1 全新世环境的研究方法与手段 对过去环境的重建，关键是要选取合适的信息载体。常见的载体有冰芯、湖泊 沉积物、黄土堆积、海洋沉积物、泥炭、树木年轮、洞穴石笋等等。不同的信息 载体特性不同，适用范围也相异。就冰芯来说，由于其分辨率较高、时间跨度长，成 为种理想的全新世环境信息载体。泥炭同样也因为它具有分辨率高、时间跨度 长的优点而倍受全新世研究学者的重视。黄土中包含的信息的时间跨度很长，随着 采样密度的加大，时间分辨率不断提高，可应用于研究短尺度上的环境变迁。另外， 历史记载、考古研究、物候研究等手段的应用，也为全新世环境的恢复做出了很大 的贡献。 1 1 冰芯的研究 冰芯不但记录着过去气候环境各种参数( 如气温、降水、大气化学与撒气环 环流等) 的变化，而且也记录着影响气候环境变化的各种因子，如太阳活动、火 山活动和温室气体等的变化，同时还记录着人类活动环境的信息【l 】。国际界对冰芯 的研究迅速发展。1 9 9 4 年，c u f f r y 等1 2 1 对g i s p 2 冰芯深钻孔进行了温度测量，并 根据冰芯记录解释了近4 万年来地表气温的变化。另外，温室气体研究成果是极 地冰芯研究对全球变化研究作出的最重要的贡献之一。近年来极地冰芯记录的研 究表明，最近3 0 0a 来。3 种主要温室气体( c 0 2 、c h 4 和n 2 0 ) 均持续增长。还 有首次证实从末次冰期进入全新世时，温室气体浓度也具有显著的增加。但到目 前为止，冰芯对气候环境信息的分辨率还不足以进行大范围变化特征的对比研究。 目前，在我国钻取覆盖年代最长的并且有可靠年代资料的冰芯有两支：一支 是1 9 8 7 年在祁连山郭德冰帽钻取的长1 3 8m 的郭德冰芯，获得了全新世1 0 0 0 0 a b p 以来的氧同位素记录 3 - 7 1 ；另支是1 9 9 2 年在西昆仑山古里雅冰帽钻取的长 3 0 9m 的古里雅冰芯【5 一l 。姚檀栋等【9 】研究了取自昆仑山古里雅冰帽地区钻取的三 根冰芯。分析表明，约在1 0 5 0 0a b p 时升温进入全新世，在9 8k a b p 时有降温 过程，7 6k a b p 是全新世最暖期，平均温度高于现代1 5 ”c ：约在5k a 3 p 左右， 开始激烈降温，至近代才又上升。 施雅风等【lo 】用古里雅冰芯的6 ”0 序列和累积量，恢复了中国西部近2 0 0 0a 来 的环境。施雅风等认为：2 7 0h d 以前高温温湿，2 8 0 9 6 0a d 低温干早，9 7 0 1 5 0 0a d 中温干旱，1 5 1 0 1 9 2 0a d 为冷暖波动强烈的小冰期，1 9 2 0h d 后升温。 与中国东部地区文献记录比较，西部地区许多重大环境都是同时期发生的；但也有 显著区别，表现在“中世纪温暖期( 9 0 0 1 3 0 0h d ) ”东部有相当表现而西部表现 不足。近1 2 0 0a 为低频变化趋势，东部显著降温，而西部则有所上升。 1 2 深海沉积物的研究 深海沉积物的主要成分是生物、化学成因的软泥，有孔虫和藻类残体，以及 由风力从陆地上搬运来的风尘和火山灰砂，另外，r u d d i m a n 在研究北大西洋底距 今9 3 0 0 年前火山砂砾分布时，发现深海沉积物种有浮冰伐运物质，并发现浮冰伐 运物质与冰川的扩张对应，代表了气候的寒冷。有些学者好通过深海沉积物剖面 的尘砂相对丰度变化，重建了该区域的季风活动历史。通过对大量深海沉积物岩 芯中浮游有孔虫种群和埽0 的分析研究，获得了各个大洋表层温度( s s t ) 变化的 连续记录。 我国深海沉积物的研究主要集中于我国周边的大陆边缘海，主要通过分析沉 积物的碳酸盐旋回、饱粉、地球化学元素、炭粒等迸行过去气候学及环境学的研 究。如依南沙群岛考察成果【l ”，末次冰期时该区海面位于现今- 1 4 0m 处。冰后期海 面上升，约在1 2 0 0 0 1 1 0 0 0a b p 时，海面位于现今一4 0 一5 0m 处。他们认为全新 世时海面一直是持续上升的，至47 0 0a b p 时，海平碾尚在现今一1 2 1m 处。计算 出上升速率，7 5 0 0a b p 以前为1 9 8m m a ，以后为2 2 8m a 。在该海区全新世沉 积层中有孔虫及硅藻组合皆以热带大洋性种占优势，说明在全新世时该区处于炎 热潮湿环境【1 2 1 。 1 3 黄土一土壤的研究 黄土一土壤风尘沉积序列时目前研究全球变化的最好的陆地信息载体之。 在亚洲、欧洲和北美洲的荒漠和冰碛物分布区外围的干旱、半干旱草原地区，陡 分布有黄土，通过分析土壤的气候代用指标，可以揭示古气候和古环境的变化。 中国黄土高原的黄土由于其深厚的地层，丰富的环境信息而具有很大的优势。随 着采样深度的加大，时间分辨率不断提高，全新世黄土的研究取得了很大的成果。 长期以来，经过众多学者的尝试，许多新的研究方法和手段已经引入了黄土 研究。在断代、地层划分、古季风演变、气候替代指标等方面取得了长足的进展， 建立和完善了许多环境指标，如磁化率、粒度、c a c 0 3 含量、t o c 、全铁含量、地 球化学元素指标( 如r b 、s r 、b a 、c u 、c r 、r b s r 等) 等。其中利用碳、氧同位 素作为气候替代指标研究黄土高原地区的古植被、古气候及古季风场的重建方面 取得了较大的成果h j ，并与冰芯、深海氧同位素曲线进行了对比。在全新 世经典三段式划分的基础上，黄春长等【1 7 锄】通过对黄土高原全新世土壤剖面的粒 度、磁化率、全铁等综合指标分析研究中，发现作为全新世大暖期标志的古土壤 s o 在多处剖面中分裂为两层，中间出现黄土夹层l x ，表明了在全新世大暖期中存 在环境恶化阶段，大约在6 0 0 0 5 0 0 0a b p ，另外，还发现在距今3 1 0 0a b p ， 即古土壤层( s o ) 向现代黄土层( h ) 的转变反映了季风格局的快速转变，指示着 水、土、生物资源( 或者说土地资源) 的急剧退化。 1 4 湖泊沉积物的研究 湖泊的水面波动是湖泊地区环境变化的直接结果，反之通过地貌遗迹和测年 分析重建古湖水面的变化过程，可以推断过去环境变化的过程。在全新世时期， 当全球大部分地区湖泊扩张，反映气候的湿润多雨，而美国中西部、中亚等以冬 季降水为主的地区却变得干旱少雨，湖泊大幅度收缩。即使在全新世湖泊扩张期， 高湖面出现时间也不太一致，如东非和中非许多湖泊高水位出现在1 0 0 0 0 6 0 0 0 a b p ，而肯尼亚境内的湖泊却在全新世早期扩张，其后则收缩。黄春长等在爱尔 兰的c o n n e m a r a 山地m a u m e e n 冰斗湖采得全新世湖泊沉积物岩芯，经研究表明全 新世初期以突然、持续的变暖为主要特征，在距今5 0 0 0 年出现的e l md e c l i n e 事 件，伴随着新石器时代农牧活动、砍伐森林，影响了流域植被和土壤发育；在距 今4 0 0 0 年，森林大规模退化，泥炭沼泽发育【2 1 j 。 中国干旱半干旱地区内陆湖泊研究较深入，在岱海进行的根据湖面变化重建 古降水的工作已是成功之例【2 2 】。湖心区沉积物的年际变化清晰，是高分辨率的环 境变化序列建立的重要依据，如王苏民等田】对采自江苏高淳县湖泊全新世沉积岩 芯进行a m s 、l c s “c 测年和t o c 、孢粉分析，认为约1 1 0 0 0 1 0 5 0 0a b p 环境迅速 增温，木本植物增加，草本减少；1 0 5 0 0 7 2 0 0a b p 木本植物占6 0 9 0 ，比前期 更温暖，但其中含2 个小冰期：8 9 0 0 8 4 0 0a b p 及7 8 0 0 7 4 0 0a b p ，故该阶段 为早全新世。从7 2 0 0a b p 开始由早全新世进入中全新世过渡阶段，环境波动频繁 和阔叶林明显减少表明气温有所下降；约在6 6 0 0a b p 以后，木本再次增加，气温 又趋温湿。由于岩芯上部是人工土。对中全新世以后之环境演变未作研究。 罗建育等【2 4 1 对内蒙盐湖沉积物中的有机质、微量元素、微体古生物等特征进 行了分析。并确定鄂尔多斯高原湖群形成于3 0 0 0 0a b p ，于2 0 0 0 0a b p 时进入 术次冰期，1 4 5 0 0a b p 时进入冰消期，1 0 0 0 0 1 2 0 0 0a b p 时气温转暖，局部形 成咸水湖；l1 0 0 0a b p 前后，出现降温事件，即新仙女木事件( y o u n g e r d r y a s ) ； 8 6 0 0 2 3 0 0a b p 为温暖期，期间约在7 3 0 0a b p 时有短暂冷期；2 3 0 0a b p 以来。 气温变冷且波动，特别是在2 2 0 0 1 5 0 0a b p ，7 5 0a b p 以来，最为寒冷。 1 5 树轮研究 树木生长受季节、日照、降水、气温等气候要素影响，树木年轮的宽窄反映 了不同的气候状况。据树木年轮资料提供的较长时期的高分辨率记录，可以对过 去温度变化进行研究，还可以探讨温室气体、火山活动等对气候变化的影响。在 美国加利福尼亚山区曾发现一棵树龄4 6 0 0a 的亮果松，将此树年轮与一些地层中 的古木年轮对比衔接，恢复了8 0 0 0 多年的逐年的气候变化。在英国北爱尔兰，利 用泥炭层中不同层次埋藏的古橡树树干年轮的对比衔接，建立了全新世1 0 0 0 0 年 的气候变化曲线；俄罗斯t a i m y r 地区的树轮记录了8 0 0 1 2 0 0 d 的中世纪暖期； 美国白山地区树轮宽度资料指示了1 0 0 0 1 3 0 0a d 的中世纪暖期和此后的小冰期 【2 5 ，2 6 】；w o o d h o u s e 等1 2 7 1 主要利用树轮资料，并以历史文献记录、考古和湖泊沉积 物等做参照，对美国中西部过去2 0 0 0 年发生的干旱史进行了总结，划分出几个明 显的干旱期，即2 5 0 5 5 0a d 、7 0 0 9 0 0a d 、9 5 0 l i 0 0a d 、1 2 世纪中期、 1 3 世纪和1 6 世纪的干早期。 我国先后在祁连山、天山、青藏高原、长白山、秦岭山区进行了树木年轮研 究工作。建立了一系列树木年轮表【2 8 ，2 9 l ，采用了氧同位素测定技术，树轮图像分 析方法等，从树木年轮中可以获得更为精确的环境变化信息证据。邵雪梅等d o 重 建了长白山区1 6 5 5a d 以来l 4 月份月平均最高气温的变化；在祁连山区d ”， 建立了目前我国最长的树轮宽度序列，该序列显示了8 0 0 1 1 0 0a d 间的中世纪 暖期，并与近千年的郭德冰芯l 号孔和3 号孔的5 0 年平均值序列有较好的对应。 1 6 孢粉研究 近年来，为了开展全球古环境的研究，各大洲相继建立了孢粉数据库，大量 开展表土孢粉的研究。中国第四纪孢粉数据库的建立，汇集了我国近半个世纪积 累的孢粉资料，并利用中国第四纪饱粉数据，系统地开展了中国现代表土孢粉、6 k a b p 及1 8k a b p 的生物模拟及重建，建立了花粉气候转换函数和响应面模型， 并取得了良好的结果。 c h e d da d 3 2 】等通过全新世剖面的孢粉研究，认为全新世早期与晚期有显著的 不同，1 0 0 0 0 6 5 0 0a b p 要比6 5 0 0a b p 之后，降水量从8 7 0 m m 上升到9 4 0m r i ， 温度却有明显的下降，但5 5 0 0 4 0 0 0a b p 温度又有一定的回升，但远没有达到 全新世早期的水平。 我国孢粉研究的时间分辨率不断提高，在黄土高原1 0 力年尺度的孢粉记录分 析已经达到了小于千年的分辨率，在内蒙古调角海子钻孔的研究已达到百年分辨 率。其次，为了准确解译孢粉化石的生态学意义，开展了大量表土花粉研究，在 中国北方建立了花粉一气候转换函数、气候一花粉响应面模型；系统地开展了表 土花粉模拟生物群区的研究，并取得了良好的结果；开展了华北平原不同地貌单 元冲积物孢粉组合特征的研究。内蒙古大青山地区调角海子钻孔和察素齐泥炭剖 面的孢粉研究结果表明，内蒙古中部山地和山前地带气候变化具有同步性，自9 2 0 0 a b p 至7 8 0 0a b p 存在着一个较为干冷的时段；7 1 0 0 4 4 0 0a b p 形成了全新世 中最为温暖湿润的时段。自3 0 0 0a b p 以后，气温明显下降，形成了较现在寒冷 的气候1 3 3 1 。另外，我国深海孢粉学研究也取得了较大的成果。中国所申请和主持 的大洋钻探( 0 d p ) 1 8 4 航次为南海深海孢粉研究提供了绝佳的材料。到目前为止 已有数个三四万年至百万年不等的孢粉成果，东海的冲绳海槽也有一二万年的记 录【3 射。 1 7 洞穴碳酸盐的研究 洞穴碳酸盐是陆地环境中一种极为重要的古气候信息库，具有分布广，时问 跨度大，生长机制对环境敏感，保存信息完整等特点。尤其是洞穴滴石石笋为大 陆气候替代指标提供了一类独特的数据源。从稳定同位素地球化学、石笋微层、 微量元素地球化学、洞穴碳酸盐结晶学和岩石学等方面进行研究。k a u f m a n n 和 g e o r g i a 5 1 认为石笋的增长，可以大致的做简单的数学模拟，主要和气温、土壤释放 的c 0 2 以及降水有关。x i aq i k a i 3 6 】等研究了澳大利亚塔斯玛尼亚岛l y n d sc a v e 的 高分辨率石笋记录，认为9 2 0 0 5 1 0 0a b e 之间的气候可以分为7 个阶段：9 2 0 0 9 0 8 0a b e 相对较干；9 0 8 0 8 6 0 0a b e 气温高频变化，不稳定；8 6 0 0 8 0 0 0a b e 气候稳定，温度和降水持续升高：8 0 0 0 7 4 0 0a b e 最温暖，但蒸发量大；7 4 0 0 7 0 0 0a b e 最湿润；7 0 0 0 6 6 0 0a b e 降水减少，温度变化不大：6 0 0 0 5 1 0 0a b e 低温低湿，气候恶化。 我国洞穴碳酸盐古气候记录研究开始于2 0 世纪8 0 年代中期，已经对北京石 花洞、福建天鹅洞、桂林盘龙洞、南京汤山洞穴等石笋进行了细致、深入的研究， 并与海平面变化1 3 7 1 、g r i p 冰芯、青藏高原季风事件【3 8 】进行了对比分析，较好的恢 复了全新世的气候环境，如李红春利用北京石花洞石笋的61 8 0 记录重建了京津地 区5 0 0 年来的气候变化i j 叫。 1 8 木炭屑与火历史的研究 近年来，生态学家愈来愈把火作为植被与环境整体动态研究的部分。相对 于早期文字记载资料和树木年轮中的火烧痕迹在时间和空间的局限性，被称之为 “火的化石”的木炭屑有其特殊的优越性，在空间上分布很广，在时间上可提供 几千年甚至几万年的火的活动的连续资料，结构保存完好以及原地埋藏等。因此， 近年来木炭屑分析结合孢粉分析已成为研究森林火与生态环境相互关系的重要手 段。 c a r c a i l l e t 和r i c h a r d 椰j 通过研究加拿大东部冰后期火的历史，重建了全新 世的气候演变过程。由于地火事件主要被夏季降水控制，他们认为全新世早期火 事件的发生频率很大，代表了干旱的气候；而在8 0 0 0a b p ，之后有显著的降低， 代表了湿润的气候；3 0 0 0a b p 之后又是一个火事件的高频期，代表气候再次转 向干早。h e r m a n nb e h i n g p l l 从巴西东南部l a g o an o v a 提取的湖泊沉积物的孢粉 和炭粒研究表明，在全新世早期1 0 0 0 0 8 5 0 0a b p 该地的植被类型主要为灌木草 原；8 5 0 0 7 5 6 0a b p 森林开始扩展；7 5 6 0 6 0 6 0a b p 稀树草原扩展，森林撤 退，火灾又趋于频繁；6 0 6 0 2 8 2 1a b p 该地覆盖有半落叶森林，降水明显高于 前期，2 8 1 0 6 0 0a b p 气候又变的冷干，6 0 0a b p 以后才象现在暖湿，火灾很 少发生。 1 9 其他 除此之外，泥炭、微生物化石、珊瑚礁、物候资料、史料记载等也是良好的 全新世环境变化的信息载体，并且有众多学者专家在这些方面已经取得了一系列 成果，为全新世古环境的恢复和重建提供了重要的信息。 2 黄土高原全新世的研究进展 本文研究区域位于黄土高原，了解和熟悉黄土高原全新世的环境概况，是本 研究工作的基础，因此对黄土高原全新世环境研究进展做了较为详细的介绍，如 研究方法的目益多元化、黄土高原全新世环境与其他区域的对比研究以及黄土高 原全新世环境的恢复和重建。 2 1 研究方法的日益多元化 黄土高原全新世的研究方法日益多元化，如地层学、土壤微结构、孢粉、磁 化率、全铁、粒度、c a c 0 3 、t o c 、碳氧同位素、石英颗粒表面特征、地球化学元 素、蜗牛化石组合、植物硅酸体等。 由于黄土地层中孢粉数量较少，近年来，植物硅酸体常被用来探讨黄土剖面 的古植被景观问题。最近又提出了一种比较可靠的独立的新资料，来进一步恢复 植被景观。谢树成等h 2 1 利用气相色谱一质谱联用仪( g c m s ) 从兰州九洲台全新 世古土壤( s o ) 中检测出种类众多的异地源和原地源分子化石，在引进了一种评估 异地源贡献的方法以后，计算出来的原地源正构烷烃分布反映了研究区从末次冰 期以来发育了草原植被的景观，其中全新世最暖期可能还有一定的木本植物。 柯曼红等m j 发现地处渭河盆地的蓝田、富平、渭南、西安、泾阳等地，在早 全新世至晚全新世的地层中，都能看到较多的环纹藻，尤其是在中全新世温暖时 期，坏纹藻矢量达到最高峰。依据它及其共生藻类可以追溯到历史时期淡水湖沼 的消长。 候春红l 删等根据磁化率、粒度、c a c 0 3 、f e 2 0 3 和a 1 2 0 3 含量以及土壤微结构 等方面的资料对西安地区的全新世古土壤的性质和类型及环境的特点进行了研究 认为，该地区全新世大暖期的古土壤为温湿气候条件下发育的淋溶褐土，而并非 过去所称的半干旱条件下发育的“黑垆土”，该层古土壤发育时的平均降水量应不 小于7 5 0i t i i t i 。全新世古土壤底部之下分布深度达2i n 多的密集根系填充物，指示 当时存在森林植被。 韩军青等 4 5 1 根据汾河下游岩性特征、沉积物粒度、粘土矿物和孢粉分析，探 讨了汾河下游3 万年来的环境演变规律：3 0 1 1k a b e 为晚更新世末次冰期，气候 干寒；1 1k a b p 以来，经历了3 个气候旋回，变化周期为3 5l 【a 左右。 庞奖励等【4 6 】通过对陕西五里铺黄土一土壤剖面微量元素的研究，发现其中微 量元素的分布规律所提供的古环境信息，可以作为气候替代指标来重建全新世气 候。含量相对低的p b 、c u 、z n 、c d 、c r 、n i 、c o 、m n 或相对高的r b 、s r 的黄 土，反映气候以干冷为特征，冬季风效应占优势；而含量相对高的p b 、c u 、z n 、c d 、 c r 、n i 、c o 、m n 或相对低的r b 、s r 含量古土壤，指示气候湿润温暖、植被茂盛 及风化成壤强烈。黄土高原南部，末次冰期结束后进入了全新世温暖的时期，但这 种温暖的气候并不稳定，在6 0 0 0 5 0 0 0a b p 出现的以干旱为特征的气候阶段将所 谓的“全新世大暖期”分裂为两个阶段。 2 2 建立了一系列环境指标转换函数 国外学者从本世纪7 0 年代以来开始尝试用地层中的生物残余如孢粉、硅藻、 有孔虫等建立古气候的转换函数，期望定量恢复第四纪地质时期的古气候，如 i m b e r i e 4 7 1 用有孔虫转换函数定量恢复了晚更新世以来加勒比海深海转孔记录的古 气候：w e b b 4 8 1 利用化石孢粉定量估算了美国中西部地区末次冰期及冰后期以来的 气候变化；近年来，国内学者也试图利用表土转换函数方法定量恢复古气候。 吕厚远等【4 9 】建立了中国表土磁化率与现代气候参数之间的转换函数，通过研 究不同气候带、不同环境下表层土壤磁化