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近日，國際地學(xué)期刊Quaternary Science Reviews《第四紀科學(xué)評論》在線(xiàn)發(fā)表了中國科學(xué)院海洋研究所和倫敦大學(xué)學(xué)院等單位合作的最新研究成果。研究團隊基于南海西北部陸架沉積記錄，重建了過(guò)去7千年以來(lái)珠江流域植被組成、化學(xué)風(fēng)化和重金屬排放歷史，發(fā)現人類(lèi)活動(dòng)（農業(yè)、冶金等）在約2.9?2千年前逐漸超過(guò)氣候變化成為華南流域風(fēng)化剝蝕和植被演化的主控因素。

隨著(zhù)人類(lèi)文明的發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)對地球表層系統的影響不斷增強，引發(fā)了關(guān)于“人類(lèi)世”的討論。盡管人類(lèi)世的提案最近被否決，但是并沒(méi)有否認人類(lèi)世的核心——人類(lèi)活動(dòng)對地球已經(jīng)產(chǎn)生巨大影響。人類(lèi)活動(dòng)作為一種地質(zhì)營(yíng)力，何時(shí)開(kāi)始及如何顯著(zhù)影響地球表層系統存在極大的區域差異性，需要結合不同區域的自然環(huán)境變化和人類(lèi)文明發(fā)展進(jìn)程來(lái)具體分析。我國華南地區由于南嶺的阻隔和獨特的氣候、地貌、生態(tài)特征，人類(lèi)文明的發(fā)展與中原和北方地區有顯著(zhù)差異，而考古學(xué)研究一直以長(cháng)江、黃河等流域為重心，珠江流域的相關(guān)資料不夠豐富，缺乏系統性研究，因此采用海洋沉積記錄與考古資料相結合的方式能夠更好地重建華南地區人類(lèi)文明發(fā)展對自然環(huán)境的影響。南海西北部陸架作為陸地和海洋之間的過(guò)渡地帶，是華南陸源物質(zhì)的重要沉積匯，是從海看陸、重建華南地區人類(lèi)活動(dòng)歷史的天然檔案。

圖1?研究區地質(zhì)背景和研究站位圖

本研究基于南海西北部陸架ZK001巖心的連續、高分辨率沉積記錄，在粘土礦物和Sr-Nd同位素組成約束物源的基礎上，通過(guò)對黑碳含量和碳同位素組成、常微量元素、粘土礦物、粒度等指標的分析，重建了7.0 ka BP以來(lái)珠江流域植被組成、化學(xué)風(fēng)化和重金屬排放歷史，并綜合前人的相關(guān)研究，系統揭示了中晚全新世華南地區自然環(huán)境與人類(lèi)活動(dòng)相互作用的歷史及機制。

沉積物黑碳δ¹³C被用于重建7.0 ka BP以來(lái)華南植被組成和火活動(dòng)的演化歷史。結果表明，7.0?2.9 ka BP，生物燃料以C₃植物為主，與以原始森林為主的區域植被組成一致，并且C₄相對C₃的比例整體略微減少，這伴隨著(zhù)中全新世以來(lái)降溫和夏季風(fēng)減弱，暗示氣候變化是此期間華南植被演化的主要因素。2.9?2.0 ka BP，黑碳δ¹³C顯著(zhù)負偏，不再與氣候變化耦合，同時(shí)流域內喬木比例大幅度減小，指示了人類(lèi)大規模的C₃森林砍伐和焚燒。2.0 ka BP以來(lái)，黑碳δ¹³C逐漸偏正，指示燃料中C₄植物比例的增加，與夏季風(fēng)減弱的趨勢解耦，表明人類(lèi)活動(dòng)對區域植被的影響已超越氣候變化的控制。森林砍伐后草本優(yōu)先生長(cháng)及人類(lèi)大規模種植甘蔗等C₄植物，造成了華南C₄植物比例的增加。

基于風(fēng)化指標CIA、K/Al、高嶺石/伊利石比值，重建了沉積物源區的化學(xué)風(fēng)化歷史。7.0?2.9 ka BP期間，華南地區化學(xué)風(fēng)化整體呈現減弱的趨勢，與東亞季風(fēng)區氣候變化耦合，表明溫度降低、降水減少是風(fēng)化強度減弱的主要原因。2.9 ka BP以來(lái)，化學(xué)風(fēng)化強度異常增強，與東亞季風(fēng)減弱的趨勢相悖，與溫度、降水解耦，而與人類(lèi)活動(dòng)的增強一致，表明人類(lèi)活動(dòng)的影響超越了自然控制，成為化學(xué)風(fēng)化的主導因素。農業(yè)發(fā)展造成的土壤擾動(dòng)、水土流失、淋濾增強等可能是化學(xué)風(fēng)化增強的重要原因。此外，基于重金屬富集因子，區分了沉積物中自然來(lái)源和人為來(lái)源重金屬，進(jìn)而重建了人類(lèi)活動(dòng)引起的重金屬排放歷史。7.0?2.0 ka BP，研究區的重金屬含量接近背景值，主要來(lái)自巖石自然風(fēng)化。2.0 ka BP以來(lái)，人為重金屬排放日益增加，推測與鐵器時(shí)代以來(lái)的開(kāi)采、冶煉活動(dòng)有關(guān)。

綜合對比多指標沉積記錄與考古、歷史資料，華南地區人類(lèi)活動(dòng)的歷史可劃分為三個(gè)階段：采集漁獵時(shí)代(7.0?2.9 ka BP)，植被組成和化學(xué)風(fēng)化受氣候控制，重金屬主要是自然來(lái)源，營(yíng)采集漁獵生產(chǎn)方式的古人類(lèi)對自然環(huán)境多為被動(dòng)響應，對環(huán)境的影響很小；過(guò)渡時(shí)期(2.9?2.0 ka BP)，在氣候變化和人口壓力增加的共同作用下，生計方式逐漸由采集漁獵向農耕經(jīng)濟轉變，人類(lèi)開(kāi)始以刀耕火種的方式進(jìn)行大面積的毀林開(kāi)荒，改變了植被組成和火活動(dòng)的自然規律；集約化農業(yè)時(shí)代(2.0 ka BP以來(lái))，隨著(zhù)人口增加和技術(shù)進(jìn)步，森林砍伐、耕種、金屬冶鑄等人類(lèi)活動(dòng)逐漸超越自然影響，成為區域植被組成、火事件、化學(xué)風(fēng)化和重金屬排放的主導因素。

本研究重建了7千年以來(lái)華南地區高分辨率的自然環(huán)境與人類(lèi)活動(dòng)相互作用的歷史，將人類(lèi)活動(dòng)的影響從環(huán)境因素中區分出來(lái)，彌補了華南區域性記錄稀缺、考古記錄不連續的問(wèn)題，并通過(guò)系統總結珠江流域地質(zhì)記錄與考古、歷史記載，提出華南地區人類(lèi)世開(kāi)始的時(shí)間約為2?3 ka BP，為區域人類(lèi)世的劃分提供了重要的海洋證據。

圖2?過(guò)去7千年以來(lái)華南植被組成演化與氣候變化、人類(lèi)文明發(fā)展對比

圖3?過(guò)去7千年以來(lái)華南化學(xué)風(fēng)化、重金屬排放與氣候變化、人類(lèi)文明發(fā)展進(jìn)程對比

圖4?過(guò)去7千年以來(lái)華南人類(lèi)活動(dòng)歷史演化模式

論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士研究生鞠夢(mèng)珊，通訊作者為海洋所萬(wàn)世明研究員。研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中國科學(xué)院戰略先導專(zhuān)項等支持。

論文信息：

Mengshan Ju, Shiming Wan*, Peter D. Clift, Wenqiang Pei, Dongfeng Jiao, Jin Zhang, Wenjun Jiao, Debo Zhao, Zhaojie Yu, Zehua Song, Anchun Li, 2024. History of human activity in South China since 7 cal ka BP: Evidence from a sediment record in the South China Sea. Quaternary Science Reviews, DOI: 10.1016/j.quascirev.2024.108683

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0277379124001847