火是地球生態系統演化的重要影響因子，廣泛參與到全球氣候、植被環境與人類活動的相互作用之中。生物量的燃燒促進了溫室氣體排放，加速了生物圈物質循環。火的控制與使用拓寬了人類食譜，推動了人類行為演進。因此，全球火的系統演化及其與植被生態、氣候環境的相互關係，一直是全球變化的重要研究內容。目前，東亞地區長尺度火活動記錄相對匱乏，主要集中於中國南海海域與黃土高原地區。基於黑炭濃度/沉積通量的測定，不同研究的重建結果存在一定的分歧，對於冰期-間冰期旋迴中火災頻率的變化，自然野火的驅動機制等方面還存有許多疑問。近日，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所李小強團隊與中國地質調查局天津地質調查中心等單位進行合作，對華北平原地區G3鑽孔開展了綜合研究。基於炭屑統計、孢粉分析、磁性地層年代和有機碳同位素等多種指標分析，重建了東亞地區兩百萬年以來的火活動歷史。相關研究結果發表於國際期刊《Quaternary Science Reviews》，論文第一作者為我所沈慧副研究員，通訊作者為李小強研究員。
該項研究結果表明華北平原地區第四紀以來火活動存在顯著波動，受到太陽輻射、植被環境、生物量、人類活動等多種因素的綜合作用。2.1–0.3 Ma時期炭屑濃度相對較低，指示了這一時期火活動相對較弱，自然野火發生的頻率不高。其中，中更新世氣候轉型時期炭屑濃度波動較大，表明在氣候轉型期間自然野火極為不穩定。距今30萬年以來，炭屑濃度顯著增加，顯示華北地區火活動較為活躍，自然野火頻發。同時，炭屑濃度與深海氧同位素、黃土-古土壤粒度呈現出對應關係，冰期時炭屑濃度相對偏高，表明氣候乾冷時期野火發生的頻率更高。炭屑濃度峰值則多出現於冰期-間冰期間隙，指示氣候轉型時期多出現區域性大火。
G3鑽孔炭屑濃度、有機碳同位素與深海氧同位素、黃土-古土壤粒度和地球軌道偏心率對比圖
與孢粉分析結果相對比，火的頻率與植被類型存在顯著聯繫，且不同生態背景下火的受控因子也存在差異。草原植被環境下，炭屑濃度主要與蒿屬、蒿/藜比正相關，這可能是由於蒿屬草原所產生的生物量相對高於以藜科為代表的植被。森林植被時期，炭屑濃度與喬木/非喬木比以及針葉材含量正相關，表明森林環境產生的豐富生物量以及針葉樹木的易燃性同時影響着自然火的發生頻率。此外，炭屑濃度與有機碳同位素呈現出反相關，如2.1–1.65 Ma時期，有機碳同位素明顯偏正，達到了整個研究時段的峰值，而炭屑濃度則極低，指示了C4植物豐富時期火活動並不活躍。
G3鑽孔炭屑濃度功率譜分析
功率譜分析結果顯示，炭屑濃度存在明顯的40 kyr周期，指示太陽輻射量控制下的氣候變化是東亞地區火活動的重要影響因素之一。值得注意的是，中更新世以來人類控制性用火的大量出現，對全球火活動產生了顯著的影響。G3鑽孔炭屑濃度在距今2.1–0.3 Ma時期相對較低，與中國北方地區考古遺址數量並無明顯的聯繫，表明這一時期的火為天然野火。距今30萬年以來，乾冷的氣候條件可能促使了火的頻繁發生，為古人類學習如何控制性使用和管理火提供了更多機會。另一方面，人類對火的廣泛使用，可能也促使了火活動的頻率增加，如0.3 Ma與0.05 Ma時期炭屑濃度的迅速上升均對應着考古遺址數量的快速增加，表明人類在火的演化過程中開始發揮着重要作用。
中國北方地區2.1Ma以來火活動與考古遺址、火塘遺迹對比
該項研究通過多種分析指標的綜合運用，系統梳理了華北平原兩百萬年以來火活動歷史、冰期-間冰期旋迴過程中自然火的響應過程、不同植被環境背景下火的發生頻率、早更新世以來火與人類活動的相互影響，為認識東亞地區長尺度火的演化過程及其驅動機制提供了重要依據。
