中國科學院團隊揭示過去7千年以來華南人類活動歷史

近日，國際地學期刊Quaternary Science Reviews《第四紀科學評論》在線發表了中國科學院海洋研究所和倫敦大學學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，重建了過去7千年以來珠江流域植被組成、化學風化和重金屬排放歷史，發現人類活動（農業、冶金等）在約2.9?2千年前逐漸超過氣候變化成為華南流域風化剝蝕和植被演化的主控因素。

隨著人類文明的發展，人類活動對地球表層系統的影響不斷增強，引發了關于“人類世”的討論。盡管人類世的提案最近被否決，但是并沒有否認人類世的核心——人類活動對地球已經產生巨大影響。人類活動作為一種地質營力，何時開始及如何顯著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境變化和人類文明發展進程來具體分析。我國華南地區由于南嶺的阻隔和獨特的氣候、地貌、生態特征，人類文明的發展與中原和北方地區有顯著差異，而考古學研究一直以長江、黃河等流域為重心，珠江流域的相關資料不夠豐富，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文明發展對自然環境的影響。南海西北部陸架作為陸地和海洋之間的過渡地帶，是華南陸源物質的重要沉積匯，是從海看陸、重建華南地區人類活動歷史的天然檔案。

圖1?研究區地質背景和研究站位圖

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以來珠江流域植被組成、化學風化和重金屬排放歷史，并綜合前人的相關研究，系統揭示了中晚全新世華南地區自然環境與人類活動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以來華南植被組成和火活動的演化歷史。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，這伴隨著中全新世以來降溫和夏季風減弱，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顯著負偏，不再與氣候變化耦合，同時流域內喬木比例大幅度減小，指示了人類大規模的C₃森林砍伐和焚燒。2.0 ka BP以來，黑碳δ¹³C逐漸偏正，指示燃料中C₄植物比例的增加，與夏季風減弱的趨勢解耦，表明人類活動對區域植被的影響已超越氣候變化的控制。森林砍伐后草本優先生長及人類大規模種植甘蔗等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風化歷史。7.0?2.9 ka BP期間，華南地區化學風化整體呈現減弱的趨勢，與東亞季風區氣候變化耦合，表明溫度降低、降水減少是風化強度減弱的主要原因。2.9 ka BP以來，化學風化強度異常增強，與東亞季風減弱的趨勢相悖，與溫度、降水解耦，而與人類活動的增強一致，表明人類活動的影響超越了自然控制，成為化學風化的主導因素。農業發展造成的土壤擾動、水土流失、淋濾增強等可能是化學風化增強的重要原因。此外，基于重金屬富集因子，區分了沉積物中自然來源和人為來源重金屬，進而重建了人類活動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，主要來自巖石自然風化。2.0 ka BP以來，人為重金屬排放日益增加，推測與鐵器時代以來的開采、冶煉活動有關。

綜合對比多指標沉積記錄與考古、歷史資料，華南地區人類活動的歷史可劃分為三個階段：采集漁獵時代(7.0?2.9 ka BP)，植被組成和化學風化受氣候控制，重金屬主要是自然來源，營采集漁獵生產方式的古人類對自然環境多為被動響應，對環境的影響很小；過渡時期(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濟轉變，人類開始以刀耕火種的方式進行大面積的毀林開荒，改變了植被組成和火活動的自然規律；集約化農業時代(2.0 ka BP以來)，隨著人口增加和技術進步，森林砍伐、耕種、金屬冶鑄等人類活動逐漸超越自然影響，成為區域植被組成、火事件、化學風化和重金屬排放的主導因素。

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

圖2?過去7千年以來華南植被組成演化與氣候變化、人類文明發展對比

圖3?過去7千年以來華南化學風化、重金屬排放與氣候變化、人類文明發展進程對比

圖4?過去7千年以來華南人類活動歷史演化模式

論文第一作者為中國科學院海洋研究所博士研究生鞠夢珊，通訊作者為海洋所萬世明研究員。研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院戰略先導專項等支持。

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