全 文 ：第 13卷第 2期
2 0 0 5年 4月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．13 No．2
April， 2005
周原全新世土壤剖面木炭屑与野火活动的关系研究*
谭志海 黄春长 庞奖励 李平华
(陕西师范大学旅游与环境学院 西安 710062)
摘 要 研究陕西周原全新世黄土剖面磁化率 曲线、总有机碳 曲线、木炭屑 曲线和野火活动及其 与生态环境演变
的关系结果表明，马兰黄土堆积时期气候干旱，在 当时半荒 漠草原上 当地 时常有 自然野火发 生；全 新世大暖时期
(8500～3100aB．P)气候湿润，生物成壤作用强度大 ，呈现森林或森林草原 自然景观 ，野火活动极少发 生；先周人迁
倨 到周原地 区(3100aB．P)开始，人类用火及其放火烧荒开垦农 田等活动，加之气候变得干旱，生物化学成壤作用减
弱，致使生态环境发生重大变化，自然生态景观 向半 自然、半人工景观演替；1500aB．P开始可耕种土地 几乎开垦殆
尽，生态景观完全被人工农田生态景观所代替；而近几百年来随着人 I：1密度和聚落的增加，人类 生活用火和垃圾随
之加大，人类对土壤环境的干扰进一步增强。
关键词 野火 生态演替 全新世 关中盆地 木炭屑
Relationship between soil charcoal in Holocene and wildfire in the Zhouyuan Region．TAN Zhi—Hai，HUANG Chun—
Chang，PANG Jiang-Li，LI Ping-Hua(College of Tourism and Environmental Sciences，Shaanxi Normal University，Xi an
710062，China)，CJEA，2005，13(2)：31～33
Abstract The relationships among soil charcoal in Holocene，wildfire and its change of ecological environment were stud—
ied．The results show that in the phase of piling of M alan loess，the climate was arid and wildfire often occurred on
semi—desert grasland．During the period of soil[ormation，bio—pedogenic processes were so active that[orests or[orest—
grassland form ed with the arrival of humid warmer climate of the Holocene Megatherma1．Therefore，the wildfire activities
sddom occurred．However，by the time of 3100aB．P，with the settlement of Zhouyuan people and human manipulation of
the environment through the use of the fire，great changes had taken place，varying from natural ecology to semi—natural
and semi—artificial ecology．Since 1500aB．P，the arable farm land almost disappeared，resulting in artificial ecology in place
of natural ecology．For hundreds of years，with the growth of the world population，tremendous requirements of fires had
increased with a large amount production of rubbish and human activities had also caused great damage to the soil environ．
m ent．
Key words W ildfire，Change of ecology，Holocene，Guanzhong Basin，Charcoal
(Received Dec．16，2003；revised Jan．25，2004)
野火普遍存在于 自然界中_1j，它既直接影响生态环境结构和功能的演替 ，又维持并促进 生态环境平
衡 J。目前许多科学家利用历史记录、现代火记录、火疤木研究以及沉积物中孢粉、炭屑分析等方法 ，试 图
恢复过去野火发生的过程。但文献资料和火疤木时间跨度较短 ，难以用于探讨更长尺度的生态环境演变和
气候动态变化。反映火灾历史时木炭屑记录要求对完整剖面的沉积物连续取样，以避免多次火灾事件的木
炭屑混在一起或某些火灾事件被忽略掉 ，利用沉积物木炭屑分析探讨长期区域野火活动对生态环境 的影响
有其独特优势。本研究选择黄土高原南部关中盆地周原扶风地区典型剖面木炭屑、磁化率和总有机碳等多
项指标 ，探讨了全新世野火活动与生态环境演变的关系。
1 研究区域概况与研究方法
周原扶风地区位于黄土高原南部、关中盆地西部 ，研究区匠阳村剖面位于扶风县北 台塬面上 ，海拔高度
685m，出露于约 4～5m高的陡坎，临近先周歧邑遗址外围。该剖面黄土一古土壤序列发育完整连续且层位稳
定 ，界限分明，结合野外观察记录和实验室内分析 ，可将本剖面全新世地层划分为 0～40cm现代表土层
(MS)、40～80cm黄土层(L0)、80～160cm上部古土壤层( )、160～190cm黄土夹层(L )、190～242cm下部
*教育部重点项 目(02069)和黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室基金项目(10501—105)资助
收穑 日期 ：2003—12—16 改回日期：2004-01—25
32 中 国 生 态 农 业 学 报 第 13卷
古土壤层( )、242～265cm过渡层(L )和265cm以下典型的马兰黄土层(L1)。对匠阳村剖面进行详细野外
观察并 自地表向下每 2cm为单位共连续采集 190个样品。根据地层学原理 ，参考前人在渭南和洛川剖面对
全新世底界和黄土层底界界线以及眉县清湫村剖面序列的研究 ，初步确定匠阳村剖面年代序列 。称取风
干样品 10g，用研钵研至粒径<2mm后用 WCL一1型磁化率仪测量其磁化率。取烘干样品 50g，研磨至 200
目以下取 0．15g置于仪器配备的方舟中，加入 10 mol／L盐酸 3滴 ，充分反应后采用德国 High TOC-2型仪器
测定其总有机碳含量。每样品取土 50g，采取重液悬浮法，在光学显微镜下根据炭屑长轴分<50p．m、50～
100“m和>100>m 3个等级统计炭屑数，每样品统计百粒至几千粒不等 ，样品分析时加入已知计数花粉以换
算木炭屑浓度。
2 结果与分析
黄土剖面磁化率被认为与当地受东南季风控制的降水量变化密切相关。图 1表明匠阳村磁化率随深度
不同存在明显变化 ，其变化范围为 30 X 10～～170 X 10一cgs，最低值(30～80 X 10 cgs)出现在马兰黄土层
(L )及钙积过渡层(L )，最高值(140 170 X 10 cgs)出现在 2个古土壤层 和 层位上 ，现代黄土层(Lo)
次之(120X 10—6cgs)。匠阳村剖面总有机碳含量变化明显，尤其是古土壤层S6含量>4．5 g／kg，反映当时
生物成壤作用强烈 ，而马兰黄土层则降低至 2g／kg以下 ，受到当时冰期干旱气候限制 ，生物成壤作用很弱。
匠阳村剖面木炭屑总浓度变化为 200～2000粒 ，剖 面 >100t~m 木炭屑浓度变化为 1～350粒 ，50～
100t~m 中值粒径木炭屑浓度为 10~400粒／g，<50 m木炭屑浓度为 150 1200粒 ，剖面各种粒径木炭屑
木炭屑总浓度 ／粒．g-t 磁化率／XlO- cgs 总有机碳／g·kg 校正年代／aB．P
0 500 1000 l500 2000 20 60 100 140 180 0 l 2 3 4 5 6
- 20
- 60
一 lOO
目-140
- 18O
叫 -22O
一 26O
- 300
- 340
- 380
遗迹一
,aB．P
⋯
⋯ ⋯
图 1 陕西省扶风县匠阳村剖面全新世黄土-古土壤变化
Fig．1 Change of loes-palaesoil profile in the Holocene at Jiangyang Vilage，Fufeng County，Shaanxi Province
*图中aB．P为age before present的缩写，ep~ -(1950年)以前的年数，如3100aB P指距今(1950年)有3100年历史，下同。
>lOOtm木炭屑浓度 ／粒· 50～100pm木炭屑浓度／粒·g-’<100pm木炭屑浓度／粒· 校正年代／aB．P
0 100 200 300 0 l00 200 300 400 0 500 1000
— — jr
：
⋯ ⋯ ⋯ 0
⋯ ⋯ ⋯ l500
⋯ ⋯ ‘ ‘ ’ 3100
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层
迹
图 2 陕西省扶风县匠阳村剖面黄土-古土壤木炭屑各粒级变化
，2 Change of diferent graitr~ charcoals of Ioesroala~il profde in the H e at J alIg砌age， alg County，Slmmd P noe
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第 2期 谭志海等 ：周原全新世土壤剖面木炭屑与野火活动的关系研究 33
浓度波动与地层层序变化相吻合。马兰黄土堆积时期各粒级木炭屑浓度较高，全新世早、中期各类型木炭
屑浓度减少 ，且粗 、中粒级减少最为明显，全新世晚期木炭屑浓度大幅增加且峰谷交替 ，木炭屑浓度出现峰
值。
黄土和古土壤总有机碳实质包含生物成壤作用形成的腐殖质 中有机碳含量和野火形成 的木炭屑有机
碳成分。比较匠阳村剖面总有机碳曲线和木炭屑曲线可知，总有机碳主要反映土壤有机质积累状况，其含
量高低与气候变化和植被盖度变化量呈正相关 ，总有机碳值高表示植被较茂盛，环境温暖湿润 ，生物成壤作
用较强；总有机碳值低则表示环境较干旱 ，植被相对稀少 ，土层有机质积累少。磁化率是较好的气候替代指
标 ，剖面磁化率高表示环境温暖湿润和强烈的粘化成壤作用 ，磁化率低表示环境相对干旱。木炭屑是野火
活动记录最理想的代用指标，对木炭屑浓度变化定量分析可恢复地质历史中野火发生的频率、强度及其变
化。木炭屑浓度高表示野火活动强烈 ，反之则野火活动微弱；木炭屑大小可反映野火发生源区范围远近，
粗、中粒木炭屑主要来源于本地发生的野火，细粒木炭屑源区可能相对较远 、较广 J。根据木炭屑浓度分析
结果 ，马兰黄土堆积时期半荒漠草原生态环境区域性和当地性野火常有发生。该剖面全新世经历了 3个阶
段(见图 1和图2)，全新世早期 (11500～8500aB．P)处于干冷向温湿过渡期，生物量积累增加，但气候较干
旱，为野火活动发生提供了可能，中粒木炭屑浓度出现峰值，表明有野火活动且较频繁 ；全新世大暖期(8500
～ 3100aB．P)夏季风显著 ，为全新世最温湿时期 ，植被茂盛，古土壤发育强烈 ，形成淋溶褐土 ，有机质积累丰
富，呈现森林和森林草原景观 J，进入新石器时代后该地点附近地区似乎野火活动极少发生 ，但细小颗粒木
炭屑的大量出现表明周原其他地方可能有野火发生(见图 2)，这可能与当时人类生活用火和放火、围猎及开
垦荒边等活动有关 ，标志着人类 已开始参与生态环境演变过程，但当时种植业处于初期，自然景观仍未改
变；全新世晚期风尘堆积加速 ，成壤作用迅速减弱，成为全新世又一相对干旱阶段 ，降水量减少，生物化学成
壤作用减弱，生物有机量大 幅降低。但此 时各 类木炭 屑浓度 大幅增加 ，表 明此 时野火活 动频繁发 生。
3100aB．P(相当于商末时代)时遗留下来的先周文化遗迹(见图 1和图 2)表明，先周人受游牧民族袭扰，被迫
南迁至周原地区 J开垦土地，发展耕作农业 ，此时木炭屑峰值主要 由人类活动产生 ，很可能是放火毁林 ，以
便于开垦荒地、种植农作物的结果。故 3100aB．P是周原生态环境发生根本性变化的转折点，标志着 自然景
观向半 自然、半人工景观演变。至 1500aB．P(隋唐前)周原人类放火烧荒 、开垦土地达到高潮 ，这种大规模、
大范围长期植被破坏与相对干旱气候结合，使生态自然景观进一步退化，加剧了气候的干旱化程度。由木
炭屑曲线可知 1500aB．P后前半期周原各类木炭屑浓度大大减少 ，其原因很可能是由于荒地全部开垦殆尽，
当地几乎全部呈现为农 田人工景观 ，因而不会大规模放火烧荒所致 ，1500aB．P标志着周原生态景观 向人工
自然复合生态景观转变 ；后半期当地大颗粒木炭屑增加 ，人类干扰大大加强，很可能表明近几百年(清朝时
期)由于人 口增加，聚落规模扩大 ，人类生活用火和垃圾增加 ，导致周原表土层木炭屑浓度增加。
3 小 结与 讨 论
野火直接影响生态环境结构和功能的演变 ，是常见的生态干扰因素之一。全新世生态环境演变受多
种因素制约，它通过磁化率、总有机碳反映气候干冷、暖湿的变化 ，木炭屑反映野火发生强度 、频率以及相关
历史文献，气候变化背景下野火成为驱动周原黄土塬区生态环境演变的 1个直接因素 ，随人类活动范围的扩
大 ，人为火促成的野火活动已成为加速全新世生态环境演变的重要因素。研究野火活动及人类活动与生态
环境演变的关系，对了解和认识全新世生态环境演变具有重要意义。
参 考 文 献
杨 英 ，沈承德等．21k0以来渭南黄土剖面的元素碳记录．科学通报 ，2001，46(8)：688～690
陈利顶，傅伯杰．干扰的类型、特征及其生态学意义．生态学报 ，2000，20(4)：582～583
黄春长，庞奖励等 渭河流域先周一西周时代环境和水土资源退化及其社会影响．第四纪研究 ，2003，23(4)：405～414
孙湘君 ，李 逊 ，陈怀成．南海北部最近 37ka以来天然火与气候 中国科学(13)，2000，30(2)：167～168
刘东生 ，郭正堂 ，吴乃远等．史前黄土高原的自然植被景观 ．地球学报，1994(3～4)：230～232
黄春长．渭河流域 3100年前资源退化与人地关系演变 ．地理科学 ，2001，21(1)：32～33
Jenny Mcore．Forest fire and human interaction in the early Holocene woodlands of Britain．Palaeography，Palaeolimatology，Palaeoecology
2000，164：125～ 137