近日，南方科技大學海洋科學與工程系助理教授李芯芯團隊及合作者在中國湖泊沉積記錄中取得重要研究發(fā)現(xiàn)，相關成果以“Human impacts overwhelmed hydroclimate control of soil erosion 5000 years ago in China”為題發(fā)表于國際地學頂尖期刊《地球物理研究快報》（Geophysical Research Letters）。

該研究收集了中國大陸范圍內191個湖泊及泥炭的沉積剖面數(shù)據(jù)，利用絕對定年數(shù)據(jù)重建了晚更新世以來（40,000年至今）中國湖泊沉積速率的變化及其影響因素。研究發(fā)現(xiàn)，相比于降雨等氣候變化因素，早期中國大陸人類活動對地表的系統(tǒng)性改造是5000年以來中國湖泊沉積速率顯著加快的主要控制因素，這比全世界湖泊沉積平均記錄（4000年）提前了約1000年，間接證明了中國人類文明早于世界其他大陸。本研究有助于我們深入理解“人類世”的概念和內涵。

人類作為重要的地質營力（即引起地質作用的自然力），對地表系統(tǒng)的改造是史無前例的，并且在全球尺度造成了嚴重的后果。有學者建議以“人類世（Anthropocene）”來表征這個地質新紀元，即人類活動主導對地球系統(tǒng)的改造。這個概念“把現(xiàn)代的人類活動和社會變遷放到地質的時空尺度里探討”，是“在古今之間拆墻”（汪品先）。但是，關于“人類世”的起始時間，目前還存在很大爭議，“近”的認為在數(shù)百年以來，“遠”的認為在數(shù)千年之前，且各有證據(jù)支持。很多學者支持以工業(yè)革命或1950年核試驗等作為“人類世”的起點，因為在沉積地層中存在清晰的時間節(jié)點或明顯的速率變化。另一些學者則認為，人類活動對地表環(huán)境的改造在數(shù)千年之前已顯現(xiàn)，如距今50000年到12500年之間的哺乳動物大滅絕，進入早期農(nóng)業(yè)社會后的二氧化碳和甲烷排放，對植被的改造，水土流失等影響早已存在，且累積效應不容忽視。

針對早期人類活動對地表土壤侵蝕的影響，過去的研究往往局限在較小的時間和空間尺度上，這限制了我們對早期人類活動影響程度的認識。本研究收集了中國191個湖泊沉積速率數(shù)據(jù)，覆蓋絕大多數(shù)省份，涉及時間從四萬年前到現(xiàn)在 （圖1），具有較好的時空代表性。利用湖泊沉積速率變化反演中國地表侵蝕強弱，主要探討了兩個科學問題：1、中國地表長期侵蝕的氣候控制因素；以及2、中國發(fā)達的史前文明對地表侵蝕的影響。

圖1 （a）本研究收集的主要湖泊及泥炭沉積剖面的分布情況（b）沉積剖面中的主要定年方法統(tǒng)計（c）計算得到的沉積物沉積速率的分布數(shù)據(jù)

研究發(fā)現(xiàn)，湖泊沉積速率代表的中國土壤侵蝕強度在地質歷史時期確實存在明顯的強弱變化（圖2）。在大多數(shù)時間段，其變化與石筍氧同位素和鈹同位素指示的季風降水強度變化具有一定相關性：即季風越強，地表侵蝕程度也高；反之亦然。最典型的是全新世氣候適宜期（Holocene climatic optimum，氣候溫暖時期），這是夏季風的強盛期，正好對應著較高的地表侵蝕強度。然而，直接或間接影響地表侵蝕速率的其他因素（如溫度、二氧化碳和甲烷濃度）與湖泊沉積速率缺乏清晰的相關性。早期非常低的人口數(shù)量也不能解釋地表侵蝕強弱的顯著變化。因此，中國早期（距今40-6 千年）地表侵蝕主要受控于區(qū)域季風降水因素。鑒于中國復雜的地形、植被和氣候等自然環(huán)境差異，地表侵蝕趨勢只反映總體的變化情況，不同的地區(qū)肯定會有局部的變化特點。

圖2（a）中國湖泊沉積物沉積速率的變化（b）石筍氧同位素指示的季風降水強度變化（c）鈹同位素指示的降水量變化（d）湖泊脂類GDGT指標重建的地表溫度變化（e）冰芯記錄的大氣二氧化碳濃度變化（f）冰芯記錄的大氣甲烷濃度變化（g）不同手段估計的中國早期人口的變化情況

然而，到了五千年前，地表侵蝕速率和區(qū)域季風降水的變化出現(xiàn)明顯解耦 （圖3）。該時期總體季風強度持續(xù)減弱并基本穩(wěn)定，而地表侵蝕速率卻持續(xù)增強，即地表侵蝕的主要控制因素發(fā)生了顯著變化。這種變化與中國地區(qū)的史前人類活動（早期人口數(shù)量及人類活動變化）具有高度相關性，例如早期農(nóng)業(yè)開展，森林破壞（用火），以及之后的采礦冶煉等。這種趨勢也與全球早期人類土地利用范圍和強度趨勢基本一致。這些證據(jù)說明早期土地利用等人類活動對地表環(huán)境已經(jīng)產(chǎn)生了較顯著的改造作用，并在中國湖泊沉積系統(tǒng)中得到清晰體現(xiàn)。

圖3 （a）全新世以來中國湖泊沉積物沉積速率的變化（b）石筍氧同位素指示的季風降水強度變化（c）中國地區(qū)人口的變化（d）中國地區(qū)炭屑濃度的變化（e）中國基于考古學研究的從狩獵-采集向農(nóng)耕生計方式轉變的歷程（f）基于全球考古學知識統(tǒng)計的早期人類土地利用范圍和強度的估計（g）基于全球湖泊沉積物沉積速率的變化估計的人為導致的土壤侵蝕增強的起始時間

因此，中國地表侵蝕的主要控制因素存在明顯轉變，早期由區(qū)域水文氣候控制，逐漸過渡到人類活動控制，而且轉折的時間發(fā)生在5-6千年之間，這比全球所報道的平均4000年轉折期早了近1000年（圖3），間接證明了中國人類文明早于世界其他大陸。中國湖泊沉積速率變化與北美和歐洲的顯著差異說明人類活動影響的區(qū)域性特征（圖4）。該研究支持史前人類活動對地表環(huán)境的廣泛改造作用，對于深入認識“人類世”這個概念的科學內涵具有重要的意義。

圖4 全新世期間中國（本研究）和北美及歐洲（Jenny等，2019）的湖泊沉積速率比較

南科大海洋科學與工程系博士后張帆為論文第一作者，李芯芯為通訊作者。南科大是論文第一單位。以上研究得到了南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）、國家自然科學基金、中國博士后科學基金等項目的支持。