火是地球生态系统演化的重要影响因子，广泛参与到全球气候、植被环境与人类活动的相互作用之中。生物量的燃烧促进了温室气体排放，加速了生物圈物质循环。火的控制与使用拓宽了人类食谱，推动了人类行为演进。因此，全球火的系统演化及其与植被生态、气候环境的相互关系，一直是全球变化的重要研究内容。目前，东亚地区长尺度火活动记录相对匮乏，主要集中于中国南海海域与黄土高原地区。基于黑炭浓度/沉积通量的测定，不同研究的重建结果存在一定的分歧，对于冰期-间冰期旋回中火灾频率的变化，自然野火的驱动机制等方面还存有许多疑问。近日，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所李小强团队与中国地质调查局天津地质调查中心等单位进行合作，对华北平原地区G3钻孔开展了综合研究。基于炭屑统计、孢粉分析、磁性地层年代和有机碳同位素等多种指标分析，重建了东亚地区两百万年以来的火活动历史。相关研究结果发表于国际期刊《Quaternary Science Reviews》，论文第一作者为我所沈慧副研究员，通讯作者为李小强研究员。
该项研究结果表明华北平原地区第四纪以来火活动存在显著波动，受到太阳辐射、植被环境、生物量、人类活动等多种因素的综合作用。2.1–0.3 Ma时期炭屑浓度相对较低，指示了这一时期火活动相对较弱，自然野火发生的频率不高。其中，中更新世气候转型时期炭屑浓度波动较大，表明在气候转型期间自然野火极为不稳定。距今30万年以来，炭屑浓度显著增加，显示华北地区火活动较为活跃，自然野火频发。同时，炭屑浓度与深海氧同位素、黄土-古土壤粒度呈现出对应关系，冰期时炭屑浓度相对偏高，表明气候干冷时期野火发生的频率更高。炭屑浓度峰值则多出现于冰期-间冰期间隙，指示气候转型时期多出现区域性大火。
G3钻孔炭屑浓度、有机碳同位素与深海氧同位素、黄土-古土壤粒度和地球轨道偏心率对比图
与孢粉分析结果相对比，火的频率与植被类型存在显著联系，且不同生态背景下火的受控因子也存在差异。草原植被环境下，炭屑浓度主要与蒿属、蒿/藜比正相关，这可能是由于蒿属草原所产生的生物量相对高于以藜科为代表的植被。森林植被时期，炭屑浓度与乔木/非乔木比以及针叶材含量正相关，表明森林环境产生的丰富生物量以及针叶树木的易燃性同时影响着自然火的发生频率。此外，炭屑浓度与有机碳同位素呈现出反相关，如2.1–1.65 Ma时期，有机碳同位素明显偏正，达到了整个研究时段的峰值，而炭屑浓度则极低，指示了C4植物丰富时期火活动并不活跃。
G3钻孔炭屑浓度功率谱分析
功率谱分析结果显示，炭屑浓度存在明显的40 kyr周期，指示太阳辐射量控制下的气候变化是东亚地区火活动的重要影响因素之一。值得注意的是，中更新世以来人类控制性用火的大量出现，对全球火活动产生了显著的影响。G3钻孔炭屑浓度在距今2.1–0.3 Ma时期相对较低，与中国北方地区考古遗址数量并无明显的联系，表明这一时期的火为天然野火。距今30万年以来，干冷的气候条件可能促使了火的频繁发生，为古人类学习如何控制性使用和管理火提供了更多机会。另一方面，人类对火的广泛使用，可能也促使了火活动的频率增加，如0.3 Ma与0.05 Ma时期炭屑浓度的迅速上升均对应着考古遗址数量的快速增加，表明人类在火的演化过程中开始发挥着重要作用。
中国北方地区2.1Ma以来火活动与考古遗址、火塘遗迹对比
该项研究通过多种分析指标的综合运用，系统梳理了华北平原两百万年以来火活动历史、冰期-间冰期旋回过程中自然火的响应过程、不同植被环境背景下火的发生频率、早更新世以来火与人类活动的相互影响，为认识东亚地区长尺度火的演化过程及其驱动机制提供了重要依据。
